Apostila

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Pavimentação

Marcos Antonio Garcia Ferreira

Eng. Civil - EESC-USP Prof. Associado UFSCar – DECiv

Engenharia de Transportes

São Carlos, 1995 (Revisada 2000)

ÍNDICE

1. CONCEITOS E ENSAIOS DA MECÂNICA DOS SOLOS 1

1.1. Solo 1 1.2. Finalidade do Estudo 1 1.3. Propriedades Índices 2 1.4. Compactação dos Solos 6 1.5. Índice de Suporte dos Solos 8

2. O ESTUDO DO MEIO FÍSICO NA ESCOLHA DO TRAÇADO 11

2.1. Introdução 11 2.2. Exploração dos Recursos Minerais 11 2.3. Consulta a Bancos de Dados 12 2.4. Consideração Sobre as Informações Encontradas 12

3. CONSTRUÇÃO DO PAVIMENTO 14

3.1. Introdução 14 3.2. Camadas do Pavimento 14 3.3. Classificação dos Pavimentos 16 3.4. Estudo da Fundação (Sub-leito) do Pavimento 18

4. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS 22

4.1. Classificação Highway Research Board (HRB) 22 4.2. Classificação do Bureau of Public Roads (BPR) 23

5. ESTABILIZAÇÃO DOS SOLOS 26

5.1. Introdução 26 5.2. Estabilização Mecânica 26 5.3. Estabilização Química 28

6. BASES 29

6.1. Base Estabilizada Granulometricamente 29 6.2. Bases Estabilizadas Quimicamente 32 6.3. Outros Tipos de Bases 36

7. MATERIAIS BETUMINOSOS USADOS NA PAVIMENTAÇÃO 39

7.1. Introdução 39 7.2. Tipos de Materiais Betuminosos 39 7.3. Tipos de Asfalto de Petróleo 41 7.4. Propriedades dos Materiais Betuminosos 44 7.5. Ensaios nos Cimentos Asfálticos de Petróleo 48

8. REVESTIMENTOS BETUMINOSOS 53

8.1. Introdução 53 8.2. Tratamentos Superficiais 53 8.3. Misturas Asfálticas 56 8.4. Ensaio Marshall 59

9. DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO 63

9.1. Método de Dimensionamento de Pavimento Flexível 63

10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 71

PAVIMENTAÇÃO

1. CONCEITOS E ENSAIOS DA MECÂNICA DOS SOLOS 1.1.SOLO

A parte mais externa do globo terrestre, denominada crosta, é constituída

essencialmente de rochas que são agregados naturais de um ou diversos materiais, podendo eventualmente ocorrer vidro ou matéria orgânica.

A ação contínua dos agentes atmosféricos e biológicos (intempéries) provoca a decomposição das rochas (intemperismo) originando o solo. Quando o solo, produto do processo de decomposição, permanece no próprio local em que ocorreu o fenômeno, é chamado de "residual". Quando é carregado pela água das chuvas ou dos rios, pelo vento, pela gravidade ou pela associação desses agentes, o solo é chamado de "transportado". Existem também os solos provenientes de uma evolução pedogênica, tais como os solos superficiais que suportam as raízes das plantas ou os solos "porosos" dos países tropicais.

O significado da palavra "solo" não é o mesmo para todas as ciências que estudam a natureza. Para fins de engenharia civil, admite-se que os solos são misturas naturais de um ou diversos minerais (às vezes com matéria orgânica) que podem ser separados por processos mecânicos simples, tais como agitação em água ou manuseio. Numa conceituação mais simplista, solo é todo material que pode ser escavado, sem o emprego de técnicas especiais, como, por exemplo, explosivos, etc.

Esse material forma a fina camada superficial que recobre quase toda a crosta terrestre e no seu estado natural apresenta-se composto de partículas sólidas (com diferentes formas e tamanhos), líquidas e gasosas. Os solos normalmente são caracterizados pela sua fase sólida, enquanto as fases líquida e gasosa são consideradas conjuntamente como porosidade. Entretanto, na análise de comportamento real de um solo, há necessidade de se levar em conta as porcentagens das fases componentes, bem como a distribuição dessas fases através da massa de solo.

1.2.FINALIDADE DO ESTUDO O êxito de uma obra de terra ou fundação, pelo menos em tese, exige o conhecimento da totalidade das propriedades físicas e químicas dos solos com que, ou sobre que, são feitas as construções. Entretanto o conhecimento de tal totalidade é difícil, caro e demorado. O que deve-se fazer, como nas ciências naturais, é procurar inferir estas propriedades a partir de outras mais simples, mais gerais e mais facilmente determináveis. Estas propriedades são chamadas "propriedades índices". Na mecânica dos solos adota-se como propriedades índices as propriedades físicas dos solos mais imediatas, tais como: granulometria ou

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textura, plasticidade e atividade da fração fina dos solos, relacionadas essencialmente ao material com que são constituídos os solos. Também são adotadas propriedades relacionadas à compacidade, consistência e a estrutura, obtidas através dos diversos estados em que o solo se apresenta na natureza.

Essas propriedades são estudadas na mecânica dos solos, e seus resultados são aproveitados pelos engenheiros, não só para delas poderem inferir propriedades mais particulares dos solos com que lidam, como também, por meio delas, poderem classificar os solos em grupos, pelos quais, o comportamento dos solos a que eles pertencem, seria facilmente previsível. Na construção e pavimentação de estradas, a finalidade do estudo dos solos é obter informações, baseadas em conceitos da mecânica dos solos, quanto à natureza e tipo de solos encontrados nos cortes e nas fundações de aterro, para avaliar o comportamento dos mesmos durante as operações construtivas e à futura manutenção da obras. De posse destas informações, é possível definir a fase inicial do projeto da estrada a ser construída, em planta e perfil, separando os materiais adequados e inadequados para a construção. São também úteis para a localização dos dispositivos de drenagem e no dimensionamento das camadas do futuro pavimento. 1.3.PROPRIEDADES ÍNDICES Os solos na natureza apresentam-se compostos por elementos das três fases físicas, em maior ou menor proporção. O arcabouço do solo, constituído do agrupamento de partículas sólidas, apresenta-se entremeado de vazios, os quais podem estar preenchidos com água e/ou ar. O ar é extremamente compressível, e a água pode fluir através de canalizações formadas pelos vazios entre os grãos.

A determinação das propriedades índices: índices físicos, granulometria, e estados de consistência, aplica-se na classificação e identificação do solo e pode-se correlacioná-las às características mais complexas do solo. 1.3.1. ÍNDICES FÍSICOS Os índices físicos são relações entre as diversas fases, em termos de massas e volumes, os quais procuram caracterizar as condições físicas em que um solo se encontra.

As três relações de volumes mais utilizadas são: a porosidade, o índice de vazios e o grau de saturação. A porosidade (n) é definida pela relação entre o volume de vazios e o volume total da amostra, n = Vv / V. O índice de vazios (e) é definido pela relação entre o volume de vazios e o volume de sólidos, e = Vv / Vs. O grau de saturação (Sr) representa a relação entre o volume de água e o volume de vazios, Sr = Vw / Vv.

A relação entre as massas mais utilizada é o teor de umidade (w), que é a relação entre a massa da água e a massa de sólidos presentes na amostra, w(%) = (Mw / Ms). 100.

Esses índices físicos são adimensionais e, com exceção do índice de vazios (e), todos os demais são expressos em termos de porcentagem.


As relações entre massas e volumes mais usuais são a massa específica natural, a massa específica dos sólidos e a massa específica da água. A massa específica natural (γ) é a relação entre a massa do elemento e o volume deste elemento, γ = M / V. A massa específica dos sólidos (γs) é determinada, dividindo-se a massa de sólidos pelo volume ocupado por esses sólidos, γs = Ms / Vs. A massa específica da água (γw) é definida como, γw = Mw / Vw, que na maioria dos casos práticos, é tomada como γw = 1.0 g/cm3

1.3.2. GRANULOMETRIA

A medida do tamanho das partículas constituintes de um solo é feita por meio da granulometria e a representação dessa medida se dá costumeramente por intermédio da curva de distribuição granulométrica.

As curvas são desenhadas em gráfico semi logarítmico. Nas abcissas tem-se o logaritmo do tamanho das partículas e nas ordenadas, à esquerda, a porcentagem retida acumulada, ou seja, a porcentagem de solo em massa, que é maior que determinado diâmetro: à direita, tem-se a porcentagem que passa, isto é, a porcentagem do solo, em massa, que é menor que determinado diâmetro.

Para a determinação do tamanho dos grãos de um solo grosso, recorre-se ao ensaio de peneiramento, no qual se faz passar, uma quantidade de solo, por uma bateria de peneiras, de abertura sucessivamente menores, determinando-se as porções retidas em cada peneira. Para um solo de graduação fina, o peneiramento se torna impraticável. Neste caso, faz-se uso do ensaio de sedimentação, que consiste basicamente em medir indiretamente a velocidade de queda das partículas em água. 1.3.3. PLASTICIDADE E ESTADOS DE CONSISTÊNCIA

Alguns solos, ao serem trabalhados, fazendo variar a sua umidade, atingem um estado de consistência característico, denominado estado de plasticidade. Em cerâmica, tais solos são chamados de argilas, palavra que foi incorporada à mecânica dos solos com o mesmo significado.

A forma lamelar das partículas é a responsável pelas características de plasticidade e de compressibilidade dos solos finos. A forma dessas partículas é determinada pelo mineral argila, presente, que depende da estrutura cristalina de cada argilo-mineral. Como a estrutura cristalina é própria de cada mineral, o solo apresenta características de plasticidade em função do argilo-mineral presente.

A plasticidade pode ser definida em mecânica dos solos, como a propriedade que um solo tem de experimentar deformações rápidas, sem que ocorra variação volumétrica apreciável e ruptura.

Para que essa propriedade possa manifestar-se, compreende-se que a forma característica das partículas finas permite que elas deslizem, uma por sobre as outras, desde que haja quantidade suficiente de água para atuar como lubrificante. Entretanto, se a quantidade de água for maior que a necessária, implicará na formação de uma suspensão com características de um fluído viscoso (alteração no estado de consistência do solo).


Em resumo, pode-se dizer que a plasticidade está associada aos solos finos, e depende do argilo-mineral e da quantidade de água do solo.

Os estados de consistência dependem da quantidade de água presente no solo, podendo assumir os estados líquido, plástico, semi-sólido e sólido, em ordem decrescente de teor de umidade.

O estado líquido é quando o solo apresenta as propriedades e a aparência de uma suspensão e, portanto, não apresenta nenhuma resistência ao cisalhamento.

O estado plástico é quando o solo apresenta a propriedade de plasticidade, ou seja, é quando o solo pode sofrer deformações rápidas, sem que ocorra variação volumétrica apreciável e ruptura.

O estado semi-sólido é quando o solo tem a aparência de um sólido, entretanto, ainda passa por variações de volume ao ser secado.

O estado sólido é quando não ocorrem mais variações volumétricas, no solo, pela secagem.

FIG - 1.1 - Estados de Consistência

Os limites de consistência foram estabelecidos arbitrariamente, a partir de ensaios padronizados, tentando definir um critério para demarcar a passagem de um estado para outro. Os limites de consistência são conhecidos como limites de Atterberg, que foi quem primeiro se preocupou em estabelecê-los. As ideias iniciais de Atterberg, baseadas em conceitos estritamente empíricos permanecem, entretanto, houve necessidade de realizar algumas modificações na técnica de obtenção dos limites para obter um resultado padronizado. a-) Limite de Liquidez (LL): pode ser considerado como o teor de umidade que

determina a fronteira entre o estado líquido e o estado plástico. A técnica do ensaio consiste em colocar na concha do aparelho de Casa Grande uma pasta de solo, que passou na peneira No 40 (0,42 mm). Faz-se com o cinzel uma ranhura e, em seguida, gira-se a manivela, à razão de duas revoluções por segundo, fazendo com que a concha caia em queda livre e bata contra a base do aparelho. Conta-se o número de golpes para que a ranhura se feche e, em seguida determina-se a umidade do solo. Os valores obtidos são lançados em gráfico semilogarítmo em que as ordenadas se têm os teores de umidade e nas abcissas o número de golpes. Traça-se uma reta média, que passa por esses pontos e determina-se o teor de umidade correspondente a 25 golpes, que será o limite de liquidez do solo. (Na pavimentação LL mede a tendência de absorção d'água dos solos)


FIG - 1.2 - Determinação do Limite de Liquidez

b-) Limite de Plasticidade (LP): pode ser considerado como o teor de umidade que determina a fronteira entre o estado plástico e o semi-sólido. Para sua determinação, faz-se uma pasta com solo que passou na peneira No 40 (0,42mm), e em seguida procura-se rolar esta pasta, com auxílio da palma da mão, sobre um placa de vidro esmerilhado, a fim de se formar pequenos cilindros. Quando o cilindro o cilindro atingir um diâmetro de +/- 3 mm, e começar a apresentar fissuras, interrompe-se o ensaio e determina-se o teor de umidade do solo do cilindro. Este teor de umidade é considerado o limite de plasticidade do solo.

FIG - 1.3 - Determinação do Limite de Plasticidade c-) Limite de Contração (LC): É definido como a fronteira convencional entre o

estado de consistência semi-sólido e o sólido. O limite de contração corresponde à umidade do solo no momento que este não apresenta redução de volume, quando submetido à secagem (lenta e à sombra).

A partir dos limites de consistência, são calculados vários índices, dentre os quais podemos destacar o índice de plasticidade (IP). Esse índice é definido como a diferença entre o limite de liquidez (LL) e o de plasticidade (LP), ou seja, IP = LL - LP.

O índice de plasticidade (IP) tenta medir a maior ou menor plasticidade do solo, e fisicamente representa a quantidade de água necessária a acrescentar a um solo, para que ele passe do estado plástico ao estado líquido. (Na pavimentação IP mede a tendência de expansão do solo).

1.4.COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

É o processo pelo qual se comunica ao solo não só a densidade e resistência como também, e principalmente a estabilidade. Entende-se como estabilidade a existência de uma resistência que, embora possa ser a mais alta que o solo possa oferecer, mantem-se permanente, independente das estações do ano e das condições climáticas.

Por outro lado a compactação dá à massa de solo condições de resistência e compressibilidade capazes de tornar possível seu uso imediato. É assim, um


processo mecânico, pelo qual se procura, por aplicação de peso ou apiloamento, aumentar a densidade aparente do solo lançado e, aumentar-lhe a resistência.

Em 1933, "Ralph Proctor" publicou uma série de artigos divulgando o seu método de compactação, baseado numa técnica de projeto e construção de barragens de terra compactada, empregada na Califórnia. Nesses artigos estão enunciados um dos mais importantes princípios da mecânica dos solos, " A densidade com que um solo é compactado, sob uma determinada energia de compactação, depende da umidade do solo no momento da compactação", em outras palavras é que um dado solo quando compactado com uma certa energia padrão, alcança um estado de densidade máxima para uma umidade particular, denominada umidade ótima.

O ensaio de compactação consiste no seguinte: em um cilindro metálico de volume igual a 1 litro, compacta-se a amostra de solo, em três camadas, cada uma delas por meio de 25 golpes de peso de 2,5 kg, caindo de uma altura de 30 cm. O cilindro é provido de um anel sobressalente para prender o excesso de material, o qual é retirado depois de completada a compactação. Raspa-se, então, a superfície do solo no cilindro para que se obtenha o volume exato de 1 litro.

Esse ensaio foi padronizado pela AASTHO - Americam Association of State and Highway and Transportation Officials, e denominado de "Proctor Standard (normal)". A figura No 1.4 mostra as dimensões do cilindro e soquete padronizado.

FIG - 1.4 - Dimensões do cinindro e soquete para Proctor Normal

Uma vez compactado o solo, com uma determinada umidade, no cilindro de Proctor, determina-se a massa específica aparente e a umidade de uma pequena porção do solo, retirada do material compactado. Repetindo-se o ensaio


para várias umidades teremos pares de valores ( δd , w), com os quais pode-se traçar a curva da FIG - 1.5.

FIG - 1.5 - Curva de Compactação

Os equipamentos modernos utilizam pesos cada vez maiores, permitindo obter no campo densidades mais altas. Isso exigiu a modificação do ensaio normal de compactação. utilizando-se soquetes de 5 kg, caindo de 45 cm de altura, e compactando-se o solo em 5 camadas com 50 golpes do soquete. Esse ensaio foi denominado de Proctor Modificado.

