“GUIA PARA DESENVOLVIMENTO DE MÉTODO DE CATÁLOGO … · 1-Triaxial Dinâmico 2- Dimensionamento...

ESTUDO PARA O DESENVOLVIMENTO DE UM CATÁLOGO DEPAVIMENTOS FLEXÍVEIS DO MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO

Celso Reinaldo Ramos

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOSPROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADEFEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOSNECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIASEM ENGENHARIA CIVIL.

Aprovado por

Profª. Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc.

Prof. Jacques Medina, L.D.

Prof. Salomão Pinto, D.Sc.

Prof. Alexandre Benetti Parreira, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASILMARÇO DE 2003

ii

RAMOS, CELSO REINALDO

Estudo para o Desenvolvimento de um

Catálogo de Pavimentos Flexíveis do

Município do Rio de Janeiro [Rio de Janeiro]

2003.

XIX, 301 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ,

M.Sc., Engenharia Civil, 2003)

Tese - Universidade Federal do Rio de

Janeiro, COPPE.

1-Triaxial Dinâmico 2- Dimensionamento

de Pavimento 3- Catálogo de Pavimento.

I . COPPE/UFRJ II. Título ( série)

iii

Aos meus Pais : Antônio Ramos e

Luzia Trugilho Ramos

A Minha Esposa: Waldéa de Oliveira Amaral Ramos

Ao meu Filho : Celso Reinaldo Ramos Junior

Ao Grande Mestre: Professor Jacques de Medina

iv

“ A maior descoberta de minha geração é que qualquerser humano pode mudar de vida, mudando de atitude”

William James

v

AGRADECIMENTOS

À minha Família, Waldéa e Junior, pela compreensão, carinho e apoio, mesmo nos

momentos em que dediquei integralmente meu tempo à tese, que sei que não foram

poucos, mas sempre tive a certeza de contar com vocês, pois o sentimento de amor e

amizade que nos une é infinito.

Aos meus pais, Antônio e Luzia, agradecendo a Deus por ser seu filho, que me deram

as maiores heranças do mundo: exemplo, meus irmãos, educação e respeito aos meus

semelhantes.

À grande Amiga e Professora Laura Motta, cujo incentivo, compreensão, orientação e

paciência, fez-me cada vez mais entender o verdadeiro sentido das palavras “amizade e

humildade”.

Aos Professores e Funcionários da COPPE-UFRJ, pela dedicação que me foi dispensada

e também pelo privilégio de conhecer a nata dos heróis que dedicam sua vida em prol

de um país melhor. A vocês o meu mais profundo reconhecimento e admiração.

Aos amigos Álvaro, Ricardo, Ana Maria, André, Marli, França e Marcos pelo incentivo,

apoio e momentos alegres que compartilhamos durante nosso convívio nos Laboratórios

da COPPE.

À Administração atual da Prefeitura em permitir o meu aprimoramento técnico.

Aos colegas e amigos da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, em particular do

Departamento de Apoio Tecnológico da Secretaria Municipal de Obras, pela

cooperação e apoio.

À minha sobrinha Melissa, pelo incentivo, ajuda na digitação e orientação nos

programas.

Aos colegas Gustavo, Bruno, Vânia, Fátima, João, Tonial, Ben Hur, Felipe, Silva e

Márcio pelo apoio e amizade.

À amiga Maria, que com sua sabedoria amenizou muitos momentos de estresse,

convidando para tomar um café e bater um papinho, mesmo após sua partida continuo

com você no meu coração e pensamento.

Ao amigo Farah que muito me apoiou e agradeço seu esforço na aquisição do CatálogoFrancês.À Empresa 6D SOLUTIONS, particularmente Carol e Daniel, que ajudaram no contatocom o Laboratório LCPC.Obrigado à todos que direta e indiretamente me ajudaram nesta caminhada e desculpequalquer caso de omissão, mais estejam certos que vocês me fizeram ser uma pessoamais FELIZ.

vi

Resumo da Tese apresentada à COPPE\UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Mestre em Ciência (M.Sc.)

ESTUDO PARA O DESENVOLVIMENTO DE UM CATÁLOGO DE

PAVIMENTOS FLEXÍVEIS DO MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO


Março / 2003

Orientador : Laura Maria Goretti da Motta.

Programa: Engenharia Civil.

Esta Tese estabelece os passos necessários para o desenvolvimento de um

Catálogo de Pavimentos Flexíveis para o Município do Rio de Janeiro, baseado nas

análises da mecânica dos pavimentos e considerando os solos e rochas britadas

disponíveis. Atualmente o projeto é baseado no Método do CBR. Testes de 14 solos

amostrados em jazidas e uma rua, usados na estrutura de pavimento foram realizados.

Amostras de rochas britadas de 13 pedreiras foram estudadas. São abordados os tipos de

misturas asfálticas que são utilizadas nos pavimentos do município. Os passos para

orientação no desenvolvimento de um catálogo são estabelecidos.

vii

Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

STUDY FOR THE DEVELOPMENT OF A CATALOGUE OF FLEXIBLE

PAVEMENTS FOR THE RIO DE JANEIRO COUNTY


March / 2003

Advisor: Laura Maria Goretti da Motta

Department: Civil Engineering

This thesis establishes the necessary steps to develop a “pavement catalogue” for

the Rio de Janeiro county, based on pavement mechanics analysis and considering soils

and crushed rocks available. Presently the design is based on the CBR method.

Sampling and testing from 14 soil pits and street, used in pavement structures were

made. Crushed stone from 13 quarries were tested. Described the types of asphalt

cements that are used in paving. The steps to be followed in development of a catalogue

are established.

.

viii

ÍNDICE

CAPÍTULO 1- INTRODUÇÃO....................................................................................1

1-1 Desenvolvimento da Cidade do Rio de Janeiro..............................................1

1-2 Estrutura Viária da Cidade do Rio de Janeiro..............................................10

1-3 Dimensionamento dos Pavimentos e Abordagem da importância

do estudo de Desenvolvimento do Catálogo...............................................14

CAPÍTULO 2- CONSIDERAÇÕES SOBRE O MEIO FÍSICO E O TRÁFEGO

DO RIO DE JANEIRO.................................................................................................16

2-1 O Clima.........................................................................................................16

2-2 O Tráfego.......................................................................................................21

2-3 Mecânica dos Pavimentos............................................................................28

CAPÍTULO 3- CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS, PRINCIPAIS ENSAIOS E

MÓDULO DE RESILIÊNCIA.....................................................................................32

3-1 Sistema de Classificação Originados nos E.U.A..........................................32

3-2 Metodologia MCT (Miniatura-Compactada-Tropical).................................33

3-3 Classificação Resiliente dos solos................................................................36

3-4 Caracterização dos solos pelo Ensaio de Azul de Metileno.........................42

3-5 Ensaio Triaxial Dinâmico..............................................................................50

CAPÍTULO 4 - HISTORICO SOBRE CATÁLOGO DE PAVIMENTOS............57

4-1 Catálogo Francês...........................................................................................57

4-2 Catálogo Espanhol.......................................................................................80

4-3 Estado da Arte do Catálogo de Pavimentos no Brasil..................................83

4-3-1 Prefeitura Municipal de São Paulo...................................................83

4-3-2 Metodologia proposta para Vias Urbanas da Região de Porto

Alegre...............................................................................................85

CAPÍTULO 5- ESTUDOS DOS SOLOS E MATERIAIS GRANULARES DO

MUNICÍPÍO DO RIO DE JANEIRO.........................................................................87

5-1 Localização do Município do Rio de Janeiro...............................................87

5-2 Tipo de Relevo, Rios, Lagoas e Ilhas...........................................................88

ix

5-3 Clima e Temperatura....................................................................................90

5-4 Áreas com grande concentração de vias não pavimentadas.........................91

5-5 Levantamentos de amostras de solos das Áreas da AP-4 e AP-5................97

5-5-1 Localização e Classificação dos solos estudados neste trabalho......97

5-5-2 Estudo do comportamento resiliênte dos solos..............................104

5-6 Estudo dos materiais granulares empregados no Município.......................122

CAPÍTULO 6- ESTUDO DO REVESTIMENTO ASFÁLTICO E EXPERIÊNCIA

DO MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO................................................................140

CAPÍTULO 7- ESCOLHA DO PROGRAMA COMPUTACIONAL ...................151

CAPÍTULO 8- DETALHAMENTO DOS PASSOS PARA ELABORAÇÃO DO

CATÁLOGO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL PARA O MUNICÍPIO DO RIO DE

JANEIRO.....................................................................................................................158

8-1 Módulo do Subleito....................................................................................160

8-2 Tráfego.......................................................................................................163

8-3 Dimensionamento das estruturas................................................................164

8-4 Orientação para desenvolvimento do Catálogo de Pavimentos.................175

CAPÍTULO 9 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE PESQUISAS FUTURAS..182

9-1 Conclusões..................................................................................................182

9-2 Sugestões para pesquisas futuras................................................................183

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................184

ANEXOS.......................................................................................................................194

Anexo 1 – Ficha dos Ensaios Triaxiais Dinâmico dos Materiais Estudados.

Anexo 2 – Planilhas de Regressão de Desenvolvimento do Modelo Composto de Resiliência.

x

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Traçado do Anel Viário Projetado para o Município do Rio de Janeiro

(SMTR, 1999).............................................................................................5

Figura 1.2. Distribuição do Transporte de Passageiros (IPLAN-RIO, 1997)...............8

Figura 1.3. Localização das AP`S no Município..........................................................8

Figura 1.4. Crescimento e Migrações da População por AP`S (IPLANRIO, IBGE e

IPP, 1997).................................................................................................9

Figura 1.5. Distribuição dos tipos de Pavimentos do Município (SMOP/CGC, 2002)

................................................................................................................. 10

Figura 1.6. Organograma da Secretaria Municipal de Obras ...................................10

Figura 1.7. Mapa do Município do Rio de Janeiro Com as Respectivas Divisões de

Conservação (SMO, 2002).......................................................................13

Figura 2.1. Intensidade das Chuvas e exemplo de medidas.......................................18

Figura 2.2. Localização dos Pluviômetros no Município do Rio de Janeiro..............20

Figura 2.3. Sobrecargas por Eixo x Redução de Vida Útil.........................................23

Figura 3.1. Gráfico proposto para Classificação MCT...............................................36

Figura 3.2. Classificação Resiliente de Solos Granulares (DNER, 1996)..................39

Figura 3.3. Classificação Resiliente de Solos Finos (DNER, 1996)..........................41

Figura 3.4. Equipamento para o ensaio de Adsorção de Azul de Metileno................46

Figura 3.5. Exemplo da Mancha formada no Ensaio de Azul de Metileno................47

Figura 3.6. Classificação de Solos e Rochas com auxílio do Ensaio de Azul de

Metileno associado a Granulometria e o Índice de Plasticidade empregada

na especificação Francesa........................................................................49

Figura 3.7. Esquema ilustrativo do equipamento Triaxial Dinâmico........................53

Figura 3.8. Foto da fase de montagem do corpo de prova no equipamento triaxial...53

Figura 3.9. Foto do resultado do Ensaio Triaxial Dinâmico exibida no Monitor do

do Computador, de forma Gráfica............................................................56

Figura 4.1. Posição da França em relação aos demais países Europeus ....................58

Figura 4.2. Ficha nº l do Catálogo Francês de 1998, VRS, 1ª pagina.......................71




Figura 4.6. Ficha nº l do Catálogo Francês de 1998, VRNS, 3ª pagina....................75

xi

Figura 4.7. Ábaco do Catálogo Francês de 2000.........................................................79

Figura 4.8. Ábaco da Prefeitura de São Paulo.............................................................85

Figura 5.1. Mapa do Município do Rio de Janeiro com latitude, longitude, principais

Bairros e Municípios limítrofes..................................................................87

Figura 5.2. Mapa Pedológico dos Solos do Município do Rio de Janeiro...................92

Figura 5.3. Representação Gráfica do Modelo Composto para a amostra S-47, com

auxílio do Programa MAPLE V, com rotação de eixos...........................106

Figura 5.4. Representação Gráfica do Modelo Composto para as amostras da Jazida

Palmares com auxílio do Programa MAPLE V, com rotação de eixos....110


Covanca com auxílio do Programa MAPLE V, com rotação de eixos....112


Morro da Bandeira com auxílio do Programa MAPLE V, com rotação de

eixos..........................................................................................................115

Figura 5.7. Representação Gráfica do Modelo Composto para a amostra da Jazida

Manelão com auxílio do Programa MAPLE V, com rotação de eixos....116


Cachamorra com auxílio do Programa MAPLE V, com rotação de

eixos.........................................................................................................117


Cândido com auxílio do Programa MAPLE V, com rotação de eixos.....118

Figura 5.10. Representação Gráfica do Modelo Composto para a amostra da

rua João Santos com auxílio do Programa MAPLE V, com rotação de

eixos..........................................................................................................121

Figura 5.11. Ilustração da Distribuição das Pedreiras no Grande Rio..........................122

Figura 5.12. Comportamento do Módulo no Modelo Composto variando o par de

tensões na relação da tensão desvio 2 vezes a tensão confinante.............137





Figura 5.15. Comportamento Gráfico Tridimensional das Equações Médias do Modelo

Composto para Pó de Pedra na energia intermediaria e Britas Corridas na

energia intermediaria e modificada..........................................................139

xii

Figura 6.1. Curva de Fadiga em relação a diferença de tensões em mistura asfáltica

com CAP 40 e faixa IVc do Instituto do Asfalto Americano.....................145

Figura 6.2. Curva de Fadiga em relação a deformação especifica resiliênte em mistura

asfáltica com CAP 40 e faixa IVc do Instituto do Asfalto Americano.......145

Figura 7.1. Esquema englobando todos os fatores para Dimensionamento do Pavimento

Flexível.......................................................................................................152

xiii

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2.1. Localização dos Pluviômetros do Município..........................................19

Tabela 2.2 As maiores precipitações no Município em 1997....................................20

Tabela 3.1. Classificação de Solos Finos pelo Método Indireto ................................41

Tabela 3.2. Classificação de Solos da RTR, com valores de Vb.................................44

Tabela 3.3. Classificação de solos da RTR, com inclusão do VB...............................45

Tabela 3.4. Faixa de Valor de Azul de Metileno Relacionado com o desempenho....48

Tabela 3.5. Níveis de tensões aplicadas no Ensaio Triaxial Dinâmico na Fase de

Condicionamento Especificado pela COPPE...........................................52

Tabela 3.6. Níveis de tensões aplicadas no Ensaio Triaxial Dinâmico na Fase de

Ensaio Especificado pela COPPE.............................................................54

Tabela 3.7. Modelos de Módulo de Resiliência utilizados no Programa FEPAVE ...55

Tabela 4.1. Materiais empregados no Catálogo Francês de 1998...............................65

Tabela 4.2. Denominações e Limites das Classes de Tráfego do Catálogo

Francês de 1998........................................................................................68

Tabela 4.3. Valores do Coeficiente de Agressividade média utilizado do

Catálogo Francês de 1998.........................................................................68

Tabela 4.4. Classificação das Plataformas do Catálogo Francês de 1998...................69

Tabela 4.5. Deformabilidade exigida no momento da Construção, para Plataforma

não Tratada segundo orientação do Catálogo Francês de 1998...............69

Tabela 4.6. Deformabilidade exigida no momento da Construção, para Plataforma

com Solos Argilosos Tratada no local segundo orientação do

Catálogo Francês de 1998........................................................................69

Tabela 4.7. Valores do Coeficiente de Agressividade média utilizado no

Catálogo Francês para Vias Urbanas de 2000.........................................78

Tabela 4.8. Categorias de tráfego no Catálogo Espanhol............................................80

Tabela 4.9. Categorias de Plataforma no Catálogo Espanhol......................................80

Tabela 4.10. Exemplos de Estruturas Tipos do Catálogo Espanhol..............................82

Tabela 5.1. Resultados da Caraterização, Expansão e CBR dos solos estudados.....102

Tabela 5.2. Representação do Módulo de Resiliência em função da tensão desvio ou

da confinante dos solos estudados.........................................................107

Tabela 5.3. Representação do Módulo de Resiliência em função do par de tensões

desvio e confinante, simultaneamente, denominado Modelo Composto

xiv

dos solos estudos....................................................................................108

Tabela 5.4. Comportamento do Módulo de Resiliência, dos solos da Jazida Palmares,

em função da tensão desvio mínima.......................................................110

Tabela 5.5. Comportamento do Módulo de Resiliência, dos solos da Jazida Palmares,

em função da tensão desvio máxima......................................................110

Tabela 5.6. Comportamento do Módulo de Resiliência, dos solos da Jazida Covanca,


Tabela 5.7. Comportamento do Módulo de Resiliência, dos solos da Jazida Covanca,


Tabela 5.8. Comportamento do Módulo de Resiliência, dos solos da Jazida Cândido,


Tabela 5.9. Comportamento do Módulo de Resiliência, dos solos da Jazida Cândido,


Tabela 5.10. Relação das Pedreiras e Classificação da Rocha...................................123

Tabela 5.11. Propriedades Mecânicas dos Agregados de algumas Pedreiras..............124

Tabela 5.12. Características Físicas dos Agregados das Pedreiras estudadas.............124

Tabela 5.13. Análise Físicas dos Pós de Pedra selecionados para este estudo...........127

Tabela 5.14. Análise Físicas das Britas Corridas selecionados para este estudado....128

Tabela 5.15. Equações do Módulo de Resiliência em função das Tensões Desvio,

Confinante e do Modelo Composto das amostras dos Pós de Pedra

ensaiados neste estudo............................................................................131

Tabela 5.16. Equações do Módulo de Resiliência em função das Tensões Desvio,

Confinante e do Modelo Composto das amostras das Britas Corridas

ensaiados neste estudo............................................................................132

Tabela 5.17. Média dos valores dos Coeficientes Ki da Equação do Modelo Composto

para Pós de Pedra estudados...................................................................134


para Britas Corridas estudados, na energia intermediaria .....................135


para Britas Corridas estudados, na energia modificada.... .....................136

Tabela 6.1. Especificação de CAP 40, 20 e 7............................................................143

Tabela 6.2. Valores das Características e Propriedades mecânicas da mistura com

CAP 40...................................................................................................144

Tabela 8.1. Valores do Módulo de Resiliência na condição do par de tensões definido

xv

no Programa FEPAVE 2, como valores constantes ..............................162

Tabela 8.2. Comparação do Módulo de Resiliência dos solos estudados com a faixa

do Método de Catálogo Francês de 1998...............................................162

Tabela 8.3. Resultados da saída do FEPAVE 2 para diversos solos ensaiados,

considerando 5 cm de revestimento asfáltico e 10 cm de brita corrida,

Empregando a equação média das britas , na energia modificada.........168

Tabela 8.4. Resultados da saída do FEPAVE 2 para diversos solos ensaiados,

considerando 5 cm de revestimento asfáltico e 10 cm de brita corrida,

empregando a equação média das britas corridas, na energia modificada,

continuação.............................................................................................169

Tabela 8.5. Comparação com faixa de plataforma do Catálogo Francês e Número de

Solicitação do eixo padrão de 8,2 tf, que atende a deformação permanente

e à fadiga para as estruturas das tabelas 8.3 e 8.4...................................170

Tabela 8.6. Resultados da saída do FEPAVE 2 considerando o solo S-400,

como subleito, 5 cm de revestimento e 10 cm de brita corrida,

empregando a equação média das britas , na energia modificada..........172


como subleito, 5 cm de revestimento e 10 cm de brita corrida,

empregando a equação média das britas corridas, na energia modificada

continuidade............................................................................................173


como subleito, 5 cm de revestimento e empregando a equação média

brita corrida, na energia modificada e a do pó na energia intermediária,

para várias simulações das espessuras das camadas granulares............177











xvi



xvii

ÍNDICE DE EQUAÇÕES

Equação 2.1. Volume Médio Diário de Tráfego (DNER, 1996).................................26

Equação 2.2. Volume total de Tráfego em progressão Aritmética (DNER, 1996)....26

Equação 2.3. Volume total de Tráfego em progressão geométrica (DNER, 1996)....26

Equação 2.4. Cálculo do número “N” com base em (FE) e (FC) (DNER, 1996).......26

Equação 2.5. Cálculo do número “N” com base em (FV) (DNER, 1996).................26

Equação 3.1. Modelo Resiliente em Função da Tensão Confinante...........................37

Equação 3.2. Modelo Resiliente com K1> (σ1- σ 3).................................................40

Equação 3.3. Modelo Resiliente com K1< (σ1- σ3)..................................................40

Equação 3.4. Modelo Resiliente do Solo do Tipo I....................................................40

Equação 3.5. Modelo Resiliente do Solo do Tipo II..................................................40

Equação 3.6. Modelo Resiliente do Solo do Tipo III.................................................40

Equação 3.7 Coeficiente de Atividade de Frações menores que

0,002mm.................................................................................................42

Equação 4.1. Tráfego Acumulado pelo do Catálogo Francês de 1998 ......................68

Equação 4.2. Número de equivalente do eixo Padrão no Catálogo Francês de

1998 .......................................................................................................68

Equação 4.3. Número Acumulado de Veículos pelo Catálogo Francês de

1998 .......................................................................................................78

Equação 4.4. Número de eixo equivalente de referência do Catálogo Francês de

1998 .......................................................................................................78

Equação 4.5. Espessura Total do Pavimento com emprego no Catálogo da

Prefeitura de São Paulo..........................................................................84

Equação 4.6. Espessura Equivalente do Pavimento com o emprego do Catálogo da

Prefeitura de São Paulo..........................................................................84

Equação 5.1. Transformação de Ki em MPa para kgf/cm2........................................134

Equação 5.2. Média do Módulo Composto, em kgf/cm2 para Pó de Pedra..............134

Equação 5.3. Média do Módulo Composto, em MPa para Pó de Pedra...................134

Equação 5.4. Média do Módulo Composto de resiliência, em kgf/cm2 para Brita

Corrida na energia intermediaria..........................................................135

Equação 5.5. Média do Módulo Composto de resiliência, em MPa para Brita

Corrida na energia intermediaria..........................................................135

xviii

Equação 5.6. Média do Módulo Composto de resiliência, em kgf/cm2 para Brita

Corrida na energia modificada.............................................................136

Equação 5.7. Média do Módulo Composto de Resiliência, em MPa para Brita

Corrida na energia modificada.............................................................136

Equação 6.1. Módulo de Elasticidade ou Resiliente.................................................146

Equação 7.1. Matriz das características do material..................................................153

Equação 7.2. Fórmula de Heukelom e Klomp...........................................................156

Equação 8.1. Fórmula Para obtenção do numero “N”...............................................164

xix

LISTA DE SÍMBOLOS

AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ALIZE Calcul des déflections de surface et des contraintes et déformations

des structures de chaussée

ASCE American Society of Civil Engineers

CBR California Bearing Ratio

CERTU Centre d’Études sur les Réseaux, les Transports, l’Urbanisme et les

Constructions Publiques

CET- RIO Companhia de Engenharia de Tráfego do Município do Rio de Janeiro

CFT Camada Final de Terraplanagem

DER Departamento de Estradas de Rodagem.

DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DNIT Departamento Nacional de Infra estrutura de Transporte

ELSYM 5 Elastic Layered System Model

FEPAVE 2 Finite Element Analysis of Pavements

HRB Highway Research Board

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

IPHAN Instituto de Patrimônio Histórico e Artístico Nacional

IPLANRIO Instituto de Planejamento do Município do Rio de Janeiro

IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias

LCPC Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

LVDT Linear Variable Differential Transformer

MCT Miniatura- Compactado-Tropical

SMAC Secretaria Municipal de Meio Ambiente do Município do Rio de Janeiro

SETRA Service d’Études Techniques des Routes et Autoroutes

SMOP Secretaria Municipal de Obras do Município do Rio de Janeiro

SMTR Secretaria Municipal de Transporte do Município do Rio de Janeiro

SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos

TRB Transportation Research Board

USCE Unied States Corps of Enginners

USCS Unified Soil Classificacion System

VRNS Voie du Réseau Non Structurant

VRS Voie du Réseau Structurant

1

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO.

Os pavimentos urbanos não são projetados adequadamente face às suas

peculiaridades, porém seguem-se procedimentos adotados para rodovias.

Nas vias urbanos predominam os veículos leves, ônibus e caminhões de eixo

simples. A velocidade de circulação é inferior à de rodovias, há as freqüentes

desacelerações e acelerações, os engarrafamentos, as paradas de ônibus,

estacionamentos, as intervenções para obras de utilidades públicas nas ruas e nos

corredores de ônibus. Salienta-se a deformação permanente ou afundamento de trilhas

de rodas. Em muitas vias é pouco freqüente a passagem de veículos pesados. Por outro

lado, a ocupação urbana, na maioria das vezes desordenadas, vem restringindo o acesso

às ocorrências (jazidas) de solos, e afastando a exploração de pedreira para longe do

centro urbano.

No caso particular da Cidade do Rio de Janeiro, há ainda outros complicadores

tais como a topografia da Cidade, o crescimento urbano desordenado e a carência de

transporte coletivo subterrâneo e superficial.

Para maior conhecimento do Município do Rio de Janeiro, e do porquê de um

estudo vinculado à implantação de um Catálogo destacam-se alguns tópicos a seguir.

1-1) Desenvolvimento da Cidade do Rio de Janeiro.

Os comentários a seguir foram resumidos das referências, Governo do Estado da

Guanabara, 1965, ”Rio de Janeiro em seus Quatrocentos Anos”, Abreu, 1987,

“Evolução Urbana do Rio de Janeiro”, Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, 1996,

“Rio Cidade o Urbanismo de Volta às Ruas”, Struckenbruck, 1996, “Rio de Janeiro em

Questão”, Guaranys e Souza, 2002, “Preservação do Patrimônio da Cidade do Rio de

Janeiro Relacionado à Qualidade de Vida e à Organização do Espaço Urbano” e “Site

da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, IPP, 2003”.

O Município do Rio de Janeiro, como se verifica na grande maioria dos centros

urbanos, teve crescimento de forma desordenada, influenciando de maneira marcante a

urbanização, a concentração populacional, a fluidez do trânsito, a segurança e a

condição estrutural e de drenagem das vias.

Historicamente, a Cidade do Rio de Janeiro nasceu em 1565, entre o Penedo do

Pão de Açúcar e o Morro Cara de Cão. A Cidade foi desenvolvida sobre pântanos e

2

alagadiços, progressivamente aterrado com desmontes, que prosseguiram até o século

XX. Com a invasão de Portugal pelas tropas de Napoleão, a Família Real Portuguesa

veio para o Brasil em 1808, trazendo marcante influência européia, principalmente pelo

fato de D. João VI mandar buscar artistas, como Grandjean de Montignay, Felix

Taunay, Debret e outros. Eram considerados como uma missão Francesa, dando à

Cidade novos conceitos de beleza e urbanismo.

Entretanto, na mudança do Século XIX para o XX a cidade sofreu grande

transformação, com a destruição de grande parte de elementos do patrimônio histórico.

A área central da cidade sofreu grande expansão com o aterro de pântanos e

lagoas, que foram convertidos em bairros residenciais, levando a grande crescimento e

progresso.

Nos dias de hoje, encontram-se testemunhos de nosso patrimônio arquitetônico,

nos bairros da Saúde, Gamboa, Lapa, Glória e Morro da Conceição. Estas regiões estão

sobre proteção do Instituto de Patrimônio Histórico e Artístico Nacional, IPHAN, e de

legislação Municipal.

A preservação de alguns conjuntos arquitetônicos desses bairros, podem ser

citados a Fortaleza da Conceição, Igreja de São Francisco da Prainha, Colégio Pedro II,

Igreja Santa Rita e Palácio Episcopal, Arco da Carioca, Hotel Serrador, Sala Cecília

Meireles, Escola Nacional de Música e Centro Histórico da Praça XV de Novembro.

A Cidade tinha tipologia definida por edificações de dois pavimentos, onde o

superior servia como moradia e o inferior como comércio e sua morfologia por ruas

estreitas, que foram sendo abertas sem planejamento, o que caracterizava o crescimento

desordenado da malha urbana.

Destaca-se como sendo uma obra de maior vulto na Cidade no século XIX o

desmonte do Morro do Senado, servindo como aterro dos alagadiços de São Diogo e da

Gamboa. Outro fato significativo é a expansão do perímetro urbano e da população,

propiciada, pela implantação de meios de transporte mecânicos: trens e bondes (estes,

elétricos só após 1892).

Não é lícito falar de Urbanismo enquanto disciplina com pretensões científicas,

no Brasil, senão a partir do início do século XX.

No início do século XX, com o Prefeito Pereira Passos (1902-1906), conhecido

pelo apelido “Bota –Abaixo”, a Cidade sofreu grande transformação, com abertura da

Avenida Central (atual Avenida Rio Branco), ligando o novo porto a Avenida

3

Beira-Mar, o alargamento de diversas ruas, tais como Uruguaiana, Carioca, Av.

Marechal Floriano e abertura de túneis, promovendo a perda de edificações históricas.

No caso da abertura da Av. Presidente Vargas, em 1940, três Igrejas e mais de

500 edificações foram demolidas, sem a preocupação de assentar seus ocupantes.

A Cidade do Rio de Janeiro contou com grande urbanistas para desenvolver seus

“Planos Urbanísticos”, sendo o primeiro plano, no período de 1928 a 1930, o “Plano

Agache”, que concentrou-se na região central da Cidade, apresentando soluções para o

sistema viário, saneamento básico, proposta de crescimento urbano e política de

empreendimentos imobiliários, bem como soluções de abastecimento de água e coleta

de lixo.

Stuckenbruck (1996) relata as polêmicas em torno do famoso urbanista francês

Alfred Agache, revelando a percepção de parte das elites técnicas da Cidade do Rio de

Janeiro e do Brasil, cuja modernidade passava necessariamente pela reconstrução da sua

ordem urbana.

Abreu (1987) destaca um trecho importante do Plano Agache:

“Construídas contra todos os preceitos da higiene, sem canalizações d’água,

sem esgotos, sem serviço de limpeza pública, sem ordem, com material heteróclito, as

favelas constituem um perigo permanente de incêndio e infeções epidêmicas para todos

os bairros através dos quais se infiltram. A sua lepra suja a vizinhança das praias e os

bairros mais graciosos dotados pela natureza, despe o morro de seu enfeite verdejante e

corrói até as margens da mata da encosta das serras.......( A sua destruição é importante)

não só do ponto de vista da ordem social e da segurança, como sob o ponto de vista da

higiene geral da Cidade, sem falar da estética”.

As intervenções realizadas na época, tendo como principal objetivo a

especulação imobiliária, levaram à expulsão da população residente no centro para

outros bairros, expandindo a área urbana.

À mesma época, em 1929, Le Corbusier, em visita ao Brasil, apresenta seu

monumental e polêmico “edificio-fita”, sinuoso e quilométrico bloco de apartamentos

com uma autovia rápida na cobertura.

Durante a administração do Prefeito Henrique Dodsworth, período de 1937 a

1945, é retomado o Plano Agache com alterações, no qual é inspirado o traçado da

Avenida Presidente Vargas. A intenção era que esta via servisse como o prolongamento

perpendicular da Avenida Rio Branco. Contudo, por grande período se mantiveram

4

vazios os terrenos ao longo da Avenida Presidente Vargas, com exceção dos terrenos

junto ao entroncamento com Avenida Rio Branco.

No período de 1930 a 1960, os planejamentos urbanísticos são praticamente

abandonados, há obras por toda parte públicas (Avenida Brasil e Presidente Vargas) e

particulares (expansão da Zonas Sul e Norte). A Cidade cresce por si mesma e explode

em habitantes e metropoliza-se com 3,2 milhões de habitantes em 1960. Há favelas por

todas as partes e o tráfego flui lento.

O primeiro Governador da Guanabara, Carlos Lacerda, extingue os bondes e as

carroças de lixo puxadas a burro. Interliga por túnel o bairro do Catumbi e o bairro das

Laranjeiras. Urbaniza o Aterro do Flamengo e inaugura a política de Viadutos e Vias

Expressas. Contrata o segundo projeto de planejamento da Cidade, o “Plano Doxiadis”.

O plano denominado “Plano Doxiadis”, elaborado entre 1960 e 1963, realizado

pela equipe coordenada pelo urbanista Constantin Doxiadis teve como base os

levantamentos estatísticos e topográficos dos pesquisadores brasileiros, de forma a

propor soluções adequadas à realidade da época. A proposta do plano previa a expansão

da Cidade, de acordo com projeções estatísticas e suas soluções ainda estão sendo

implementadas.

O “Plano Doxiadis”, em termo de estruturação para a Cidade foi um grande

marco no planejamento viário do Município, demarcando um conjunto de vias,

denominadas de linhas coloridas (Amarela, Vermelha, Verde, etc..), cujo objetivo

vislumbrava a melhoria do fluxo viário da Cidade.

A Linha Vermelha, via expressa que entre outras desafogou o trânsito da Ilha do

Governador e reduziu o volume de tráfego na Avenida Brasil, foi inaugurada em 1992,

sendo considerada a obra mais importante do Rio nos últimos anos. Atualmente, recebe

mais de 160 mil veículos por dia, 60% acima do previsto em seu projeto, segundo

DER-RJ e CET-RIO. Com isto, além dos engarrafamentos atuais, outro problema vem

tomando vulto na via que é a segurança, tendo em vista seu traçado passar por várias

favelas.

A Linha Amarela, inaugurada em novembro de 1997, também fazia parte do

plano idealizado em 1960, pelo grego Doxiadis, cujo talento, competência, visão e

determinação já previa a importância dos grandes eixos viários para o Rio de Janeiro.

Doxiadis foi tido como “visionário” e os custos da implementação do plano

elaborado por ele foram considerados inviáveis para o Departamento de Estrada de

5

Rodagem do então Estado da Guanabara. Entretanto, o DER continuou estudando e

reelaborando o projeto Doxiadis.

Coube à Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro em parceria com a iniciativa

privada, concretizar a execução da Linha Amarela. Esta via compõe-se de três trechos, o

primeiro compreende a Avenida Ayrton Senna, que recebeu duas vias laterais para

aumentar a sua capacidade e também foram realizadas duas pontes (Lagoa do Camorim

e Arroio Fundo), o segundo trecho situado entre o Viaduto da Estrada do Gabinal até o

Viaduto sobre a Avenida dos Democráticos. Este trecho atravessa 12 bairros, possuindo

cinco túneis escavados em rochas, 16 viadutos e pontes. O terceiro trecho, realizado

mais recentemente, vai do Viaduto da Avenida Leopoldo Bulhões até a Cidade

Universitária, incluindo as ligações com a Linha Vermelha. Com a construção desta via

a ocupação do solo aumentou, o que requer urbanização por parte do poder público.

A Prefeitura do Rio de Janeiro, em razão da saturação do tráfego, nos principais

núcleos comerciais e habitacionais, contratou através da Secretaria Municipal de

Transporte (SMTR), no ano de 1999, várias empresas para desenvolverem um projeto

em forma de um Anel Viário para o Município, conforme figura 1.1, de maneira a

amenizar o estado caótico do trânsito nas principais regiões do Município.

Figura 1.1 - Anel Viário Projetado para Município (Secretaria Municipal de Transporte,

ano de 1999)

6

O projeto do Anel Viário do Município do Rio de Janeiro, tem a concepção de

aliviar as regiões de elevada concentração de tráfego ou de criar vias alternativas de

forma a reduzir a passagem dos veículos por diversos bairros.

O traçado do Anel Viário foi concebido em 10 trechos, delineados em função

das suas peculiaridades, 2 vias de ligações e 2 variantes, destacando:

Trecho 1- Compreende a ligação partindo da Rodoviária Novo Rio, passando

pelo Elevado Paulo de Frontin, Túnel Rebouças e desembocando na Lagoa Rodrigo de

Freitas (início do trecho 2).

Trecho 2 – Iniciando na Lagoa Rodrigo de Freitas, Avenida Borges de Medeiros,

passando pela Rua Mário Ribeiro, Túnel Zuzu Angel, Auto Estrada Lagoa Barra e início

da Avenida das Américas, na Ponte da Joatinga, início do trecho 3.

Trecho 3 – Iniciando na Ponte da Joatinga até a Ponte da Sernambetiba, através

da Avenida das Américas, onde inicia o trecho 4.

Trecho 4 – Iniciando na Ponte da Sernambetiba até a Ponte do Rio Portinho,

através da Avenida das Américas. Neste trecho está previsto a realização do Túnel da

Serra da Grota Funda, onde inicia o trecho 5.

Trecho 5 – Consiste na ampliação com melhorias da Avenida das Américas,

entre a Ponte do Rio Portinho (fim do trecho 4) e da Estrada da Pedra (início do trecho

6).

Trecho 6 – Iniciando na Estrada da Pedra, e transpondo, em viadutos, a Estrada

de Sepetiba, a Rua do Império, o Ramal Ferroviário de Santa Cruz e Avenida João

XXIII, que coincidirá com o final deste trecho na Avenida Brasil (início do trecho 7).

Trecho 7 – Compreendido na Avenida Brasil, através de melhorias e

alargamento, está situado entre a Avenida João XXIII e o Viaduto Oscar Brito

(vulgarmente denominado viaduto dos Cabritos). Neste trecho existem ligações com as

Estradas Rio-Santos e Rio-São Paulo, onde encontra-se com o início do trecho 8.

Trecho 8 – Compreendido entre o Viaduto dos Cabritos até o Viaduto de

Deodoro, na Avenida Brasil, onde será realizado alargamento, obras de arte e melhorias,

tendo como ponto final o início do trecho 9.

Trecho 9 – Partindo do Viaduto de Deodoro através da Avenida Brasil até o

Trevo das Margaridas, ponto de encontro com a Rodovia Presidente Dutra. Neste trecho

está previsto melhoramento das Vias existentes e complementações das Vias laterais.

Este trecho termina no início do trecho 10.

7

Trecho 10 – Continuando na Avenida Brasil do Trevo das Margaridas até a

Rodoviária Novo Rio, ponto de início do trecho 1. Neste trecho existem ligações com a

Linha Vermelha, Linha Amarela e a Ponte Rio Niterói, estando prevista restauração da

pavimentação, alargamento de alguns trechos e complementações das Vias Laterais.

No planejamento do Anel Viário estão previsto Vias de Ligações B e C, que

tratam-se de Vias expressas alternativas, cuja função principal será de desafogar os

trechos do Anel Viário com maior concentração de tráfego, estando localizados:

Ligação B – É a ligação expressa Campo Grande-Guaratiba, terá seu ponto

inicial no chamado Viaduto dos Cabritos, desenvolvendo-se na direção norte-sul até

alcançar a Avenida das Américas em Guaratiba (trecho 5). Este trajeto servirá para

desviar parte do tráfego da Rodovia Presidente Dutra, que será conduzido através da

Estrada Rio-São Paulo. Desta forma desafogará os trechos de maior volume de tráfego,

tanto na Avenida Brasil, Linha Vermelha, Túnel Rebouças e na Auto Estrada Lagoa

Barra.

Ligação C – Possibilitará a ligação entre a Avenida Brasil (ramo norte/oeste)

com a Baixada de Jacarepaguá e a Barra da Tijuca. Está localizada em uma região de

grande expansão da Cidade, ligando a zona norte e oeste pela Avenida Brasil.

Atualmente este percurso se processa por vias de grande volume de tráfego como a Rua

Cândido Benício e a Estrada do Catonho.

Em termo das Variantes, 2/3 A e 3/4 A, o planejamento prevê estas variantes ao

traçado do Anel Viário, de forma a desafogar Avenida das Américas no seu trecho de

mais densa ocupação, São Conrado, Barra da Tijuca e Recreio dos Bandeirantes.

Alguns trechos deste planejamento já foram concluídos parcialmente ou

totalmente, como nos casos de parte do alargamento da Avenida das Américas, obras de

melhorias e alargamento da Avenida Brasil de Bangu a Santa Cruz e outras se

encontram em execução como o Viaduto sobre o ramal Ferroviário de Santa Cruz, ou

em processo de licitação como as melhorias e alargamento da Avenida Brasil de Bangu

a Rodoviária Novo Rio e da Avenida das Américas trecho 3 e 5.

Os comentários dos planejamentos urbano são importantes, pois no futuro

poderão ser concluídos novos pavimentos, sendo uma oportunidade de dimensionar

estruturas tipos de pavimentos com base na mecânica dos pavimentos.

Apesar das grandes obras e dos planejamentos arrojados, muitos dos quais ainda

nos dias atuais não foram plenamente executados, os centros urbanos apresentaram e

apresentam graves transtornos devido ao crescimento da indústria automobilística e a

tradição dos transportes de cargas e passageiros no país serem eminentemente

rodoviário.

Como referência, os dados estatísticos do Instituto Municipal de Informática do

Rio de Janeiro, IPLANRIO (1997) desmembrado para um dia, para melhor percepção, o

gráfico da figura 1.2 permite a comparação na distribuição de transporte de passageiros,

no Município:

Figura 1.2 – Distribuição do Transporte de Passageiros (IPLANRIO,1997).

O Município do Rio de Janeiro apresenta uma população aproximada de

5.900.000 habitantes, no ano de 2000, em uma área de 1264,2 km2, distribuída em 5

Áreas de Planejamentos, denominadas AP-1, AP-2 , AP-3, AP-4 e AP-5, conforme

Figura 1.3.

Figura 1.3- Localização d

PASSAGEIROS TRANSPORTADOS

ÔNIBUS85,26%

AEROPORTOS0,48%

TRENS URBANOS

5,98%

METRÔ6,70%

BARCAS1,58%

AP5AP4

AP3
AP3
8

as AP`s no Município

AP2

AP1

9

O comportamento estimado do crescimento e migrações da população, nas áreas

de Planejamentos, AP’S, durante os anos de 1960 a 2000 é mostrado nos gráficos da

figura 1.4.

Verifica-se forte crescimento nas áreas da AP-4 e 5, com relação à AP-3 o

quadro demostra uma certa estabilização e nas AP1 e 2 uma forte migração para outras

AP’S.

As migrações para outras AP`S tem como principais fatores aspectos de ordem

econômica da população, com a redução do poder aquisitivo, e a especulação

imobiliária das AP-1 e AP-2.

Em termo de crescimento da população no Município no período de 1960

(3.281.900 habitantes) e em 2000 (5.900.000 habitantes), verifica-se um aumento da

ordem de 80%. Em relação ao Estado do Rio de Janeiro, a população do Município

representa cerca de 41% e do Brasil 3%.

Figura 1.4 – Crescimento e Migração da População por AP’s (IBGE, IPP e IPLANRIO,1997).

Na figura 1.4 vê-se que são as duas Áreas de Planejamentos, AP4 e AP5, em

que houve crescimento continuo da população nos últimos 40 anos, e, portanto, maior é

a demanda de habitações e vias urbanas.

Fonte: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística Censo Demográficos 1960, 1970, 1980, 1991 e 1996. Tabulação, Metodológica para agregação e cálculo do IPP.

* l i d

10

1-2) Estrutura Viária do Município do Rio de Janeiro.

Em termos de malha viária urbana, o último levantamento do IPLANRIO, noano de 1997, mostra a malha composta por 20.502 logradouros, com extensão total de7.774.685m, sendo 16.360 logradouros pavimentados, compreendendo uma extensão de6.411.790 m. O gráfico mostrado na figura 1.5 apresenta a distribuição dos tipos depavimentos existentes no Município, com base no levantamento interno da SecretariaMunicipal de Obras, Coordenadoria Geral de Conservação (SMOP/CGC).

Figura 1.5 - Distribuição dos Tipos de Pavimentos do Município do Rio de

Janeiro (SMOP/CGC, 2002).

A Secretaria Municipal de Obras e Serviços Públicos, é o órgão da Prefeitura da

Cidade do Rio Janeiro responsável pela função de proceder a execução de obras e

conservação das vias urbanas, apresentando organograma mostrado na figura 1.6:

Pedra Portuquesa0,09%

Concreto1,17%

Não Pavimentado11,87%

Revestimento Asfáltico72,84%

Bloco de Concreto0,27%

Paralelo13,64%

Pé de Moleque0,03%

Escada0,10%

Figura 1.6 – Organograma da Secretaria Municipal de Obras (Site SMO, 2003 ).

11

COORDENADORIA GERAL DE OBRAS (CGO)

Função:

• planejar, executar, fiscalizar e promover o controle tecnológico de obras e

serviços de engenharia relacionados com obras públicas, tais como:

pavimentação, micro e meso drenagem e obras de arte.

COORDENADORIA GERAL DE PROJETOS (CGP)

Função:

• planejar e elaborar projetos básicos e executivos de engenharia relativos a obras

viárias e obras de arte;

• coordenar e controlar vistorias em logradouros públicos e áreas particulares;

• exercer ações específicas de consultoria técnica e emitir pareceres especializados

na área de engenharia urbanística;

• coordenar o desenvolvimento de estudos e projetos contratados por órgãos da

Prefeitura, relativos à projetos viários e estruturais;

• planejar, coordenar e supervisionar a execução de serviços topográficos

necessários à elaboração e implantação de projetos, à conferência de cadastros

públicos e particulares e à emissão de parecer técnico;

• coordenar e supervisionar a elaboração de projetos e a execução de obras de

recuperação estrutural de pontes, passarelas, viadutos e túneis;

• estabelecer normas técnicas e procedimentos relacionados à projetos viários,

obras de arte e serviços públicos;

• prestar assistência técnica à fiscalização na execução de obras de arte (pontes,

viadutos, passarelas, etc.) novas e em recuperação;

• propor convênios com universidades e entidades de pesquisa;

COORDENADORIA GERAL DE CONSERVAÇÃO (CGC)

Função:

• planejar, coordenar e fiscalizar os serviços de engenharia e conservação em

logradouros, pontes, viadutos e túneis, bem como construir, limpar e desobstruir

canais, valas e galerias de águas pluviais além de dragar rios e canais;

12

• supervisionar e controlar os trabalhos de reposição, conservação, recapeamento

e revestimento asfáltico nos logradouros sob jurisdição do Município do Rio de

Janeiro através das 24 Divisões de Conservação (D.C.);

• licenciar e coordenar a fiscalização das obras executadas nos logradouros pelas

concessionárias dos serviços públicos, bem como quaisquer outras que

interfiram com a rede de drenagem das águas pluviais ou com a pavimentação

dos logradouros;

• supervisionar, coordenar e fiscalizar obras e serviços que sejam de

características especiais e/ou emergenciais, tais como: demolições (inclusive de

ruínas iminentes), despejos judiciais e outras medidas legais de interesse do

Município;

• supervisionar e coordenar os órgãos subordinados aos serviços de apoio do

Sistema de Defesa Civil do Município do Rio de Janeiro;

• supervisionar e controlar a produção das usinas de misturas asfálticas;

• coordenar o fornecimento da mistura asfáltica necessária aos serviços de

conservação das vias municipais;

• planejar, propor a aquisição e controlar o uso do material necessário à fabricação

das misturas;

• coordenar, controlar e supervisionar as atividades de manutenção e recuperação

de todos os componentes das usinas.

A CGC possui 2 usinas de asfalto a quente, 2 usinas de pre-misturado a frio, 1 fabrica

de emulsão asfáltica, 1 unidade recicladora, equipamentos para aplicação das misturas

asfálticas e laboratórios equipados para promoverem os controles de mistura asfáltica,

derivados de petróleo, solos, agregados e concreto de cimento Portland.

Para conservação das vias, uma dinâmica de atuação foi implantada no Município,

distribuindo geograficamente 24 Divisões de Conservação, de acordo com o mapa da

figura 1.7.

As Áreas de Planejamentos, AP’S, que compõe a CGC são distribuídas

geograficamente no Município compreendendo as áreas das seguintes Divisões de

Conservação (DC):

AP-1 - 1ª a 2ª D. C., AP-2 - 3ª a 7 ª D. C., AP-3 - 8ª a 15ª D. C., AP-4 -16ª a 19ª D. C.

e AP-5 - 20ª a 24ª D. C.

13

Figura 1.7 – Mapa do Município do Rio de Janeiro com as respectivas Divisões de

Conservação (SMO, 2002).

O conhecimento dos órgãos da Secretária Municipal de Obras e de grande

relevância, tendo em vista a necessidade da interação entre os mesmos, de forma a

ser criado um banco de dados relativo aos pavimentos, materiais utilizados e

materiais disponíveis (GEORIO) no Município.

A condição atual de manutenção dos pavimentos das vias da Cidade do Rio de

Janeiro ocorre de forma corretiva e de emergência, não sendo processados estudos de

previsões de desempenho dos pavimentos, de maneira a possibilitar uma manutenção

preventiva.

Apesar dos esforços e adoção de critérios de aceitação das obras de

pavimentação com base na análise estrutural e funcional, Ramos et al (2000), o

acompanhamento ou monitoramento das vias não são realizados, gerando com isto o

desconhecimento do momento certo de intervir na manutenção dos pavimentos. A

implantação de um sistema de gerência de pavimento ajudaria a Administração

Municipal a fazer melhor racionalização de recursos, com a preservação de parte da

estrutura do pavimento, que constitui um patrimônio público importante.

Entretanto, o ideal é que o sistema de gerência de pavimentos, deve existir desde

a fase de construção do pavimento, de forma a servir como um banco de dados para

previsões futuras acompanhadas de monitoramento constante das vias.

14

1-3) Dimensionamento dos Pavimentos e Abordagem da Importância do Estudo de

Desenvolvimento do Catálogo.

Com respeito ao projeto de pavimentos, o Município do Rio de Janeiro, apesar

de todos os esforços do seu corpo técnico, ainda permanece empregando processo de

dimensionamento dos pavimentos flexíveis, na sua grande totalidade com base no

método CBR (Souza, 1981 e DNER, 1996), que leva em consideração, através de um

gráfico empírico, a espessura total necessária para evitar a ruptura por cisalhamento do

subleito e pavimento.

Entretanto, uma grande parcela dos pavimentos do Município tem sofrido uma

ruptura precoce, devido a fadiga, em alguns casos motivada até por uso de espessuras

excessivas de materiais granulares, de elevada resiliência, nas camadas dos pavimentos,

fato este não contemplado quando se emprega o método do CBR.

O emprego de método racional, tendo como base a mecânica dos pavimentos,

exige estudos principalmente das deformações resilientes e permanentes e da fadiga do

revestimento. Entretanto, ainda são poucos os laboratórios, no Brasil, que estão em

condições de realizarem ensaios de resiliência nos solos, materiais britados e misturas

asfálticas.

A Prefeitura do Rio de Janeiro não dispõe em seus laboratórios de equipamentos

para realização de ensaio triaxial de cargas repetidas em solos e camadas granulares e de

ensaio de compressão diametral de cargas repetidas para misturas asfálticas, que

constituem as camadas do pavimento, de forma a permitir o desenvolvimento de uma

estrutura harmoniosa e duradoura, com base em modelo mecanístico.

Considerando os fatos expostos e também o número expressivo de vias não

pavimentadas no Município, e baseado na experiência francesa, desenvolveu-se nesta

Tese de Mestrado, o estudo para desenvolvimento de um Catálogo, com os primeiros

passos para o Município do Rio de Janeiro, construir um catálogo de estruturas-tipo com

base na mecânica dos pavimentos. Trata-se de um estudo para orientações, pois tem-se

a consciência de que todas as variáveis necessárias para implementação plena de um

Catálogo para o Município ainda não foram suficientemente levantadas dentro de um

trabalho restrito de uma tese.

Com este objetivo foram realizados estudos que estão distribuídos em

9 Capítulos e 2 anexos, a saber:

15

- Capítulo 2 - Considerações sobre projeto de Pavimentos, com abordagem da

mecânica dos pavimentos, considerando o tráfego e o clima,

- Capítulo 3 - Revisão sobre Classificação de solos e principais ensaios para

dimensionamento,

- Capítulo 4 - O histórico do Catálogo de pavimentos empregado na França,

Espanha e os desenvolvidos para São Paulo e Porto Alegre,

- Capítulo 5 - Estudos dos solos e materiais granulares predominantes no

Município, empregados normalmente nas camadas dos pavimentos,

procedendo à sua caracterização e avaliação de seu comportamento quanto a

resiliência,

- Capítulo 6 - Características dos revestimentos asfálticos empregados no

Município,

- Capítulo 7 - A adoção de um programa computacional para o

dimensionamento, tendo em vista os materiais disponíveis,

- Capítulo 8 - Detalhamento dos passos para o desenvolvimento pleno de um

Catálogo, que poderá ser proposto aos órgãos competentes do Município e

complementado futuramente segundo as diretrizes aqui propostas.

- Capítulo 9 – Conclusões e sugestões de pesquisas futuras.

Os anexos constam de:

Anexo 1 - Ficha dos ensaios triaxiais dinâmicos realizados no laboratório da

COPPE/UFRJ com os solos e materiais granulares estudados.

Anexo 2 - Planilhas de cálculo das regressões para determinações das constantes

do Modelo Composto de Resiliência dos solos e materiais granulares estudados.

16

CAPÍTULO 2

CONSIDERAÇÕES SOBRE O MEIO FÍSICO E O TRÁFEGO DO RIO DEJANEIRO.

2.1) O Clima.

As condições ambientais afetam as estruturas dos pavimentos, podendo ser

destacadas algumas das principais influências como a seguir.

- Variação térmica que causa alterações de volume, conforme os materiais se

expandem e contraem sob as tensões térmicas;

- A temperatura de um revestimento asfáltico pode chegar próximo a 80oC, em

clima tropical, estando mais sujeito a deformação plástica nesta condições de

altas temperaturas; chuvas repentinas esfriam a superfície invertendo o gradiente

térmico com a profundidade;

- Efeito das radiações solares, faz com que o ligante asfáltico sofra perda dos

componentes leves e oxidação, e se torne quebradiço com o tempo, ou seja

envelheça;

- Efeitos das chuvas - a água é um dos piores inimigo do pavimento, tendo o

revestimento asfáltico a função, entre outras, de impermeabilizar a superfície. O

acúmulo de água na superfície do pavimento, quer por deficiência de drenagem

ou por irregularidades superficiais, pode levar à desagregação do revestimento

asfáltico, tendo em vista a maior afinidade da água ao agregado.

- Há ainda a possibilidade de danos provenientes dos efeitos de elevação de

lençol freático ou infiltrações de água de canalizações e esgoto no pavimento

urbano. A saturação pode causar nos materiais particulados sobrepressões

induzidas quando da passagem de veículos. A resistência ao cisalhamento de um

material em estado seco é sempre maior que em estado úmido ou saturado,

sendo que quanto mais coesivo (ou argiloso) for o material, mais suscetível a

umidade. Daí a importância de se evitar a penetração de água na estrutura do

pavimento, especialmente nos subleitos que sofrem forte influência da variação

da umidade.

Entretanto este aspecto, considerado no método de ensaio do CBR, ensaio com

imersão em água, é muito importante em clima temperado ou em região com

lençol d’água aflorando. Em clima tropical, este conceito tem levado a projetar

17

estruturas espessas ou desprezar materiais que apresentam boa condição de

utilização, quando não se considera a condição real de umidade de equilíbrio

baixa que ocorre nos pavimentos brasileiros (Medina, 1997).

O Rio de Janeiro sofre forte influência do clima, principalmente das chuvas nos

meses de Janeiro a Março, em razão da sua topografia e deficiência no sistema de

drenagem.

Como dado histórico a GEO-RIO informa em seu site, www.rio.rj.gov.br/georio,

que em Janeiro de 1966, fortes chuvas castigaram toda a Cidade do Rio de Janeiro. Os

índices pluviométricos atingiram a espantosa marca de 245 mm em 24 horas, com

diversos acidentes geotécnicos.

Em 1996 ocorreu na Cidade do Rio de Janeiro um dos escorregamentos de maior

extensão (1,5 km). Este movimento, que ficou conhecido como escorregamento do

Quitite, correspondeu a uma corrida de massa, "alimentada" pela ocorrência de dezenas

de deslizamentos menores que mobilizaram materiais terrosos, rochosos e vegetais. Tais

materiais convergiram para os cursos d’água do Quitite e Papagaio, que se juntam para

formar o rio Anil, em Jacarepaguá.

A origem do movimento se deu numa altitude de aproximadamente 600m em

relação ao nível do mar e o volume do material escorregado foi estimado em

150.000 m3 atingindo a baixada de Jacarepaguá (Anil e adjacências). Foi necessário a

interdição do tráfego em diversas ruas da região.

Os índices pluviométricos registrados nas estações mais próximas foram:

110,6 mm/24h (Jacarepaguá-INMET), 201,2 mm/24/h (Alto da Boa Vista-INMET) e

198,4 mm/24h (Alto da Boa Vista-SERLA). Estes índices foram os principais fatores

deflagradores dos escorregamentos.

Com o objetivo de emitir BOLETINS DE ALERTA à população e aos Órgãos

Públicos, para sua mobilização em apoio à população, através de estações de rádio, TV,

telefones e Internet, sempre que houver previsão de chuvas intensas que possam gerar

inundações de vias públicas e/ou acidentes geotécnicos em encostas (deslizamentos), a

GEO-RIO criou o Sistema de Alerta de Chuvas Intensas e de Deslizamentos em

Encostas da Cidade do Rio de Janeiro, em 1996 (Decreto No 15142).

O Município do Rio de Janeiro conta, com imagens de radares meteorológicos

(Convênio Prefeitura do Rio de Janeiro e Comando da Aeronáutica), detector de raios,

dados climáticos de duas estações meteorológicas, imagens de satélite e informações

disponíveis no site. Os dados são analisados numa estação central computadorizada

18

situada na sede da GEO-RIO, por geotécnicos e meteorologistas, em esquema de

plantão 24 horas por dia.

As chuvas são medidas em milímetros (mm). Para medir uma determinada

chuva (intensidade das chuvas), como exemplo, um recipiente de parede vertical poderá

ser colocado ao ar livre antes do início da chuva. Com as anotações do início e fim da

precipitação, ou de hora em hora, com uma régua graduada em milímetros, verifica-se a

altura da água da chuva conforme figura 2.1. Para se ter uma noção de grandeza, 1mm

de chuva eqüivale a 1 litro por metro quadrado.

Figura 2.1 – Intensidade das Chuvas e exemplo de medida (Site GEO-RIO, 2003)

As informações são obtidas em tempo real, através 32 estações pluviométricas

instaladas estrategicamente no Município, conforme Tabela 2.1 e figura 2.2.

O sistema de alerta implantado no Rio de Janeiro propicia aos Órgãos Públicos

posicionarem equipes de emergência nos pontos com alagamentos, quer por drenagem

insuficiente ou por sua localização inferior ao nível do mar, como são os casos da Praça

da Bandeira, Jardim Botânico e Lagoa Rodrigo de Freitas. Dependendo da intensidade

da Chuva, as ruas ficam alagadas pois o sistema de drenagem não consegue captar toda

a chuva com a mesma intensidade, levando com isto a forte deterioração na

pavimentação. Estatística da CGC revela que na ocorrência de chuva de intensidade

forte ou muito forte, o número de buracos chega a ordem de 1000 no Município. Isto

ocorre em grande parte na área urbana devido a impermeabilização do solo,

insuficiência ou obstruções nas galerias de drenagens e aos detritos que são arrastados

para os rios causando barreiras nos cursos naturais dos mesmos levando ao

trasbordamento das águas sobre ruas e residências.

19

Tabela 2.1 - Localização dos Pluviômetros

Nº Nome daEstação

Localização

01 Vidigal Hotel Sheraton - Av. Niemeyer, 12102 Urca Instituto Militar de Engenharia - Av. Pasteur, 3503 Rocinha* Região Administrativa - Estrada da Gávea, 24204 Tijuca Centro de Estudos do Sumaré – Estrada do Sumaré, 67005 Santa Tereza Escola Suíço-Brasileira - Rua Almirante Alexandrino, 249506 Copacabana Hotel Rio Palace – Av. Atlântica, 424007 Grajaú Reserva Florestal Do Grajaú - Rua Comendador Martinelli, 74208 I. Governador Iate Clube Jardim Guanabara - Rua Orestes Barbosa, 22909 Penha Irmandade De N. S. Da Penha De França - Largo Da Penha, 1910 Madureira Edifício Pólo I – Estrada Do Portela, 9911 Irajá Ceasa – Av. Brasil, 1900112 Bangu Cassino Bangu - Rua Fonseca, 53413 Piedade Sociedade Universitária Gama Filho - Rua Manuel Vitorino, 55314 Tanque Inst. Est. De Dermatologia Sanitária - Rua Godofredo Viana, 6415 Saúde Rádio Tupi – Rua Livramento, 18916 Jardim

BotânicoJóquei Clube – Rua Jardim Botânico, 1003

17 Itanhangá Encosta a montante do Cond. Portinho do Massarú – Estrada daBarra

18 Cidade DeDeus

Telerj - Estrada Mal. Salazar de Moraes, 1409

19 Riocentro Centro de Convenções - Av. Salvador Allende, 655520 Guaratiba Campo de Provas Marambaia – Estrada Barra de Guaratiba, 914021 Gericinó Fábrica da Cogumelo - Av. Brasil, 4487922 Santa Cruz Ibecomb - Praça Ruão S/Nº23 Cachambi Paróquia Sto. Antônio De Pádua – Rua Tenente França, 14124 Anchieta Esc. Municipal Cyro Monteiro - Rua Antúria, 3125 Grota Funda Posto Pioneiro Do Pontal - Estrada Do Pontal, 45926 Campo

GrandeFac. Integradas Moacyr Sreder Bastos - Rua Eng. Trindade, 229

27 Sepetiba Base Aérea de Santa Cruz - Rua Do Império S/N28 Sumaré Torre de Transmissão Da Tv Globo - Estrada Do Sumaré S/Nº29 Mendanha Serra do Mendanha - Estrada De Furnas S/Nº30 Itaúna Condomínio Verdes Mares - Av. Luiz Aranha, 89031 Laranjeiras 1a. Cipm - Rua Cardoso Junior, 47932 Cidade Nova Cass - Av. Afonso Cavalcanti, 455* São Conrado Hotel Nacional - Av. Niemeyer

20

Figura 2.2- Localização dos Pluviômetros no Mapa do Município (GEO-RIO, 2003).

As maiores Precipitações Pluviométricas registradas desde 1997 no Municípiosão apresentadas na tabela 2.2.

Tabela 2.2 – As maiores precipitações no Município desde 1997 (GEO-RIO, 2003).

Estação mm/h Data Hora

26 – Campo Grande 116.2 19/03/2000 00:08

06 – Copacabana 93.6 24/01/2003 23:04

07 – Grajaú 90.3 16/02/2000 23:01

28 – Sumaré 81.3 02/04/1998 23:49

16 – Jd. Botânico 80.2 24/01/2003 23:04

14 – Tanque 78.3 09/01/1997 18:42

04 – Tijuca 78.2 17/02/1998 15:15

22 – Santa Cruz 76.2 24/01/2003 22:37

19 – Riocentro 75.2 25/01/2003 22:57

01 – Vidigal 72.5 15/12/1998 17:43

21

2.2) O Tráfego.

Os aspectos importantes do tráfego, do ponto de vista de projeto do pavimento,

são a magnitude e freqüência das cargas para a vida de projeto do pavimento. O tráfego

atua na superfície do pavimento através dos pneus, e devem ser considerados os

seguintes fatores:

- A intensidade das cargas sustentadas pelos pneus, atuam geralmente no plano

vertical, porém a componente horizontal pode ser também importante,

especialmente nas bordas, grandes declives e onde os veículos freiam. As

características de resistência do material usado no revestimento devem poder

suportar todas essas pressões, sem deformar ou provocar ruptura;

- Ação de cisalhamento dos pneus, especialmente em revestimento com agregados

frágeis ou susceptíveis ao polimento, tende a desgastar a superfície. Com o

tempo, esse efeito de polimento resulta na redução das propriedades de atrito

superficial (resistência à derrapagem). Essas superfícies tornam-se

escorregadias, principalmente quando molhadas, e podem ser perigosas.

Acrescente-se também a consideração que no meio urbano o vazamento de óleos

e combustíveis dos veículos que geram comprometimento do ligante asfáltico,

deixando a superfície mais vulnerável a esses efeitos. Os pontos de ônibus e

sinais são mais vulneráveis a estes tipos de defeitos. Como medida preventiva

tem-se utilizado nas paradas de ônibus revestimento rígido (concreto simples) ou

semi-rígido (paralelos ou blocos intertravados);

- A pressão de inflação dos pneus determina a área de contato do pneu-superfície

do pavimento, que está sujeita à carga;

- A velocidade dos veículos define o tempo de atuação da carga, na qual a

superfície do pavimento é carregada e descarregada, ponto este de bastante

diferença entre o meio urbano e rodoviário, em razão dos constante

congestionamento no tráfego urbano. Este fato é mais um fator para contribuição

da maior incidência da deformação permanente no revestimento asfáltico na área

urbana;

- As cargas do tráfego e sua freqüência são responsáveis pelo desenvolvimento de

afundamento de trilhas de roda e trincas. As trincas geralmente ocorrem

iniciando o processo de baixo para cima na estrutura do pavimento. Cada

veículo com carga considerada que utiliza uma via, causa uma pequena

deformação na estrutura do pavimento, que tem uma parcela reversível e outra

22

irreversível. A deformação causada por um veículo leve é tão pequena que se

considera desprezível, enquanto que veículos com carga pesada causam

deformações relativamente grandes. A passagem contínua dos veículos pesados

tem um efeito cumulativo na deformação, que gradualmente resulta em

deformação permanente e/ou trincas por fadiga. Eixos sobrecarregados causam

maiores danos à estrutura do pavimento, acelerando a deterioração.

Os veículos são regulamentados pelas Leis do Conselho Nacional de Trânsito

(CONTRAN).Em 1997, foi estabelecida a carga máxima admissível por eixo de 10tf

(98 kN) e o peso bruto total por unidade ou combinações de veículos em 45 tf

(441 kN). Em 2000, o CONTRAN considerando que a própria pesagem por balança

pode registrar margem de diferença de aferição, estende a margem de peso declarada na

Nota Fiscal admitindo a tolerância de 5% (cinco por cento), acima das cargas admitidas

em 1997.

A verificação, do atendimento da carga máxima por eixo é de elevada

relevância, pois vários estudos sobre excesso de carga por eixo na vida útil do

pavimento, como exemplo (Pinto e Preussler, 2001) o estudo desenvolvido pela

Empresa Protos Engenharia, mostram que a destruição do pavimento ocorre de forma

exponencial, conforme figura 2.3, pode-se observar a redução da vida útil do pavimento

à quase metade da de projeto quanto se tem um excesso de carga de 10 %.

No caso urbano, além do sistema precário de controle de pesagens dos veículos,

não se processa uma ordenação nas rotas dos veículos pesados, principalmente quando

uma via principal é interditada para execuções de melhorias, sendo desviado o fluxo de

veículos para vias residenciais ocasionando perdas de pavimentos em períodos

extremamente curto.

Verifica-se que o revestimento está continuamente sujeito a várias formas de

ataque do meio ambiente e também das cargas. Portanto, um revestimento asfáltico

precisa possuir propriedades cada vez mais resistentes a esses efeitos, como por

exemplo:

- Resistir por maior período as deformações reversíveis, devido a ação das cargas,

ou seja, maior resistência à fadiga e ao mesmo tempo apresentar características

para evitar a deformação permanente dentro do período de projeto e

- Quimicamente mais inerte, levando a maior durabilidade para absorver o ataque

diário de radiação solar, impedindo o envelhecimento prematuro.

23

Para tentar amenizar esses efeitos, os técnicos rodoviários, têm desenvolvido

ligantes com adição de polímeros ou aditivos, que entretanto representa um custo

adicional, não sendo uma prática muito corrente no Brasil, apesar de em outros países já

se empregar com certa freqüência este tipos de ligantes.

Figura 2.3 – Sobrecarga por eixo “versus” redução da vida útil (Pinto e Preussler, 2001)

No Brasil o pavimento flexível é dimensionado tradicionalmente em função do

número equivalente de operações de um eixo tomado como padrão, denominado como

número ”N”, durante um período de projeto, isto com base em pistas experimentais

Norte-Americanas. Grande parte da Europa o eixo padrão de referência utilizado nos

projetos de dimensionamento é de 13 tf (127 kN), já no Brasil considera-se 8,2 tf (80

kN).

A condição das estradas e rodovias são bastante diversas das áreas urbanas,

onde os veículos pesados de maior incidência são os diferentes tipos de ônibus e menos

caminhões que nas estradas, sendo neste caso ainda mais comuns os caminhões de eixo

simples e duplo.

24

Para finalidade de projeto de pavimento, o tráfego é classificado pelo número de

cargas equivalentes de referência, o qual se espera que a via deva suportar no tempo de

vida do projetado.

Quando possível, são usados como base dados históricos para estimativa da

freqüência de tráfego e número de eixos previstos para utilização da via no tempo de

projeto escolhido. Quando esta informação não estiver disponível, devem ser feitas

contagens do número de veículos ou eletrônicas num período de tempo representativo.

As contagens de tráfego devem incluir o número total de veículos por dia que

percorrem cada pista (em cada direção), separado em tipos de veículo. A classificação

da via e tecnologia disponível normalmente indicarão se a contagem deve ser conduzida

eletronicamente. Atualmente, existem métodos sofisticados para contagem de número

de eixos e pesagem em movimento, porém são métodos dispendiosos e somente

utilizados em algumas auto-estradas importantes do Brasil.

As contagens são ainda as mais comuns e, dependendo do nível de competência

das pessoas responsáveis, podem ser obtidas informações confiáveis separando-se os

veículos pesados em diferentes classes (pelo número de eixos) e anotando se eles estão

carregados ou descarregados.

Esses dados são obtidos muitas vezes nas barreiras da polícia Federal ou Militar,

apesar de muitas não contarem com balanças, a indicação do peso bruto do veículo pela

Nota Fiscal e o seu número de eixos, já é um fator importante para uma estimativa do

tráfego local, apesar do desconhecimento do excesso de carga.

No Município do Rio de Janeiro, o órgão responsável pela fiscalização do

tráfego, é a Secretaria Municipal de Transporte e durante os anos de 2000 e 2002 foram

instalados postos de pesagem nos seguintes locais do Município:

- Na Avenida Brasil, km 55, pista sentido Itaguaí-Centro, na 8ª Companhia de

Inspeção da Polícia Militar, no período 2001(de 27/12/2000 até 31/12/2001) e

2002 (de 01/01/2002 até 31/12/2002);

- Na Avenida Brasil, km 55, pista sentido Centro-Itaguaí, na 8ª Companhia de

Inspeção da Polícia Militar, no período 2001 (de 28/03/2000 até 31/12/2001) e

2002 (de 01/01/2002 até 31/12/2002);

- Na avenida Brasil, Km 45,5, pista sentido Santa Cruz-Centro, próximo ao

Viaduto dos Cabritos, no período de 2001 (de 28/05/2001 até 31/12/2001) e

2002 (de 01/01/2002 até 31/12/2002).

25

Nos meses de setembro e outubro de 2002 os postos de pesagens não

funcionaram e no ano de 2000 sua operação foi restrita a apenas um posto de 27 a 30 de

dezembro.

Estes postos de pesagens foram selecionados tendo em vista o grande fluxo de

veículos pesados na região e também por localizarem-se numa rota importante de

entrada e saída do Município pela Estrada Rio-São Paulo e Estrada Rio-Santos, podendo

ser usado com referência de suas localizações o trecho 7 do traçado do Anel Viário na

figura 1.1.

Com base nesta Fiscalização a Secretaria Municipal de Transportes, divulgou em

seu site, www.rio.rj.gov.br/smtr, dados obtidos nas pesagens, cujos os resultados

necessitam de um maior estudo estatístico.

O nível de sobrecarga é uma fator relevante na durabilidade de um pavimento,

tendo em vista que o projeto de pavimento é muita vezes baseado na carga legal por

eixo. Na falta de informações seguras, é aconselhável que seja feita uma avaliação,

realizando uma pesquisa de cargas. Deve ser pesada aleatoriamente uma amostra

representativa dos veículos pesados para determinar o número (ou porcentagem) de

veículos que estão com sobrecarga, bem como o grau de sobrecarga. Os resultados

podem ser extrapolados para o total de veículos pesados.

No caso das pesagens efetuadas pela Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, os

dados informados, apesar da necessidade de maior detalhamento e estudo, já confirma

que o sistema de controle de pesagem é importantíssimo, não como uma fonte

arrecadadora de multas, mas como um meio educativo, de forma a preservar os

pavimentos e dar segurança aos usuários das vias, pois os próprios veículos não são,

muitas vezes, dimensionados para sobrecarga podendo provocar acidentes.

A fiscalização da pesagem pela SMTR evidenciou casos de mais de 10% de

sobrecargas, e conforme estudo da Empresa Protos apud (Pinto e Preussler, 2001) na

figura 2.3, a vida útil dos pavimentos pode reduzir para quase a metade da prevista.

Outro aspecto importante é que a fiscalização das cargas, traz uma certa redução

no número de infrações e consequentemente na sobrecarga. A persistência de medidas

desta natureza, e ampliando para outros pontos no Município, indubitavelmente trará

melhoria para qualidade dos pavimentos, facilidade para desenvolvimento dos projetos

e garantia que os mesmos vão atender ao período de projeto. Inquestionavelmente,

poderá ser reduzido o número de acidentes devido á qualidade do rolamento dos

26

veículos nas vias e os veículos estarão dentro do limite de carga estabelecidos pelos

fabricantes.

O Manual de Pavimentação do DNER (1996), apresenta informações a respeito

do cálculo do número equivalente “N” de operações de um eixo tomado com padrão,

durante o período de projeto escolhido. A equação 2.1, tendo como base o volume

diário de tráfego no ano de abertura, Vi, num sentido, e admitindo-se, uma taxa de

crescimento anual t%, em progressão aritmética, tem-se o Vm que é o volume médio

diário de tráfego, para um período de P anos.

(2.1 )

O volume total de tráfego, Vt, durante o período é dado pela equação 2.2.

Vt = 365 x P x Vm (2.2)

Pode-se determinar também, a taxa de crescimento do tráfego anual esperado em

progressão geométrica, desta forma o Vt, será obtido pela equação 2.3:

(2.3)

O cálculo de N pode ser efetuado pela equações 2.4 ou 2.5.

N = Vt x ( FE ) x ( FC ) (2.4)

Sabendo que (FV ) = ( F E) x ( ( FC) , tem-se

N = Vt x (FV) (2.5)

Sendo:

FE – é um fator de eixos, representa o número que multiplicado pelo total de veículos

dá o número total de eixos correspondentes,

365 Vi [1 + t/100)P - 1] Vt= ----------------------------------

t/100

Vi [2 + (P-1)t/100] Vm= ----------------------------------

2

27

FC – é o fator de carga, representa o número que multiplicado pelo número de eixos dá

o número de eixos equivalentes, e

FV – é o fator de veículo, representa o número que multiplicado pelo numero de

veículos dá o numero de eixos equivalentes ao eixo padrão.

Para o cálculo dos fatores relatados, é importante conhecer a composição do

tráfego, ou seja, o volume total, classificação por eixos e o peso destes eixos.

O melhoramento de uma via ou restauração de um pavimento muitas vezes atrai

tráfego que normalmente usaria rotas alternativas, é o denominado tráfego induzido que

deve ser objeto de avaliação quando da alternativa de volume total de veículos de um

trecho.

No caso urbano, o conhecimento das cargas torna-se mais difícil, devido à

carência de recursos para o controle das cargas e a dificuldade de instalar postos de

pesagens e a existência de vários pontos de fugas. A preocupação maior é prover a

maior fluidez do tráfego. É evidente, que a maior fluidez diminui o tempo de aplicação

de carga estática ou quase estática, que acarretará maior deformação permanente. O

excesso de carga também tem que ser policiado nas vias urbanas pois este pode afetar

não só o pavimento como condição segura de circulação de veículos.

A Prefeitura dispõe de um moderno centro de Controle de Tráfego por Área

(CTA), trata-se de um sistema onde os semáforos são controlados e monitorados

constantemente e em tempo real a partir dos computadores localizados no centro de

controle. Sua implantação teve como conseqüência a redução do tempo de viagem nas

principais vias da cidade.

O CTA esta dividido em 7 regiões e abrange os seguintes Bairros:

- Módulo I: Centro, Glória, Estácio, Cidade Nova, Flamengo(parte) - 140

cruzamentos

- Módulo II : Catete, Laranjeiras, Flamengo, Botafogo, jardim Botânico, Gávea -

148 cruzamentos.

- Módulo III: Tijuca, Maracanã, Rio Comprido, Andaraí, Vila Isabel, Grajaú,

Usina - 199 cruzamentos.

- Modulo IV: Copacabana, Ipanema, Leblon - 164 cruzamentos.

- Módulo V: Méier, Cachambi, Jacaré, Lins, Riachuelo, Engenho Novo, Maria

da Graça -119 cruzamentos

- Módulo VI: São Cristóvão, Gamboa, Benfica, Santo Cristo, Saúde - 67

cruzamentos.

28

- Módulo VII: Barra da Tijuca – 20 cruzamentos.

Além do sistema de controle semafórico, também fazem parte do CTA: Circuito

Fechado de Câmeras de TV com 92 câmeras em pontos estratégicos da cidade,

fornecendo imagens do tráfego da cidade ao vivo para o Centro de Controle. Painéis de

Mensagens Variáveis, com 7 painéis que exibem mensagens informativas sobre o

trânsito aos motoristas. Boletins de trânsito atualizados periodicamente, informa as

condições das principais vias da cidade.

Está previsto para o próximo ano a ampliação do sistema CTA, abrangendo as

demais áreas da cidade como Jacarepaguá, Madureira e Ilha do Governador, com mais

câmeras e painéis informativos, permitindo assim o controle de todos os semáforos do

Município do Rio de Janeiro.

O CTA permite através de filmagem processar a contagem de veículos por

faixas em um determinado período que se queira.

2.3) Mecânica dos Pavimentos

A mecânica dos pavimentos, “É uma disciplina da Engenharia Civil que permite

estudar o pavimento como uma estrutura do engenheiro, tal como se aborda o estudo de

fundações, muros de contenção, aterro, etc. As ferramentas básicas estão na teoria da

elasticidade, análise numérica, mecânica, resistência dos materiais, etc.”. (Medina,

1997).

Pinto e Preussler (2001) resumem o objetivo da mecânica dos pavimentos em

“projetar um pavimento considerando o estado de tensões e deformações atuantes,

compatibilizando-os com as admissíveis ou resilientes, para um período de projeto e

condição de serventia”.

A mecânica dos pavimentos tem como ferramenta os conceitos da mecânica do

continuo, da mecânica dos solos e da mecânica da fratura, para em conjunto analisar o

sistema de estruturas formadas por camadas.

No Brasil, o desenvolvimento da mecânica dos pavimentos teve início de modo

mais sistemático em 1977, na pesquisa realizada em convênio da COPPE/UFRJ com o

IPR/DNER.

Duas referências históricas são: Boussinesq em 1885, que desenvolveu as

equações para o cálculo das tensões e deformações em meio semi-infinito, elástico

linear, homogêneo e isotrópico, solicitado por uma carga pontual e Burmister que em

29

1943, formulou equações para carregamento circular uniformemente distribuído na

superfície de um sistema de duas camadas.

No projeto de um pavimento flexível deve-se considerar principalmente:

- A tensão vertical atuante sobre o subleito, devendo ser a mesma de valor inferior

à de ruptura.

- A tensão de tração na fibra inferior do revestimento asfáltico deve ser

compatível com a calculada com estudo de fadiga em laboratório, para certo

número de repetição de carga.

No pavimento flexível o revestimento asfáltico é a parte da superfície de

rolamento que é visível e a ela é imputada pelos leigos a causa de toda sorte de defeitos.

Esse revestimento faz parte da estrutura do pavimento, composta de outras camadas de

diferentes materiais, muitas vezes com espessuras espessas, dependendo do tipo de

subleito e do tráfego. Uma das funções das camadas que constituem o pavimento é

reduzir a transferência das cargas impostas pelos veículos à fundação, denominado na

área rodoviária de subleito. Portanto, é o conjunto das camadas e o subleito que

compartilham a responsabilidade do êxito do pavimento. O revestimento em bom

estado, garante o rolamento e a impermeabilização.

O material que sustenta a estrutura do pavimento pode ser material “in situ”

(nos cortes) ou importado (nos aterros) formando o que se denomina de subleito, mas

que melhor seria expresso pela denominação Camada Final de Terraplanagem (CFT).

A fim de que o revestimento não sofra o fenômeno de fadiga precoce deve sua

deformabilidade ser harmonizada com as demais camadas, de forma a suportar o

número de repetições de cargas no período de projeto definido, com uma perda de

serventia admissível.

Os métodos de projeto de novas estruturas de pavimento flexíveis indicadas pelo

Manual de Pavimentação do DNER (1996), são dois; um com base no CBR o

tradicional “ Método do DNER” ou do “Engenheiro Murilo Lopes de Souza”, e outro

denominado “Método da Resiliência”, que parte do cálculo da espessura total do

método do CBR e distribui as espessuras das camadas através do enquadramento do

material do subleito em classes de comportamento resiliente, originalmente

desenvolvido para o método de projeto de reforço DNER-PRO 269.

O método do DNER, foi elaborado na década de 60 pelo engenheiro Murilo

Lopez de Souza, baseado na adaptação para rodovias do método do USACE, feito por

Turnaball et al (1962). O método considera o ensaio de CBR e conceitos de

30

equivalência estrutural estabelecido na pista experimental da AASHO (Souza, 1966,

1981).

Vários métodos empíricos de projeto baseados no CBR (Califórnia Bearing

Ratio) - Índice de Resistência dos Solos, foram estabelecidos pelo mundo, sendo uma

das mais antigas ferramentas de projeto de pavimento. Em geral, são necessárias

estruturas de pavimento espessas para proteger subleitos frágeis e essa espessura pode

ser alcançada através da adição de camadas de solos e materiais selecionados que

satisfaçam determinados requisitos.

No Método do DNER, com base no CBR, a estrutura do pavimento é concebida

para proteger o subleito quanto à ruptura por cisalhamento ou por acúmulo de

deformação permanente.

Motta (1991) ressalta que a deformação permanente do pavimento não é função

somente do subleito, mas dos somatório das contribuições de todas as camadas.

Pinto e Preussleur (2001) consideram que um pavimento bem dimensionado, em

função do CBR, garante a não ruptura por cisalhamento e por deformações

permanentes. Contudo, a repetição das cargas transientes pode levar a ruptura por fadiga

do revestimento asfáltico ou da camada cimentada, se não for considerado o limite

admissível das deformações elásticas para um “N” de projeto. O conhecimento das

tensões e deformações permite avaliar a ocorrência de fadiga durante o período de

projeto. A teoria da elasticidade permite a previsão do estado de tensão e deformação,

desde que os parâmetros elásticos sejam determinados em condições similares ao

carregamento que ocorre no campo.

Atualmente, existem vários programas computacionais de pavimentos flexíveis

disponíveis, entre os quais destacam-se:

- Programa FEPAVE 2 (Finite Element Analysis of Pavements Structures),

desenvolvido em Berkeley, em 1969, e introduzido no Brasil em 1973 pela

COPPE/UFRJ, faz a modelagem pela aplicação do métodos dos elementos finitos,

empregando conceitos da mecânica dos pavimentos e utiliza o conceito da elasticidade

não linear para solos e materiais granulares. