COPPE/UFRJCOPPE/UFRJ
UM MTODO MECANSTICO-EMPRICO PARA A PREVISO DA
DEFORMAO PERMANENTE EM SOLOS TROPICAIS CONSTITUINTES DE
PAVIMENTOS
Antonio Carlos Rodrigues Guimares
Tese de Doutorado apresentada ao Programa de
Ps-graduao em Engenharia Civil, COPPE, da
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessrios obteno do
ttulo de Doutor em Engenharia Civil.
Orientadora: Laura Maria Goretti da Motta
Rio de Janeiro
Junho de 2009
i
UM MTODO MECANSTICO EMPRICO PARA A PREVISO DA
DEFORMAO PERMANENTE EM SOLOS TROPICAIS CONSTITUINTES DE
PAVIMENTOS
Antonio Carlos Rodrigues Guimares
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ
COIMBRA DE PS-GRADUAO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE DOUTOR EM
CINCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
________________________________________________Prof. Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc.
________________________________________________Prof. Jacques de Medina, L.D.
________________________________________________Prof. Washington Perez Nues, D.Sc.
________________________________________________Prof. Alexandre Benetti Parreira, D.Sc.
________________________________________________Prof. Liedi Lgi Barianni Bernucci, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
JUNHO DE 2009
ii
Guimares, Antonio Carlos Rodrigues
Um Mtodo Mecanstico Emprico para a Previso da
Deformao Permanente em Solos Tropicais Constituintes
de Pavimentos. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009.
XV, 352 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Laura Maria Goretti da Motta
Tese (doutorado) UFRJ/ COPPE/ Programa de
Engenharia Civil, 2009.
Referencias Bibliogrficas: p. 344-352.
1. Mecnica dos Pavimentos. 2. Deformao
Permanente. 3. Teoria do Shakedown. I. Motta, Laura
Maria Goretti da. II. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III.
Titulo.
iii
Somos o que repetidamente fazemos. A excelncia, portanto, no um feito, mas
um hbito.
Aristteles
Toda a nossa cincia, comparada com a realidade, primitiva e infantil e, no
entanto, a coisa mais preciosa que temos.
Albert Einstein (1879-1955)
iv
DEDICATRIA
O presente trabalho dedicado a Geraldo Guimares e Hugo Motta Rodrigues (in
memorian).
v
AGRADECIMENTOS
Agradeo a meu pai Jos Carlos e minha me Maria Helena por terem me ajudado em
tudo na vida e em especial nessa mais recente, e bastante exaustiva, jornada que foi a
realizao do doutorado.
Agradeo em especial professa Laura Motta por todo apoio e orientaes a mim
dedicados durante os quase dez anos de amizade e trabalhos em conjunto, ao Exrcito
Brasileiro pela oportunidade de realizao deste curso em trs anos de dedicao
integral e pela confiana depositada, e ao professor Jacques de Medina pelas crticas,
sugestes e orientaes, mas principalmente pelo exemplo de vida e dedicao
pesquisa.
Aos professores Alexandre Benetti Parreira, Lidi Bariani Bernucci e Washington Perez
Nues pelas preciosas contribuies para aperfeioamento do trabalho, e a Eduardo
Penha Ribeiro pelas importantes orientaes.
So vrios os colegas que de alguma forma me ajudaram a concluir o presente trabalho.
Colegas de trabalho da COPPE: Sandra Oda, lvaro Dell, Gustavo Lima, Ricardo Gil,
Boror, Carlinhos, Ben-Hur, Beto Rlo, Sandro Guedes, Gustavo Hermida, Anna
Laura, Vernica Callado, Wallen Medrado, Prepedigna, Luciana Nogueira, Ana Souza,
Washington, Thiago, Helena Motta e Cescyle. Do IME: Vasconcellos, Marcelo Reis,
Ferro, Marcelo Leo, Moniz de Arago, Carneiro, lvaro Vieira, Salomo Pinto,
Silveira Lopes, Jos Renato, Ester Marques. Do exrcito: Ian Salles, Daniel Dantas,
Adriano Incio, Jos Amaral, Mattos. Do exterior: Llio Brito, Andrew Dawson, Ingo
Hoff, Patrapa Ravindra, Sabine Werkmeister, Greg Arnold, Erick Lekarp, Niclas
Odermatt, John Small. De outros lugares: Loiva Antonello, Cludio Limeira, Helena
Polivanov, Vanessa Canto, Rick Flrio, sis, Beatriz Costa, Mnica Nicola.
vi
Resumo da Tese apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessrios
para a obteno do grau de Doutor em Cincias (D.Sc.)
UM MTODO MECANSTICO EMPRICO PARA A PREVISO DA
DEFORMAO PERMANENTE EM SOLOS TROPICAIS CONSTITUINTES DE
PAVIMENTOS
Antonio Carlos Rodrigues Guimares
Junho/2009
Orientador: Laura Maria Goretti da Motta
Programa: Engenharia Civil
Apresentam-se diversos ensaios de deformao permanente de solos tropicais
compactados que so utilizados em pavimentos. Prope-se um modelo matemtico de
previso desta deformao em funo do estado de tenses e do nmero de aplicaes
de cargas. Foram realizados 113 ensaios triaxiais de carga repetida at 150.000 ciclos
em 15 amostras, sendo 8 lateritas pedregulhosas, 2 solos laterticos finos, 2 areias finas
no-laterticas, um solo caolintico e uma brita . Pesquisaram-se os principais fatores
que afetam a deformao permanente e a ocorrncia do shakedown ou acomodamento
da deformao permanente dos materiais quando submetidos ao de cargas
repetidas, atravs da anlise da taxa de acrscimo da deformao permanente a cada
ciclo de carregamento. Em carter secundrio, pesquisou-se a variao da deformao
resiliente ao longo dos ensaios triaxiais de cargas repetidas, tendo-se realizados ensaios
de mdulos resilientes aps os de deformao permanente. O objetivo foi verificar o
possvel enrijecimento dos solos compactados devido ao efeito da repetio de cargas.
Configuram-se as condies relativamente favorveis ao acomodamento plstico dos
solos tropicais compactados utilizados em pavimentos no Brasil.
vii
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)
A MECHANISTIC EMPIRICAL METHOD TO PREDITC PERMANENT
DEFORMATION ON TROPICAL SOILS ON PAVEMENTS
Antonio Carlos Rodrigues Guimares
June/2009
Advisor: Laura Maria Goretti da Motta
Department: Civil Engineering
This thesis presents tests of permanent deformation of compacted tropical soils
used in pavements. Proposed a mathematical model to predict permanent deformation
as a function of state of stress and number of load applications. Performed 113 repeated
load triaxial tests up to 150,000 cycles in 15 samples of materials: 8 laterite gravels, 2
fine lateritic soils, 2 non-lateritic fine sands, 1 kaolinitic soil, and one crushed stone.
Studied the main factors of permanent deformation and of plastic shakedown of
materials tested under repeated loading, through the analysis of rate of permanent
deformation increase at each cycle. As a secondary issue the resilient deformation was
determined throughout triaxial testing, and resilient modulus determinations were made
after permanent deformation testing, the purpose being to check any possible
strengthening of soils due to load repletion. There is strong evidence that plastic
shakedown occurs frequently in compacted tropical soils used in pavements in Brazil.
viii
SUMRIO
CAPTULO 1 INTRODUO ............................................................................... 01
CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA..........................................................09
2.1 - Principais Tipos de Afundamento de Trilha-de-roda...............................09
2.2 - Fatores que influenciam a deformao permanente em solos ................12
2.2.1 Influncia das tenses ............................................................. 12
2.2.2 Influncia do carregamento ..................................................... 15
2.2.3 Umidade .................................................................................. 19
2.2.4 Caractersticas Geotcnicas .................................................... 22
2.3 - Modelos de previso da deformao permanente em solos e britas.......26
2.3.1 Consideraes gerais ............................................................... 26
2.3.2 Principais modelos de deformao permanente em solos .......27
2.3.3 Modelos para materiais granulares ......................................... 30
2.3.4 Modelos para solos argilosos .................................................. 39
2.3.5 A experincia brasileira .......................................................... 42
2.3.6 Deformao permanente admissvel ....................................... 48
2.4 A Teoria do Shakedown ................................................................................ 51
2.4.1 Introduo.................................................................................51
2.4.2 Comportamento Clssico..........................................................54
2.4.3 Conceitos Fundamentais..........................................................56
2.4.4 Pesquisa do Shakedown Estrutural...........................................59
2.4.5 Pesquisa do Shakedown do Material.........................................69
ix
2.5 Lateritas ou Pedregulhos Laterticos..............................................................74
2.5.1
