Pavimentação

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ESTRADAS - PAVIMENTO NOTAS DE AULA Prof. Luís Márcio Faleiros Franca, julho 2005 1 PAVIMENTO Assim como a necessidade de deslocamento periódico entre dois pontos gerou a construção dos caminhos e das estradas, a necessidade de que esses caminhos, ou essas estradas, permitissem o tráfego em qualquer época do ano gerou os revestimentos do leito, evoluindo até o que hoje se conhece como pavimento. A estrutura que se constrói sobre o leito de terra pode variar, quer no que e refere à espessura quer no que se refere aos materiais utilizados, em consonância não só com as solicitações, como também com a própria função que a estrada está exercendo, ou deverá exercer. 1.1 PAVIMENTOS DE BAIXO CUSTO É de baixo custo o pavimento cuja vida útil, no dimensionamento, for considerada como perfazendo de metade a um terço da vida útil normal dos pavimentos; É de baixo custo o pavimento executado a fim de garantir tráfego permanente na estrada, sem qualquer outra exigência que levaria a um dispêndio de dinheiro. 1.2 DEFINIÇÃO Pavimento é a estrutura construída sobre a terraplenagem e destinada, economicamente, técnica e simultaneamente a: a) resistir e distribuir os esforços verticais oriundos do tráfego; b) melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto e segurança; c) resistir aos esforços horizontais (desgaste), tornando mais durável a superficie de rolamento. A figura 1 mostra a disposição normal de um pavimento completo, ou um pavimento em que as condições da fundação não permitiram a eliminação de nenhuma camada. De cima para baixo, os materiais utilizados nas camadas são mais nobres, sendo o revestimento ou capa de rolamento a camada mais nobre de um pavimento. fig. 1 - Pavimento LARGURA DAS CAMADAS " "Região " "Classe " " " "Plana "Ondulada "Montanhosa "Escarpada " " "Rev. "Base " " " " " "Pedregulho "entre 76,1 e 4,76 mm " " " " "Granulação " "Areia "entre 4,76 e 0,05 mm "grossa " " " " " "Silte "entre 0,05 e 0,005 mm " " " " " " "Argila "inferior a 0,005 mm "Granulação " " "argilas colodais: inferior a 0,001 "fina " " "mm " " Essas designações, no entanto, podem variar de lugar para lugar. Assim, por exemplo: Designações estabelecidas pelo 49 Congresso Internacional de Estradas de Rodagem: Areia fina: de 0,074 a 0,177 mm Areia média: de 0,177 a 0,420 mm Areia grossa: de 0,420 a 2,000 mm PedreguIho: de 2,000 a 20,000 mm Pedras: além de 20,000 mm Designações estabelecidas pela A. S. E. E. (American Society for Engineering Education): Pedras pequenas: além de 76,2 mm Pedregulho grosso: de 76.2 a 25,0 mm Pedregulho médio: de 25,0 a 10,0 mm Pedregulho fino: de 10,0 a 2,0 mm A fase sólida pode ser considerada, como já vimos, a que é constituída por um conjunto de partículas provenientes da erosão mecânica e química das rochas, de forma e dimensões variadas. Essas partículas podem estar soltas ou agrupadas, mantendo-se unidas pela ação de colóides minerais ou orgãnicos, que atuam como cimento. Chama-se granulometria ou análise granulométrica a operação que visa estabelecer a distribuição em peso das partículas, segundo as dimensoes. Outra análise importante, referente à fase sólida de um solo, é a determinação da massa especifica. Consiste numa operação aparentemente fácil, o que é verdade quando se trata de areia ou pedregulho, mas que não está isenta de dificuldades quando se trata de sua determinação para solos finos, especialmente quando o solo contém uma porcentagem significativa de argila. A massa especifica refere-se à massa da unidade de volume das particulas (excluídos os vazios). Quando, na contagem do volume, incluidos os vazios dos poros, temos a massa especifica real. A determinação da massa especifica dos grãos é feita, geralmente, pelo processo do picnômetro. O ensaio é feito com o solo seco em estufa a 100 - 110W até à constância de peso. O solo seco é pesado para se utilizar quantidades da ordem de 20 a 25 gramas. Sendo: m1 = massa do picnômetro + massa do solo m2 = massa do picnômetro vazio ms = m1 - m2 massa do solo seco. Adiciona-se água destilada, até mais ou menos a metade do picnômetro e submete-se a uma bomba centrífuga para retirada do ar existente. Feito isso, completa-se com água destilada o preenchimento do pícnômetro até o menisco. Pesa-se o picnômetro (m3). Em seguida, retira-se todo o material, preenche-se o picnômetro com água destilada, à mesma temperatura e pesa-se (m4) Ovolume de solo será: = massa especifica da água á mesma temperatura A massa especifica dos grãos de solo, pela própria definição, será: Exemplo: 2.1.2 FASE LIQUIDA A fase líquida não pode ser encarada de uma forma independente, porque a água se apresenta nos solos sob diversos aspectos, com