UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
AMARO GABRIEL JOAQUIM
ESTUDO DE DOIS SOLOS TROPICAIS
MELHORADOS COM CIMENTO OU CAL PARA
EMPREGO EM CAMADAS SUPERIORES DE
ESTRADAS NÃO PAVIMENTADAS
CAMPINAS 2017
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura
Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129
Joaquim, Amaro Gabriel,
J574e JoaEstudo de dois solos tropicais melhorados com cimento ou cal para
emprego em camadas superiores de estradas não pavimentadas / Amaro Gabriel Joaquim. – Campinas, SP : [s.n.], 2017.
JoaOrientador: Cassio Eduardo Lima de Paiva.
JoaDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade
de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo.
Joa1. Estradas. 2. Revestimentos. 3. Solos. 4. Cimento. 5. Cal. I. Paiva, Cassio
Eduardo Lima de,1953-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Study of two tropical soils improved with cement or lime for employment in upper layers of unpaved roads
Palavras-chave em inglês: Roads Investments Alone Cement Lime
Área de concentração: Transportes Titulação: Mestre em Engenharia Civil Banca examinadora:
Cassio Eduardo Lima de Paiva [Orientador] Glicério Trichês
Jorge Luiz Alves Trabanco Data de defesa: 18-09-2017
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Civil
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA
E URBANISMO
ESTUDO DE DOIS SOLOS TROPICAIS
MELHORADOS COM CIMENTO OU CAL PARA EMPREGO
EM CAMADAS SUPERIORES DE ESTRADAS NÃO
PAVIMENTADAS
Amaro Gabriel Joaquim
Dissertação de Mestrado aprovada pela Banca Examinadora, constituída por:
Prof. Dr. Cassio Eduardo Lima de Paiva
Presidente e Orientador/Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo - Unicamp
Prof. Dr. Glicério Trichês
Universidade Federal de Santa Catarina
Prof. Dr. Jorge Luiz Alves Trabanco
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo - Unicamp
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.
DEDICATÓRIA
AOS MEUS AVÔS: Jaime Sapinãla e Joaquim Cahala Calueio (in
memoriam). Pelo legado que deixaram à família, sempre baseado na
dedicação aos estudos, humildade, honestidade e o trabalho árduo. Por estar realizando o sonho que nunca tiveram a oportunidade de concretizar, mas que através dos seus princípios e valores, hoje aqui chegamos.
À TODOS OS JOVENS ANGOLANOS. Àqueles jovens que sonham e acreditam em uma Angola melhor. Àqueles jovens que acreditam que a Educação é uma ferramenta importante para mudança e reconstrução do pais. Àqueles jovens sem muitas oportunidades, mas que perseveram em busca de uma Educação mais qualifica e melhores condições de vida. À todos jovens Angolanos, como exemplo e prova de que apesar das dificuldades ou limitações, é sim possível, a medida em que nos dedicamos e confiamos plenamente em Deus.
AGRADECIMENTOS
À Deus, pois todo conhecimento, vida, saúde e tudo que temos provêm dEle. Muito obrigado papai do ceu por tudo, pois sem tí, nem o universo existiria.
À Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), à Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) e ao DGT.
Obrigado Profº Drº Cassio Eduardo Lima de Paiva, meu orientador, que mais do que um orientador, tornou-se um pai, amigo, conselheiro, sempre preocupado com todas as questões, e procurando ajudar de todas as formas. Por todo conhecimento e experiência passada, todas as discussões saudáveis que tivemos para o crescimento e desenvolvimento deste trabalho. Pela confiança, e oportunidade concedida, pois isso permitiu um grande amadurecimento e crescimento profissional. À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa de pesquisa concedida.
Ao Profº. Drº. Jorge Luiz Alves Trabanco, pela confiança e oportunidade, ao nos receber pela primeira vez na Unicamp, por todos conselhos, sempre disponível para ajudar, orientar ou apoiar.
Aos Professores Drº Paulo Albuquerque e Drº Persio Barros por toda co-orientação, sempre disponíveis e contribuíram na realização do programa experimental, e interpretação dos resultados à luz da geotecnia. Aos professores da Área de Transportes, Drª Maria Teresa Françoso, Drº Diógenes Cortijo Costa, Drª
Maria Lúcia Galves, Drº Carlos Alberto Bandeira Guimarães e Drº Orlando Fontes Lima Júnior pelos ensinamentos transmitidos.
Aos técnicos do DGT, especialmente o Cipriano, Reinaldo e Leonardo, na realização de todos ensaios, pela paciência, e todos esforços envidados.
Ao Exmo. Embaixador Ismael Diogo da Silva, que tenho grande respeito e consideração, obrigado pela confiança, oportunidade, apoio desde à minha graduação, e por sempre acreditar em mim e nos jovens angolanos. Ao Projeto
Aos meus professores da Graduação do UNASP-EC, pois foi pela base bem passada que conseguimos enfrentar o desafio do Mestrado em Engenharia Civil. Ao Engº Gabriel Rolim e Engª Eunice por nos fornecerem o solo da estrada vicinal de acesso à Rodovia Dom Pedro SP-065 (Solo 2).
Aos meus pais, que sempre me apoiaram de todas às formas. Obrigado papá (Bernardo Joaquim Calueio), mamam (Ana Rosa C. Sapinãla), muito obrigado mesmo por tudo. Aos meus irmãos Isabel Calueio, Carlos Jaime, Neusa Eduardo,
Divaldo Simão, Ricardo Joaquim, Edgar Joaquim, Teodoro Calueio, Cacilda Calueio,
e sobrinhos Etiandro e Aniel. Gratidão à Calcilda Sapinãla, Rosita Milagres, Daniel
Sapinãla e Goncalves Cabral, em representação à todos meus tios e tias.
Agradeço à Drª Ginga Jambela de Andrade Cabanga, minha companheira, por sempre me apoiar, sobretudo na fase mais difícil, por sempre me suportar, ouvir os meus desabafos, e tornar as minhas cargas mais leves. Obrigado por sempre acreditares em mim, pela amizade e por estares sempre ao meu lado.
Ao Dr. Felizardo Kabanga, que praticamente tornou-se um pai, grande amigo, conselheiro, obrigado por todo apoio, motivação, durante este período. Gratidão também à mãe Alzira de Andrade, pelo cuidado, atenção e toda força.
Aos amigos e irmãos, Dr. Ben Herculano, Drª Idaliza Altamir Santos, Dr.
Emanuel Dundão, Dr. Diogo, Dr. Avelino C., PR Nildo Mafala, Pr Rui Lopes, Etiene D., Esperança Cassule, Alexandro e Carla Simões, Dr. Fernando Cerqueira, Família Edmilson, Thiago e Thaís, Familia Silva-RJ, Dr José Altuna, Cassiano (Brô), Juliana O., Ady, Rafael, Dr. Oscar Fumo, Ivonei Teixeira e Ms Silvano-Nino. A todos meus
amigos da IASD Palanca-I, UNASP-EC, IASD Samambaia e IASD Barão Geraldo. Aos meus amigos mestres do DGT, Sonia, Mhileizer, Juliano, Sindy, Plínio,
Irving, Rodrigo, Danilo, Millena e Mauro. A todos os professores e funcionários da
FEC/UNICAMP que de alguma forma contribuíram. À minha colega e amiga Gianina S. Massenlli, por todo apoio e experiência transmitida em projetos de pavimento.
A minha amada terra Huambo, minha Angola, onde cresci, terra de lutas, lamentos e choros, terra de alegrias, cantos e esperança, terra que tanto amo.
De modo geral, sou profundamente grato a todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para realização deste sonho.
EPÍGRAFE
“ Porque EU bem sei os pensamentos que tenho a
vosso respeito, diz o Senhor; pensamentos de paz,
e não de mal, para vos dar o fim que esperais.
”
RESUMO
Mais de 85% das vias no Brasil não são pavimentadas. Embora atendam a um baixo volume de tráfego, essas vias apresentam grande importância na mobilidade de agricultores, fazendeiros e munícipes de regiões rurais. A aplicação de revestimentos primários em vias desta natureza já é uma solução normatizada no Brasil, porém ainda não devidamente executada ou empregada. Os solos tropicais usados na pavimentação são predominantemente conhecidos como lateríticos, encontrados em grandes quantidades em países de clima tropical, tais como Brasil e Angola. Contudo, nem sempre na condição natural, estes solos apresentam um desempenho adequado para serem empregues na construção de estradas não pavimentadas. Deste modo, baixos teores de aditivo químico de cimento ou cal podem ser aplicados para melhorar as propriedades físicas e mecânicas destes solos, especialmente quando não se pretende atingir altas resistências, e se quer tratar o solo local para atender a um baixo volume de tráfego, tornando a solução economicamente viável. Na construção de revestimento primário de estradas não pavimentadas, esta técnica de estabilização já é usada na América do Norte, Austrália e Europa, contudo, seu emprego no Brasil ainda é muito pouco estudado e realizado com muito pouca eficiência. Este trabalho objetiva avaliar o desempenho de dois solos tropicais, no seu estado natural e após tratamento com baixos teores de cimento ou cal, quando expostos ao tráfego e ao clima, para empregar como revestimento primário de estradas não pavimentadas. Empregou-se o método de dosagem da ABNT, com base no parâmetro principal da RCS ≥ 1,2 MPa, bem como CBR ≥ 20,0% e PMI = 0%. Também foram realizados ensaios de RTCD, CD e compressão triaxial. Conclui-se que o emprego de 4% de cimento ou 8% de cal, aos solos laterítico LG’ e não-laterítico NG’, compactados nas energias normal e intermediária, respectivamente, atenderam as especificações brasileiras, para serem empregues como revestimento primário de estradas não pavimentadas.
Palavras chaves: Estradas não pavimentas, revestimento primário, solo melhorado, cimento, cal.
ABSTRACT
Study Of Two Tropical Soils Improved With Cement Or Lime For Employment In Upper Layers Of Unpaved Roads
More than 85% of the Brazilian roads are not paved. Although these roads are under a low volume of traffic, they are of major importance for the mobility of agriculturalists, farmers and residents of rural areas. The application of primary coatings on unpaved routes is already a solution standardized in Brazil, but not yet properly executed or employed. The tropical soils used in paving are predominantly known as laterites, found in large quantities in tropical countries such as Brazil and Angola. Although, not always in the natural condition, these soils perform appropriately when applied in the construction of unpaved roads. Thus, low levels of chemical additive of cement or lime can be applied to it in order to improve the physical and mechanical properties of these soils, especially when high resistance is not desired, and the local soil is to be treated simply to attend a low volume of traffic, thence, making the paving economically viable and affordable. The application of primary coating on unpaved roads is a stabilization technique already used in North America, Australia and Europe, however, its use in Brazil is still very little studied and performed with very little efficiency. This work aims to evaluate the performance of two tropical soils, in their natural state and after treatment with low levels of cement or lime when exposed to traffic and climate, to be used as the primary coating of unpaved roads. The ABNT dosing method was used, based on the main parameter of the RCS ≥ 1.2 MPa, as well as CBR ≥ 20.0% and PMI = 0%. RTCD, CD and triaxial compression tests were also performed. It is concluded that the use of 4% of cement or 8% of lime, to lateritic soils LG 'and non-lateritic NG', compacted in the normal and intermediate energies, respectively, met the Brazilian specifications to be used as primary coating of unpaved roads.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Rodovia federais pavimentas por região do Brasil (CNT, 2016) ... 22
Figura 2 - Projeto para pavimentos granulares (80% de índice confiabilidade) ... 38
Figura 3 - Diagrama de resistência de camada para várias classes de tráfego ... 42
Figura 4 - Distribuição mundial dos solos lateríticos (CHARMAN, 1988 apud ROBINSON e THEGESEN, 2004) ... 53
Figura 5 - Ocorrência de solos lateríticos no Brasil (VILLIBOR et al., 2000) ... 54
Figura 6 - Tipos de cimento fabricados no Brasil (ABCP, 2012) ... 59
Figura 7 - Características das cales hidratadas NBR 7175 (ABNT, 2003) ... 62
Figura 8 - NCL da mistura solo-cimento de determinado v=n/c (RIOS et al., 2012) .. 66
Figura 9 - Local de coleta do Solo-1 – Unicamp ... 78
Figura 10 - Estrada vicinal de coleta do Solo-2 – Acesso à R. Dom Pedro SP-065 .. 78
Figura 11 - Aditivos químicos utilizados nesta pesquisa (Cimento e Cal) ... 79
Figura 12 - Esquema geral da pesquisa ... 80
Figura 13 - Fluxograma dos ensaios com solo natural ... 81
Figura 14 - Fluxograma dos ensaios do S-1/S-2 e Cimento ... 83
Figura 15 - Fluxograma dos ensaios do S-1/S-2 e Cal ... 84
Figura 16 - Ruptura do CP no ensaio de resistência à compressão simples ... 85
Figura 17 - Cura e imersão dos CP para ensaio de CBR e E ... 86
Figura 18 - Ruptura na prensa do CP para ensaio de CBR (Autor) ... 87
Figura 19 - Imersão dos CP de perda de massa por imersão – PMI ... 87
Figura 20 - Ensaio de Cisalhamento Direto: moldagem e rompimento de CP ... 89
Figura 21 - Ensaio de compressão triaxial (UU ou rápido) com σ3=200 kPa ... 89
Figura 22 - Curva granulométrica do Solo 1-Unicamp ... 91
Figura 23 - Curva granulométrica do Solo 2-Rodovia Dom Pedro ... 92
Figura 24 - Ensaio de compactação do solo natural ... 97
Figura 25 - Resultado da perda de massa por imersão do solo e 2,5% cimento .... 100
Figura 26 - Resultados de CBR do solo e 2,5% cimento ... 100
Figura 27 - Resultados de RCS do solo e 2,5% cimento ... 101
Figura 28 - Curvas de compactação Solo1/Solo2 e Cimento ... 102
Figura 30 - Influência do aditivo na Wo da mistura – Solo1/Solo2 e Cimento ... 105
Figura 31 - Influência do aditivo na Wo da mistura – Solo1/Solo2 e Cal ... 106
Figura 32 - Influência do aditivo na γdmáx da mistura – Solo1/Solo2 e Cimento .... 107
Figura 33 - Influência do aditivo na γdmáx da mistura – Solo1/Solo2 e Cal ... 107
Figura 34 - Curvas de RCS e W – Solo1/Solo2 e Cimento – Energia Proctor normal ... 109
Figura 35 - Curvas de RCS e W – Solo1/Solo2 e Cal – Energia Proctor normal... 110
Figura 36 - Ensaio de compactação Solo 2 – Proctor Intermediário ... 113
Figura 37 - Ensaio de R.C.S do Solo 2 – Proctor Intermediária ... 114
Figura 38 - Influência da energia de compactação e aditivo na mistura ... 115
Figura 39 - Comparativo resultados CBR – Solo1 e Solo2 ... 121
Figura 40 - Comparativo de resultados E – Solo1 e Solo2 ... 121
Figura 41 – Comparativo de resultados de PMI – Solo1 e Solo2 ... 124
Figura 42 - Variação da PMI – Solo1 e Solo2 ... 125
Figura 43 - Variação do IP – Solo1/2 e aditivo ... 129
Figura 44 - Variação da RTCD – Solo1/2 e aditivo ... 132
Figura 45 - Envoltória da resistência ao cisalhamento – solo natural ... 134
Figura 46 - Envoltória da resistência ao cisalhamento – Solo1 e aditivo ... 135
Figura 47 - Envoltória da resistência ao cisalhamento – Solo2 e aditivo ... 136
Figura 48 – CD: Ângulo de atrito e coesão – solo e aditivo ... 137
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Especificações construtivas brasileiras (a) ... 26
Tabela 2 - Especificações construtivas brasileiras (b) ... 27
Tabela 3 - Especificações construtivas estrangeiras (a) ... 32
Tabela 4 - Especificações construtivas estrangeiras (b) ... 33
Tabela 5 - Espessura do pavimento em função do CBR do subleito ... 39
Tabela 6 - Classes de tráfego por projeto de pavimento ... 40
Tabela 7 - Catálogo de projeto DCP para diferentes classes de tráfego ... 41
Tabela 8 - Requisitos ou critérios de dosagens para as misturas ... 80
Tabela 9 - Classificação do Solo 1 segundo a NBR 6502/95 ... 91
Tabela 10 - Classificação do Solo 2 segundo a NBR 6502/95 ... 92
Tabela 11 - Peso específico dos sólidos e classificação dos solos 1 e 2 - NBR 6502/95 ... 93
Tabela 12 - Resultados dos Limites de Atterberg ... 93
Tabela 13 - Identificação dos solos: classificações NBR, USCS, AASHTO e MCT .. 95
Tabela 14 - Índice de Atividade das Argilas ... 96
Tabela 15 - Características físicas e mecânicas do solo puro compactado ... 98
Tabela 16 - Ensaios do solo melhorado com 2,5% de cimento ... 99
Tabela 17 - Resultados ensaio de compactação solo e aditivo – energia normal ... 104
Tabela 18 - Resultados da RCS das misturas... 111
Tabela 19 - RCS do Solo 2 com aumento da energia de compactação ... 115
Tabela 20 - Aferição das misturas ótimas do solo e aditivo ... 116
Tabela 21 - Quadro resumo das misturas ótimas do solo e aditivo ... 117
Tabela 22 - Resultados CBR e E - Solo1 e aditivo ... 118
Tabela 23 - Resultados CBR e E – Solo2 e aditivo ... 119
Tabela 24 - Quadro resumo resultados CBR e E ... 120
Tabela 25 - Resultados PMI do Solo 1 e aditivo... 122
Tabela 26 - Resultados PMI do Solo 2 e aditivo... 123
Tabela 27 - Quadro resumo resultados PMI... 124
Tabela 28 - Resultados limites de Atterberg do solo e aditivo ... 128
Tabela 30 - Resultados da RTCD – Solo2 e aditivo ... 131
Tabela 31 - Quadro resumo dos resultados RTCD – solo e aditivo ... 133
Tabela 32 - Ângulo de atrito e coesão – solo natural ... 134
Tabela 33 - Ângulo de atrito e coesão – Solo1 e aditivo ... 135
Tabela 34 - Ângulo de atrito e coesão – Solo2 e aditivo ... 136
Tabela 35 - Quadro resumo ângulo de atrito e coesão – solo e aditivo ... 138
Tabela 36 - Ângulo de atrito e coesão – solo natural ... 139
Tabela 37 - Ângulo de atrito e coesão – Solo1 e aditivo – EN ... 139
Tabela 38 - Ângulo de atrito e coesão – Solo2 e aditivo - EI ... 140
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
A – Índice de Atividade das Argilas
AASHTO – American Association of State Highways and Transportation ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland A, B, C - Repetições;
CBR – California Bearing Ratio CD – Cisalhamento Direto
CNT - Confederação Nacional dos Transportes CP – Corpo de Prova
DCP - Dynamic Cone Pernotometer
D.E.R – Departamento de Estrada de Rodagem
DN – Número de Golpes Necessário para Penetrar o Solo DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes E - Expansão
E.C - Energia de Compactação Empregada; E.I - Energia Proctor Intermediária
E.N - Energia Proctor Normal; ENP – Estradas Não Pavimentadas EUA – Estados Unidos de América GC – Grau de Compactação
HRB – Highway Research Board IG – Índice de Grupo
IP - Índice de Plasticidade
IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas ISC – Índice de Suporte Califórnia
LG’ – Laterítico Argiloso LL – Limite de Liquidez LP – Limite de Plasticidade
MCT – Miniatura Compactado Tropical MH - Silte de Alta Compressibilidade
ML – Silte de Baixa Compressibilidade MPa – Mega-pascal
MOPT – Ministério de Obras Públicas e Transportes (Costa Rica) MTPW – Ministério dos Transportes e Obras Públicas (Malawi) NBR – Norma Brasileira
NCL – Linha de compressão normal NG’ – Não-laterítico Argiloso
PMI – Perda de Massa por Imersão
RCS – Resistência à Compressão Simples
RTCD – Resistência à Tração por Compressão Diametral SADC – Comunidade de Desenvolvimento do Sul da África Sd - Desvio Padrão
S-1 – Solo da Unicamp
S-2 – Solo da Vicinal de Acesso à Rodovia Dom Pedro Sp-065 TRH - Technical Recommendations for Highways
UU – Não drenado e Não Consolidado (Ensaio Triaxial) USDA – Departamento de Agricultura dos Estados Unidos USCS - Sistema Unificado de Classificação de Solos W – Teor De Umidade
Wnat – Umidade Natural
Wo – Umidade Ótima
X - Média;
Φ – Ângulo de Atrito
CV - Coeficiente de Variação. C – Coesão
γdmáx – Densidade Específica Aparente Seca Máxima
#200 – Malha 200
γs – Peso Específico dos Sólidos % - Porcentagem
σ3 – Tensão Confinante Δσ – Tensão Desviadora
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 19
2. REVISÃO BIBILIOGRÁFICA... 22
2.1.1 Especificações construtivas de estradas não pavimentadas ... 23
2.1.2 Critérios de dimensionamento de revestimento primário para ENP ... 36
2.1.3 Manutenção em estradas não pavimentadas ... 43
2.2.1 Conceitos ... 47
2.2.2 Formação e classificação dos solos ... 48
2.2.3 Solos tropicais ... 50
2.3.1 Tipos de Estabilizações ... 56
2.3.2 Estabilização química ... 57
2.3.3 Métodos de dosagem para aditivos químicos ... 63
2.3.4 Experiências recentes de tratamentos químicos em solos ... 65
3. MATERIAIS E MÉTODOS ... 77
3.1.1 Solos ... 77
3.1.2 Aditivos químicos ... 79
3.2.1 Solos na condição natural ... 81
4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 90
4.1.1 Análise granulométrica ... 90
4.1.2 Limites de Atterberg ... 93
4.1.3 Classificação dos solos ... 94
4.2.1 Ensaio de caracterização mecânica do solo natural ... 97
4.2.2 Ensaios de caracterização mecânica do solo melhorado com cimento ... 98
4.3.1 Ensaio de compactação ... 102
4.3.2 Ensaio de resistência à compressão simples – R.C.S ... 108
4.3.3 Misturas ótimas solo e aditivo – Dosagem pela ABNT (RCS) ... 116
4.5.1 Avaliação da erodibilidade das misturas solo e aditivo ... 125
5. CONCLUSÕES ... 144
6. REFERÊNCIAS ... 148
1. INTRODUÇÃO
O crescimento da infraestrutura de transporte influencia diretamente o desenvolvimento econômico de um país. As rodovias não pavimentadas representam uma extensão considerável na malha viária brasileira. Estas rodovias desempenham, no Brasil, um papel preponderante como meio de ligação entre pequenas cidades e regiões rurais, dando mobilidade ao escoamento dos produtos agrícolas, bem como acesso aos serviços gerais, contribuindo, assim, para a melhoria da qualidade de vida e no desenvolvimento das comunidades, que possuem este tipo de infraestrutura viária (PIMENTEL, 2007).
Nas vias em que a frequência de tráfego é baixa, pode-se projetar a construção de estradas não pavimentadas, para atender apenas a esta solicitação, sendo estas classificadas como vias de baixo volume de tráfego. Estas vias são frequentemente empregadas nos países em desenvolvimento, como aqueles localizados no sul da África, por exemplo Angola (SADC, 2003).
Boa capacidade de suporte e boas condições de rolamento e aderência são características fundamentais que uma estrada não pavimentada deve apresentar para garantir condições satisfatórias de tráfego. A capacidade de suporte é a característica que confere à estrada sua capacidade maior ou menor de não se deformar face às solicitações do tráfego.
Os problemas típicos de falta de capacidade de suporte do solo devem-se às deficiências técnicas localizadas no subleito, na camada de reforço ou em ambos (BAESSO e GONÇALVES, 2003). O uso de materiais granulares adequados e eficiente compactação são fatores imprescindíveis à execução de uma boa infraestrutura quando o problema for relacionado à capacidade de suporte. Deste modo, a resistência do solo é um parâmetro muito importante para a elaboração de projeto de vias não pavimentadas.
Os materiais granulares são os principais responsáveis por boas condições de atrito. No entanto, se não houver uma mistura com componentes aglutinantes (argila) e compactação adequada, os agregados ficam soltos e tendem a originar problemas para o tráfego: derrapagem, corrugações, buracos etc. (IPT, 1988). Por
conseguinte, quando se busca boas condições de rolamento e aderência deve-se considerar: (i) materiais granulares, (ii) materiais argilosos e (iii) boa compactação.
Entre os principais agentes causadores de defeitos em estradas não pavimentadas, o clima e o tráfego são elementos que representam uma grande preocupação ao se projetar, construir ou manter estas vias. No caso da realidade brasileira, a maioria de construções de vias desta natureza é feita sem algum tipo de acabamento ou revestimento superficial, deixando-as vulneráveis.
O emprego de revestimentos primários em vias não pavimentadas é uma solução normatizada pelos órgãos competentes no Brasil, porém a sua aplicação ainda é comprometida, razão pela qual as vias não pavimentadas apresentam-se muito precárias. Isto deve-se, também, à busca de economia usando materiais de baixa qualidade e que geralmente não apresentam boa capacidade de suporte ou resistência, comprometendo as condições satisfatórias de trafegabilidade, segurança para os usuários e a vida útil da própria via.
Em países com clima tropical, ocorrem os chamados solos tropicais. Os solos brasileiros também se enquadram nesta classificação, e, dentre estes, os mais predominantes são os solos lateríticos, que ocupam grande parte do território brasileiro. Neste contexto, em projetos de pavimento, são consideradas as propriedades físicas e mecânicas dos solos lateríticos, a fim de tornar economicamente viável a sua aplicação. No entanto, nem sempre na condição natural, estes solos apresentam um desempenho adequado para serem empregues na construção de estradas não pavimentadas.
A estabilização química é uma solução usada na pavimentação já desde tempos remotos. Baixos teores de aditivo químico como cimento ou cal podem ser aplicados para melhorar as propriedades físicas e mecânicas de solos com baixo desempenho, especialmente quando não se pretende atingir altas resistências e se quer tratar o solo local para atender a um baixo volume de tráfego, tornando esta solução técnica e economicamente viável.
Para empregar em revestimento primário de estradas não pavimentadas, esta técnica de estabilização já é usada na América do Norte, Austrália e Europa. No Brasil, o seu emprego ainda é muito pouco estudado, e empregado com muito pouca eficiência.
Objetivos
O objetivo principal deste trabalho é avaliar o desempenho de dois solos tropicais com baixo desempenho, no seu estado natural e após tratamento com baixos teores de cimento ou cal, quando expostos ao tráfego e ao clima, para empregar como revestimento primário de estradas não pavimentadas.
Os objetivos específicos desta pesquisa são:
Estudar os critérios ou métodos de construção, projeto e manutenção de estradas não pavimentas;
Avaliar o comportamento físico e mecânico dos solos na condição natural e verificar sua viabilidade técnica para usar em revestimento primário de estradas não pavimentadas;
Verificar se o teor ótimo mínimo de cimento ou cal para estabilizar os dois solos, de modo a que atendam às especificações construtivas para estradas não pavimentadas e resistam ao tráfego e à erosão devido às chuvas;
Avaliar a influência do tratamento químico com cimento ou cal nas propriedades físicas e mecânicas dos dois solos.
Relevância da Pesquisa
Existe uma grande necessidade de se aprimorar soluções técnicas para vias não pavimentadas no Brasil, uma vez que a temática é muito pouco estudada, apesar de estas vias configurarem uma grande extensão na malha viária nacional e estrangeira.
No processo construtivo de vias não pavimentadas, utiliza-se material local natural, o que ajuda a diminuir a alta e excessiva exploração de jazidas e, consequentemente, reduz este impacto ambiental. A boa aplicação desses materiais, e quando necessário com tratamentos químicos, contribui para a melhoria das condições das vias não pavimentadas já existentes, tornando economicamente viável a sua construção.
2. REVISÃO BIBILIOGRÁFICA
Estradas Não Pavimentadas
Estradas não pavimentadas são vias cuja camada superior é composta por um revestimento não asfáltico, podendo o mesmo ser tradado quimicamente ou granulométricamente. Eaton et al. (1987) definem estradas não pavimentadas ou estradas de terra como sendo aquelas vias frequentes no meio rural, não revestidas por qualquer tipo de tratamento superficial betuminoso, ou de cimento Portland, tendo a camada superficial geralmente constituída por solo local, e, em alguns casos, com a mistura de agregado granular.
Segundo Baesso e Gonçalves (2003), estradas não pavimentadas são aquelas em que a superfície do pavimento é constituída de materiais granulares identificados como cascalho, pedregulhos oriundos de jazidas e seixo rolados, agregados artificiais conhecidos como materiais britados, solos constituídos por materiais da própria base ou subleito e solos naturalmente estabilizados.
Segundo a CNT (2016), a malha viária pavimentada do Brasil ainda é muito pequena, sobretudo quando comparada com a de outros países de dimensão territorial semelhante, tais como EUA, China e Rússia. Este relatório ainda apresenta que a malha rodoviária brasileira pavimentada compreende 211.468 km de extensão, contrapondo-se aos 1.351.979 km de rodovias não pavimentadas, ou seja, as vias não pavimentadas ocorrem em 78,6% de toda extensão territorial nacional.
A Figura 1 apresenta a distribuição de rodovias federais no Brasil, e, ao analisar as regiões, verifica-se que o Nordeste concentra o maior percentual de infraestrutura rodoviária com pavimento (30,8%), seguido do Sudeste (19,3%), do Sul (18,5%), do Centro-Oeste (17,6%) e do Norte (13,7%).
Grande parte da produção agropecuária e agroindustrial é transportada por estradas de terra, principalmente nos trechos iniciais de suas rotas, durante as épocas ou períodos de colheita. Além disso, essas estradas permitem o desenvolvimento social, pois fornecem à população da zona rural acesso a saúde, trabalho, educação e recreação, desempenhando um papel determinante no desenvolvimento regional.
Em função da alta representatividade das estradas não pavimentadas na malha viária brasileira e no mundo, órgãos federais e estaduais desenvolveram especificações para que estas estradas pudessem ser construídas, numa condição em que proporcionassem conforto e segurança aos seus usuários.
2.1.1 Especificações construtivas de estradas não pavimentadas
Segundo Hudson e Meyer (1970), rodovias com intensidade de tráfego menor que 50 veículos por dia, com superfície composta de cascalho ou solo granular local, são classificadas como rodovias de baixo volume de tráfego. É importante que se explore o máximo do material in situ, tornando o emprego destas estradas economicamente viável, devido à pouca distância de transporte destes materiais, desde que se faça a verificação das condições técnicas dos mesmos no subleito. Para estradas deste tipo, é muito comum o emprego de revestimentos primários e ou tratamentos superficiais.
De acordo com DER-SP (2006a), o revestimento primário compreende a execução de camada granular composta por agregados naturais ou artificiais, aplicada sobre o reforço do subleito ou diretamente sobre o subleito compactado em rodovias não pavimentadas, com a função de assegurar condições satisfatórias de rolamento e aderência do tráfego, mesmo sob situações ou variações climáticas adversas. O DNIT (2005) acrescenta que esta camada deve proporcionar uma superfície de rolamento que assegure o tráfego em toda época do ano, sobretudo em períodos chuvosos em que a via é mais demandada.
Skorseth e Selim (2000) comentam que ainda existe dificuldade na compreensão da qualidade e da quantidade do material empregue para compor a camada de revestimento primário, uma vez que alguns defeitos observáveis nas estradas não pavimentas, por exemplo, a corrugação, são atribuídos a outros fatores, sendo que na verdade a principal causa pode ser o uso de material inadequado.
Ferreira (2004) reitera que a utilização de materiais de boa qualidade em estradas não pavimentadas é fundamental, e se a camada de base do revestimento primário for de material granular e argila, devem ser bem misturados e compactados, formando uma camada com espessura variável entre 10 e 20 cm de acordo com a quantidade e tipos de tráfego comuns. O autor ainda comenta que o material argiloso deve representar 20 a 30% da mistura total e a dimensão máxima ideal do material granular deve ser de 25 mm.
Ao se elaborar as especificações construtivas das camadas superiores de estradas não pavimentadas, devem ser considerados alguns fatores importantes, tais como o tipo de agregado empregado, espessura total da camada, características físicas e mecânicas requeridas, grau de compactação, dimensões da secção transversal e longitudinal, e, em especial, o processo construtivo.
Deste modo, em diversos países, dependendo da região, foram desenvolvidos manuais completos ou normas técnicas com especificações construtivas para revestimento primário e tratamentos superficiais de estradas não pavimentadas, onde constam as variáveis apresentadas acima. Dentre as várias especificações construtivas Brasileiras e estrangeiras, apresentaremos a seguir algumas principais encontradas na literatura.
2.1.1.1 Especificações Brasileiras
Foram avaliadas seis especificações brasileiras e, dentre estas, quatro são normas para revestimento primário elaboradas pelo Departamento de Estrada de Rodagem - DER dos estados de São Paulo (SP), Bahia (BA) e Paraná (PR); e das duas restantes, uma foi elaborada pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT de São Paulo e a última pelo antigo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem – DNER do Rio de Janeiro, que é o atual DNIT.
A Especificação Técnica do DER de São Paulo com código ET-DE-P00/013 foi inicialmente publicada em 02/2006. Esta norma visa definir critérios que orientam a execução, aceitação e medição do serviço de revestimento primário para obras rodoviárias no estado de SP. Ademais, o DER de São Paulo publicou em 2006 a Especificação Técnica para Tratamento Anti Pó, que objetiva a definição de critérios que orientam a execução, aceitação e medição do serviço de tratamento anti-pó sobre revestimentos primários.
A Especificação de Serviço da Bahia DER-BA, publicada em 2006, é considerada ou classificada no grupo de serviço de Terraplenagem. Esta tem o mesmo objetivo da norma anterior do DER-SP para exigências de revestimento primário.
O DER do Paraná, em 05/2005, publicou a Especificação de Serviços Rodoviários, apresentando a sistemática empregada na execução de revestimento primário, onde são definidas as exigências técnicas relativas aos materiais, execução, manejo ambiental, equipamentos, controle de qualidade, além dos critérios para aceitação e rejeição, medição e pagamentos de serviços, tendo como base a Especificação de Serviço DER-PR ES-T 07/91.
O Manual Técnico para Conservação e Recuperação de Estradas Vicinais de Terra, foi elaborado pelo IPT-SP e publicado em 1988, este apresenta um conjunto de orientações e recomendações técnicas necessárias para trabalhos de manutenção, conservação e recuperação de vias deste porte.
E, finalmente, a especificação do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, publicada no Manual de Implantação Básica em 1966. No capítulo 6 desde manual, são apresentadas especificações dos materiais, clima, equipamentos básicos, processo de construção, tratamentos especiais contra pó, medição e pagamento.
As especificações Brasileiras para revestimento primário de estradas não pavimentadas são apresentadas nas Tabela 1 e Tabela 2, e, ao realizar-se uma análise crítica com base em parâmetros como: tipos de materiais, exigências para características físicas e mecânicas destes, seção transversal da pista e processo construtivo, pode-se fazer as seguintes considerações:
Tabela 1 - Especificações construtivas brasileiras (a)
Especificações Construtivas Brasileiras para Revestimentos Primários e Tratamentos Superficiais
Método/Autor DER-SP/2006a DNER/1966 IPT-SP/1988
Ca m ad a S u p eri o r Material/Solo Saibro, Cascalho, Rocha decomposta, Pedregulho, Areia, S. argilosos e outros. Pedregulhos, rochas britadas, areias, siltes,
argilas, e solos lateríticos. Cascalhos, Pedregulho, Areia, Saibro, Argilas e Piçarras. Espessura [cm] 10 - 20 10 - 20 10 - 20 Es pe c ific a ç õ es do M a teria l Ø máx [mm] ≤ 25 - 25 LA [%] ≤ 55 – retido #10 = 50 – retido #10 - LL [%] ≤ 35 – passante #40 35 – passante #40 - IP [%] ≤7 – passante #40 4 ≤ IP ≤ 9 – pass. #40 - CBR [%] ≥ 20 - - Expansão [%] ≤ 1 - - Granulometria NBR 7181/84 Curvas: A, B, C e D; 8% #200 – trat. betuminoso. - G.C [%] ≥ 95 - Wo 100 - Wo 100 - Wo
Estabilização Finos entre 20 a 30% Admite Solos
Lateríticos Areia e Argila
Seç ã o T ra n s v er s a l
Largura [m] Projeto Geométrico Projeto Geométrico
-
Declividade
Trans [%] Projeto Geométrico Projeto Geométrico -
Pr o ce ss o C o n s tr uti vo 1-Limpeza do subleito ou reforço; 2-Depositar material em pilhas no eixo da pista; 3- p/ W abaixo do mínimo, umedecer e homogeneizar o material, do contrário deve-se arar; 4- Compactar o material da borda ao centro da pista, e nas primeiras passadas o rolo comp.
deve passar pela metade do acostamento.
1-Regularizar o leito da estrada; 2-Depositar o
material em pilhas no eixo da via e espalhar com a motoniveladora; 3- Umedecer o material
com água no teor ótimo-Wo, com pulverizador misturar o material e deixa-lo bem uniforme; 4- Compactar com os eq. convencionais até atingir GC=100%. 1- Regularização camada do subleito; 2- Escarificarão do leito; 3- Lançamento e espalhamento do material; 4- Umedecimento ou e Verificação do teor de umidade; 5- Compactar da borda ao centro com 8 passadas; 6- Execução de caixa no leito da via.
Tabela 2 - Especificações construtivas brasileiras (b)
Especificações Construtivas Brasileiras para Revestimentos Primários e Tratamentos Superficiais
Método/Autor DER-BA/2006 DER-SP/ET-P00/017
2006b DER-PR/2005 C a m ada S u pe ri o r Material/Solo Saibro, Cascalho, Rocha decomposta, Pedregulho, Areia, Sílico argilosos e outros.
Solo Local, Agregado, Xisto Betuminoso.
LA; NA; LA'; NA' e LG' Espessura [cm] ≥ 10 ≥ 10 - Es pe c ific a ç õ es do M a teria l Ø máx [mm] ≤ 50 - ≤ 76,2 LA [%] - ≤ 50 - LL [%] ≤ 35 - passante #40 - - IP [%] 4 a 12 - passante #40 - - CBR [%] ≥ 20 - E.P.I - Min-CBR≥13% Expansão [%] ≤ 1 - - Granulometria - 0,075 < ɸ > 4,8 mm EA ≥ 5 %. DNER-ME 080/94 G.C [%] 100 - Wo 100 - Wo 100 - Wo Estabilização - Admite - Seç ã o T ra n sv
. Largura [m] Proj. Geométrico Proj. Geométrico Proj. Geométrico
Dec. Trans [%] Projeto Geométrico 3 a 5 Projeto Geométrico Pr o ce ss o C o n s tr uti vo 1-Limpeza, preparação da camada do subleito ou reforço; 2-Depositar material em pilhas no eixo da pista; 3- Caso o W esteja abaixo do mínimo, proceder umedecimento e homogeneização do material, do contrário deve-se aerar; 4- Compactar o material da borda ao centro, em tangente do bordo mais baixo para o mais
alto. 1-Regularizar, umedecer e compactar o subleito; 2- Aplicar a emulsão em 1,0-1,5 l/m² corrigindo-se já as falhas ou excessos; 3-Fazer a 2ª aplicação da emulsão depois de 4h, e distribuir os agregados - 6kg/m²; 4-Corrigir as falhas e excessos até superfície uniforme a plana, e compactar esta camada com RP,
e aguardar 24h de cura. 1-Compactar e regularizar o subleito, 2-Espalhamento do material para conformação de secção transversal, 3- Umedecimento e homogeneização do solo; 4- Compactar o material em camada de 10 -20cm em conformidade com o projeto geométrico da via.
Quanto aos tipos de materiais requeridos pelas normas para revestimento primário, pode-se dizer que nas especificações do DER-SP (2006a), DNER (1966), IPT-SP (1988) e DER-BA (2006), os materiais são praticamente os mesmos, podendo ser saibro, cascalho, rocha decomposta, pedregulho, areia, sílicos argilosos e outros. Porém, na especificação do estado do Paraná DER-PR (2005) se exige materiais de acordo com a classificação MCT de Nogami e Vilibor (1995), admitindo solos lateríticos - LA, NA, LA’, NA’ e LG’.
De modo a eliminar a poeira, que é um dos grandes problemas em revestimentos primários de estradas não pavimentadas, o DER-SP (2006b), na especificação de código ET-DE-P00/017, exige a aplicação de emulsão oriunda de xisto betuminoso recoberto de agregado miúdo, areia grossa ou pó de pedra, para formar uma capa selante, que além de eliminar a poeira ajuda a impermeabilizar a base e evitar geração de lama. E, em quase todas especificações brasileiras, a espessura da camada exigida deve ser no mínimo 10 cm.
Em relação às propriedades físicas e mecânicas, o diâmetro máximo do agregado requerido nas normas técnicas de São Paulo IPT-SP (1988) e DER-SP (2006a) são iguais a 25 mm, aumentando este parâmetro para uma espessura ≤ 50 mm e ≤ 76,2 mm às especificações da Bahia DER-BA (2006) e Paraná DER-PR (2005), respectivamente. O parâmetro exigido para o ensaio de desgaste de abrasão Los Angeles (LA) deve estar na faixa dos 50% nas especificações do DER-SP (2006a), DNER (1966) e DER-SP (2006b) e no caso das duas primeiras especificações, no material retido na peneira #10. O Limite de Liquidez máximo deve ser igual a 35% para material passante na peneira #40. O valor de CBR mínimo requerido nas normas de São Paulo DER-SP (2006a) e da Bahia DER-BA (2006) é o mesmo, sendo igual a 20%, devendo apresentar expansão máxima de 1%.
O traçado da via, dimensões como largura da faixa, inclinação transversal, longitudinal e outros, devem fazer parte de um projeto geométrico elaborado por profissional habilitado, de modo a corrigir algumas lacunas nas especificações brasileiras. Apenas com uma exceção na norma técnica de São Paulo DER-SP (2006b) quanto à declividade transversal da pista, que, segundo esta, deve estar entre 3% e 5% permitindo um perfeito escoamento superficial.
similar entre as especificações Brasileiras. Procede-se à limpeza, regularização e preparação da camada do subleito ou reforço, obedecendo todas as condições geométricas da via, e tendo todos dispositivos de drenagem. Na sequência, em algumas especificações, recomenda-se a escarificacão do subleito.
Todo material a ser empregado na obra é depositado em pilhas ao longo do eixo da via com motoniveladora para conformação da seção transversal, estando agora apto para o umedecimento com água e homogeneização, para situação em que a umidade do material esteja abaixo da ótima. Inicia-se então a compactação de camadas com 10 a 20 cm de largura, geralmente começando-se na borda até o centro ou eixo da via, e em tangente do bordo mais baixo para o bordo mais alto. Nas normas brasileiras, o grau de compactação exigido também é praticamente igual, devendo estar entre 95% e 100% da densidade máxima definida em laboratório. Geralmente, nestes processos, a energia de compactação empregada pode ser a intermediária ou modificada.
O diferencial no processo construtivo das seis especificações brasileiras estudadas foi a norma técnica de São Paulo DER-SP (2006b) para Tratamento Anti-pó, em que, após a regularização, umedecimento e compactação do subleito, deve-se aplicar uniformemente uma emulsão derivada de xisto betuminoso na taxa de 1 a 1,5 l/m² e corrigir as falhas ou excessos. E após 4 horas realizar a segunda aplicação de emulsão, distribuindo os agregados na taxa de 6kg/m², já se efetuando na sequência a correção das falhas e excessos até obter-se uma superfície uniforme e plana. Finalmente, compacta-se esta camada uniforme no sentido longitudinal, iniciando no ponto mais baixo da seção transversal ao mais alto, usando exclusivamente o rolo pneumático, e após 24 horas de cura, a pista estará em condições de serviço
2.1.1.2 Especificações Estrangeiras
Também foram estudadas seis especificações para revestimento primário ou tratamento superficial de estradas não pavimentadas de países localizados no continente Australiano, na África, Sul e Norte da América e na Europa.
Na Austrália foi publicado em 2009 o manual intitulado Guide To Pavement
Technology: Part 6 - Unsealed Roads (Manual para Tecnologia de Pavimentos: Parte
6 - Estradas não Seladas), onde, além de apresentar procedimentos de dimensionamento para camadas superiores de estradas não pavimentadas ou não seladas, dispõe-se também as especificações requeridas nos materiais utilizados, tipos de estabilização e o processo de construção a ser seguido.
Entre as duas especificações africanas estudadas, a primeira foi publicada pelo Technical Recommendations for Highways – TRH/20 em 1990 na Pretória/África do Sul, intitulada The Structural Design, Construction and Maintenance of Unpaved
Roads (Projeto Estrutural, Construção e Manutenção de Estradas não Pavimentadas),
apresentando todas etapas para concepção de vias deste porte, desde a elaboração do projeto, execução e manutenção, sobretudo as propriedades físicas e mecânicas requeridas do material no seu processo de execução. A segunda especificação africana foi publicada em 2013 pelo Ministry of Transport and Public Works – MTPW (Ministério dos Transportes e Obras Públicas), intitulada Design Manual for Low
Volume Sealed Roads (Manual de Projeto para Estradas Seladas de Baixo Volume
de Tráfego). Neste manual apresenta-se tratamentos superficiais com capa selante para vias não pavimentadas.
Na Costa Rica, através do Ministério de Obras Públicas e Transporte, foi publicado em 2010 o Manual de Especificaciones Generales para la Construcción de
Carretas, Caminos y Puentes (Manual de Especificações Gerais para Construção de
Estradas e Pontes). Este manual apresenta especificações para tratamentos superficiais usando uma capa selante asfáltica, bem como todo seu processo construtivo.
O manual Low-Volume Roads Engineering (Engenharia para Estradas de Baixo-Volume de Tráfego) foi publicado pelo Departamento de Agricultura nos EUA em 2003, que apresenta exigências para revestimento primário de estradas rurais daquele país, sendo um manual completo e que avalia o controle da erosão, que é um dos defeitos em estradas deste porte.
Para que se tenha acesso às regiões florestais onde se faz a extração da madeira e algumas vezes são desenvolvidas atividades recreativas, foi publicado na Inglaterra, em 2004, o Forest Road Manual (Manual para Estradas Florestais), apresentando o processo construtivo para estradas deste porte, com ênfase para o
projeto de drenagem completo, bem como para a importação ou exportação de materiais.
As seis especificações estrangeiras para tratamento superficial ou revestimento primário abordadas anteriormente são apresentadas nas Tabela 3 e Tabela 4, e das análises comparativas elaboradas com base no mesmo modelo de avaliação das especificações brasileiras, considerando: tipos de materiais, exigências para características físicas e mecânicas destes, seção transversal da pista e processo construtivo, pode-se concluir que:
O material requerido para revestimentos primários de estradas não pavimentadas, apresentado nos manuais da África do Sul TRH-20 (PAIGE-GREE, 1990), Malawi (MTPW, 2013), Austrália (AUSTROADS, 2009) e dos Estados Unidos de América - EUA (USDA, 2003), tem grande similaridade, sendo composto principalmente de cascalho ou de misturas de solo local cascalhado, uma vez que os dois últimos manuais também admitem o emprego de estabilizantes químicos como cimento, cal, enzimas e outros químicos, para melhorar as propriedades físicas ou mecânicas das camadas de revestimento primário.
No caso da Austrália, onde as superfícies podem estar sujeitas a severas condições climáticas, gerando a diminuição do atrito entre o pneu e a superfície do pavimento, o manual da Austroads (2009) exige a adição de areia ou estabilizantes químicos como cálcio ou cloreto de sódio, com vista a solucionar este problema. Por seu turno, as especificações da Costa Rica (MOPT, 2010) e do Malawi (MTPW, 2013) admitem tratamento superficial com emprego de capa selante composta de Agregado + Cimento Asfáltico/Emulsão e Camada Primária + Ligante Asfáltico + Agregado, respectivamente. As espessuras das camadas requeridas variam bastante devido às características mecânicas de cada material empregado.
Nas especificações dos manuais da Austrália (AUSTROADS, 2009), África do Sul THR-20 (PAIGE-GREEN, 1990) e EUA (USDA, 2003), o diâmetro máximo do agregado usado deve estar na faixa de 30 a 40 mm, diferente da exigência da Costa Rica (MOPT, 2010), que requer um diâmetro entre 12,6 e 76,2 mm.
Tabela 3 - Especificações construtivas estrangeiras (a)
Especificações Construtivas Estrangeiras para Revestimentos Primários e Tratamentos Superficiais Método/Autor AUSTROADS Austrália/2009 TRH-20 África do Sul/1990 MTPW Malawi/2013 C a m ada S u pe rio r Material/Solo Cascalho, Resíduo de Pedreira ou Material Pit. Cascalho
Solo Local, Misturas de Solos Cascalhado Espessura [cm] ≥ 25 15 - 45 ≥ 20 Es pe c ific a ç õ es do M a teria l Ø máx [mm] 40 37,5 - LA [%] 30 a 50 - - LL [%] - - - IP [%] 12 a 20 4% - Subleito. < 6 CBR [%] ≥ 40 ≥ 15 DN=3,2mm/golpe CBR=95; Expansão [%] K=10⁻⁴ m/s - -
Granulometria NAASRA (1980) Partículas grandes ≤ 5% -
G.C [%] 100 - Wo ≥ 95 - Wo 95% MAASHO Estabilização Cascalho Natural; Química-Pol. Nat. Sintéticos, e Sais; Cal, Cimento. - Camada Primária + Asfalto + Agregado. Seç ã o T ra n sv . Largura [m] - 8 6 a 6,5 Decliv. Trans. [%] 4 a 6 ≤ 5 3 Pr o ce ss o C o n s tr uti vo subleito/plataforma; 1- Preparação do 2- Construção da base de 150mm (Mat. Granular) com
CBR=40%; 3- Construção da camada superior c/ mat. Local ou estabilização. 1- Limpeza do subleito; 2- Escarificar leito e misturar c/ água; 3- Realizar teste de Areia de Substrato; 4- Prover camada de 30cm c/ CBR≥15% sobre a plataforma; 5- Trat. superficial cascalhado. 1-Aplicação da camada primária e compactar; 2-Aplicação do ligante asfáltico (ligante + imperm.); 3- Aplicação do agregado que terá a função de suportar o tráfego e novamente
Tabela 4 - Especificações construtivas estrangeiras (b)
Especificações Construtivas Estrangeiras para Revestimentos Primários e Tratamentos Superficiais Método/Autor MOPT Costa Rica/2010 USDA Forest Service EUA/2003 FOREST ROAD MANUAL Inglaterra/2004 C a m ada S u pe ri o
r Material/Solo Agregado + Cimento
Asfáltico/Emulsão
Agregados de superfície trituradas ou cascalho.
Solo local: argila, silte, areia, areia
cascalhada. Espessura [cm] ≥ 30 – Camadas Tabela 411-8 30 20 à 75 Es pe c ific a ç õ es do M a teria l Ø máx [mm] 12,6 à 76,2 30 - LA [%] 40 - - LL [%] ≤ 25 - - IP [%] ≥ 10 2 à 10 - CBR [%] ≥ 20 > 3 2 a 60% Tabela 12. Granulometria Granulometria do agregado. Tabela 703-11 e Taxas de CA* Tabela 411-4 ɸ=0,075mm; Finos=6- 15% ok; Finos≥15% Exc. - G.C [%] 100 - Wo 100 - Wo 100 - Wo Estabilização 1% de argila Cimentos, Cal, Resinas, Enzimas e Químicos; 5- 15% pasta Argila. Solos minerais e outros Seç ã o T ra n s v . Largura [m] 4,6 5 à 7 5,5 à 7,0 Decliv. Trans ≥ 4 3 à 5 1 à 10,0 Pr o ce ss o C o n s tr u tiv o 1- Limpeza da superfície e deixar a mesma seca; 2-Aplicação do cimento asfáltico com taxa; 3- Aplicar agregado sobre
o cimento asfáltico, 4- Compactar em camadas de 15 cm;
5-Por ser cimento asfáltico, não dar
pausa entre a construção de camadas. 1-Remoção de resíduos; 2-Compactação do subleito e aplicação do agregando formando a camada de base; 3- Construção da camada superficial (material local triturado, cascalho, ou anteriores + estabilizante) e finalmente compactar. 1- Limpeza geral trecho/superfície; 2- Construção de sistema de drenagem; 3- Compactar o subleito e aplicação de nova camada (base); 4-Aplicar capa de solo com
6% de argila e compactar.
A exigência para valores de CBR também apresenta variações, e o valor mínimo de CBR é de 2%, que é requerido no manual da Inglaterra FOREST ROAD MANUAL (RYAN et al., 2004), dado que pode ser justificado pelo volume de tráfego nas estradas florestas deste país e a qualidade de material empregado.
O manual do Malawi (MTPW, 2013) apresenta o maior valor de CBR exigido (CBR=95% para DN=3,2mm/golpe), pois além do fato de o volume de tráfego suportado por estas vias ser maior, a determinação da resistência do material que constitui a camada de pavimento é realizada através do método Dynamic Cone Pernotometer - DCP (Cone de Penetração Dinâmico).
Os valores definidos nas especificações quanto às larguras da seção transversal são ligeiramente semelhantes, estando na faixa dos 4,6m a 8 m. Quanto à declividade transversal na faixa dos 3% a 5%, com exceção do manual da Inglaterra FOREST ROAD MANUAL (RYAN et al., 2004), que define valores de declividade transversal na faixa de 1% a 10%, considerando que em todos estes manuais estudados constam exigências para casos ou situações específicas.
Diferente das especificações brasileiras, o processo construtivo de revestimento primário ou tratamento superficial definido nos manuais ou normas estrangeiras apresenta diferenças, dependendo do país de origem da especificação e da finalidade da via. Um dos processos construtivos que mais difere da realidade Brasileira é o aplicado na Austrália AUSTROADS (2009), onde após a limpeza e preparação do subleito/plataforma, efetua-se a construção da base com 150 mm de espessura de material granular de CBR=40%. Procede-se a compactação até atingir o GC=100% na Wo, e, finalmente, faz-se a construção da camada superior
utilizando material local, ou estabilização com adição de químicos de acordo com a situação. No manual Sul Africano TRH-20 (PAIGE-GREEN, 1990), após a limpeza do subleito com escavadeira, requer-se a escarificacão do leito da estrada e misturar com água até atingir o GC entre 90% e 95% na Wo. Ainda neste manual,
recomenda-se a execução do teste de Areia de Substrato e, na sequência, prover uma camada de 30 cm e CBR=5% sobre a plataforma. Finalmente acrescenta-se um tratamento superficial cascalhado.
O processo construtivo definido nos manuais do Malawi (MTPW, 2013) e da Costa Rica (MOPT, 2010) apresentaram semelhanças. Em ambos, após a preparação
da plataforma/subleito, faz-se a compactação, e, no caso do primeiro, exige-se uma base e sub-base coberta com aplicação de ligante asfáltico usando camião espargidor. Em seguida, aplica-se uma camada de agregados para suportar o tráfego e procede-se a compactação final. Estes dois manuais estrangeiros que recomendaram o uso de tratamento superficial com ligante asfáltico apresentam similaridades com a especificação técnica de São Paulo DER-SP (2006b).
Finalmente, os manuais dos EUA (USDA, 2003) e Inglaterra FOREST ROAD MANUAL (RYAN et al., 2004) apresentam similaridades no seu processo construtivo. Basicamente, após a remoção dos resíduos, deve-se compactar o subleito e aplicar nova camada que pode ser considerada como base. Sobre esta é construída uma camada superficial e compacta-se até o GC=100% na Wo. Na
camada superficial pode-se prever a utilização de material local triturado, cascalho ou os anteriores mais estabilizantes (cimento, cal, resina e enzimas).
Em suma, ao se fazer a avaliação comparativa entre as especificações construtivas brasileiras e estrangeiras, pode-se concluir que:
(a) Entre as seis especificações Brasileiras estudadas, existe uma grande similaridade no tipo de material utilizado, propriedades físicas e mecânicas requeridas e no processo construtivo. A especificação de São Paulo DER/SP (2006b) apresenta um diferencial por exigir o emprego de capa selante anti-pó, que além de eliminar a poeira ajuda a impermeabilizar a base evitando a geração de lama.
(b) As especificações estrangeiras estudadas apresentaram peculiaridades em função das demandas dos países onde foram desenvolvidas. Para países do Sul da África, Austrália e nos EUA, os materiais requeridos em revestimento primário têm igualdades, sendo compostos basicamente por cascalho ou por misturas de solo local cascalhado, e, em algumas situações, pode-se fazer o emprego de estabilizantes químicos como cimento, cal, enzimas e outros, que servem para melhorar o atrito na superfície do pavimento devido à neve.
(c) Em linhas gerais, as especificações estrangeiras sugerem um revestimento primário sobre um subleito e base, utilizando materiais com CBR maior quando comparado às especificações brasileiras. Aquelas ainda valorizam o emprego de tratamentos superficiais com aplicação de ligantes asfálticos, ajudando a eliminar a
poeira e melhorando a condição de trafegabilidade do usuário, exigência similar à da especificação brasileira de São Paulo DER-SP (2006b).
2.1.2 Critérios de dimensionamento de revestimento primário para ENP
O dimensionamento de vias não pavimentadas e de baixo volume de tráfego empregadas em zonas rurais é mais complexo, pois sempre existe uma pretensão de se chegar a um baixo custo de execução e manutenção.
Os critérios de dimensionamento para estradas não pavimentadas são diretamente influenciados pelo clima, propriedades dos materiais locais, nível de serviço ou volume de tráfego e outros. Dependendo da região, existe uma grande variabilidade destes fatores. Por isso, em alguns países foram desenvolvidos métodos de dimensionamento que se ajustam mais à sua situação específica.
Dentre os diversos modelos para dimensionamento das camadas superiores de vias deste porte, destacam-se alguns que serão apresentados a seguir.
2.1.2.1 Método de Hammitt – 1970
O método de Hammitt (1970) foi baseado nos estudos pioneiros de Ahlvin em 1959 que testou 59 seções pavimentadas, para determinar a espessura de estradas não pavimentadas em função do CBR e de N - número de eixos passantes para gerar uma deformação de 75 mm (LITTLE, 1993). Assim, usaram-se as seguintes variáveis de entrada:
N75→ Número de eixos passantes para gerar uma deformação de 75mm;
P → Carga unitária da roda (kN);
CBR → Índice de Suporte California (%);
A variável de saída é a espessura do pavimento (h) em metros e calculada pela Equação (2.1):
h = (0,0236. logN75+ 0,0161). √ P
CBR− 17,8. A (2.1)
2.1.2.2 Giroud e Noiray - 1981
Baseado no trabalho de Hammitt, e desenvolvimento de Webster, Watkins e Alford, entre 1977 e 1978, Giroud e Noiray propuseram uma nova equação para projeto de vias não pavimentadas (LITTLE, 1993). A grande diferença deste método em relação ao anterior é que a espessura do pavimento é calculada em função de uma deformação definida pelo projetista, que é o critério de ruptura. Neste método utilizaram-se as seguintes variáveis de entrada:
Nr → Número de eixos padrão para gerar uma deformação r em mm;
r → Máxima deformação de projeto (mm); CBR → Índice de Suporte California (%).
A Equação (2.2) permite calcular a espessura do pavimento (h) em metros.
h =0,19(LogNr− 2,34(r − 0,075))
CBR0,63 (2.2)
2.1.2.3 Austroads Guide to Pavement Tecnology: Part 6 - 2009
O método Australiano para pavimentos não selados, aperfeiçoado em 2009 como modelo de dimensionamento da espessura das camadas granulares, foi
baseado no Manual de Instruções para Estradas Seladas com Capa Fina de Asfalto, publicado em 2008 pela Austroads (2009). Neste método as variáveis de entrada são:
N → Número equivalente de operações eixo ao longo do periodo de projeto (80kN); CBR → Índice de Suporte California no Subleito, requerido ou de projeto (%).
A variável de saída é a espessura da camada de base, calculada através do gráfico do guia de projeto de um novo pavimento para tráfego leve (ARRB Transport Research, 1998), usado tanto para pavimentos selados como para pavimentos não selados, ruas residenciais e estradas rurais de materiais granulares com baixa capacidade estrutural.
Fonte: ARRB Transport Research (1998 Figure 13.8.2 C)
O gráfico apresentado na Figura 2 corresponde a um índice de confiabilidade de 80%. Para valores de CBR menores que 3%, deve-se acrescentar uma camada de suporte auxiliar com espessura entre 100 e 150 mm (AUSTROADS, 2009). Pode-se, Figura 2 - Projeto para pavimentos granulares (80% de índice confiabilidade)
ainda, nesta figura, verificar que à medida em que aumenta a resistência do material da camada (CBR), a espessura mínima requerida diminui, já em relação ao N ocorre o contrário, pois na medida em que aumenta o volume de tráfego, aumenta a espessura da camada.
2.1.2.4 Forest Road Design – 2004
Trata-se de uma metodologia desenvolvida pelo Departamento de Engenharia Civil Florestal do Reino Unido em 2004, com avaliação de parâmetros do Manual de Projeto de Estradas e Pontes - DMRB. Este método é baseado nas propriedades mecânicas do solo local, utilizado para determinação da espessura total de camadas superficiais de estradas não pavimentadas (BRITO, 2011). Suas variáveis de entrada para o dimensionamento são:
Velocidade de Projeto → 25 km/h e Carga de Projeto → 44 Toneladas; Tipo de material local (Valor do Impacto do Agregado − AIV);
CBR → Índice de Suporte California no Subleito do material local (%).
A variável de saída é a espessura do pavimento (h), apresentada na Tabela 2.5, proposta no Manual de Engenharia Civil Florestal (FCE, 2004).
Tabela 5 - Espessura do pavimento em função do CBR do subleito
Forest Road Design - 2004
Variáveis de Entrada Variáveis de Saída
Velocidade [km/h] Carga de Projeto [t] Material CBR [%] Espessura [cm] Largura [cm] 25 44 Turfa < 2 > 85,0 600 25 44 Argila Pesada 2 70,0 550 25 44 Argila Siltosa 3 55,5 550 25 44 Argila Arenosa 4 47,5 540 25 44 Areia Saturada 7 32,5 540 25 44 Areia Fina 10 25,0 540 25 44 Areia Cascalha. 20 15,0 540
2.1.2.5 Método do DCP – Dynamic Cone Pernotometer
Trata-se de um método que permite fazer a avaliação do subleito no local, originalmente australiano, mas aperfeiçoado pelos Sul Africanos entre 1960 e 1970 (MTPW, 2013). Em 1980, foi desenvolvido um programa computarizado que permitia dimensionar a espessura das camadas de estradas cascalhadas para estradas seladas. O método apresenta as seguintes variáveis de entrada:
T → Período de projeto; N → Tráfego de projeto;
LE → Classe de tráfego de acordo estudos na região Sul de África ; DN Requerido → Perfil de resistência requerido ;
DN In Situ → Perfil de resistência da camada 𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑡𝑢 calculado pelo software DCP; Correlação entre DN → CBR.
A classe do tráfego é apresentada na Tabela 6. Esta metodologia é baseada na comparação entre o perfil de resistência da camada in situ (no local) e o perfil de resistência requerido em função do volume de tráfego do projeto. Se o perfil de resistência requerido é maior que o perfil de resistência da camada in situ deve-se reforçar o subleito com uma nova camada mais resistente, com o DN (nº de golpes necessário para penetração no solo) menor ou igual ao requerido, uma vez que a espessura das camadas é fixa.
Tabela 6 - Classes de tráfego por projeto de pavimento
Classe de Tráfego Número Acumulado de ESA’s (CESA – uma direção)
LE 0,01 0,003 - 0,01 LE 0,03 0,01 - 0,03 LE 0,10 0,03 - 0,10 LE 0,30 0,10 - 0,30 LE 0,70 0,30 - 0,70 LE 1,0 0,70 - 1,0 Fonte: Adaptado de MTPW (2013)
O perfil de resistência requerido por camada, em função do volume ou classe de tráfego é apresentado na Tabela 7.
Tabela 7 - Catálogo de projeto DCP para diferentes classes de tráfego
Fonte: Adaptado de MTPW (2013)
O diagrama de resistência ou força da camada mínima requerida para diferentes classes de tráfego é apresentado em forma de gráfico na Figura 3, isto é, em número de golpes para causar determinada profundidade (DN). Cada classe de tráfego é apresentada por uma reta/cor.
A relação DN – CBR é calculada através da fórmula proposta no MTPW (2013). Assim, podemos calcular o valor do CBR requerido em função do DN através da Equação (2.3). CBR = 410 ∗ DN−1,27 (2.3) Classe de Tráfego E80 * 10⁶ LE 0.01 0.003 – 0.01 LE 0.03 0.01 – 0.03 LE 0.1 0.03 – 0.1 LE 0,30 0.1– 0,3 LE 0,70 0.3– 0,7 LE 1,0 0.7– 1,0 0-15 cm Base ≥ 98% MAASHTO DN ≤ 8 DN ≤ 5,9 DN ≤ 4 DN ≤ 3,2 DN ≤ 2,6 DN ≤ 2,5 15-30 cm S.Base ≥ 95% MAASHTO DN ≤ 19 DN ≤ 14 DN ≤ 9 DN ≤ 6 DN ≤ 4,6 DN ≤ 4,0 30-45 cm Subleito ≥ 95% MAASHTO DN ≤ 33 DN ≤ 25 DN ≤ 19 DN ≤ 12 DN ≤ 8 DN ≤ 6 45-60 cm Material in situ DN ≤ 40 DN ≤ 33 DN ≤ 25 DN ≤ 19 DN ≤ 14 DN ≤ 13 60-80 cm Material in situ DN ≤ 50 DN ≤ 40 DN ≤ 39 DN ≤ 25 DN ≤ 24 DN ≤ 23 DN 800 ≤ 39 ≤ 52 ≤ 73 ≤ 100 ≤ 128 ≤ 143