Ensaio de Proctor

Dimensões do cilindro

Peso do soquete

No de camadas

Altura de queda

No golpes/ camada

Energia / Volume

Diâm. Alt. (kg) (cm) kg.cm/cm 3 NORMAL 10 13 2.5 3 30 25 5.5

MODIFICADO 10 13 5.0 5 4.5 25 27.5 CBR 15 12.5 5.0 5 45 55 28.0

As curvas da FIG. 1.6, foram obtidas através do ensaio de Proctor

executados nas energias normal, intermediária e modificada. Observa-se que a medida que a energia vai crescendo, a umidade ótima vai diminuindo e a massa específica aparente seca máxima vai aumentando. Assim, a umidade ótima de compactação e a respectiva massa específica aparente seca máxima dependem da energia de compactação empregada.


FIG – 1.6 – Curvas de Compactação

A AASTHO ( American Association of State Highway and transportation Officials) optou pela padronização do ensaio, da seguinte maneira:

E = Ng . Nc . ( P . h ) / V , onde: Unidade: ( kg . cm) / cm3 ; Ng : No de golpes; Nc : No de camadas (5) P : peso do soqute (kg); h : altura de queda (cm); V : volume so cilindro (cm3)

Ng = 13 (energia do Proctor Normal) Ng = 28 (energia do Proctor Intermediário) Ng = 60 (energia do Proctor Modificado)

1.5.ÍNDICE DE SUPORTE DOS SOLOS Para medir a capacidade de suporte de um solo compactado utiliza-se do método do índice de suporte que fornece o " Índice de Suporte Califórnia - ISC" (California Bearing Ratio - CBR), que foi idealizado pelo engenheiro O. J. Porter, em 1939 no estado da Califórnia - USA e posteriormente desenvolvido e modificado pelo United States Corps of Engineers da U. S. Army.

O método de ensaio, embora empírico é adotado por uma grande parcela de órgãos rodoviários, no Brasil e no Mundo.


O objetivo do método é determinar o índice de suporte Califórnia (CBR) e a expansão (E) de materiais utilizados na construção rodoviária e também fixar parâmetros de compactação para a execução dos serviços de campo.

Compacta-se a amostra de um solo, em 5 camadas, num cilindro apropriado, na umidade ótima, ou em várias umidades ( as mesmas do ensaio de Proctor ), na energia especificada no projeto. Sobre a amostra, compactada no cilindro, é colocado um peso (sobrecarga) para simular a resistência que o peso do pavimento impõe à sua expansão.

Assim preparado o ensaio, o(s) cilindro(s) com o(s) corpo(s) de prova é (são) imerso(s) em um poço com água durante 4 dias, a fim de atingir a saturação da amostra, simulando a pior condição possível. Aproveita-se a saturação para medir, por meio de um relógio extensômetro, a expansão que a amostra sofre ao saturar-se. Após os 4 dias de imersão, dá-se início ao ensaio de penetração, executado em equipamento próprio (macaco hidráulico).

O ensaio de penetração consiste em pressionar no corpo de prova um pistão cilíndrico metálico de diâmetro φ = 5 cm. A pressão aplicada é registrada através de um manômetro (anel dinamométrico, extensômetro) e as deformações sofridas são registradas através de um extensômetro acoplado ao sistema.

Com os pares de valores correspondentes, pressão e deformação, traça-se um gráfico e define-se o CBR como sendo o maior valor da razão expressa em porcentagem, entre a resistência à penetração do pistão no material e a resistência à penetração do mesmo pistão em uma mistura estabilizada padrão, obtidas para deformações de 0.1"(2,5 mm) e 0.2"(5,0 mm).

FIG. 1.7 - Ensaio do CBR

Define-se o Índice de Supote California - CBR (%) como sendo o maior valor obtido das expressões:

CBR (%) = C1. 100 / (π. d2/4) . 70 = C1 .100 / 1350

CBR (%) = C2 . 100 / (.π d2/4). 105 = C2 . 100 / 2050


FIG. 1.8 - Gráfico Pressão X Deformação

Pode-se fazer a analogia do Ensaio do CBR entre o laboratório e o campo:

LABORATÓRIO CAMPO

Cilindro Confinamento do solo

Sobre-carga Peso do pavimento

Penetração Esforço da compactação

Imersão Condição mais crítica admissível


2. O ESTUDO DO MEIO FÍSICO NA ESCOLHA DO TRAÇADO PRELIMINAR DA ESTRADA

2.1. INTRODUÇÃO A necessidade crescente de utilização dos recursos naturais do meio

físico, determinada pela carência de recursos financeiros e pelo crescimento acelerado da população, nos grandes centros urbanos, faz com que as técnicas de exploração e aproveitamento destes recursos, sejam continuamente desenvolvidas.

A construção de estradas envolve uma grande utilização de recursos naturais, tornando imprescindível seu uso, a partir de critérios de aproveitamento das potencialidades, que definam as limitações do meio físico.

A não consideração das potencialidades e limitações do meio físico é cada vez menos admissível, nas áreas da engenharia, tanto com relação ao gasto desnecessário de recursos financeiros, quanto com relação à preservação do meio ambiente, evitando o surgimento de problemas da implantação não planejada (erosões, escorregamento de encosta, etc.).

O caminho a ser seguido na avaliação das potencialidades e limitações do meio físico, na construção de estradas, passa pela utilização de alguns instrumentos de orientação.

2.2. EXPLORAÇÃO DOS RECURSOS NATURAIS O estudo do meio físico deve ser utilizado como um instrumento

auxiliar na determinação das potencialidades e das limitações dos recursos naturais. A importância deste estudo no projeto, construção e manutenção de estradas é ressaltada nas seguintes atividades:

- Pesquisa de jazidas de materiais de empréstimo para execução de aterros, e camadas do pavimento;

- Pesquisa de exploração de pedreira, porto de areia e materiais naturais usados na pavimentação;

- Previsão de problemas associados à execução de cortes e aterros em função das condições geotécnicas locais;

- Delimitação de áreas de ocorrência de materiais favoráveis, com relação à capacidade de suporte do sub-leito;

- Delimitação de áreas de deposição aluvial ou marinha, de ocorrência de solos moles;

- Delimitação de áreas de falhamento, que podem apresentar problemas geotécnicos graves;

- Previsão das características de erodibilidade associadas aos diversos horizontes dos solos;

- Previsão das características geotécnicas gerais dos solos, como granulometria, plasticidade, resistência, permeabilidade, etc.


2.3. CONSULTA A BANCOS DE DADOS Uma consulta a banco de dados, quando cuidadosa e bem feita,

fornece diversas informações a respeito do estudo do meio físico, podendo assim evitar a duplicação de uma série de esforços. No estado de São Paulo, o volume de informações disponíveis, de todas as regiões, é vasto e bastante variável.

As informações podem ser obtidas junto às Instituições de pesquisa, Órgãos Rodoviários, Universidades e Prefeituras Municipais e outros centros de mapeamento em geral.

O "Inventário Cartográfico do Estado de São Paulo", de 1981, apresenta uma série de informações em forma de mapeamentos topográficos, geológicos, de ocorrência de minerais, de recursos hídricos, de vegetação, climáticos, geomorfológicos, pedológicos, etc.

2.4. CONSIDERAÇÕES SOBRE AS INFORMAÇÕES ENCONTRADAS

Os estudos do meio físico, necessários à classificação de terrenos de acordo com sua potencialidade e adequação para o aproveitamento são feitos desde o século passado voltados à agricultura.

As primeiras tentativas de abordagem do problema da classificação dos terrenos basearam-se no conhecimento de aspectos geológicos e topográficos. Posteriormente verificou-se que outros dados, como o caráter de ocorrência de vegetação, solos, água e outros aspéctos do meio físico, inclusive os geomorfológicos, se mostraram valiosos para a análise das potencialidades do meio físico e confecção de mapas de solos, com estimativa do perfil de solos.

Os mapas de solos mostram a distribuição das unidades de mapeamento de solos, relacionados com as principais características físicas e culturais da superfície do terreno.

O perfil esquemático de solos é a representação dos diversos horizontes de solo, que podem ser definidos da seguinte maneira. O horizonte "A", contêm a camada de solo superficial, com restos de vegetais e matéria orgânica, com espessura média em torno de 0.2 m. É a camada que apresenta maior interesse à agronomia. O horizonte "B", horizonte intermediário, constitui-se da camada de solo superficial de espessura bastante variável em função das condições de intemperização locais e da rocha matriz. O horizonte "C", constitui-se da camada de solo de alteração de rocha (solo saprolítico), que herdou grande parte das características da rocha matriz. O desenho do perfil esquemático mostrado abaixo é bastante simplificado, pois não considera o solo transportado ( coluvionar, eólico ou aluvionar)

Os mapas geológicos são destinados a informar sobre a geologia de uma determinada região, abstraindo-se o manto de decomposição. Contêm observações geológicas, referentes aos grupos ou formações do substrato


rochoso, feitas no campo ou em fotografias aéreas, registradas mais comumente em mapa topográfico. Fenômenos importantes são registrados, tais como contatos litológicos e estratigráficos, atitudes tectônicas (direção, inclinação, dobramentos, lineação, xistosidades), etc.

FIG. - 2.1 - Perfil Esquemático Os mapas pedológicos informam a origem, morfologia, distribuição,

mapeamento, taxonomia e classificação dos solos. A pedologia divide-se em "Pedografia", que se relaciona à descrição sistemática dos solos e, "Pedogênese", que estuda a origem dos solos.

Os mapas geomorfológicos procuram subsídios para a compreensão dos mecanismos de formação e evolução das rochas e solos da crosta terrestre, considerando basicamente as características do relevo: declividade, amplitude e características das elevações (colinas, morros, morretes, serras), características do sistema de drenagem, das decomposições aluvionares, etc.

A utilização dos diversos tipos de mapeamentos é útil na engenharia rodoviária, no planejamento de traçados e identificação de materiais de construção e também no planejamento urbano.

A interpretação de fotos aéreas no planejamento e projeto de uma rodovia, principalmente em regiões de difícil acesso, é outra fonte importante de informações que pode ser utilizada na escolha do traçado preliminar. Além das informações topográficas, uma boa interpretação pode indicar os prováveis substratos rochosos encontrados na região.

A análise do meio físico não deve ser restrita a uma boa revisão bibliográfica e a interpretação de material cartográfico, o trabalho de campo é indispensável na verificação e aprofundamento das informações obtidas.


3. CONSTRUÇÃO DO PAVIMENTO

3.1. INTRODUÇÃO

A nossa sociedade, de um modo geral, se cartacteriza por um sistema de trocas e de produção industrial, que condiciona a necessidade contínua de deslocamento de pessoas e mercadorias.

O deslocamento periódico entre dois ou mais pontos gerou a construção de caminhos, cuja necessidade de utilização em qualquer época do ano gerou os revestimentos dos caminhos, que evoluiram, posteriormente para a construção dos pavimentos.

O pavimento é a estrutura construída sobre o terreno de fundação (leito), e pode ter sua espessura variada, como também os materiais utilizados, em consonância com as solicitações sofridas e de outros parâmetros, dependendo do seu dimensionamento.

Existem vários métodos de dimensionamento de pavimentos, que são utilizados para a determinação das espessuras das camadas do pavimento e recomendação dos materiais utilizados. 3.2. CAMADAS DO PAVIMENTO

O pavimento é a estrutura construída sobre a terraplenagem (movimento de terra executado para conformação do greide) destinada técnica e economicamente à resistir e distribuir os esforços verticais oriundos do tráfego, resistir aos esforços horizontais, de rolamento, frenagem e aceleração centrífuga nas curvas, tornando mais durável a superfície de rolamento, e melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto e segurança.

A fig. 3.1. mostra a representação esquemática simplificada das camadas que compõem um pavimento.

FIG - 3.1 - Representação Esquemática do Pavimento

Quando as condições da fundação (sub-leito) não permitem a eliminação de nenhuma camada, o pavimento passa a assumir uma disposição completa com diversas camadas como mostra a FIG. 3.2 . Os materiais usados na construção das camadas têm sua "nobreza" decrescente de cima para baixo, ou seja do revestimento para o sub-leito.


FIG - 3.2 - Seção Típica do Pavimento

A espessura das camadas do pavimento é dimensionada em função do peso e da frequência das cargas de solicitação, de tal modo que a estrutura (todas as camadas do pavimento) resista, transmita e distribua as pressões oriundas das cargas ao sub-leito, sem sofrer deformações apreciáveis.

As camadas do pavimento são definidas de acordo com suas respectivas funções, como:

- Sub-leito: É a plataforma da estrada, que compreende a infra-estrutura implantada, bem acabada em termos de movimento de terra (limpeza, cortes e aterros) e de seu aspecto superficial. É o terreno de fundação do pavimento;

- Regularização: É a camada de espessura irregular, construída sobre o sub-leito e destinada a conformá-lo, transversal e longitudinalmente, com o projeto. Deve ser executada sempre em aterro;

- Reforço do sub-leito: É uma camada de espessura constante, construída se necessária ( quando o sub-leito apresenta pequena capacidade de suporte) acima da regularização e com características técnicas superiores ao material do sub-leito e inferiores ao material da camada que vier acima;

- Sub-base: É a camada complementar à base e existe quando, por circunstâncias técnicas e econômicas (de projeto) não for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do sub-leito. Tem como funções básicas resistir às cargas transmitidas pela base, drenar infiltrações e controlar a ascensão capilar d'água, quando for o caso;

- Base: É a camada destinada a receber e distribuir os esforços oriundos do tráfego, e sobre a qual se constrói o revestimento. Como deve apresentar uma determinada resistência (especificada)


é geralmente construída de materiais estabilizados granulométricamente ou quimicamente através do uso de aditivos (cal, cimento, betume, etc.);

- Revestimento ou capa de rolamento: É a camada tanto quanto possível impermeável, que recebe diretamente a ação do tráfego, e destinada a melhorar a superfície de rolamento quanto as condições de conforto e segurança, além de resistir ao desgaste.

A determinação do tipo e espessura de cada uma das camadas componentes do pavimento é feita através da aplicação de um método de "Dimensionamento do Pavimento". Existem na bibliografia de construção de pavimento, diversos métodos para o dimensionamento de pavimentos, cada um deles com suas próprias particularidades. 3.3. CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS

Os pavimentos são classificados segundo as camadas constituintes de sua estrutura. Como o pavimento é constituído de diversas camadas, fica difícil encontrar um termo que defina toda a estrutura.

De um modo geral, os pavimentos são classificados em pavimento rígido e pavimento flexível, de acordo com os materiais usados em seus revestimentos.

O pavimento rígido é constituído por placas de concreto de cimento, rejuntadas entre si. Essas placas podem ter espessura uniforme e são dimensionadas como se fossem lajes de concreto. O coeficiente de recalque da camada em que se apoia o pavimento tem influência decisiva nas tensões que se desenvolvem no concreto sob a ação das cargas produzidas pelo tráfego. É denominado "rígido"por ser menos flexível e deformável do que o outro tipo de pavimento.

A FIG. 3.3. mostra o esquema de distribuição da carga sobre o pavimento rígido.

FIG. - 3.3 - Pavimento Rígido O pavimento flexível é constituído por uma combinação de agregado

mineral e material betuminoso, processada por vários métodos construtivos e em várias espessuras. O agregado suporta e transmite as cargas aplicadas pelos veículos, bem como resiste ao desgaste imposto pelas solicitações.


O material betuminoso (asfalto) é o elemento aglutinante, que proporciona uma ligação íntima entre os agregados, capaz de resistir à ação das águas provenientes das chuvas. São ditos "flexíveis", pois deformam-se sob a ação das cargas, com vantagens de adaptação a eventuais recalques do sub-leito, rapidez de execução e liberação ao tráfego, reparação fáceis e rápidas.

A FIG. 3.4. mostra a distribuição da carga no pavimento flexível.

FIG. 3.4 - Pavimento Flexível

O pavimento, tanto o rígido como o flexível, é constituído de diversas camadas, e portanto é muito difícil classificá-lo, segundo uma nomenclatura que defina toda a estrutura.

As vias Anchieta e Anhanguera (até Jundiaí) são exemplos dessa dificuldade:

- Base: macadame hidráulico (flexível);

- Revestimento: lajes de concreto de cimento (rígido);

- Recapeamento executado: concreto betuminoso (flexível).

A "Terminologia Brasileira TB-7", adotada pela ABNT aponta as seguintes definições:

Concreto de cimento Rígida macadame de cimento solo-cimento

Base solo estabilizado granulométricamente

com aditivos Flexível macadame hidráulico macadame betuminoso paralelepípedos brita graduada

Rígido Concreto de cimento Macadame de cimento Paralelepípedo rejuntado com cimento


Revestimento Betuminoso Usinado Concreto betuminoso

Pré-misturado à quente Pré-misturado à frio Flexível Tratamento Penetração direta Superficial Penetração invertida Calçamento Paralelepípedo Blocos de concreto pré-moldados e articulados

Na classificação dos revestimentos, deve-se considerar também a

lama asfáltica, devido à sua utilização cada vez maior como rejuvenescimento da capa de rolamento.

3.4. ESTUDO DA FUNDAÇÃO (SUB-LEITO) DO PAVIMENTO

A história da construção rodoviária, praticamente, inicia-se no ano de 1920, com um marco, na forma de abordagem do projeto estrutural do pavimento.

Antes, porém, valorizava-se muito mais o pavimento em detrimento do sub-leito, sem a preocupação de estudo detalhado de seus materiais e maneira própria de preparação.

Depois, com o aumento da velocidade e da capacidade de carga transportada dos veículos, foi necessária uma adequada definição dos projetos, tanto do geométrico, como do pavimento, que traduzisse aos usuários maior segurança e conforto e economia aos órgãos rodoviários.

Uma forma racional encontrada pelos engenheiros rodoviários para análise dos materiais do pavimento e do sub-leito foi a utilização de alguns índices gerais, facilmente determináveis e que agrupassem os solos com propriedades semelhantes. Essa forma permite, por meio de uma nomenclatura padronizada, a rápida identificação de suas características de resistência e compressibilidade.

O projeto do pavimento é feito em duas fases: ante-projeto e projeto definitivo.

A fase de ante-projeto é iniciada após a definição do traçado geométrico, através da execução de sondagens ao longo do eixo da estrada, para o reconhecimento dos materiais do sub-leito (prospecção geológica).

A prospecção geológica fornece informações a respeito da natureza dos solos encontrados, do perfil geológico da região e das condições existentes no local, no que se refere à densidade e umidade dos solos, afloramento de rochas e nível d'água.

Essas informações servem de apoio ao dimensionamento preliminar do pavimento a ser construído, a escolha dos métodos mais adequados para o manuseio dos materiais e aos ensaios convenientes para o controle da execução dos trabalhos de campo e da obra acabada, a serem incluídos nas especificações da construção.


FIG - 3.5. - Esquema de Sondagens

A prospecção geológica compreende o levantamento do perfil geológico do sub-solo e a coleta de amostras para ensaios dos materiais que constituem o perfil geológico. Os tipos de sondagens mais executados para a coleta de materiais são: à percussão, poços de sondagem, à trado e outros se necessários.

A fase de projeto é iniciada quando a terraplanagem estiver concluída, isto é, o reconhecimento dos solos será somente do sub-leito da estrada.

O reconhecimento, feito em duas etapas, visa obter o traçado do perfil de solos do sub-leito e a caracterização de suas diversas camadas.

Inicialmente devem ser executadas sondagens no eixo e nos bordos da estrada para identificação das diversas camadas, através da inspeção expedita no campo, seguindo-se de sua representação no perfil dos solos.

Posteriormente, de posse do perfil dos solos, deve-se executar a coleta de amostras das diversas camadas para a realização de ensaios necessários, dos tipos: granulometria, limites de consistência (LL e LP), compactação, índice de suporte, etc.

FIG - 3.6. - Localização das Sondagens

O espaçamento entre os furos de sondagem deve ser de no máximo de 100 m., com profundidade variando de 0.60 a 1.00 m, abaixo do greide projetado. Para pesquisa de lençol d'água, a profundidade deve ser de cerca de 1.50 m, também abaixo do greide de projeto.

A quantidade das amostras coletadas deve ser representativa para a execução dos ensaios de caracterização ( granulometria, LL e LP) e compactação (Proctor), de 100 em 100 m, e índice de suporte (CBR), de 300 em 300m.

Os materiais coletados, para efeito de inspeção expedita, no campo, devem ser classificados de acordo com a textura, nos seguintes grupos:

- Bloco de rocha, pedaço de rocha isolado que apresenta diâmetro superior a 1.00 m;

- Matacão, pedaço de rocha com diâmetro entre 1.00 e 0.25m; - Pedra, pedaço de rocha com diâmetro entre 25 cm e 9.5 mm; - Pedregulho, solo constituído de grãos minerais com diâmetro entre

9.5 e 2.00 mm; - Areia, grãos minerais com diâmetro entre:


Grossa - 2.00 e 0.42 mm; Fina - 0.42 e 0.074 mm;

- Silte e argila, partículas com diâmetros inferiores à 0.074 mm. Os solos recomendados para uso como fundação para apoio das

pistas de estradas de rodagem ou de aeroportos, e também como outras camadas do pavimento, devem ser resistentes às cargas, possuir boas qualidades de compactação e drenagem e apresentar características aceitáveis de compressão e expansão.

Caso o solo não satisfaça algumas destas propriedades, é possível superar o problema através da utilização de métodos construtivos convenientes e também procurando, na região próxima à obra, materiais com as qualidades necessárias para serem usados como matéria prima na pavimentação.

A procura de matéria prima é feita através de pesquisas de jazida ou caixa de empréstimo. Para os estudos de materiais que podem ser utilizados como fonte de matéria prima na confecção dos pavimentos são necessários os seguintes procedimentos: (a), execução de sondagens ( trado-concha, pá, picareta e cavadeira) para coleta das amostras, em alguns pontos conforme mostra a FIG - 3.7; (b), execução dos ensaios de laboratório ( granulometria, índices físicos, índice de suporte e ensaios tecnológicos de rochas, escórias e cascalhos).

A possibilidade do aproveitamento da jazida, considerando a qualidade do material e seu volume, é verificada a partir da análise dos resultados obtidos dos ensaios.

FIG - 3.7 - Estudo preliminar de Jazida

Uma vez, confirmada a possibilidade do aproveitamento da jazida, segundo o critério técnico-econômico, deve ser feito um novo estudo do material da jazida em um nível de detalhamento muito maior, como mostra a FIG - 3.8.


A área da jazida é demarcada por uma malha quadrada de 30 m, e cada nó da malha é um ponto (furo de sondagem) de coleta de amostras. O material coletado em cada ponto, separado por camadas diferentes, é submetido aos ensaios de laboratório ( granulometria, índices físicos, etc).

Para a determinação do índice de suporte (CBR) do material da jazida, a malha de orientação dos furos deve ser ampliada para 60 m.

FIG - 3.8 - Prospecção Definitiva da Jazida Após todo esse procedimento é possível se ter uma avaliação

completa do aproveitamento da jazida como matéria prima para uso na pavimentação de rodovias.


4. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS A existência de um número elevado de tipos de solos, levou os técnicos

a desenvolverem sistemas baseados em critérios que os agrupassem em conjuntos de características similares, ou seja, classificados em vários grupos de acordo com sua origem, propriedades e comportamento.

Existem diversos sistemas de classificação de solos, dentre os quais, podemos citar alguns mais mais comuns utilizados na pavimentação: Classificação do Highway Research Board (HRB); Classificação do antigo Bureau of Public Roads (BPR); Classificação Pedológica; Classificação do Prof. Arthur Casagrande; Classificação pelo Índice de Suporte Califórnia; Sistema Unificado de Classificação de Solos.

4.1. CLASSIFICAÇÃO DO RIGHWAY RESEARCH BOARD (HRB)

Os solos são separados, em função da granulometria, em solos granulares ou de graduação grossa ( menos de 35% de material passa na peneira No 200 (0,074 mm) e solos finos ou de granulação fina (silte e argila), (mais de 35 % de material passa na peneira No 200 (0,074 mm).

De acordo com a separação,os solos são reunidos em grupos e subgrupos, em função da granulometria e do Limite de liquidez (LL) e do Índice de plasticidade (IP).

Os solos granulares são disignados pelos grupos A - 1 , A - 2 e A - 3, e pelos respectivos subgrupos A - 1 - a, A - 1 - b, A - 2 - 4 , A - 2 - 5, A - 2 - 6 e A - 2 - 7, os quais se atribui comportamento de excelente a bom como camadas de subleito de estradas.

Os solos finos se enquadram nos grupos A - 4, A - 5, A - 6 e A - 7, de comportamento fraco a pobre para camadas do subleito de estradas.

Além da granulometria e dos índices físicos (LL e IP), a classificação HRB inclui também um índice, denominado de "índice de grupo (IG)", o qual é um número inteiro, variando de 0 a 20, indicativo do comportamento do solo em relação às qualidades para uso na pavimentação (capacidade de suporte do terreno de fundação).

O IG = 0, representa um solo de qualidade ótima para ser usado na pavimentação. O IG = 20, representa um solo de péssima qualidade.

O índice de grupo (IG), pode ser calculado através da fórmula, IG = 0.2a + 0.005ac + 0.01 bd (detalhada no item 4.2.),ou determinado por meios de gráficos, apresentados na FIG. - 4.1. Para classificar os solos, segundo a classificação HRB, usa-se o quadro 4.1. , segundo as instruções. Determina-se o grupo do solo, por processo de eliminação, da esquerda para a direita, no quadro de classificação. O primeiro grupo, a partir da esquerda, com o qual os valores do solo ensaiado coincidir, será a classificaçào correta.


FIG. - 4.1 - Gráficos para determinação do Índice de Grupo

O valor do índice de grupo (IG), deve ser colocado, entre parentesis, depois do símbolo do grupo. 4.2. CLASSIFICAÇÃO DO BUREAU OF PUBLIC ROADS (BPR)

Os solos são classificados em oito grupos, representados pelos símbolos A 1 a A 8, cujo comportamento como base ou pavimento é de qualidade decrescente na ordem dos grupos. Os solos do grupo A 1 são de comportamento ótimo, enquanto que os solos do grupo A 8 são materiais imprestáveis para serem usados na pavimentação.

A tabela 4.1. mostra os grupos distribuídos em 5 classes: pedregulhos, areias, solos siltosos, solos argilosos e solos orgânicos e turfosos, mostra também o comportamento e as principais características dos solos de cada grupo e um índice, denominado "índice de grupo", pelo qual se pode fazer a classificação.

O índice de grupo é calculado pela expressão abaixo:

IG a ac bd= + +0 2 0 005 0 01. . . a = [( % φ < # 200 ) – 35], é o excesso sobre 35% da porcentagem

de grãos que passam na peneira no 200 (0.074 mm), quando "a" for menor que zero , adota-se o valor zero (0), e quando "a" for maior que 40 adota-se o valor 40;


b = [( % φ < # 200 ) – 15], é o excesso sobre 15 % da porcentagem de grãos que passam na peneira no 200 (0.074 mm), quando "b", for menor que zero, adota-se o valor zero (0), e quando for maior que 40, adota-se o valor 40;

c = (LL – 40), é o excesso de LL sobre 40, quando "c"for menor que

zero, adota-se o valor zero (0), e quando for maior que 20, adota-se o valor 20;

d = (IP - 10 ), é o excesso de IP sobre 10, quando "d" for menor que

zero, adota-se zero (0), e quando for maior que 20, adota-se 20.

TAB. 4.1 - Classificação Bureau of Public Roads - BPR

Classes Grupos Comportamento (base / pavimento)

Principais Características Índice de grupo

Solo Grosso A1 Ótimo Bem graduado / Bom ligante 0

35 % φ < # 200 A2 Satisfatório

Mal graduado, com finos 4 (máx.)

Pedregulho / Areia

A3 Bom como base / precário quanto ao ligante Sem finos 0 (NP)

Solo Fino A4 Precário ( inchamento devido às chuvas)

Siltes / argilas baixa plasticidade 8 (máx.)

35 % φ > #200 A5 Tolerado com sub-base Contra indicado como base Siltes elásticos 12

(máx.)

Solo Siltoso A6 Contra indicado Argilas inorgânicas média e alta plasticidade 16

(máx.)

Solo Argiloso A7 Empregado só com finalidades especiais

argilas inorgânicas e solos orgânicos 20

(máx.)

Turfa A8 Imprestáveis Solos orgânicos e turfas

Calculado o índice de grupo "IG", o solo será classificado no grupo correspondente. É importante verificar que o índice de grupo não é suficiente para para enquadrar o solo em um grupo, pois os valores da tabela designam valores máximos e não intervalos de valores. Assim há solos intermediários entre dois grupos, como por exemplo solo A7/5.



QUADRO 4.1. – CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS SEGUNDO O HBR

CLASSIFICAÇÃO GERAL

MATERIAIS DE GRANULAÇÃO GROSSA [ menos de 35% passando na peneira No 200 (0,074 mm)]

MATERIAIS DE GRANULAÇÃO FINA [mais de 35% passando na peneira No 200 (0,074 mmm)]

CLASSIFICAÇÃO A - 1 A - 3 A - 2 A – 4 A – 5 A - 6 A - 7

POR GRUPO A – 1-a A – 1-b A – 2-4 A – 2-5 A – 2-6 A – 2-7 A – 7-5/A 7-6

Granulometria No 10 No 40 No 200

30 máx. 50 máx. 15 máx.

50 máx. 25 máx.

51 mín. 10 máx.

35 máx.

35 máx.

35 máx.

35 máx.

36 min.

36 min.

36 min.

36 min. Características

Frações φ < 0,42 mmLL (%) IP (%)

6 máx.

N. P.

40 máx. 10 máx

41 mín. 10 máx

40 máx. 11 mín.

41 mín. 11 mín.

40 máx. 10 máx.

41 mín. 10 máx.

40 máx. 11 mín.

41 mín. 11 mín.

Índice de Grupo 0 0 0 4 máx. 8 máx. 12 máx. 16 máx. 20 máx. Tipos usuais de Constituintes Significativos dos materiais

Fragmentos de pedra,

pedegrulho e areia

Areia fina

Pedregulho e areia, com silte ou argila

Solos siltosos

Solos argilosos

Comportamento como sub-base

Excelente a bom

Regular a ruim

OBSERVAÇÃO:

A -7-5 ,se: (LL – 30) ≥ IP

ou A – 7-6 se: (LL – 30) < IP


5. ESTABILIZAÇÃO DOS SOLOS 5.1. INTRODUÇÃO

O estudo das propriedades dos solos ocorre mediante a consideração de modelos que representam os solos como agregados de partículas. A diversidade de formas e de dimensões das partículas pode ser representada por dois modelos extremos, onde as ações interpartículas são explicadas em termos de forças mássicas e de forças de superfície oriundas da estrutura elétrica das partículas.

O primeiro modelo reproduz o comportamento dos solos granulares, sem coesão, onde o esqueleto formado pelas partículas é o principal determinante do comportamento do solo. No segundo, dos solos coesivos (solos finos), o comportamento é nitidamente influenciado pela fração argilosa, mas sofrendo as ações dos grãos rígidos, que se deslocam quando a estrutura se deforma.

Contudo, existe na natureza uma parcela de solos que situam-se no intervalo desses dois modelos, que formam um sistema constituído de um conjunto de grãos rodeados por uma massa de partículas dispersas de argila. Os grãos de silte e, ou areia, formam uma estrutura contínua, em cujos interstícios se encontra a massa argilosa, ou se apresentam na forma isolada.

O modo pelo qual se pode modificar o comportamento do solo (modelo de representação), conferindo-lhe capacidade de resistir às ações erosivas naturais e aos esforços e desgaste submetido pelo tráfego de veículos, é denominado "Estabilização dos Solos".

A estabilização de um solo representa qualquer modificação artificial introduzida no seu comportamento com a finalidade de torná-lo passível do uso em obras de engenharia, conferindo uma maior resistência estável às cargas, desgaste ou à erosão, por meio de uma compactação eficiente, correção da granulometria e plasticidade, ou a adição de substâncias que lhe confiram uma coesão proveniente da cimentação ou aglutinação de seus grãos.

De uma maneira geral, as técnicas mais usuais de estabilização dos solos podem ser divididas em Estabilização Mecânica e Estabilização Química.

5.2. ESTABILIZAÇÃO MECÂNICA

A estabilização mecânica, em geral, restringe-se a dois métodos para a melhoria das propriedades dos solos, que consistem do rearranjo das partículas ( compactação ) e da adição ou retirada de partículas (correção granulométrica).

A compactação é um processo de estabilização que faz parte de todos os serviços de manipulação dos solos para o fim de pavimentação.

A correção granulométrica também chamada de estabilização granulométrica consiste na combinação e manipulação de solos, em proporção adequada, de forma a obter um produto final de estabilidade maior


que os solos de origem, e adequado para a aplicação em cada caso particular.

Para um solo ser considerado estável, é necessário que o mesmo possua uma granulometria bem proporcionada de material grosso, podendo conter uma certa dose de material argiloso de enchimento.

Quando iniciou-se os estudos de estabilidade, achava-se que o conhecimento da distribuição granulométrica e índices físicos (LL e LP) do material, seriam suficientes para análise do comportamento, pois existe uma relação direta entre a granulometria e estabilidade, e entre índices físicos (LL e LP) e a permanência relativa desta estabilidade em função da perda e absorção d'água.

Entretanto, sabe-se que a fixação de valores rígidos para LL e IP não é muito representativa, pois a influência desses valores, sobre o comportamento do solo, depende da quantidade de material que passa na peneira No 40 (0,42 mm) e também das condições climáticas.

Posteriormente, em decorrência destas restrições, desenvolveu-se um outro procedimento, para análise do comportamento da estabilização de solos, baseado em um ensaio mecânico que forneça dados para determinação do índice de suporte do material, após o processo de estabilização.

Atualmente há tendência de utilizar os dois conceitos com a finalidade de se conseguir uma análise mais completa do comportamento do material estabilizado.

Quando da combinação e manipulação dos materiais para a elaboração de uma mistura estabilizada, deve-se considerar dois fatores que influenciam no seu comportamento:

- Natureza das partículas, as partículas devem apresentar resistência suficiente e não sofrerem alterações indesejáveis, pois a fragmentação do material pode provocar a formação de finos, alterando as propriedades da composição;

- Estabilização da composição, ao ser submetido à compactação, os grãos maiores se aproximam e devem ser travados e terem seus vazios preenchidos pelos finos que compõem a mistura. A otimização da estabilidade depende do intercorrelacionamento das características dos grãos, da distribuição granulométrica, do formato, etc.

A distribuição granulométrica da composição se relaciona diretamente com a estabilização da composição e consequentemente com a estabilidade. A representação granulométrica que apresenta a melhor distribuição (bem graduada) é representada pela equação abaixo, desenvolvida por Fuller - Talbot:

P = 100 ( d / D ) n , onde:


P, é a porcentagem, em peso do material, que passa na peneira estudada;

d, é a abertura da peneira estudada;

D, é a máxima dimensão do agregado;

n, é um coeficiente variável, em função da máxima densidade, tomado geralmente como igual a 0.5.

5.3. ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA

A estabilização química de um solo (material) se relaciona às reações produzidas na sua massa pela introdução de uma pequena quantidade de aditivo. O aditivo confere ao solo propriedades pré-determinadas, podendo a estabilização ocorrer via diversos mecanismos.

Para fins de pavimentação, os aditivos comumente usados são o cimento, a cal e o betume, que produzem melhor estruturação da massa do solo, com o estabelecimento de ligações reforçadas entre os agregados. Existem, outros produtos que têm sido empregados na estabilização química, como lignina, vinhoto e o DS-328, cujos resultados práticos, ainda não permitem uma definição precisa de suas potencialidades.


6. BASES 6.1. BASE ESTABILIZADA GRANULOMETRICAMENTE

Os solos naturais possuem geralmente características arenosas ou argilosas. Os solos arenosos, em razão da falta de material ligante (finos) entre os grãos, são facilmente destruídos por razões abrasivas, e os solos argilosos são muito deformáveis, com resistência ao cisalhamento reduzida, quando em contato com a água.

Quando o solo disponível se encontra em qualquer dessas situações, é necessário submetê-lo a um processo de melhoria de suas propriedades através de mistura com outros materiais (solos ou agregados), que possibilitem o obtenção de um produto final com propriedades adequadas para uso como camada do pavimento.

A maneira de se conseguir um produto final (mistura adequada), com qualidade superior ao produto de origem, levou os técnicos rodoviários a adotarem regras empíricas, fundamentadas no conceito básico de estabilização granulométrica, com respaldo de ensaios de laboratório e campo, que originaram as especificações de serviço ou construtivas, que vigoram até hoje. 6.1.1. CONSIDERAÇÕES PARA ELABORAÇÃO DE ESPECIFICAÇÃO

PARA A BASE A seguir são dados os passos para a elaboração da especificação de

uma base estabilizada granulometricamente: 1.1. - Escolha do diâmetro da maior partícula do agregado, toma-se o

diâmetro da maior partícula do agregado em função do tráfego para o qual estamos especificando a base. Para tráfego pesado e intenso, o diâmetro do maior agregado deve ser o maior possível, porém por motivos construtivos, o máximo diâmetro da partícula admitido é de 50.8 mm (2") e o mínimo por motivo de resistência e estabilidade é de 25.4 mm (1").

1.2. - Cálculo da curva de maior densidade (Fuller - Talbot). Estudos de Fuller - Talbot, mostram que o solo granular, quando compactado, atinge maior massa específica seca máxima (ρd max.), quando as dimensões das partículas têm uma distribuição de frequência acumulada que obedece a equação, P(%) = 100 (d / D)0.5, anunciada inicialmente em 1907, para misturas de concreto.

1.3. - Determinação da "Faixa Granulométrica". Deve-se estabelecer tolerância em torno da curva de maior densidade, sendo que as maiores devem ocorrer na parte da curva representativa dos materiais mais grossos e as menores na parte da curva dos materiais mais finos.

1.4. - Outros parâmetros da granulometria. Para evitar a acumulação de finos na parte inferior da curva de máxima densidade deve-se impor a relação:


% de material que passa na peneira No 200 (0.074 mm) % de mateiral que passa na peneira No 40 (0.42 mm) ≤

23

6.1.2. SUPORTE E QUALIDADE DO MATERIAL

A grande maioria das especificações, inclusive as utilizadas no Brasil, preconizam a utilização de um ensaio de resistência da mistura estabilizada e de um ensaio que avalia a qualidade do agregado utilizado na mistura. No ensaio de resistência utiliza-se o método do CBR, que determina o índice de suporte e a expansão da mistura e no ensaio da qualidade do agregado recomenda-se o método de "Abrasão Los Angeles", que empiricamente correlaciona a qualidade do material com sua durabilidade em serviço.

Dependendo da utilização da mistura estabilizada, os valores mínimos obtidos dos ensaio são fixados como segue: a) Para Base:

- Trânsito até 5 x 106 solicitações do eixo padrão de 8.2 ton.

CBR ≥ 80 % na energia intermediária Exp. ≤ 0.5 % Abrasão Los Angeles 50 %

- Trânsito ≥ 5 x 106 solicitações

CBR ≥ 80 % na energia modificada Exp. ≤ 0.5 % Abrasão Los Angeles 50 %

b) Sub-base:

CBR ≥ 30 % na energia intermediária Exp. ≤ 1.0 %

6.1.3. ESPECIFICAÇÕES DO DER-SP E DNER PARA BASE ESTABILIZADA GRANULOMETRICAMENTE

As especificações do DER-SP e DNER para base estabilizada granulometricamente recomendam os valores de suporte e qualidade do material (item 6.1.2), o enquadramento da granulometria das misturas em faixas granulométricas próprias, a limitação dos índices físicos (LL e IP) e a verificação da acumulação de finos. A - Faixas granulométricas:

Peneiras FAIXAS / DNER


(mm) A B C D 50.8 100 100 - - 25.4 - 75-90 100 100 9.52 30-65 40-75 50-85 60-100 4.76 25-55 30-60 35-65 50-85 2.00 15-40 20-45 25-50 40-70 0.42 8-20 15-40 15-30 25-45

0.074 2-8 5-15 5-15 5-20

Peneiras FAIXAS / DER-SP (mm) A B C D E F 50.8 100 100 - - - - 25.4 - - 100 100 100 100 9.52 30-65 40-75 50-85 60-100 - - 2.00 15-40 20-45 25-50 30-65 40-100 55-100 0.42 8-20 10-25 12-30 15-40 20-50 30-70

0.074 2-8 3-10 4-12 5-15 6-20 8-25 B - Índices Físicos (DER-SP / DNER):

LL ≤ 25 % IP ≤ 6 %

C - Acumulação de Finos (DER-SP / DNER):

A % que passa na peneira no 200 (0.074 mm) deve ser inferior a 2/3 da % que passa na peneira no 40 (0.42 mm)

6.1.4. DOSAGEM DOS COMPONENTES NA ESTABILIZAÇÃO

GRANULOMÉTRICA Como foi visto, até agora, a partir do maior diâmetro "D" disponível,

pode-se traçar uma curva granulométrica de densidade máxima. Nesse contexto, dada a faixa granulométrica exigida pela especificação de serviço, o problema passa a ser a obtenção da mistura que se enquadre nessa faixa, a partir dos materiais disponíveis.

Existem alguns processos de determinações das proporções dos materiais disponíveis para a obtenção do produto estabilizado granulometricamente que atenda à especificação solicitada. Dentre eles, podemos citar os dois mais comumente empregados. a) Processo Gráfico de Rothfuchs, plota-se a curva média da especificação

de serviço como a diagonal de uma figura retangular e representa-se a porcentagem que passa no eixo das ordenadas em escala de 0 a 100 %. Define-se a escala de peneiras no eixo das abcissas, a partir da curva média da especificação de serviço. Traçam-se, no mesmo gráfico, as curvas granulométricas dos materiais disponíveis e, a partir de considerações geométricas, definem-se os quantitativos de cada um dos


materiais de empréstimo, de modo a produzir novo material que atenda às especificações de serviço.

b) Processo Analítico, onde a determinação das frações constituintes do material estabilizado se processa pela solução de um sistema de equações, no qual as variáveis são as frações procuradas e as constantes são as quantidades dos vários materiais disponíveis.

6.2. BASES ESTABILIZADAS QUIMICAMENTE 6.2.1. BASE SOLO-CIMENTO

A base de solo-cimento é um produto da combinação de solo, cimento e água, em proporções adequadas e previamente determinadas por ensaios de laboratório.

A dosagem solo-cimento consiste na realização de ensaios de laboratório com determinado tipo de solo e quantitativos variáveis de cimento e água e na interpretação dos resultados desses ensaios via critérios técnico-econômicos estabelecidos em função da experiência. O resultado é a definição das quantidades de solo, cimento e água que garantem à mistura características mínimas exigidas de resistência e durabilidade.

A mistura assim obtida, convenientemente uniformizada e compactada, apresenta, após cura e após a cobertura por uma capa de rolamento, boas condições de durabilidade e trafegabilidade.

A experiência brasileira no uso de camadas de base e sub-base de solo-cimento alicerça-se nos métodos de dosagem da "Portland Cement Association (PCA)", com adaptações da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP).

Na dosagem solo-cimento trabalha-se com uma "Norma Geral" e uma "Norma Simplificada. Os ensaios de laboratório envolvem os aplicados aos solos (limites de Atterberg, granulometria conjunta, absorção e densidade) e às misturas (compactação, durabilidade e compressão simples).

Os ensaios de compactação das misturas são realizados na energia do ensaio do Proctor normal e a avaliação da qualidade da mistura é feita através dos resultados dos ensaios de durabilidade ou compressão simples.

A norma geral fixa a sequência de ensaios a serem realizados com determinado tipo de solo e com a mistura solo-cimento, e estabelece os critérios para a interpretação dos resultados. O teor de cimento a ser empregado na moldagem dos corpos de prova, para a execução do ensaio de durabilidade, pode ser obtido em tabelas recomendadas pela ABCP. A dosagem de uma mistura solo-cimento através da aplicação da norma geral tem uma duração que varia de 40 a 60 dias.

A norma simplificada tem como elemento básico para a dosagem o ensaio de compressão simples e fundamenta-se em constatações experimentais de pesquisadores ingleses que concluíram que, na maioria dos solos, as características de resistência determinadas no ensaio de


durabilidade refletiam-se diretamente na resistência à compressão simples das misturas.

A norma simplificada é mais adequada a dosagem de solos arenosos, e utiliza-se de tabelas e ábacos de dosagem recomendados pela ABCP para a determinação do teor ótimo de cimento. São impostos para a sua utilização os seguintes requisitos:

- O solo deve ter, no máximo, 50% de silte + argila; - Menos de 20% de argila; - LL ≤ 40% e IP ≤ 18%; - O solo não deve ter porcentagens significativas de matéria orgânica e

impurezas. Os efeitos corretivos do cimento também podem ser usados para

garantir a determinados tipos de solos características de projeto, sem conferir-lhes o caráter estrutural da mistura solo-cimento, compondo o que se denomina "Solo Melhorado com Cimento".

Essa mistura pode ser usada como base e sub-base do pavimento e como reforço do sub-leito. Como camada de base, sua aplicação insere-se na filosofia dos pavimentos alternativos ou de baixo custo e as porcentagens de cimento empregadas variam de 1 a 5% em peso de solo seco. O efeito produzido pelo cimento pode ser visto de duas formas distintas, de acordo com o tipo de solo, granular ou coesivo.

No solo granular, o efeito do cimento destina-se, principalmente, a criar ligações nos contatos intergranulares, de modo a garantir resistência mais efetiva do material às solicitações externas por aumento da parcela resistente relativa `a coesão, no caso do solo coesivo (solos finos), os grãos de cimento comportam-se como núcleos, as quais aderem as pequenas partículas que os rodeiam, formando regiões de material floculados que apresentam ligações oriundas dos fenômenos de cimentação.

A dosagem do solo melhorado com cimento é feita através de um estudo do solo por meio de ensaios de caracterização e da mistura através de ensaio de compressão simples ou CBR. 6.2.2. BASE DE SOLO-CAL

A cal pode ser utilizada para melhorar as características de resistência mecânica de um solo visando sua aplicação na construção rodoviária. A palavra "Cal", na etimologia, refere-se ao óxido de cálcio, mas em geral é aplicada para designar o óxido e seus derivados.

A cal é comercialmente produzida pela calcinação do calcário britado, onde o carbonato de cálcio presente na rocha, é reduzido a óxido de cálcio. O óxido de cálcio produzido é recebe o nome de cal calcica, e o produto contendo este óxido e o óxido de magnésio é denominado cal dolomítica, sendo ambos conhecidos como "cal viva". A adição controlada de água a cal viva produz a cal hidratada, que é o produto de maior uso para fins rodoviário no Brasil.

De modo geral, todos os solos finos reagem com a cal. Ocorrem trocas catiônicas e floculações entre o solo e a cal que afetam as suas


características de trabalhabilidade, plasticidade e expansibilidade. Contudo, as reações pazolânicas entre os solos e a cal nem sempre ocorrem, sendo influenciadas pelas propriedades naturais dos solos, pelos tipos e teores de cal empregados, pelas condições de cura e pelas características de compactação.

Com relação aos mecanismos da estabilização solo-cal, verifica-se que as reações de troca catiônica e floculação processam-se rapidamente e produzem alterações imediatas na plasticidade e, em menor escala, na resistência ao cisalhamento da mistura. Podem ocorrer reações pazolânicas entre o solo e a cal, dependendo das características dos solos utilizados na estabilização. Essas reações resultam na formação de vários compostos de cimentação, que aumentam a resistência e a durabilidade da mistura e desenvolvem-se a longo prazo.

A estabilização solo-cal, para fins de pavimentação, visa atender a duas condições distintas: melhoria das qualidades do solo, propiciando a estabilização com outro agente; e estabilização direta do solo com o uso da cal.

Estas condições, por sua vez, englobam três modalidades de serviço: modificação dos solos pela ação da cal; estabilização do sub-leito; e estabilização das camadas de base, sub-base e reforço. A primeira, funciona como expediente construtivo em regiões onde os solos apresentam-se, naturalmente, com umidade excessiva para o emprego em construção de estradas; a segunda, inclui a melhoria "in situ" das propriedades dos solos do sub-leito; e a terceira, compreende a melhoria das qualidades de materiais de empréstimo, que se mostram reativos à ação da cal.

O emprego da cal em nosso meio, com o propósito exposto, é ainda incipiente, e pouca experiência pode ser mencionada, pelo menos no que concerne à real apreciação de resultados.

Com relação aos ensaios para fins de dosagem, podemos citar a compressão simples de amostras moldadas na energia do Proctor normal, para situações em que se deseja ganhar resistência com a adição da cal. Para melhorar a trabalhabilidade do solo, com pequenos ganhos de resistência, são recomendados os ensaios de compressão simples e o CBR.

Em Assis-SP, foram feitas experiências de estabilização com uso da cal em um solo A 7-5 ( LL= 35%, IP= 13% e p = 33%), com características bem próximas aos solos A 2-4 . O resultado dos ensaios de laboratório mostrou que com teor de cal variando de 3 a 7% em peso, a mistura apresentava características razoáveis para ser utilizada como base de pavimento. 6.2.2. BASE SOLO-BETUME

A base solo-betume é um processo de estabilização química com uso de material betuminoso como aditivo. O material betuminoso é adicionado a um solo, ou misturas de solos, visando a melhoria das propriedades desses solos, para o aproveitamento como base ou sub-bases de pavimento rodoviário.


A eficiência desta estabilização química é devida ao revestimento das partículas do solo e ao fechamento de seus vazios pela ação dos ligantes betuminosos. De um modo geral, três modalidades de misturas são comumentes usadas em obras rodoviárias, denominadas areia-betume, solo-betume e pedregulho arenoso-betume.

A areia-betume é a mais difundida, não só pela facilidade com que se pode controlar a qualidade da mistura, mas também por ser economicamente competitiva, em face de outros processos de estabilização química. Os finos do solo devem estar na faixa de 5 a 12%, mas, em areias mono granulares, admite-se um quantitativo da ordem de 25%, recomendando-se IP ≤ 10%. A natureza desses solos possibilita o emprego de quase todos os produtos betuminosos na sua estabilização.

O solo-betume engloba as misturas de materiais betuminosos e solos argilo-siltosos e argilo-arenosos. Enquanto na areia-betume a função do ligante é gerar forças de natureza coesiva ao solo, no solo-betume o solo já exibe esta parcela e o que se busca é garantir a constância do teor de umidade da mistura, após a compactação. Trata-se de uma ação impermeabilizante, realizada pelo fechamento dos vazios do solo, onde poderia ocorrer uma ação capilar d'água e pela criação de películas envolventes, que agregam as partículas finas e impendem que a água exterior penetre na mistura.

O pedregulho arenoso-betume difere das duas modalidades anteriores, pois encontra-se em condição intermediária entre as areias e outros solos. Nessa estabilização, o betume gera efeito de coesão entre as partículas grossas, sem interferir na coesão existente entre as partículas finas. Nesse caso, os finos do solo devem ser inferiores a 12% e o IP inferior a 10%.

A estabilização química pode empregar outros estabilizantes químicos, além dos mais conhecidos, como o cimento, a cal e o betume. O vinhoto, também considerado com estabilizante químico tem sido empregado, em menor escala, em estradas secundárias de usinas de açúcar e álcool. Como seu uso é restrito a pequenas rodovias, os estudos que confirmem sua eficiência como agente estabilizante são ainda incipientes.

6.3. OUTROS TIPOS DE BASES 6.3.1. BASE DE MACADAME HIDRÁULICO

A base de macadame hidráulico pode ser definida como uma ou mais camadas de pedra britada, de fragmentos entrosados entre si, e material de enchimento, aglutinados pela água, que apresenta, após uma compactação adequada e recoberta por uma capa de rolamento, boas condições de durabilidade e trafegabilidade.


Denomina-se macadame hidráulico pois, a utilização da água facilita a penetração do material de enchimento nos vazios dos agregados, e promove a aglutinação da mistura.

O material de enchimento ocupa os vazios dos agregados e reduz ao mínimo seus deslocamentos, quer sob a ação do tráfego, quer em consequências de recalques do sub-leito. Associado à água, atua como ligante entre as partículas graúdas do macadame.

A função da água é igualmente dupla, auxilia a penetração do enchimento nos vazios e forma junto com o material de enchimento uma argamassa de relativo poder ligante. O fundamental para se obter um bom macadame é que os elementos resistentes (agregados graúdos) forme uma estrutura bem travada pelos finos, e a mais indeformável possível.

A especificação recomenda três faixas granulométricas para os agregados graúdos (A, B e C) e limita os valores de Abrasão Los Angeles em 40% e as porcentagens de fragmentos alongados e lamelares em 10%.

A tabela abaixo mostra as faixas granulométricas especificadas do agregado graúdo para base de macadame hidráulico.

Peneira Granulometria (% que passa)

(pol.) A B C 4" 100 - -

3 1/2" 90-100 - - 3" - 100 -

2 1/2" 25-60 90-100 100 2" - 35-70 90-100

1 1/2" 0-15 0-15 35-70 1" - - 0-15

3/4" 0-5 0-5 0-5

Admitindo-se que o máximo diâmetro do agregado não deve ser superior a faixa de 1/2 a 2/3 da espessura da camada final da base, recomenda-se a graduação "A" para base de até 12 cm de espessura, a graduação "B" para base até 9 cm e a graduação "C" para base até 7cm de espessura.

A tabela a seguir, especifica a faixa granulométrica para o material de

enchimento para a base de macadame hidráulico.

Peneira Granulometria (% que passa) (pol.) tipo 1 tipo 2 3/4" 100 - 1/2" 85-100 - 3/8" - 100 No 4 - 85-100

No 100 10-30 10-30


O material de enchimento "tipo 1"é aplicado para a graduação "A", o "tipo 2"é aplicado para a graduação "C" e para a graduação "B", deve-se verificar qual o material de enchimento mais adequado. 6.3.2. BASE DE BRITA GRADUADA

A base de brita graduada vem ganhando a preferência dos engenheiros rodoviários, pelas facilidades que oferece, quer quanto à obtenção do produto acabado, bastante uniforme, quer quanto à execução.

A base de brita graduada é resultante da mistura, em usina, de agregados previamente dosados, contendo material de enchimento e água. Essa mistura, devidamente compactada, oferece excelente condições de resistência e durabilidade.

Guardadas as proporções no que se refere à granulometria, a base de brita graduada é a sucessora, e com vantagens, da tradicional base de macadame hidráulico. As diversas etapas da construção do macadame hidráulico oferecem reais dificuldades executivas, as quais são eliminadas na base de brita graduada.

O agregado a ser utilizado deve enquadrar-se na especificação mostrada na tabela abaixo:

Peneira Granulometria (% que passa) φmax= 1 1/2 " φmax= 3/4 "

2" 100 - 1 1/2" 90-100 -

1" - 100 3/4" 50-85 90-100 3/8" 34-60 80-100 No 4 25-45 35-55 No 40 8-22 8-25

No 200 2-9 2-9 A diferença P4 - P40 deve variar entre 20 e 30%. A especificação, também determina que os agregados devem

satisfazer os requisitos mínimos: CBR(EM) ≥ 90%; Equivalente Areia ≥ 30% e Índice de Durabilidade ≥ 35%. 6.3.3. BASE DE MACADAME BETUMINOSOS

Consiste na superposição de camadas de agregados, interligadas entre por pintura de material betuminoso. O número de camadas depende da espessura prevista no projeto e , de baixo para cima, as camadas são construídas com agregados de granulometria mais fina, podendo chegar-se ao nível superior do revestimento, constituindo-se as duas camadas num revestimento de penetração.

A especificação recomenda que os agregados devem enquadrar nas faixas granulométricas especificadas para a base de macadame betuminosos


e que tenham uma resistência de 40%, medida pelo ensaio de abrasão Los Angeles.

O cimento afáltico de petróleo - CAP (betume) recomendado deve ser do tipo CAP-7, aplicada à temperatura variando de 135 a 175 oC.

A tabela abaixo mostra as faixas granulométricas especificadas para a base de macadame betuminoso.

Peneira (mm) Granulometria (% que passa) Grossa Média Fina

76.2 100 - - 63.5 90-100 100 - 50.8 35-70 90-100 - 38.1 0-15 35-70 - 25.4 - 0-15 100 19.1 0-5 - 90-100 12.7 - 0-5 - 9.52 - - 20-55 4.76 - - 0-10 2.38 - - 0-5


7. MATERIAIS BETUMINOSOS USADOS NA PAVIMENTAÇÃO 7.1. INTRODUÇÃO

Ao longo da história os materiais betuminosos tem sido um elemento bastante familiar ao homem, que o tem usado das mais variadas maneiras. Relata-se que os materiais betuminosos tiveram seu uso primitivo iniciado antes da era Cristã e consolidado como material estudado a partir de 1902, nos Estados Unidos da América.

Os materiais betuminosos (betume) são misturas de hidrocarbonetos de origem natural e/ou artificial acompanhados de seus derivados não metálicos, que são completamente solúveis em bissulfeto de carbono ( CS2), de cor, dureza e volatilidade variáveis.

Na construção rodoviária, o termo "betuminoso" se refere a materiais de caráter de cimentação, por si ou por seus resíduos, e são incluídos nesta designação os conhecidos asfaltos e alcatrões. Pode-se afirmar que o ligante é o elemento utilizado para juntar as partículas de agregado e protegê-las contra a penetração da umidade, funcionando como agente amortecedor.

Os asfaltos são betumes de petróleo que ocorrem na natureza, no estado puro ou associado a matériais minerais, ou são obtidos pela refinação do petróleo bruto. Sua consistência é variável e apresenta-se com coloração pardo escura ou negra.

Os alcatrões são betumes de condensação produzidas numa destilação destrutiva de matérias orgânicas, tais como os carvões mineral e vegetal, o petróleo ou a madeira.

7.2. TIPOS DE MATERIAIS BETUMINOSOS Os asfaltos podem ser entendidos como suspensões coloidais de

moléculas de hidrocarbonetos de grandes dimensões e altos pesos moleculares. Quanto a sua natureza, podem ser classificados em: asfaltos naturais, asfaltos de petróleo. 7.2.1. ASFALTOS NATURAIS

São originários do petróleo no qual se encontram dissolvidos e foram obtidos por processos decorrentes de altas pressões e temperaturas, que envolvem fenômenos de evaporação, condensação e polimerização. Aparecem, às vezes, constituídos quase que exclusivamente por betume associado a impurezas minerais (areias, argilas e calcáreo).

Os asfaltos naturais percolam através de fendas da crosta terrestre, num movimento ascensional, até a superfície. A ação do sol e do vento liberta os óleos mais leves e os gases, deixando um resíduo preto e plástico denominado asfalto. De acordo com a jazida, é hábito distribuí-los em três categorias: asfaltos lacunares, asfaltites e rochas asfálticas.

Os asfaltos lacunares encontram-se em verdadeiros lagos ou depósitos, dos quais os mais conhecidos são os de Trinidad, nas Antilhas e Bermudas, na Venezuela.


As asfaltites são minerais asfálticos caracterizadas pelo seu elevado ponto de fusão. Ocorrem em forma de veios de espessura variável, que podem estender-se por quilômetros, e geralmente, aparecem em zonas de falhas tectônicas. As principais asfaltites são a granite, o breu vítreo e a gilsonite.

As rochas asfálticas são arenitos ou calcáreos impregnados de 10 a 30% de asfalto, em média. O asfalto obtido apresenta características muito variáveis, sendo, às vezes, tão mole que se torna impossível medir a penetração a 25 oC, ou de dureza tal que, para fins de aplicação, será necessário adicionar-lhe aditivos.

Em condições normais, os asfaltos naturais não se apresentam economicamente competitivos, se comparados com os obtidos por destilação de petróleo. Apenas as asfaltites se mostram comerciais, pois seu uso abrange o campo das indústrias de vernizes, do papel e em certos casos em que se pretendam asfaltos sólidos e muito duros.

As rochas asfálticas, depois de moídas, são usadas só ou em misturas com agregados e/ou asfalto, para base e camada de rolamento para pavimentos. As asfaltites são usadas. só em casos excepcionais, na construção rodoviária. Os asfaltos lacunares têm sido usados na fabricação de cimento asfáltico, de grande uso na pavimentação rodoviária.

7.2.2. ASFALTO DE PETRÓLEO Os asfaltos de petróleo são resíduos da destilação fracionada do

petróleo bruto, portanto suas propriedades dependem da natureza do petróleo e da maneira pelo qual é feita a destilação.

A técnica petrolífera corrente envolve numerosas operações de tratamento, separação e composição que minimizam tal dependência. Na destilação fracionada, algumas frações do petróleo são vaporizadas, por aquecimento, até a ebulição e condensadas, a seguir, à temperatura ambiente.

Os petróleos brutos podem ser divididos em três grupos: os de base parafínica, os de base asfáltica e os de base asfalto-parafínico.

Os de base parafínica contêm as parafinas, que são prejudiciais à resistência e a durabilidade, promovendo a oxidação vagarosa dos asfaltos, quando expostos ao ar, transformando-os num resíduo pulverulento ou floculoso, sem nenhum valor ligante.

Os de base asfáltica são do grupo naftênico, cujas frações pesadas são efetivamente aptas para produzir asfalto para uso rodoviário.

Os de base asfalto-parafínico são uma mistura das duas bases, que podem ser utilizados para fins rodoviários dentro de certos limites.

A destilação fracionada baseia-se no fato de ser o petróleo bruto constituído por hidrocarbonetos mais ou menos solúveis uns nos outros e de pontos de ebulição crescentes com o tamanho das moléculas, o qual é quantificado pelo número de átomos de carbono presentes.


Considerando o asfalto bruto constituído por asfalto duro, óleos não voláteis, óleos poucos voláteis e óleos voláteis, pode-se afirmar que o produto final da destilação depende do grau a que ela foi elevada. Eliminando os óleos voláteis, tem-se os asfaltos líquidos, a partir dos quais se fazem as emulsões e os "cutbacks". Eliminando os óleos pouco voláteis, obtêm-se os cimentos asfálticos, berço dos asfaltos diluídos, e a eliminação dos óleos não voláteis conduz aos asfaltos duros, poucos flexíveis para serem usados na pavimentação rodoviária.

Os processos de refinação dependem do teor em asfalto que os petróleos brutos apresentam. Para os de baixo rendimentos em asfalto, o processo seguido é a destilação em dois estádios: um a pressão atmosférica, seguido de outro a vácuo. Se o rendimento for alto, dispensa-se o estádio de destilação à pressão atmosférica. O mais usado é a destilação em duas etapas. O teor de asfalto num petróleo bruto pode variar de 10 a 70%.

Na destilação aquece-se o petróleo bruto a altas temperaturas, sob pressão, e a separação das diferentes frações processa-se numa torre de fracionamento, onde a temperatura decresce de baixo para cima, por causa das diferenças nos pontos de ebulição.

Objetivando facilitar a remoção das frações de alto ponto de ebulição, sem provocar mudanças químicas, desenvolveu-se, nas grandes refinarias, o processo de destilação com redução na pressão e utilizando o vapor, que é a destilação a vácuo e vapor.

Pode-se afirmar que são obtidos por esse processo os asfaltos de melhor qualidade para a pavimentação.

7.3 TIPOS DE ASFALTOS DE PETRÓLEO

7.3.1. ASFALTOS OXIDADOS Os asfaltos oxidados são materiais densos e duros, com valores de

penetração baixos e ponto de amolecimento alto, além disso, são menos susceptível à ação da temperatura que os outros asfaltos, de mesma dureza, mas produzido por destilação direta.

Estas características do asfalto se deve a condensação e polimerização dos hidrocarbonetos, ocorrida durante a destilação do petróleo, devida à passagem de uma corrente de ar através do asfalto residual ou óleo pesado, que provoca uma reação fortemente exotérmica, em que o oxigênio do ar se combina com os átomos dos hidrocarbonetos formando água, que é eliminada rapidamente, em forma de vapor.

O fato desses asfaltos serem menos dúcteis e menos aderentes que os cimentos asfálticos tem limitado o seu uso como constituinte dos pavimentos de aeroportos e rodovias. São mais utilizados para impermeabilização, selagem de juntas de pavimentos rígidos, etc. 7.3.2. CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO (CAP)

São asfaltos artificiais que satisfazem determinados condicionamentos na sua estrutura coloidal. Teoricamente, a caracterização física dos cimentos asfálticos deveria processar-se por leis de quantificação dos coeficientes


reológicos, contudo, na prática industrial, usam-se ensaios facilmente executáveis, devidamente normalizados que fornecem medida aproximada do comportamento do material, em certas condições.

São materiais semi-sólidos à temperatura ambiente, necessitando de aquecimento para adquirirem a consistência apropriada para a sua aplicação. São sempre empregados a quente, exigindo o aquecimento não só do ligante, como também do agregado, e escolhidos por meio de uma escala de penetração ou grau de dureza relacionado com o tipo de construção, com as condições climáticas, espécies e natureza do tráfego do futuro pavimento.

Pode-se afirmar que o uso do cimento asfáltico é mais econômico que os ligantes mais leves, pois estes precisam de aeração para remover os voláteis, enquanto nos cimentos asfálticos não existem agentes diluentes para reduzir a qualidade ou encarecer o produto final. Apresentam, além das propriedades aglutinantes e impermeabilizantes, alta flexibilidade, durabilidade e considerável resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e alcális.

Os cimentos asfálticos de petróleo tem o símbolo "CAP", que deve preceder às indicações dos vários tipos, conforme sua viscosidade à 60 oC, que classifica-os nos seguintes tipos: CAP-7, CAP-20 e CAP-55.

Quadro de Especificações

Características Tipos de CAP CAP-7 CAP-20 CAP-55 1. Viscosidade a 60 oC (poise) +/- 700 +/- 2.000 +/- 5.500 2. Viscosidade a 135 oC (SF) 100 120 170 3. Viscosidade a 177 oC (SF) 15 - 60 30 - 150 50 - 150 4. Penetração normal (1/10 mm) 90 50 20 5. Ponto de fulgor oC 220 235 235 6. Índice de suscetibilidade térmica -2 a +1 -2 a +1 -2 a +1

7.3.3. ASFALTOS DILUÍDOS Os asfaltos diluídos são obtidos dos cimentos asfálticos por

fluidificação, com um solvente de petróleo de volatilidade apropriada. A viscosidade é inferior à dos cimentos asfálticos mais moles, os quais podem ser considerados ainda semi-sólidos.

A vantagem em relação aos cimentos asfálticos deve-se à possibilidade de serem usados à temperaturas inferiores e com o agregado frio. Após a aplicação e cura, ocorre o endurecimento, que lhe confere a capacidade de uso. A cura é a separação entre o solvente e o cimento asfáltico. A função do solvente é conferir ao asfalto a consistência de um líquido, permitindo seu uso a frio, devendo evaporar-se com relativa rapidez, enquanto o asfalto ganha a consistência novamente.

Os asfaltos diluídos podem ser classificados em três classes, conforme os solventes empregados: cura rápida, cura média e cura lenta.

Os asfaltos diluídos de cura rápida (CR), são obtidos pela solução de uma base asfáltica num solvente leve de petróleo, com ponto de ebulição entre 121 e 204 oC, do tipo nafta e gasolina. Apresentam, após a cura, uma


consistência semelhante à da matéria prima utilizada, o CAP. O IBP (Instituto Brasileiro do Petróleo) adota as designações para os asfaltos diluídos, segundo suas viscosidades cinemáticas ( 60 oC): CR-70, CR-250, CR-800 e CR-3.000.

Os asfaltos diluídos de cura média (CM), são obtidos da diluição do cimento asfáltico de petróleo (CAP) num derivado de petróleo com ponto de ebulição entre 163 e 274 oC, do tipo querosene. Os CM têm cura demorada e apresenta boas propriedades de envolvimento dos agregados e a consistência do cimento asfáltico resultante do processo de cura mostra-se mais elevada que o CAP original. Podem ser designados por: CM-30, CM-70, CM-250, CM-800 e CM-3.000.

Os asfaltos diluídos de cura lenta (CL), podem ser obtidos pela destilação direta do petróleo bruto, ajustando-se a temperatura para que permaneçam alguns óleos voláteis, ou pela diluição de um cimento asfáltico de petróleo (CAP) com óleo pesado de modo que se obtenha o produto com a consistência desejada. São também denominados "Road Oils" e os destiladores de petróleo utilizado na sua obtenção têm ponto de ebulição acima de 275 oC, podem ser do tipo óleo díesel. A baixa volatilidade dos seus óleos constituintes induz-lhes uma cura demorada e, de modo geral, não recomendados para misturas betuminosas que necessitam da coesão proporcionada pelo ligante, para desenvolverem a estabilidade. Seu endurecimento processa-se por evaporação e fotoxidação.

As relações teor x tipo de asfaltos diluídos podem ser resumidas no quadro abaixo:

Tipo % de asfalto % de diluente 30 52 48 70 63 37

250 70 30 800 82 18

3.000 86 14 7.3.4. EMULSÕES ASFÁLTICAS

As emulsões asfálticas são obtidas por dispersão mecânica do asfalto, que produz as gotículas de asfalto, no meio contínuo (água). Desta dispersão resulta um aumento de superfície exposta, ao qual se opõe uma tensão interfacial. As dispersões do ligante asfáltico em fase aquosa são chamadas "emulsão direta" e as dispersões da fase aquosa em ligante asfáltico são chamadas "emulsão invertida".

Deve-se adicionar à mistura um agente capaz de reduzir a tensão interfacial e estabilizar a mistura. Este agente é denominado emulsificador e os tipos mais usados são: a argila coloidal, os silicatos solúveis e insolúveis, os sabões e os óleos vegetais sulfonados.

Os emulsificadores podem ser aniônicos ou catiônicos. Os aniônicos resultam emulsões que apresentam moléculas eletronegativas carregadas e os catiônicos resultam emulsões, onde as moléculas de asfalto se encontram


eletropositivamente carregadas. As emulsões eletropositiva carregada são as mais utilizadas.

O processo de obtenção das emulsões consiste em fazer passar por um moinho coloidal uma mistura de asfalto aquecida (CAP), água e um produto tenso aditivo. O moinho dispersa o asfalto em água, tornando finas gotículas, e procede o armazenamento da emulsão, antes da entrega.

Na aplicação na obra, quando as emulsões são colocadas em contato com os agregados, o equilíbrio que mantém os glóbulos de asfalto em suspensão é rompido, dando a separação dos constituintes. A água evapora ou escoa e o asfalto flocula e se fixa no agregado. Na ruptura a coloração passa de marrom a preta.

Quanto ao tipo de carga das partículas, as emulsões podem ser classificadas em: catiônicas, aniônicas, bi-iônicas e não iônicas.

Quanto ao tempo de ruptura são classificadas em: rápida (RR-1C, RR-2C, RR-MC), média (RM-1C, RM-2C) e lenta (RL-1C, LA-1C, LA-2C).

A temperatura de utilização das emulsões oscila no intervalo de 10 a 60 oC.

7.4. PROPRIEDADES DOS MATERIAS BETUMINOSOS

As principais propriedades dos cimentos asfálticos de petróleo (CAPs), empregados na pavimentação são:

- Propriedades reológicas, que governam o comportamento dos CAPs submetidos a tensões provenientes do tráfego, e de origem térmica;

- Durabilidade, ligada às mudanças nas propriedades dos CAPs durante a estocagem, aplicação e serviço no pavimento;

- Adesividade e outras propriedades não reológicas. 7.4.1. PROPRIEDADES REOLÓGICAS

O tipo de tensão mais importante num CAP em serviço no pavimento é a tensão de tração (τ). Define-se Módulo de Rigidez (S), ou simplesmente Rigidez, como: S = τ / ε (kgf / cm2), onde (s) é a ridizez, (τ) é a tensão de tração e (ε) é a deformação relativa a tração.

O módulo de rigidez (S) é função apenas do tempo de aplicação da carga (t), em segundos e da temperatura (To). Para determinar o módulo de rigidez utiliza-se um monograma, onde entra-se com t, To, P25 ( penetração a 25 oC, 100g, 5s) e temperatura correspondente a P = 800 (1/100 mm) e consegue-se determinar (S) t,T.


Fig. 7.1 - Monograma para Determinação do Módulo de Rigidez

Do monograma tira-se tg α = ( log 800 - log P) / (PA -25 ), onde PA é o ponto de amolecimento do CAP.

Define-se, (IP) como Índice de suscetibilidade térmica através da equação: IP = [500 logP + 20PA - 1951] / [ 120 - 50 log(P+PA)].

Valores de IP maiores que +2, indicam geralmente asfaltos oxidados, com baixíssima suscetibilidade térmica e valores de IP menores que -2, indicam asfaltos que amolecem muito rapidamente com o aumento da temperatura e, tendem a ser quebradiços em baixas temperaturas. Os CAPs usados para a pavimentação têm IP entre -2 e +2.

Observa-se, também no monograma que o PRF (Ponto de Ruptura de Fraass), corresponde a uma penetração igual a 1.25 (1/10 mm).

Pesquisadores desenvolveram um Gráfico de Dados de Ensaios nos CAPS (Bitumen Test Data Chart - BTDC), onde conseguiram juntar o gráfico de penetração e temperatura com o gráfico viscosidade e temperatura.

Para traçar o gráfico, é conveniente plotar no mínimo quatro viscosidades ( 60, 120, 135 e 140 oC) e duas penetrações (25 e 40 oC).

A fig. 7.2, apresenta um croquis do GDEC.

FIG. 7.2 - Gráfico de Dados de Ensaios nos CAPs


Examinando a figura, vê-se que: - Obtém-se T800, isto é, a temperatura na qual a penetração é

igual a 800, que corresponde ao Ponto de Amolecimento Teórico, igual no caso a 54.5 oC;

- Obtém-se o PRF (ponto de Ruptura de Fraass) teórico, que é a temperatura na qual a penetração é igual a 1.25, igual no caso a -11 oC;

- Pode-se obter o IP (Índice de Penetração), traçando-se do ponto P (já vem locado no gráfico) uma paralela à reta AA' até encontrar a escala (já locada no gráfico) onde se lê o valor de IP, no caso igual a -0.4.

Sabe-se que a temperatura de referência Tm dos CAPs, para mistura com os agregados em usinas, é a correspondente a η = 2 poise (viscosidade absoluta) e a temperatura de referência Tc, para compactação é a correspondente a η = 3 poise. O GDEC permite obter os valores de Tm e de Tc ( com ajustes finais no campo, em função do equipamento e da mistura). A diferença Tm - Tc = ΛT, dá uma idéia da máxima temperatura que a mistura asfáltica pode perder no transporte usina / pista.

Finalmente, o GDEC permite classificar os CAPs quanto à natureza do petróleo e ao processo de fabricação. Os CAPs são classificados em três classes:

- Classe S, CAPs de diferentes origens, porém com uma limitação do teor de cera parafínica, são os melhores para pavimentação;

- Classe W, CAPs com altos teores de cera "wax" parafínica, são de qualidades duvidosas para pavimentação;

- Classe B, são asfaltos soprados "Blown Bitumen", que receberam na fabricação uma corrente de ar em alta temperatura, provocando a chamada oxidação do asfalto, diminuindo bastante a suscetibilidade térmica.

O GDEC permite o reconhecimento da classe do asfalto, da seguinte maneira:

a) Quando a reta de viscosidade coincidir com a reta de penetração, como o caso da fig. 7.2, tem-se um CAP de classe S;

b) Quando as duas retas não coincidirem, mas são praticamente paralelas, fig. 7.3, tem-se um CAP de classe W;

c) Quando as duas retas forem concorrentes, fig. 7.4, tem-se um CAP de classe B. Nesse caso para a determinação do IP, tira-se do ponto P, uma paralela a reta de penetração.


Fig. 7.3 - Gráfico de Dados de Ensaios nos CAPs - Classe W

Fig. 7.4 - Gráfico de Dados de Ensaios nos CAPs - Classe B 7.4.2. DURABILIDADE

Durabilidade é a propriedade que os CAPs tem de resistir às mudanças em seu comportamento, durante a estocagem, a aplicação na obra e em serviço no pavimento.

As mudanças ocorrem durante o aquecimento e na aplicação em mistura, na usina, quando uma película delgada do CAP recobre um agregado muito aquecido, ele perde óleos voláteis de sua composição e incorpora moléculas de oxigênio, aumentando sua consistência original.

Durante a utilização no pavimento, o CAP contínua, lentamente a perder voláteis e incorporar oxigênio, devido a exposição à luz solar que funciona como um catalisador.

O ensaio da película delgada (MB 425 - 1970), informa sobre o envelhecimento do CAP, durante a mistura em usina e durante sua vida em serviço. O ensaio utiliza-se de uma amostra de CAP, com espessura de 3


mm que é aquecida em estufa ventilada a 163 oC, durante 5 horas. Após esse período, são determinadas as porcentagens de perda de peso e de aumento da penetração. A amostra do CAP, após o ensaio, deve ser usada para verificar o aumento da viscosidade à 60 oC. 7.4.3. ADESIVIDADE E OUTRAS PROPRIEDADES NÃO REOLÓGICAS

A Adesividade é a resistência ao deslocamento pela água, que uma película de cimento asfáltico de petróleo possui quando recobre um agregado. A Adesividade é uma propriedade do par asfalto/agregado e não propriamente do CAP.

A Adesividade é um fenômeno de adsorsão seletiva, isto é, o agregado adsorve certos elementos do CAP.

Dentre outras propriedades não reológicas, podemos citar algumas importantes: Composição físico-química, Ponto de Fulgor e Densidade.

O conhecimento da composição química do asfalto pode facilitar o conhecimento de suas propriedades e consequentemente selecionar os melhores para a pavimentação.

A determinação do Ponto de Fulgor é importante pois, significa segurança ao risco de incêndio, além de fornecer indicações quanto a durabilidade e outras características.

A densidade do CAP é útil na conversão de valores de volume para massa e vice-versa.

7.5. ENSAIOS NOS CIMENTOS ASFÁLTICOS DE PETRÓLEO

Os cimentos asfálticos de petróleo não apresentam ponto de fusão definido e as variações de temperatura modificam o seu estado físico de sólido para líquido. Isto é causado pela complexa composição química dos CAPs. Os ensaios de laboratório, necessários a verificação de atendimento às especificações são descritos a seguir. 7.5.1. ENSAIO DE PENETRAÇÃO

O ensaio de penetração mede a consistência do material através da penetração de uma agulha padronizada, em uma cuba com asfalto, a uma temperatura de 25 oC, medida em décimos de mm, quando submetida a uma carga de 100 g, durante um período de tempo de 5s.

O ensaio de penetração foi normalizado pela ABNT, DNER e AASTHO, nas designações MB-107/1971, DPT M3-64 e T-49, respectivamente.

A figura 7.5 representa a execução do ensaio.


Fig. 7.5 - Ensaio de Penetração 7.5.2. ENSAIO DO PONTO DE AMOLECIMENTO ANEL E BOLA

O ensaio do ponto de amolecimento anel e bola visa medir a evolução da consistência com a temperatura e indica a que níveis de dureza os asfaltos têm uma certa consistência.

Consiste em introduzir um corpo de prova de asfalto em um anel de latão de 15.9 mm de diâmetro interno e 6.3 mm de espessura. Sobre a mostra betuminosa apoia-se uma esfera de aço de 3.5 g e submete o conjunto a um banho maria, aquecendo a água a uma taxa de 5oC por minuto, até que o asfalto flua sob o peso da esfera e toque o fundo do recipiente. A temperatura que isso ocorre é considerada a temperatura do ponto de amolecimento do material betuminoso.

O ensaio é normalizado pela AASTHO e IBP/ABNT, nas designações T-53 e MB-164/1972, respectivamente.

A fig. 7.6 mostra esquematicamente o ensaio.

Fig. 7.6 - Ensaio do Ponto de Amolecimento 7.5.3. ENSAIO DO PONTO DE RUPTURA

Ao se baixar a temperatura de um cimento asfáltico de petróleo (CAP), sua ruptura se torna cada vez menos plástica, até que a uma certa temperatura (T), torna-se francamente frágil.

O ensaio de FRAASS consiste em se curvar repetidamente uma lâmina metálica delgada, coberta por uma fina camada de CAP (+/- 0.5 mm), com cada curvatura durando cerca de 11s, em banho maria com a


temperatura diminuindo. O ponto de ruptura de Fraass é a temperatura em oC, na qual aparecem as primeiras fissuras na lâmina. 7.5.4. ENSAIO DE DUCTILIDADE

Ductilidade é a propriedade de um material suportar grandes deformações, sem ruptura. Nos materiais betuminosos, a ductilidade é a distância, em centímetros, que um corpo de prova padronizado se alonga, até a ruptura, quando submetido a uma tração. O ensaio processa-se à uma temperatura de 25 oC e na velocidade de 5 cm/min. A seção transversal do corpo de prova é de 1 cm2.

O corpo de prova, após atingir a temperatura do ensaio, é colocado no aparelho de medida de ductibilidade, de tal forma que um de seus extremos permaneça fixo e o outro se mova horizontalmente, por tração.

Interpreta-se a ductibilidade como uma medida da capacidade cimentante dos materiais betuminosos. Uma alta ductibilidade, em geral, está associada à boa adesividade e cimentação, porém apresenta o inconveniente de excessiva variação com a temperatura.

O ensaio foi normalizado pela AASTHO, sob designação T 47-42, e é esquematizado na fig. 7.7.

Fig. 7.7 - Ensaio de Ductibilidade 7.5.5. ENSAIO DE PONTO DE FULGOR

O ensaio de Ponto de Fulgor define a temperatura limite que o material asfáltico pode atingir na obra, sem o risco de incêndios e, simultaneamente é um indicativo da presença de certos constituintes voláteis indesejáveis no asfalto. É portanto, um ensaio de segurança para evitar incêndios.

O asfalto a ser ensaiado é colocado em um copo aquecido de forma que a temperatura aumente uniformemente, passando-se uma chama por sobre a superfície do material, a intervalos freqüentes.

A temperatura na qual os vapores originados do asfalto se inflamam, quando em contato com a chama, é p ponto de fulgor.

O ensaio é executado no vaso aberto Cleveland, conforme os métodos do IBP-ABNT , AASTHO e ASTM, designados por MB-50, T-48 e D-92, respectivamente.

A fig. 7.8 representa o esquema do ensaio.


Fig. 7.8 - Ensaio do Ponto de Fulgor 7.5.6. ENSAIO DE VISCOSIDADE

É a medida fundamental da consistência dos materiais betuminosos. As consistências apropriadas para as operações de esparramentos, mistura e compactação são sempre medidas em termos de viscosidade.

Os aparelhos utilizados para sua determinação são os "Viscosímetros". Esses equipamentos baseiam-se na lei de Poiseuille, que relaciona a velocidade de fluxo dos líquidos com sua viscosidade dinâmica.

Determinados laboratórios utilizam métodos diretos para a medida da viscosidade, como é o caso do microviscosímetro, que permite determinar o esforço necessário para se deslocar, a determinada velocidade, duas lâminas paralelas interligadas por uma fina camada de ligante de espessura uniforme. Deste modo, obtêm-se as viscosidades absolutas, em poise e as viscosidades cinemáticas (SF), em segundos.

Genericamente, existem dois métodos de determinar a viscosidade, o empírico, por meio do viscosímetro Saybolt-Furol, em que a unidade é o segundo, e o absoluto, pelos viscosímetros capilares e de placas paralelas, cuja unidade é o poise.

Para o cimento asfático é comum utilizar as viscosidades Saybolt-Furol ou cinemática.

A viscosidade Saybolt-Furol, abreviação "Fuel e Road Oils", é obtida no viscosímetro de mesmo nome, e é a medida da resistência ao escoamento de um fluido. Exprime o tempo, em segundos, de uma determinada quantidade de material que leva para escoar, em determinada temperatura e em condições padronizadas. O ensaio é feito à temperatura de 135 oC.

A viscosidade Saybolt-Furol encontra-se padronizada pela ASTM, IBP- ABNT, com as seguintes designações: E-102, P-MB-517.

A fig.7.9 mostra um croquis esquemático do ensaio de viscosidade Saybolt-Furol.


Fig. 7.9 - Ensaio de Viscosidade Saybolt-Furol


8. REVESTIMENTOS BETUMINOSOS

8.1. INTRODUÇÃO

Os revestimentos betuminosos são uma combinação de agregado mineral e material betuminoso, processada por vários métodos construtivos e em várias espessuras. As solicitações de trânsito têm a função de definir a espessura de projeto do pavimento, bem como a técnica construtiva a ser utilizada. São pavimentos flexíveis, que se deformam sob a ação das cargas e se adaptam a eventuais recalques do sub-leito. Possuem rapidez na execução e na liberação ao tráfego, e também reparações fáceis e rápidas.

Nos revestimentos betuminosos o agregrado suporta e transmite as cargas aplicadas pelos veículos, bem como resiste ao desgaste imposto pelas solicitações. O asfalto é o elemento aglutinante que proporciona uma ligação íntima entre os agregados, capaz de resistir à ação desagregadora do tráfego e impermeabiliza o conjunto contra a ação das águas, provenientes das chuvas e/ou subsuperficiais, oriundas do sub-leito por atividade capilar.

A técnica da boa construção é a escolha inteligente dos agregados, do asfalto e do método construtivo. Estes tópicos são independentes e competem ao engenheiro rodoviário agrupá-los com a finalidade de obter um pavimento econômico, durável e seguro.

Os revestimentos betuminosos são agrupados em tratamentos superficiais e misturas asfálticas, e cujas funções básicas que deve possuir são caracterizadas por:

- Oferecer ao tráfego condições de rolamento em termos de conforto e segurança (aderência adequada às condições de uso);

- Resistir aos esforços horizontais solicitantes; - Ter características de durabilidade em relação aos agentes naturais e

artificiais atuantes; - Ter condições de impermeabilidade ou permeabilidade relativa,

adequadas ao projeto, visando não propiciar o acúmulo de água internamente.

8.2. TRATAMENTOS SUPERFICIAIS Os tratamentos superficiais são executados por penetração direta ou

invertida, podendo ser simples, duplos, triplos, quadrúpos, etc. A penetração direta é executada mediante o espalhamento prévio de

uma camada de brita de granulometria apropriada que atinge a espessura desejada após a compactação. Segue-se a aplicação do material betuminoso, que penetra nos vazios do agregado e continua com o espalhamento de uma brita de granulometria inferior, para preenchimento dos vazios superficiais, acompanhado de uma nova compactação. Esses passos são repetidos sucessivamente de acordo com o tipo de penetração direta a ser executado.


O serviço é complementado com a execução de uma capa selante que impermeabiliza e dá um acabamento final à estrutura.

A taxa de aplicação de betume varia de acordo com o número de camadas do revestimento. Na primeira aplicação a taxa varia de 1.5 a 4.5 l / m2, na segunda de 1.8 a 2.7 l / m2 e na terceira a taxa é de 1.0 l / m2.

A AASTHO, determina que os agregados devem enquadrar-se nas seguintes especificações, para a penetração direta.

Peneiras Granulometria (% que passa) Ag. graúdo Ag. médio Ag. miúdo

3" 100 - - 2 1/2" 90-100 - -

2" 25-70 - - 1 1/2" 0-15 - -

1" - 100 - 3/4" - 90-100 - 1/2" - - 100 3/8" - 20-55 90-100 No 4 - 0-10 10-30 No 8 - 0-5 0-8

A penetração invertida é executada com uma aplicação de "pintura" de material betuminoso, seguido de espalhamento e compactação da camada de agregado de granulometria apropriada. Segue-se a aplicação do material betuminoso e espalhamento e compactação de outra camada de agregado , assim sucessivamente de acordo com o tipo de penetração invertida definida no projeto. O serviço é completado com a execução de uma capa de penetração.

As sequências de operações necessárias para a construção da penetração invertida são as seguintes:

- Tratamento simples 1. imprimadura ou pintura ligante; 2. 1a aplicação de betume; 3. 1a distribuição de agregado (graúdo); 4. compactação;

- Tratamento duplo (prossegue-se) 5. 2a aplicação de betume; 6. 2a distribuição de agregado (intermediário); 7. compactação;

- Tratamento triplo (prossegue-se) 8. 3a aplicação de betume; 9. 3a distribuição de agregado (miúdo) 10. compactação;

- Capa selante


11. pintura ligante (impermeabilizante); 12. distribuição de agregado fino (pó de pedra e pedrisco) 13. compactação.

A AASTHO recomenda as seguintes faixas granulométricas para as camadas de agregados, na penetração invertida, como mostra a tabela abaixo:

Peneiras Faixas granulométrica (% que passa) A B C D E F G

1 1/2" 100 - - - - - - 1" 90-100 100 - - - - -

3/4" - 90-100 100 - - - - 1/2" 0-15 20-55 90-100 100 100 - - 3/8" - 0-15 40-75 90-100 90-100 100 100 No 4 - - 0-15 0-30 0-30 75-100 85-100 No 8 - - 0-5 0-8 0-10 0-10 60-100

No 200 0-2 0-2 0-2 0-2 0-2 0-2 0-10

O roteiro de construção para a penetração invertida envolve as operações, cujas características são descritas:

- Prime ou pintura (imprimação) A taxa de aplicação do material betuminoso, do tipo asfalto diluído (recortado), varia na razão de 1.0 a 2.0 l /m2 (o valor mínimo é função da densidade da base). Antes da imprimação, a base deve ser varrida por meio de vassouras manuais ou mecânicas, a fim de eliminar todo o material solto. A finalidade da imprimação é modificar as características da superfície da base, impermeabilizando e proporcionando boa aderência ao tratamento. Uma vez aplicada a imprimação, deve-se deixá-la durante 2 dias, tempo necessário para a penetração e secagem da superfície, antes da primeira aplicação da camada de betume;

- Distribuição de betume A distribuição deve ser feita na taxa especificada, através de caminhão apropriado, provido de lançadores com bico de pressão;

- Distribuição de agregados O lançamento do agregado deve ser feito através de distribuidor mecânico de agregado, adaptado à traseira do caminhão basculante, que transporta os agregados, desde a pedreira até a obra. O caminhão basculante deve penetrar na pista de marcha ré, descarregando os agregados na quantidade desejada, de maneira uniforme.

8.3 MISTURAS ASFÁLTICAS


Nos revestimentos betuminosos por mistura, o agregado deve ser pré-envolvido com o material betuminoso, antes da compactação. Quando o pré-envolvimento é feito em usinas fixas, resultam os "Pré-Misturados Propriamente Ditos" (plant-mixes) e quando é feito na própria pista, têm-se os "Pré-Misturados na Pista"(Road-Mixes).

Quando os tipos de agregados e ligantes utilizados, permitem que o espalhamento da mistura na pista seja feito à temperatura ambiente, têm-se os "Pré-Misturados à Frio"(Cold-laid), e quando o ligante e o agregado são misturados e espalhados na pista ainda quentes, tem-se os "Pré-Misturados a Quente" (hot mix, hot laid).

Os "Pré-Misturados Areia-Betume" (Road-Mixes), são revestimentos betuminosos cujo agregado, natural ou artificial, é constituído predominantemente de material que passa 100% na peneira no 10 (2.0 mm).

As designações "Concreto Betuminoso" ou "Concreto Asfáltico" e Sheet-Asphalt, devem ser utilizadas para pré-misturados a quente, de graduação densa, em que são feitas rigorosas exigências no que diz respeito a equipamentos de construção, granulometria, teor de betume, estabilidade, porcentagem de vazios, etc.

O concreto betuminoso usinado à quente é um tipo de revestimento da mais alta qualidade e de custo elevado. Resulta da mistura, em usina, a quente, de agregado mineral graduado de graúdo (pedra ou seixo britado), `fino (areia ou pó de pedra), material de enchimento (filler) e betume.

O estabelecimento da composição granulométrica do agregado mineral, consiste praticamente na primeira etapa do projeto de uma mistura. A forma da curva granulométrica obtida está ligada à algumas características importantes da mistura, como: vazios do agregado mineral; densidade aparente; trabalhabilidade; textura e permeabilidade.

A AASTHO / DNER, recomendam as seguintes faixas granulométricas para misturas betuminosas usinadas à quente:

Peneira Faixas granulométricas (% que passa) A B C D

2" 100 - - - 1 1/2" 95-100 100 - -

1" 75-100 95-100 - - 3/4" 60-90 80-100 100 - 1/2" - - 85-100 100 3/8" 35-65 45-80 75-100 90-100 No 4 25-50 28-60 50-85 70-100

No 10 20-40 20-45 30-75 60-90 No 40 10-30 10-32 15-40 30-70 No 80 5-20 8-20 8-30 10-40

No 200 1-8 3-8 5-10 5-12 % de betume 4.0 - 7.5 4.5 - 8.0 4.0 - 10.0 4.5 - 11.0

CAPs empregados: CAP - 20 e CAP - 7


A fração retida entre qualquer par de peneiras não deve ser inferior à 4% do total. Pelo menos a metade da fração que passa na peneira No 200 (0.074 mm), deve ser constituída por filler mineral.

A análise das condições de densidade, vazios e estabilidade, em uma mistura compactada, deve ser feita a partir dos parâmetros, mostrados na esquematização do corpo de prova compactado da mistura asfáltica.

Fig. 8.1 - Corpo de Prova Compactada da Mistura Asfáltica (Esquema)

Os valores da densidade real do betume( db ), do filler ( df ), e do agregado miúdo ( dag ), podem ser obtidos pelo método do picnômetro, enquanto a densidade real do agregado graúdo ( dagG ) deve ser obtida pelo método da balança hidrostática.

Os parâmetros à estudar são: 1. Densidade aparente da mistura ( d ); 2. Densidade máxima teórica da mistura ( D ); 3. porcentagem de vazios da mistura ( % Vv); 4. Porcentagem de vazios do agregado mineral ( % VAM ); 5. Relação betume-vazios ( RBV % ); 6. Estabilidade da mistura.

A determinação da densidade aparente da mistura compactada é realizada, em laboratório, para auxiliar no cálculo da porcentagem de vazios de ar e vazios do agregado mineral das misturas compactadas, indicação da porcentagem ótima de asfalto e estabelecer uma base de controle de compactação durante a construção dos pavimentos asfálticos.

Para verificar a densidade aparente do pavimento construído e o efeito das operações de rolagem, usa-se a fórmula: d = M ar / (M ar - M ag), onde Mar é a massa do corpo de prova compactado e Mag é a massa do corpo de prova compactado na água.

A expressão da densidade deve ser aplicada quando a amostra apresenta textura impermeável à água. Caso isso não ocorre, é necessário


envolver com parafina a superfície da amostra para então proceder a determinação. O volume da amostra, denominador da expressão, também pode ser obtido diretamente, através de medidas.

A fig abaixo, mostra a variação da densidade aparente ( d ) com a porcentagem de betume ( db ).

Fig. 8.2 - Variação da densidade aparente com a porcentagem de betume

A densidade máxima teórica ( D ), é obtida através da aplicação da expressão D = 100 / [(%ag / dag) + (%af / daf) + (%f / df) + (%b / db)], onde %ag (agregado graúdo), %af (agregado fino), %f (filler) e %b (betume) são as porcentagens que cada componente entra na mistura.

A densidade máxima teórica é a densidade da mistura suposta sem vazios, ou seja, é a relação da massa total da mistura (tomada como 100%) e a massa d'água correspondente ao volume de cheios da mistura (VC).

A porcentagem de vazios da mistura é definida como o volume de vazios existentes na mistura (Vv), expresso como a porcentagem do volume total da mistura (V). É determinada pela expressão % Vv = [(D-d)/D] .100 e esquematizada na fig. 8.3.

Fig. 8.3 - Esquema de um corpo de prova de uma mistura asfáltica

A porcentagem de vazios da mistura está ligada a durabilidade dos revestimentos. Numa mistura com porcentagem excessiva de vazios a permeabilidade é alta (à água e ao ar), e consequentemente causa a oxidação do ligante betuminoso, diminuindo a durabilidade do revestimento.

Na prática é necessário manter uma porcentagem de volume de vazios mínima, para não acarretar problemas como exudações e instabilidade na camada de rolamento.


A porcentagem de vazios do agregado mineral (%VAM ) é definida através da expressão % VAM = %Vv + % Vb = [(D-d)/D] .100 + (d .%b)/db.

Na mistura asfáltica, o ligante betuminoso preenche parte dos vazios ocupados pelo ar. A quantidade desses vazios, formados entre as partículas do agregado mineral é função da energia de compactação empregada e da granulometria dos agregados.

Um revestimento asfáltico em serviço, pode sofrer um efeito posterior de consolidação, ocasionado pelo tráfego. Portanto, se a porcentagem de ligante da mistura, durante a construção, preencher todos os vazios do agregado mineral, o revestimento, durante a utilização, pode ter as suas características de plasticidade aumentadas, e a porcentagem de ligante, que inicialmente preenchia todos os vazios dos agregados, passa a ser excessiva, em face da redução sofrida pelo volume de vazios, devido a consolidação de seus grãos, imposta pelo tráfego.

O aumento da plasticidade pode ocasionar deformações, deslocamentos e ruptura no revestimento e para se evitar tal situação, é necessário fixar a um mínimo da porcentagem de volume de vazios, em função do diâmetro máximo do agregado da mistura.

A relação Betume-vazios é usada para a fixação desse mínimo e, é definida como o quociente do volume ocupado pelo betume, expresso em porcentagem do volume total da mistura, pela porcentagem de vazios do agregado mineral, como mostra a expressão: RBV (%) = (% Vb / % VAM) . 100.

A estabilidade da mistura está relacionada diretamente às características dos agregados e à porcentagem de betume na mistura. Os agregados britados, proporcionam resistência interna devido ao atrito entre seus grãos, que garante melhores características de estabilidade. A adição de ligante às partículas do agregado promove o aparecimento de coesão, que contribui para o aumento da estabilidade. Esta coeão oferece grande resistência às cargas de pequena duração dinâmica, mas praticamente nenhuma, às cargas estáticas.

Os ensaios para estudo da estabilidade de misturas asfálticas são,na maioria, empíricos. Dos mais conhecidos e utilizados, podemos destacar os ensaios: Compressão diametral (ensaio Marshall); Estabilômetro de Hveen e Extrusão (ensaio Hubbard-Field).

8.4. ENSAIO MARSHALL O U. S. Corps of Engineers, utilizando-se de estudos de Marshall,

estabeleceu critérios para o projeto de misturas asfálticas, baseados em resultados de pistas experimentais. A utilização desses critérios deve ser limitada às misturas betuminosas usinadas a quente, usando cimento asfáltico de penetração usual e agregados com φ max. de 1 pol. (25.4 mm) ou menos.

O U.S. Corps considera que, para haver equilíbrio entre estabilidade e durabilidade, os vazios correspondentes ao ar,na mistura total, devem ser limitados entre 3 e 5%.


ESPECIFICAÇÃO DO U.S. CORPS OF ENGINEERS

Propriedades ensaiadas Tipo de mistura Critério (100 psi) Estabilidade Todas ≥ 500 lb

Fluência (def. plástica) Todas ≤ 20 pol/0.01 % de vazios Concreto asfáltico 3 a 5

(total da mistura) Areia-asfalto 5 a 7 % de enchimento dos Concreto asfáltico 75 - 85 vazios dos agregados Areia-asfalto 65 - 75

Os critérios adotados pelo DER-SP (M-120-60) são mostrados abaixo:

ESPECIFICAÇÃO DO DER-SP(M-120-60) Propriedades ensaiadas pressão dos pneus

7 kg / cm2 14 kg / cm2 Estabilidade Marshall (kg) 225 450 Deformação plástica (fluência - 0.01 pol.) 20 16

Porcentagem de vazios não preenchidos (%Vv) Concreto asfáltico 3 - 5 3 - 5 Areia-asfalto 5 - 7 6 - 8

Porcentagem de vazios preenchidos (%Vp) Concreto asfalto 75 - 85 75 - 82 Areia-asfalto 65 - 75 55 - 72

8.4.1. PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA

Na preparação dos corpos de prova para o ensaio Marshall, o agregado e o asfalto são aquecidos separadamente, até à temperatura especificada e, então misturados. A mistura é colocada no molde aquecido, e compactada com 50 golpes, sobre cada face do corpo de prova, com um soquete de 10 lb (4.540 kg) de peso, caindo de uma altura de 18" (45.72 cm). Os corpos de prova devem ser confeccionados em vários teores de asfalto, de modo a tornar possível escolher o teor ótimo de asfalto. 8.4.2. MÉTODO DE ENSAIO

O ensaio Marshall é executado com um corpo de prova cilindrico de 4" (10.16 cm) de diâmetro, e 2 1/2" (6.35 cm) de altura. Antes do ensaio de estabilidade, os corpos de prova são pesados, principalmente ao ar (balança) e na água (submerso), obtendo assim, dados para calcular o volume. Os corpos de prova são, então colocados em banho maria, à 140 oF (60 oC) por 20 minutos. Imediatamente após a retirada do banho maria, os corpos de prova devem ser levados à prensa do aparelho Marshall, onde são rompidos através da aplicação contínua de uma carga crescente, ao longo da superfície do cilindro, à média de 2"por minuto (50.8 mm/min) de velocidade, até o rompimento.

A carga máxima (rompimento), em kg, é o valor da estabilidade Marshall. A deformação sofrida pelo corpo de prova, durante a aplicação da carga, até o rompimento, é a fluência, medida por um equipamento. A unidade da fluência é 0.01 de pol..


A densidade aparente, a porcentagem de vazios preenchidos e de vazios preenchidos, dos corpos de prova são determinadas para cada teor de asfalto, através de dados obtidos durante os ensaios.

O esquema do ensaio Marshall é mostrado na fig. 8.4.

Fig. 8.4 - Ensaio Marshall

8.4.3. CURVAS TÍPICAS Para facilitar a determinação do teor de asfalto é interessante alinhar

verticalmente as curvas de variação dos valores de estabilidade, fluência, % de volume de vazios e relação betume-vazios em função das porcentagens de asfalto. Para determinar o teor ótimo de asfalto, deve-se traçar um reta vertical que contemple os valores das propriedades, dentro dos limites fixados pela especificação. 8.4.4. RESUMO DO ENSAIO MARSHALL

Para se executar o ensaio Marshall, deve-se seguir os passos:

1. Escolha dos componentes que devem fazer parte da mistura asfáltica;

2. Calcular a densidade real e densidade aparente de todos os componentes; - Densidade real (γ r), é a relação entre o peso, ao ar, do volume da

porção inacessível à água, após 24 horas de imersão, de um material e , o peso ao ar, de igual volume de água destilada à temperatura ambiente. γ r = P1/ P1-P2, onde P1 é o peso ao ar da amostra seca em estufa e P2 é o peso na água da amostra saturada.

- Densidade aparente ( γ ap), é a relação entre o peso, ao ar, de um dado volume de material, incluindo todos os vazios dos grãos, e o peso, ao ar, de igual volume de água destilada à temperatura ambiente. γ ap = P1/Ph - P2, onde Ph é o peso, ao ar, da amostra saturada com a superfície enxuta.

3. Cálculo da dosagem dos componentes (agregados) da mistura, pelo método do Instituto do asfalto;

4. Aquecer os agregados à temperatura de 28 oC acima da temperatura do betume ( +/- 177 oC );


5. Moldar 3 CPs para cada porcentagem de betume; 6. Rompimento na prensa, depois de 20 min. em banho maria ( +/- 60

oC), como mostra a fig. 8.5;

Fig. 8.5 - Esquema de Rompimento dos CPs

7. leituras de estabilidade e fluência: estabilidade (valor da carga de rompimento) e fluência ( deformação sofrida até o rompimento).


9. DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO O dimensionamento de um pavimento consiste na determinação da

espessura e dos tipos das camadas de sub-base, base e revestimento, de forma que o conjunto (todas as camadas do pavimento) seja suficiente para resistir, transmitir e distribuir as pressões ao sub-leito, sem sofrer deformações apreciáveis.

O dimensionamento deve ser precedido de estudos, compreendendo a coleta de amostras e ensaios de laboratório, dos materiais do sub-leito e dos materiais disponíveis, que podem ser usados nas diversas camadas do pavimento.

A fig. 9.1, mostra esquematicamente a solicitação da carga nas camadas do pavimento.

Fig. 9.1 - Esquema de pressão aplicada no sub-leito

9.1. MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL Existem, na bibliografia rodoviária, diversos métodos de

dimensionamento de pavimento flexível. O método mostrado neste trabalho é o adotado pelo DNER (1966, com modificações do Eng. Murillo Lopes de Souza).

Trata-se de um método de dimensionamento, proposto pelo Eng. Murillo Lopes de Souza, que baseia-se no ensaio do CBR e no Índice de grupo (Ig). Os elementos relativos aos coeficientes de equivalência estrutural são baseados nos resultados obtidos de pistas experimentais da AASTHO.

A idéia, básica inicial, é adotar um índice de suporte (IS) calculado em função do CBR e do índice de grupo (Ig).


O índice de suporte ( Is ) é calculado através da expressão : IS = (ISCBR + IS Ig) / 2

Impõe-se que: IS < CBR e que o ISCBR = CBR, e o ISIg é obtido através da tabela abaixo:

ÍNDICE DE GRUPO ( Ig ) ÍNDICE DE SUPORTE ( ISIg ) 0 20 1 18 2 15 3 13 4 12 5 10 6 9 7 8 8 7

9 - 10 6 11 - 12 5 13 - 14 4 15 - 17 3 18 - 20 2

O método admite, ainda, que nos casos de ante projeto, pode-se adotar IS = ISIg , quando não se dispõe dos resultados de CBR dos materiais do sub-leito.

Assim, tem-se três alternativas para avaliar a capacidade de suporte do sub-leito: CBR ou ISCBR; IS; ISIg.

A compactação do sub-leito e de outras camadas deve obedecer os critérios:

- Os 20 cm superiores do sub-leito, do reforço do sub-leito e da sub-base deve apresentar um grau de compactação, de no mínimo 100%, em relação ao Proctor na energia normal;

- A base, deve apresentar um grau de compactação, de no mínimo 100%, em relação ao Proctor na energia intermediária.

Os materiais granulares a serem usados na confecção das camadas do pavimento devem obedecer:

- Materiais para reforço do sub-leito, devem apresentar valores de IS ou CBR, inferiores à 20% e superiores ao do sub-leito;

- Materiais para sub-base, devem apresentar valores de IS ou CBR, superiores à 20%;

- Materiais para base, devem apresentar:

CBR ≥ 60%;

Expansão ≤ 0.5%;

LL ≤ 25% e IP ≤ 6%;

Equivalente areia ≥ 20%.


Obs. Se o LL for superior à 25% e/ou o IP superior à 6%, o material pode ser usado, como base, desde que apresente o equivalente areia superior à 30%

As misturas betuminosas, usadas no revestimento, devem ser dosadas pelo Método de Marshall. 9.1.1. FATOR DE EQUIVALÊNCIA DE OPERAÇÕES

O pavimento deve ser dimensionado em função do número equivalente de operações do eixo padrão, (adotado como carga de 8.2 t.), do tráfego previsto, durante o período de projeto adotado

A fig. 9.2, fornece os fatores de equivalência de operação entre eixos simples e "tanden", com diferentes cargas para o eixo simples padrão, com carga de 8.2 ton.

Fig. 9.2 - Fatores de Equivalência de Operações

Sendo: Vp = Vo ( 1 + P. t ), onde :

Vp = VDM (volume diário médio) num sentido, no fim do período de projeto;

Vo = VDM inicial num sentido; P = período do projeto ( vida útil, em anos); t = taxa de crescimento linear ao ano.


O volume diário médio, durante o período, é:

Vm = (Vo + Vp) / 2 = Vo (2 + P.t) / 2

Admitindo-se uma taxa t, constante, de crescimento não linear, temos:

Vp = Vo (1 + t )P

Portanto, o volume total de tráfego, durante o período de projeto é:

Vt = 365. Vo [(1 + t)P - 1] / t

Sugere-se, adotar t = 0.05 (5%), quando não houver dados.

Calculando Vm, num sentido, pode-se calcular o Vt, para o mesmo período de projeto:

Vt = 365. P . Vm

O cálculo do número de operações do eixo padrão (N), para o período de projeto, deve ser feito multiplicando-se o volume total de tráfego (Vt) pelos fatores de eixo (FE) e de carga (FC).

N = Vt . (FE) . (FC)

N = 365 . P . Vm . (FE) . (FC)

É comum para tráfego pesado, considerar apenas os veículos comerciais com carga superior a 5 toneladas.

Na falta de dados, sugere-se adotar FC = 1.7 e FE = 2.07 9.1.2. FATOR CLIMÁTICO REGIONAL

Para levar em conta as variações de umidade dos materiais do pavimento, durante as diversas estações do ano, que implica em variações da capacidade de suporte dos materiais, o número equivalente de operações do eixo padrão deve ser multiplicado por um coeficiente (FR), que varia de 0.2 (ocasiões que prevalecem baixos teores de umidade) a 5.0 (materiais praticamente saturados).

O coeficiente final, que deve ser adotado, é a média ponderada dos diferentes coeficientes, considerando o intervalo de tempo em que ocorrem.

A tabela abaixo fornece os valores dos coeficientes climáticos:

Duração Coeficiente Climático 3 meses 2.0


2 meses 1.5 7 meses 0.7

O fator climático regional (FR) é:

(3/12). 2.0 + (2/12). 1.5 + (7/12). 0.7 = 1.16

No Brasil, adota-se os seguintes fatores climáticos regionais, em função da altura média anual de chuva, em mm, constante da tabela abaixo:

Altura média anual de chuva (mm) Fator climático regional (FR) até 800 0.7

de 800 a 1.500 1.4 acima de 1.500 1.8

Finalmente, o número de operações do eixo padrão (N), durante o período de projeto é determinado, segundo a expressão abaixo:

N = 365. P. Vm. (FE). (FC). (FR) 9.1.3. COEFICIENTE DE EQUIVALÊNCIA ESTRUTURAL (k)

Os diferentes materiais usados como camadas do pavimento, possuem propriedades distintas, cuja representatividade é feita através dos coeficientes estruturais.

A tabela abaixo, mostra os coeficientes estruturais dos diversos materiais, usados como camada do pavimento:

Componentes dos pavimentos k

Base ou revestimento de concreto betuminoso 2.00 Base ou revestimento pré-misturado à quente, de graduação densa 1.70 Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa 1.40 Base ou revestimento por penetração 1.20 Base granular 1.00 Sub-base granular 0.77 Reforço do sub-leito 0.71 Solo-cimento (σ

7 ≥ 45 kg/cm2 ) 1.70

Solo-cimento ( 35 ≤ σ7 ≥ 45 kg/cm2 ) 1.40

Solo-cimento (σ7 ≤ 35 kg/cm2 ) 1.00

Os coeficientes estruturais são designados por: - Revestimento - KR; - Base - KB; - Sub-base - KS; - Reforço - KRef.

9.1.4. ESPESSURA MÍNIMA DO REVESTIMENTO

As espessuras mínimas do revestimento, em concreto betuminoso (KR = 2.0), são tomadas em função do número de operação do eixo padrão (N), durante o período de projeto, a tabela abaixo apresenta os valores:


N R mín. (cm)

Até 106 5.0

De 106 a 107 7.5

Acima de 107 10.0

Caso, o pavimento adotado, não seja do tipo do concreto betuminoso, a espessura mínima, mostrada na tabela, deve ser multiplicada por 2/KR. 9.1.5. DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO

A figura 9.3, fornece a espessura total do pavimento, em função do número de operações do eixo padrão (N), e do índice de suporte (IS), ou CBR. A espessura apontada no gráfico é em termos de material granular (K = 1).

Para utilizar o gráfico, procede-se da seguinte maneira: Entra-se, em abcissa, com o valor de N, e segue verticalmente, até encontrar a reta representativa do índice de suporte (IS ou CBR), e segue-se horizontalmente, até encontrar o eixo das ordenadas, que fornece a espessura do pavimento.

O processo supõe-se, sempre, que existe drenagem superficial adequada, e que o lençol d'água subterrâneo foi rebaixado, a pelo menos, 1.50 m, em relação ao greide de regularização.

No caso de ocorrência de materiais, de sub-leito, com CBR ou IS inferior a 2, é necessário fazer a substituição do sub-leito, em pelo menos 1m., por material de melhor qualidade (CBR > 2).

A espessura mínima a ser adotada para a camada granular deve ser de 10 cm.


Fig. 9.3 - Operações do Eixo Padrão de 8.2 t.

A fig 9.4, mostra a simbologia utilizada na designação das diferentes camadas do pavimento.

Fig. 9.4 - Esquema das Camadas do Pavimento (designações)

Hm designa a espessura total do pavimento, necessária para proteger um material com CBR ou IS = m, hn designa a espessura da camada do pavimento com CBR ou IS = n, etc.

Mesmo que o CBR ou IS da sub-base seja superior a 20, a espessura do pavimento, necessária para protegê-la, é determinada como valor igual a 20 e, por essa razão, usam-se sempre os símbolos H20 e h20, para designar a espessura do pavimento sobre a sub-base e a espessura da sub-base, respectivamente.

Os símbolos B e R designam, respectivamente, as espessuras da base e do revestimento.

Determinadas as espessuras Hm, Hn, H20 (ábaco da fig. 9.2) e R, recomendação no ítem 9.1.4., as espessuras da base (B), sub-base(h20) e reforço do sub-leito (hn), são obtidas a partir da resolução das inequações:

R. KR + B. HB ≥ H20


R. KR + B. KB + h20. HS ≥ Hn

R. KR + B. KB + h20. KS + hn. KRef. ≥Hm


10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• BAPTISTA, C. F. N. - Pavimentação - Ed. Globo, RJ, 1974;

• FRAENKEL, B. B. - Engenharia Rodoviária - Ed. Guanabara Dois, RJ, 1980;

• LIMA, D. C.; BUENO, B. S.; SILVA, C. H. C. - Estabilização de Solos - U. F. V. , Viçosa, MG, 1993;

• LIMA, D. C.; BUENO, B. S.; SILVA, C. H. C. - Pavimentação Betuminosa - U. F. V. , Viçosa, MG, 1981;

• NOGAMI, J. S. e VILLIBOR, D. F. – Pavimentaçãio de Baixo Custo com Solos Lateríticos, Ed. Villibor, SP, 1995.

• SANTANA, H.; GONTIJO, P. R. A. - Seleção dos Tipos de CAPs - ABEDA, SP, 1984;

• SENÇO, W. – Manual de Técnicas de Pavimentação, Vol 1. Ed. Pini, SP, 1997;

• SENÇO, W. - Pavimentação - Ed. Grêmio Politécnico, SP, 1979;

• SOUZA, M. L. - Pavimentação Rodoviária - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., RJ, 1980;

• VARGAS, M. - Introdução à Mecânica dos Solos - McGraw-Hill, SP, 1981;

• YODER, E. J.; WITCZAK, M. W. - Principles of Pavement Design - Ed. John Wiley, LONDON, 1975;

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