Resistência e Elasticidade dos materiais para pavimentos

2.2.1 Ensaios utilizados para projetos

Segundo Medina e Motta (2015), os ensaios tecnológicos de avaliação das

propriedades mecânicas dos materiais de engenharia procuram simular as condições reais de

solicitação em campo. A solicitação dinâmica dos pavimentos e do subleito, sujeitos a cargas

de diferentes intensidades e frequências variáveis, ao longo do dia e do ano, é de simulação

difícil.

No Brasil, a resistência dos solos para projetos de pavimentos pode ser estimada

por meio de dois ensaios de laboratório, California Bearing Ratio – CBR e o Módulo de

resiliência – MR, que buscam representar a situação em campo.

O ensaio de CBR fundamentou modelos de cálculo que consistem em proteger a

camada subjacente contra as rupturas plásticas por cisalhamento. Esse índice de suporte que

fornece o CBR ou Índice de Suporte Califórnia – ISC, idealizado pelo engenheiro O. J. Porter,

em 1929, no estado da Califórnia dos EUA, refere-se à capacidade de suporte de um solo

compactado. Esse valor é uma medida indireta da resistência ao cisalhamento e considera uma

sobrecarga sobre a amostra de solo, simulando o peso da estrutura do pavimento original de

referência sobre o subleito e a imersão e saturação do solo antes do ensaio propriamente dito.

Estes ensaios se mantêm como o parâmetro de projeto mais utilizado, pois se aplicam a uma

grande variedade de solos e materiais de base e sub-base, além de atender às metodologias de

projetos de pavimentos flexíveis vigentes e às especificações técnicas para controle tecnológico

de obra, voltadas à realidade brasileira.

O módulo de resiliência (MR) dos solos é a relação entre a tensão-desvio (σd),

aplicada repetidamente em uma amostra de solo e a correspondente deformação específica

vertical recuperável ou resiliente (εr). Os módulos de resiliência dos solos dependem do estado

de tensões atuantes, as decorrentes do peso próprio somadas às causadas pelas cargas dos

veículos. Desta forma, o que se procura determinar nos ensaios triaxiais é a relação

experimental de MR em função da tensão confinante (σ3) e da tensão-desvio (σd) para as

condições de densidade, umidade e grau de saturação que o solo apresenta in situ (MEDINA;

MOTTA, 2015).

2.2.2 Critérios de resistência para o subleito

A redução da resistência dos materiais granulares não estabilizados e do solo do

subleito é um dos problemas causado pela umidade excessiva nos pavimentos (SUZUKI;

AZEVEDO; KABBACHI, 2013). Segundo Medina e Motta (2015), o equilíbrio da umidade

pode ser definido a partir da variação do teor de umidade do solo do subleito ao longo do ano,

após a fase de acomodação.

Oliveira (2019), ao analisar vários resultados de ensaios de CBR de cinco pontos

material, concluiu que as variações da umidade durante a compactação podem ocasionar uma

queda considerável na resistência do subleito. Portanto, esses ensaios poderiam ser mais bem

aproveitados na fase de dimensionamento de pavimento, evitando estabelecer um valor e sim

uma faixa de valores.

Um dos primeiros estudos que avalia a natureza e o comportamento mecânico dos

solos tropicais brasileiros, utilizados em camadas de reforço do subleito e subleito, foi realizado

por Preussler e Pinto (1982). Esses pavimentos analisados, pertencentes às rodovias federais

dos Estados das Regiões Sul e Sudeste, foram dimensionados pelo método do DNER (1966).

As análises permitiram agrupar três tipos de características resilientes de subleitos típicos,

tornando válidas as Equações 2.1, 2.2 e 2.3 para obtenção de MR para os respectivos solos tipos

I, II e III.

𝑀_𝑅

= 4874 𝑥 𝜎_𝑑−1,129

(2.1)

𝑀_𝑅

= 1286 𝑥 𝜎_𝑑−0,5478

(2.2)

𝑀_𝑅

= 530

(2.3)

Onde:

MR é o modulo de resiliência do solo típico, expresso em kgf/cm2.

Esses modelos de resiliência, adotados por Preussler (1983), estão inseridos nos

métodos de Pavimentação do DNER (1996) e no procedimento de reforço pelo Método da

Resiliência – PRO 264/94 (DNER, 1994).

Para uma melhor compreensão, foram obtidos MR para dois níveis de d: 0,20 e

0,30 MPa através das equações acima, resultando em 88 MPa e 70 MPa para o solo tipo II e

200 MPa e 118 MPa para o solo tipo I.

Balbo (2007) explica que a classificação dos solos finos exige a determinação da

porcentagem de silte (S) em relação à fração total do solo que passa pela peneira #200 (de

abertura 0,075 mm), bem como a determinação do CBR do material. Em função dessas

características, os solos são categorizados nos tipos I (baixo grau de resiliência), tipo II (grau

de resiliência intermediário) e tipo III (alto grau de resiliência). Na Tabela 2.2 são apresentados

os limites para tal categorização.

Tabela 2.2 – Classificação dos solos finos como subleito

Fonte: MEDINA e MOTTA, 2015.

Portanto, os solos Tipos I e II possuem, respectivamente, bom e regular

comportamento resiliente como subleito e reforço do subleito. O solo Tipo III possui

comportamento ruim quanto à resiliência, requerendo cuidados e estudos especiais caso sejam

utilizados para o subleito. Essa classificação define a utilização dos solos nos pavimentos

(MEDINA; MOTTA, 2015).

Nogami e Villibor (1995) descreveram o comportamento dos solos tropicais,

incluindo suas características resilientes, conforme a Classificação MCT - Miniatura,

Compactado, Tropical. Segundo Zago (2016), é esperado um baixo valor de MR para solos

saprolíticos tipo siltosos ou NS´ e um elevado MR para solos lateríticos, tipo LA´. O autor

estudou o comportamento de três solos típicos para utilização em camadas de subleito e reforço

do subleito nas rodovias do Estado do Rio Grande do Sul - RS. A Tabela 2.3 apresenta os

valores de MR, obtidos por meio de ensaio, e a classificação dos solos perante as metodologias

MCT e Resiliência. Ferri (2018) e Franzoi (1990) estudaram o comportamento resiliente típico

de solos brasileiros e as faixas de valores de MR para diversas classes, conforme metodologia

MCT (TABELA 2.4).

Tabela 2.3 – Caracterização de três solos típicos rodoviários do Estado do RS

Solo Típico

S (%)

CBR (%)

Resiliência

Classificação

MCT

MR

(MPa)

Saprolítico

37

11%

Tipo I

NA´e NG´

77

Laterítico

26

11%

Tipo I

LG´

250

28

11%

Tipo II

LG´

218

Fonte: Adaptada de Zago, 2016.

Tabela 2.4 - Faixas de MR (MPa) em função da classe de solo

Solo Típico

Classificação MCT

MR (Franzoi, 1990)

MR (Ferri, 2018)

Saprolítico

NA, NA´, NS´e NG´

32 a 125

53 a 163

Laterítico

LA, LA´, LG e LG´

150 a 400

818 a 325

Fonte: Adaptada de Ferri, 2018.

≤ 35

35 a 65

> 65

≥ 10

I

II

III

6 a 9

II

II

III

2 a 5

III

III

III

Em suma, nota-se uma grande variabilidade de valores de módulo e, como o

subleito deve ser preparado para que este possua uma capacidade de suporte próxima ao valor

típico definido em projeto, a determinação da resistência do subleito para solos brasileiros de

clima tropical deve ser avaliada para o estado em que o solo se encontra e de acordo com suas

propriedades físicas.

A espessura desejável para as camadas do pavimento é determinada a partir da

consideração de sua rigidez e da resistência às solicitações de tráfego ocorridas nessas camadas,

traduzidas em pressões ou tensões verticais, deslocamento (flexão), e confinamento, tendo o

cisalhamento como resultado das pressões verticais (MALLICK; EL-KORCHI, 2013).

O dimensionamento de um pavimento também deve contemplar os critérios

mínimos de aceitação, conforme as especificações técnicas de serviços para cada camada, e

deve ser adequada às características regionais, tais como: solo, clima e materiais disponíveis.

A solução deve ter interface com outros projetos realizados ou a serem implantados no mesmo

local, uma vez que esses podem interferir no desempenho da estrutura proposta, como a

consolidação de um aterro, ou um sistema de drenagem específico.

No documento Critérios para definição da espessura da camada de reforço do subleito para garantir a durabilidade em pavimentos asfálticos brasileiros (páginas 36-40)