propriedades que podem variar totalmente da água livre. Podemos distinguir: água de constituição: como o nome indica, é um dos componentes da argila, cuja eliminação ou variação percentual acarreta variação nas propriedades da mesma; água absorvida: constitui-se na película fixada na superfície dos grãos. A espessura dessa película é variável. Para as argilas finas, é de aproximadamente 50 A (50 milimicron), sendo menor para as particulas maiores. As propriedades dessa película não são uniformes em toda a sua espessura. Na superfície de contato com as partículas sólidas, tem propriedades parecidas com as de um sólido, propriedades essas que vai perdendo à medida em que se afasta, assumindo condições de liquido viscoso na periferia. Quando está a uma distância de 1 000 A (um décimo de micron), tem propriedade de água livre. A quantidade de água adsorvida é função da natureza dos cations fixados na superfície das argilas; água higroscópica: é aquela que se encontra no solo, ao ar livre, ou seja. em equilíbrio com o vapor de água da atmosfera úmida, e é cedida em uma atmosfera seca. Vê-se, então, que a umidade do solo ao ar livre é função do grau de saturação da atmosfera. A umidade higroscópica é função também da superfície e da natureza superficial das partículas. De acordo com a definição, não se deve confundir umidade higroscópica com umidade natural. A umidade higroscópica de um solo seria constante, enquanto que a umidade natural depende do estado do solo, por ocasião da retirada da amostra. água capilar: é aquela que, nos solos de grãos finos, sobe pelos intersticios capilares deixados pelas partículas sólidas, além do plano determinado pela água livre. A capilaridade constitui urna das mais importantes manifestações da existência das três fases: sólido, liquido e gás. A coesão e o fenômeno de contração das argilas são explicados através da ação capilar existente nos solos. água livre: tem as características físicas da água comum, regendo- se seu comportamento pelas leis da Hidráulica. Quanto maior a porosidade do solo, maior a quantidade de água que poderá conter em seus vazios. As águas Higriscópicas, capilar e livre são as que podem ser evaporadas pelo calor à temperatura superior a 100(C. 2.1.3 FASE GASOSA Consiste nos vazios deixados pelas fases sólida e liquida, e é constituída por ar, vapor d'água e carbono combinado. Dessa forma, a proporção da fase gasosa depende da fase liquida. A fase gasosa é muito importante nos estudos de compactação de solos e nos estudos de consolidação dos aterros, quando há necessidade de calcular as tensões neutras desenvolvidas, em função da redução de volume da fase gasosa 1. GRANULOMETRIA A composição granulométrica de um solo permite o conhecimento das porcentagens, em peso, das partículas constituintes, em função de suas dimensões, o que representa um elemento de grande valia para os estudos do comportamento desse solo, quer como elemento constituinte da fundação em que se apoia um pavimento, quer como elemento constituinte das próprias camadas do pavimento. No ensaio de análise granulométrica, distinguimos: peneiração: para partículas maiores que 0,074 mm (peneira n. 200) sedimentação: para particulas menores que 0,074 mm. A peneiração consiste na separação de material em vários tamanhos, por meio de peneiras especificadas. As peneiras são de malhas quadradas, de fios ondulados de latão ou de bronze, em caixilhos metálicos de 203,2 mm de diâmetro e 50 mm de altura, com as seguintes aberturas nominais: " "4" "101,6 mm "4 "4,76 mm " " "3" "76,2 mm "10 "2.00 mm " " "2" "50,0 mm "16 "1.19 mm " " "1 1/2" "38,1 mm "30 "0.59 mm " " "1" "25,4 mm "40 "0.42 mm " " "¾" "19,1 mm "50 "0.297 mm " " "½" "12,7 mm "100 "0.149 mm " " "3/8" "9,52 mm "200 "1.074 mm " 2. TIPO DE CURVA GRANULOMÉTRICA Segundo a forma da curva, podemos distinguir os diferentes tipos de granulometria: Granulometria contínua (curva A) Granulometria contínua (curva A) Granulometria contínua (curva A) Especificações: No que se refere à granulometria, as especificações estabelecem faixas em que a curva granulométrica do solo deve ser contida. Essas faixas devem ser obtidas ligando-se os valores máximos – curva superior da especificação – es os valores mínimos – curva inferior da espacificação. 2.4 ASFALTO Do grego: ασφαλτοε. Existe ainda certa indefinição no que diz respeito às diferenças entre betume e asfalto. É hábito admitir que betume é palavra mais genérica, englobando asfaltos e alcatrões. No entanto o vocábulo betume vem do sânscrito "jatu-crit", que os romanos chamavam de "guitu-men" ou "pix-tumen", e significa criador de pixe". O vocábulo asfalto vem do grego "ασφαλτοε", que quer dizer "firme", "estável". Dessa origem etimológica vê-se que, enquanto betume significava um corpo cujas características se enquadravam nas do pixe, o asfalto qualificado como uma espécie de cimento estável, que servia para aglutinar pedras e outros matenais. Entre nós, os materiais betuminosos passam atualmente por uma revisão no que diz respe!to à terminologia. Essa revisão tornava-se necessária, uma vez que as classificações anteriores apresentavam uma grande diversidade de sub-produtos, muitos dos quais existiam apenas teoricamente, pois sua utilização em serviços de impermeabilização e pavimentação era totalmente nula. No entanto, o longo tempo em que foi utilizada a cIassificação em revisão tornou tradicionais alguns nomes, razão porque, neste capítulo, serao feitas constantes referências à classificação antiga, e à apresentação das tabelas relativas à classificação atual. Os asfaltos constituem, como foi visto, um dos tipos dos materiais betuminosos. Há uma grande variedade de materiais betuminosos que podem ser empregados em pavimentação, quer na construção de bases, quer na construção de revestimentos. A escolha depende da natureza dos serviços e do equipamento disponível. Materiais betuminosos são hidrocarbonetos, de cor, dureza e volatilidade variáveis, que se encontram, às vezes, associados a materiais naturais. Em geral, são solúveis no bisulfeto de carbono – S2C. Betumes são combinações de hidrocarbonetos produzidos naturalmente ou por combustão, ou por ambos associados, encontrados freqüentemente acompanhados por derivados não metálicos e sempre completamente solúveis no bi-sulfeto de carbono -- S2C. Em geral, o termo betume engloba asfaltos e alcatrões. A utilização dos asfaltos em pavimentação deve-se às propriedades dos mesmos, no que se refere principalmente à impermeabilidade e poder aglutinante. Os egípcios já utilizavam os materiais betuminosos na impermeabilização das múmias. Os gregos, por sua vez, fabricavam, com esses materiais, bolas de fogo, que eram arremessadas por catapultas dentro das muralhas dos inimigos. Os romanos impermeabilizavam os aquedutos com materiais betuminosos, e os incas usavam rochas impregnadas de betume na pavimentação de ruas. Por volta de 1800, os materiais betuminosos passaram a ser utilizados em pavimentação, ainda sob a forma de rocha asfáltica. As principais qualidades que fizeram com que os pavimentos cada vez mais fossem construídos com materiais betuminosos são: Adesividade entre o betume e os agregados, que permite a ligação entre as pedras; Impermeabilidade; Durabilidade das misturas e manutenção das propriedades do betume por muitos anos; Possibilidade de trabalho a diversas temperaturas; Preço competitivo ou vantajoso em relação a materiais destinados às mesmas funções. Com o desenvolvimento da indústria do petróleo, gradativamente a utilização dos asfaltos nativos cedeu lugar à utilização dos asfaltos de petróleo. 3 ENSAIOS DE LABORATÓRIO 1. DETERMINAÇÃO DOS LIMITES DE CONSISTÊNCIA DOS SOLOS ENSAIOS 1. INTRODUÇÃO No início dos estudos de Mecânica dos solos, a classificação dos solos era baseada apenas na textura do material. Verificou-se depois que solos com a mesma granulometria poderiam ter comportamentos diferentes, logo algum outro parametro poderia diferenciar e servir para caracterizar melhor esses solos. Estudando o comportamento do solo com a variação de sua umidade, Attenberg em 1911, definiu 4 estados para o solo, de acordo com sua consistencia, ou sejam: " "L.L." "L.P." "L.C." " "ESTADO LIQUIDO " "ESTADO PLÁSTICO" "ESTADO " "ESTADO SÓLIDO " " " " " "SEMI-SÓLIDO " " " Sendo: LL = Limite de liquidez (limite entre o estado líquido e o estado plástico) LP = Limite de plasticidade (limite entre o estado plástico e o estado semi-sólido) LC = Limite de contração (limite entre o estado semi-sólido e o estado sólido) 2. DEFINIÇÕES 1. LIMITE DE LÍQUIDEZ: é o teor de umidade do solo para o qual necessita-se 25 golpes no aparelho de Casagrande, a razão de 2 golpes/seg., para fechar a ranhura aberta no solo com o cinzel padrão, ao longo de 12 mm na direção desta. 2. LIMITE DE PLÁSTICIDADE: é o teor de umidade do solo para o qual rolando um cilindro de aproximadamente 10 cm de comprimento, com a palma da mão contra a superfície de um vidro esmerilhado, o cilindro apresente as primeiras fissuras transversais quando estiver com ( = 3,0 mm. 3. OBJETIVO Determinar os parâmetros representativos da plasticidade do solo. 4. APARELHAGEM Aparelho e cinzel de Casagrande Balança analítica de 100g de capacidade e precisão de 0,001g. Estufa Diversos: cápsulas de porcelana e alumínio, espátula, água destilada. Placa de vidro esmerilhada. 5. PROCEDIMENTO 1. LIMITE DE LÍQUIDEZ Tomar a amostra de solo o tanto quanto possível nas condições naturais, se a mesma estiver com uma umidade que não permita seu peneiramento na # 40 (U. S. B. S.), deixar secar à sombra. Homogeneizar a amostra em almofariz com mão de borracha, evitando triturar as partículas sólidas do solo. Passar o solo pela # 40 (U. S. B. S.), abertura de malha igual a0,42 mm. Tomar aproximadamente 100g de solo, juntar água destilada e homogeneizar muito bem até formar uma pasta. Colocar parte do solo com uma espátula na concha do aparelho de Casagrande. Fazer a ranhura ao longo diâmetro perpendicular ao eixo da manivela do aparelho, com o cinzel padrão que deve ser mantido normal à superfície da concha, no ponto de contato, durante o movimento. Girar a manivela do aparelho à razão de 2 revolução por segundo. Determinar a umidade, tomando o solo junto às bordas que se uniram. Misturar o solo que sobrou na concha com o restante, acrescentando água destilada e homogeneizar novamente. Limpar a concha e o cinzel. Repetir as operações, até que tenhamos no mínimo 4 pares de valores umidade / n. de golpes. 2. LIMITE DE PLÁSTICIDADE Preparação da amostra conforme a do limite de liquidez. Rolar com a palma da mão uma "bolinha" de 1,0cm de diâmetro até obter um cilindro de solo que apresente as primeiras fissuras transversais quando estiver com ( = 3,0mm. Esse cilindro deve ter um comprimento de no máximo 10cm. Colocar o trecho fissurado em uma cápsula de alumínio, para determinação de umidade. Refazer os procedimentos para quatro determinações de umidade. 6. CÁLCULO 1. LIMITE DE LÍQUIDEZ Colocar em um gráfico em papel mono-logarítmico, em abcissas na escala logarítimica o número de golpes e em ordenadas na escala normal a umidade, pelos pontos obtidos, interpolar uma reta. Na reta determinar a umidade correspondente a 25 golpes. 2. LIMITE DE PLÁSTICIDADE Calcular a média aritmética dos valores das umidades determinadas: O desvio em relação à média deve ser no máximo de 5%, desprezando os valores que não satisfazerem tal condição e determinando nova média. 2. CONTROLE DE COMPACTAÇÃO (MÉTODO DE HILF) 1. INTRODUÇÃO Em um grande número de obras de Engenharia Civil há a necessidade de se proceder à escavação, transporte e deposição de solo em outro local. Exemplo típicos são: a construção de barragens de terra, aterros para obras viárias, ou sobre os quais irão ser construidos quaisquer tipos de edifício. Existem vantagens técnicas e econômicas de submeter a deposição do solo a um processo que densifique, isto é, que reduza a proporção de vazios. O controle de execução de um aterro com respeito às características limita-se, principalmente: Controle da densidade e do teor de umidade de compactação. Peso específico seco bem como o teor de umidade de compactação são comparados com o peso específico máximo e com o teor de umidade ótimo determinados em ensaio de compactação padronizado. Grau de compactação, que é a relação entre o peso específico seco do aterro e o peso específico máximo obtido no ensaio. Diferença entre o teor de umidade de compactação e o teor de umidade ótimo, obtido também no ensaio a servir de referência. Os ensaios de referência mais empregados atualmente são o de Proctor normal e o de Proctor modificado. Diferem unicamente da energia cinética aplicada por unidade de volume. 2. FINALIDADE Determinação direta do grau de compactação, desprezando no momento do controle, o conhecimento da umidade e do peso específico seco do solo. 3. APARELHAGEM Cilindro e soquete Proctor Balança com capacidade de 10.000 gramas e precisão de 1,0 g. Bandejas metálicas Trituradores Quarteadores de amostras Extrator de amostras 4. PROCEDIMENTO DO ENSAIO Determinar o peso específico natural do aterro por um dos processos convencionais (retirada de amostra (s = P/V ) Compactar o material do cilindro, segundo "Proctor Normal", mantendo o teor de umidade do aterro. Marcar o peso específico natural obtido na ordenada correspondente a abcissa Z = 0. Adicionar certa quantidade de água "Z " em % do peso específico da amostra. Homogeneizar e compactar o solo segundo "Proctor Normal". Dividir o peso específico natural por ( 1 + Z) e marcar o resultado na ordenada correspondente a abcissa "Z". Repetir o item anterior com outro aumento ou diminuição do teor de umidade. Eventualmente, nova repetição do item anterior, com outro aumento do teor de umidade, isto se não dispuzer de um número adequado de pontos. Traçar a curva dos pesos específicos convertidos e determinar o peso específico convertido máximo e o correspondente aumento do teor de umidade Zm em % do peso úmido. Determinar o grau de compactação C, a eficiência E e o desvio do teor de umidade em relação à umidade ótima (Wo – Wa). C = peso específico natural do aterro x 100% peso específico convertido máximo E = peso específico natural do aterro x 100% peso específico convertido da mesma umidade do aterro 5. DETERMINAÇÃO GEOMÉTRICA DO PONTO MÁXIMO DA PARÁBOLA São conhecidos 3 dos seus pontos (A, B, C), bem como a direção do seu eixo (paralelo ao das ordenadas). Traçar a linha de base horizontal passando por "A" e linhas verticais passando por "B" e "C". A interseção da linha base com a vertical que passa por "B" será "D". Traçar DE paralela a AB, cuja interseção com a linha vertical passando por "C", fornece "E" Projetar horizontalmente "E" na vertical que passa por "B", obtendo "F". Traçar DG paralela a AC. A sua interseção com a linha vertical passando por "C" fornece "G". A interseção da linha FG com a linha base fornece "H". O eixo da parábola passa pelo ponto médio do segmento AH no ponto "I". A interseção de AB com o eixo fornece "J". Projetando "J" horizontalmente na linha vertical que passa por "B", obtem-se "K". A linha KH intersepta o eixo "O", que é o ponto máximo da parábola. " " "ENSAIO DE COMPACTAÇÃO " "Classificação "Local: " " "Sondagem N. " " "Amostra N. " "Peso específico dos solos "Profundidade: m " "g/cm3 "DATA: " " " " " " "Cilindro N. "Peso "Volume "Operador: " " "g "cm3 " " "Peso da amostra + cilindro " " " " " " "g " " " " " " "Peso da amostra " " " " " " "g " " " " " " "Peso específico úmido " " " " " " "g/cm3 " " " " " " "Cápsula N. " " " " " " "Peso bruto úmido " " " " " " "g " " " " " " "Peso bruto seco " " " " " " "g " " " " " " "Tara " " " " " " "g " " " " " " "Peso da água " " " " " " "g " " " " " " "Peso do solo seco " " " " " " "g " " " " " " "Umidade " " " " " " "% " " " " " " "Peso específico aparente seco " " " " " " "g/cm3 " " " " " " "Índice de vazios " " " " " " "Grau de saturação " " " " " " "% " " " " " " "Ägua adicionada " " " " " " "g " " " " " " "Observações " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "ENSAIO DE COMPACTAÇÃO " "Classificação "Local: " " "Sondagem N. " " "Amostra N. " "Peso específico dos solos "Profundidade: m " "g/cm3 "DATA: " " " " " " "Cilindro N. "Peso "Volume "Operador: " " "g "cm3 " " "Peso da amostra + cilindro " " " " " " "g " " " " " " "Peso da amostra " " " " " " "g " " " " " " "Peso específico úmido " " " " " " "g/cm3 " " " " " " "Cápsula N. " " " " " " "Peso bruto úmido " " " " " " "g " " " " " " "Peso bruto seco " " " " " " "g " " " " " " "Tara " " " " " " "g " " " " " " "Peso da água " " " " " " "g " " " " " " "Peso do solo seco " " " " " " "g " " " " " " "Umidade " " " " " " "% " " " " " " "Peso específico aparente seco " " " " " " "g/cm3 " " " " " " "Índice de vazios " " " " " " "Grau de saturação " " " " " " "% " " " " " " "Ägua adicionada " " " " " " "g " " " " " " "Observações " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 3. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DO SOLO 1. INTRODUÇÃO Compactação é o processo de densificação do solo, diminuindo-se os seus vazios e sua permeabilidade. R.R. Proctor desenvolveu o ensaio de compactação, onde o solo é compactado em camadas dentro de um cilindro, sendo que a energia por unidade de volume aplicada ao mesmo é de 5,6 kg.cm/cm3. Com o desenvolvimento das máquinas de terraplenagem houve a necessidade de se fazer ensaio de compactação com uma energia maior, assim temos: " " " " " " "PROCTOR NORMAL "PROCTOR INTERM. "PROCTOR MODIF. " " " " " " "MOLDE " " " " "Diâmetro "10,16 cm "15,24 cm "15,24 cm " "Altura "11,66 cm "11,66 cm "11,43 cm " "Volume "1000 cm3 "1000 cm3 "2400 cm3 " " " " " " "SOQUETE " " " " "Peso "2,5 kg "4,5 kg "4,5 kg " "Queda Livre "30 cm "45 cm "45 cm " "Diâmetro da face "5 cm "5 cm "5 cm " " " " " " "CAMADAS " " " " "Quantidade "3 "5 "5 " " " " " " "ESFORÇO " " " " "Golpes por camada "25 "26 "55 " 2. FINALIDADE Determinação da curva de compactação, (peso específico aparente seco em função da umidade) de um solo e das curvas do grau de saturação do solo. 3. APARELHAGEM Cilindro e soquete Proctor Balança com capacidade de 10.000 gramas e precisão de 10, 200 e 0,001 g. Bandejas metálicas Trituradores Quarteadores de amostras Extrator de amostras Cápsulas de alumínio para determinação da umidade. Estufa 4. PROCEDIMENTO DO ENSAIO a) Deixar secar a amostra de solo, em condições naturais. b) Homogeneizar a amostra de solo, quebrando os torrões evitando porém a quebra dos grãos. Peneirar a amostra homogeneizada, através da peneira N. 4. Usar para o ensaio o solo que passa na peneira N. 4. c) Quartear a amostra segundo a seguinte técnica: Misturar bem todo o solo e depois repartir em 4 quartos; tomar 2 quartos alternados e repetir o processo até se ter a quantidade necessária de solo para o ensaio. d) A quantidade necessária de solo, depende de como se procederá o ensaio; apenas como ordem de grandeza pede-se o seguinte: - 2,5 kg de solo seco, quando o ensaio vai ser realizado com reaproveitamento do solo. - 8,0 a 10,0 kg de solo seco, quando o ensaio vai ser realizado sem reaproveitamento de solo. e) Se o solo estiver muito seco, juntar água, em pequenas quantidades e homogeneizar, até todo o solo apresentar a mesma umidade, a umidade inicial deve estar abaixo da umidade ótima do solo. f) Colocar o solo no cilindro até uma altura de aproximadamente metade do cilindro. g) Com o soquete de Proctor compactar o solo com 25 golpes, tendo o cuidado de distribuir os golpes por toda a área do cilindro. h) A camada assim compactada deve ficar com uma altura de 1/3 da altura do cilindro. i) Colocar nova quantidade de solo no cilindro e compactar com 25 goltes do soquete: a 2ª. camada, assim compactada deve ficar com uma altura até 2/3 da altura do cilindro. j) Colocar o solo no cilindro até a altura superior do anel e compactar novamente com 25 golpes. k) Retirar o colar e rasar a superfície do solo na cabeça do cilindro. l) Pesar o cilindro com o solo, obtendo um valor para determinação do peso específico úmido. m) Levar o cilindro para o extrator de amostras, retirar o solo. n) Da parte central da amostra extraida, retirar uma porção de solo para determinação da umidade. o) Se o ensaio estiver sendo realizado com reaproveitamento do solo, fazer o que se segue. p) Quebrar toda a amostra extraída e juntar com solo que estiver na bandeja. q) Homogeneizar a amostra, até todo o solo apresentar a mesma umidade. r) Juntar água ao solo e homogeneizar até toda amostra apresentar uma umidade uniforme. s) Repetir os itens f a r , obtendo-se assim os vários pontos para o traçado da curva de compactação. t) Se o ensaio estiver sendo realizado, sem reaproveitamento do solo, repetir os itens e a n, sendo dois pontos abaixo e dois pontos acima da umidade ótima. u) Deve-se procurar obter um intervalo de umidade entre dois pontos consecutivos da ordem de 1 a 2%. 5. CALCULO DO ENSAIO Para cada série de operações de compactação do solo no cilindro, obter: a) O peso do solo compactado + cilindro b) O) peso e o volume do cilindro c) O peso do solo compactado d) O peso específico úmido do solo compactado. e) A unidade de compactação do solo. f) Através do cálculo o peso específico aperente do solo. Obtidos os pares de valores umidade, peso específico aparente seco, colocar em um gráfico e traçar a curva que melhor se ajustar a eles. Da curva obtida, tirar o valor do peso específico aparente seco máximo e a umidade correspondente, denominada umidade ótima. Calcular para cada ponto os valores dos ídices de vazios e o grau de saturação. Traçar as curvas de saturação (S = 100%, 90%, 80%, 70%) a partir da fórmula 1- Cilindro de Proctor de dimensões: Diâmetro intreno = 10,16 cm Altura = 12,34 cm Volume = 1000 cm3 2- Base de engate do cilindro 3- Colar suplementar com altura de 5 cm. 4- Parafusos de fixação do cilindro à base 5- Soquete de Proctor, com as seguintes dimensões: Peso = 2,5 kg Diâmetro = 5,0 cm O comprimento L do soquete depende do material de que é feito. 6- Guia do soquete: O comprimento da guia deve ser h = (30 + L) cm " " "CONTROLE DE COMPACTAÇÃO " " " "MÉTODO DE HILF " "OPERAÇÃO" "VISTO " "LOCAL " "N. " " " " " " " " "ENSAIO" " " " "APROV." "AMOSTR" "TURNO " " " " " " "A " " " " "VALOR ESPEC. "GC "4h " "CAPSULA N. " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "CONTROLE DE COMPACTAÇÃO " " " "MÉTODO DE HILF " "OPERAÇÃO" "VISTO " "LOCAL " "N. " " " " " " " " "ENSAIO" " " " "APROV." "AMOSTR" "TURNO " " " " " " "A " " " " "VALOR ESPEC. "GC "4h " "CAPSULA N. " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 4 PAVIMENTO 1. DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS Odimensionamento de um pavimento consiste na detetminação das camadas da sub-base, base e revestimento, de forma que essas camadas sejam suficientes para resistir, transmitir e dístribuir as pressões ao sub- Ieito, sem sofrer deformações. Antes de qualquer cálculo, deve-se fazer um estudo compreendendo a coleta de amostras e ensaios de laboratório dos materiais do sub-leito, assim como dos materiais que serâo usados nas diversas camadas do pavimento. 1. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO Índice de grupo, CBR, Método do DNER e, Método Hveem, ainda em fase de adaptação para nossas condições. 2. GRAU DE COMPACTAÇÃO E evidente que, quanto maior o grau de compactação de um solo, maior sua resistência à deformação. Para solos granulares essa regra é rigorosamente válida. No entanto, para solos argilosos, um excesso de compactação pode resultar em maior deformação, devido a outros fatores que podem ser influenciados por esse excesso de compactação. O equipamento adequado dará ao solo compactação conveniente. 3. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO A água em excesso sempre provoca efeitos danosos de uma forma geral e, em particular, à compactação. Nos solos granulares essa influência não se apresenta tão prejudicial, principalmente devido à menor superficie especifica, que resulta em pequena absorção. Os solos finos, que podem oferecer grande capacidade de suporte quando secos, sofrem muita influência da umidade, o que pode levar a variações significativas de volume, provocando instabilidade. 4. VELOCIDADE DE APLICAÇÃO DAS CARGAS Para solos granulares, a velocidade de ap!icação das cargas pode significar muito pouco. Para solos finos, verifica-se que a breve aplicação de carga, seguida de imediata descarga, não dá tempo para a água movimentar- se, além de que a água absorve parte da carga, resultando em pequenos recalques. Para carga aplicada prolongadamente, a água poderá ser expulsa, provocando recalque mais ou menos pronunciado, resultando em perda de capacidade de suporte. 2. CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS PARA FINS DE PAVIMENTAÇÃO Classificação dos solos: Sugestão do Highway Research Board American Association of Highway Officials (AASHO), DNER e DER-SP. CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS PARA FINS DE PAVIMENTAÇÂO " "MATERIAIS GRANULARES "MATERIAIS SILTOSOS E " "CLASSIFICAÇÃO "(35% ou menos passando na peneira n. 200)"ARGILOSOS " "GERAL " "(mais de 35% passando " " " "na peneira n. 200) " " "A –1 "A-3 "A-2 "A-4 "A-5 "A-6 "A-7 " "GRUPO "A-1-a "A-1-B" "A-2-4 "A-2-5 " LIMITES DE SEPARAÇÃ0 ENTRE OS DIVERSOS FATORES DA CLASSIFICAÇÃO p = % que passa na peneira N. 200 "Interessa saber se "p ( 35% ou p ( 36% " "Os solos que satisfazem a condição de p ( 35% "A-1, A-2, A-3 " "são os solos: " " "Os solos que satisfazem a condição de p ( 36% "A-4, A-5, A-6, A-7 " "são os solos: " " LL = Limite de Liquidez, em % "Interessa saber se "LL ( 40% ou LL ( 41% " "Os solos que satisfazem a condição de LL ( 40% "A-1, A-2-4, A-2-6, A-3, A-4, " "são os solos: "A-6 " "Os solos que satisfazem a condição de LL ( 40% "A-2-5, A-2-7, A-5, A-7 " "são os solos: " " IP = Índice de Plasticidade em % "Interessa saber se "IP ( 10% ou p ( 11% " "Os solos que satisfazem a condição de IP ( 10% "A-1, A-2-4, A-2-5, A-3, A-4, " "são os solos: "A-5 " "Os solos que satisfazem a condição de IP ( 11% "A-2-6, A-2-7, A-6, A-7 " "são os solos: " " Os solos A-1-a, A-1-b e A-3 tem a classificação sempre subordinada aos resultados de granulometria, levando-se em conta as porcentagens que passam nas peneiras N. 9, 10, 40 e 200. " " "EXEMPLOS DE CLASSIFICAÇÃO " " " "Amostra 1: " " " "P = 52% " "LL = 62% " "IR = 18% " "De posse do Quadro, segue-se o roteiro: " "lnicialmente, toma-se o valor p = 52%: " "Verifica-se que ficam eliminados os materiais granulares, ou seja, os solos A-1," "A-2 e A-3, pois " "p = 52% > 36%. " " " "Toma-se, em seguida, o valor LL = 62% " "Verifica-se que ficam eliminados os solos A-4 e A-6, pois LL = 62% > 40%. " "Finalmente, toma-se o valor IR = 18%: " "Verifica-se que fica eliminado o solo A-5, pois IR = 18% > 10%. " "O solo da amostra 1, classifica-se, então, como A-7. E necessário distinguir " "entre A17-5 e A-7-6. Para isso, verifica-se, em complemento, que: " " " "LL - 30 = 52 - 30 = 22% > LL = 18% " " " "Sendo LL - 30 > IR, o solo é A-7-5 " " " " " "Amostra 2: " " " "p = 28% " "LL = 34% " "IR = 8% " "No Quadro, obtém-se: " " " "Para p = 28%, elimina-se A-4, A-5, A-6 e A-7. " " " "Para LL = 34%, elimina-se A-2-5 e A-2-7. " "Para IR = 8%, elimina-se A-2-6. solo A-2-4 " " " "Amostra 3: " " " "p = 42% " "LL = 47% " "!R = 13% " "Para p = 32%, elimina-se A-1, A-2 e A-2-5 " "Para LL = 47%, elimina-se A4 e A-6. " "Para IR = 13%, elimina-se A-7. solo A-5 " " " "Amostra 4: " " " "p = 28% " "LL = 34% " "IR = 12% " "Para p = 28%, elimina-se A-4, A-5, A-6 e A-7. " "Para LL = 34%, elimina-se A-2-5 e A-2-7. " "Para IR = 12%, elimina-se A-2-4. solo A-2-6 " " " "Amostra 5: " " " "p = 30% " "LL = 36% " "IR = 8% " " " "Para p 50%, elimina-se A-1, A-2 e A-3 " " " "Para LL = 36%, elimina-se A-5 e A7. " " " "Para IR = 8%, elimina-se A-2-6. solo A.4 " 3. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO Método do índice de Grupo (IG) Método California Bearing Ratto (CBR) Método de HVEEM Método do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER). Apenas como complemento, serão apresentados resumos de dois outros métodos, a fim de oferecer conceitos novos que estão influenciando ou que poderão vir a influenciar no futuro, os métodos de dimensionamento. São eles: Método de IVANOV Método A.A.S.H.O. 1. MÉTODO DO ÍNDICE DE GRUPO (IG) É um método empírico, baseado no denominado lndice de Grupo (IG). Este valor depende apenas dos resultados de ensaio de granulometria e dos resultados dos índices físicos Limite de Liquidez (LL) e lndice de Plasticidade (IP). O IG é um classificador muito conhecido, mas só pesquisa as propriedades indesejáveis, fornecidas pela fração fina do solo (silte, argila, humus etc), não diferenciando as variações de atrito interno trazidas nela fração ínerte, segundo sua natureza e graduação. O método do índice de Grupo permite obter-se o dimensionamento do pavimento, baseado apenas nos ensaios normais de caracterização dos solos do sub-leito. Se esses ensaios praticamente obrigatórios como primeira etapa do estudo dos materiais do sub-leito, nada mais recomendável do que a utilização dos mesmos para se ter a primeira idéia do dimensionamento. A utilização do método do indice de Grupo, exige preliminarmente duas condições: Drenagem eficiente Compactação do sub-leito de acordo com as especificações. O Índice de Grupo pode ser calculado utilizando-se ábacos, os quais foram elaborados de acordo com a fórmula já mencionada. " " "EXEMPLO: " " " "LL = 58% " "IP = 17% " "p = 50% " " " "No primeiro ábaco, para p = 50% e IP = 17%, obtém-se: " "IG = 2,5 " "No segundo ábaco, para p = 50% e LL = 58%, obtém-se: " "IG = 4,4 " " " "IG = 2,5 + 4,4 = 6,9 " " " " " " " "Sendo o lG um número inteiro, deve-se aproximar o decimal sempre para cima, ou " "seja, a favor da segurança. " " " No cálculo de IG1 e IG2 pode-se aproximar o resultado até 0,1. Na soma, no entanto, deve-se aproximar o resultado para o número inteiro acima (á favor de segurança). A carga aplicada ao pavimento, no método do Índice de Grupo, leva em conta o número de veículos comerciais (caminhões e ônibus), previstos por dia (VDM) é relativo ao ano médio da vida útil adotada. Dessa maneira, classifica-se como: Tráfego leve (TL): menos de 50 veículos comerciais por dia: Tráfego médio (TM): entre 50 e 300 veículos comerciais por dia; Tráfego pesado (TP): mais de 300 veículos comerciais por dia. Para uma vida útil de 10 anos, o VDM deve ser calculado para o 5º ano, com base no tráfego inicial, acrescido dos aumentos provocados pela taxa anual de crescimento prevista. Curvas para dimensionamento. As curvas são baseadas nas seguintes ordens relativas à compactação e drenagem. A compactação de sub-leito não deve ser menos que 95% da densidade máxima do solo seco determinada pelo ensaio A.A.S.H.O. "standard", e a compactaçâo da sub-base e da base não deve ser menos que 100%. A superfície do sub-leito deve estar suficientemente acima do nível d'água, a fim de permitir perfeita compactação do sub-leito, antes de ser assentada a base ou sub-base e onde necessário, deve ser executada a drenagem dos solos ou ser construído um aterro de altura suficiente para que o lençol d'água fique no mínimo 1,00 metro ou 1,20 metros abaixo da superfície da estrada. Curva A — Espessura necessária de sub-base (e3 ). Curva B — Espessura total de revestimento, base e sub-base, Tráfego leve (e2 + e3 ). Curva C — Espessura total de revestimento, base e sub-base. Tráfego médio (e2 + e3 ). Curva D — Espessura total de revestimento, base e sub-base. Tráfego pesado (e2 + e3 ). Curva E — Espessura adicional de base que pode substituir a sub- base da curva D. Os materiais da sub-base devem ter IG = O. 2. CÁLCULO DAS ESPESSURAS DAS CAMADAS DO PAVIMENTO Entra-se com o valor de IG, na curva do ábaco e obtém-se no sub-leito a espessura necessária. Entra-se com o valor de IG, numa das curvas B, C ou D conforme o tráfego seja leve, médio ou pesado, respectivamente. Calcula-se: e2 + e3 Adota-se e1 e calcula-se e1 + (e2+e3) Quando economica e tecnicamente recomenda-se uma base complementar, obtém-se e2, na curva E. " " "EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO " " " "Dimensionar o pavimento flexivel para uma estrada cujo sub-leito é formado por " "um solo argiloso apresentando: " " " "a) porcentagem que passa na # n. 200 = 65% = p " "b) LL= 58% LP49% " "c) IP = 9% " " " "É previsto um tráfego de 250 veículos/dia (caminhões e õnibus), dos quais. " "aproximadamente 10% apresentam carga por roda de 9 000 libras (± 4 100 kg). " "Tráfico pesado. " " " " " "a = 55 - 35 = 30 " "c= 58 - 40=18 " "d= 10 - 10=0 " " " "IG=0,2x30+0,005x30x18+0Olx4OxO=6+27+0=8,7 " " " " " "No ábaco: " " " "Curva A:IG 9 :20cm " " " "Curva B: (Tráfego pesado): IG = 9: 50 cm " " " "Adotando 5 cm para o revestimento: " "e = espessura total = 50 cm " "e3 = sub-base = 20 cm " "e2 = base = 25 cm " "e1 = revestimento = 5 cm " " " "Se substituirmos a sub-base por urna base adicional, teremos: " " " "Curva E = 10cm " "e2 = espessura da base = 25 cm " "e2' = espessura da base adicional = 10 cm " "e1 = espessura do revestimento = 5 cm "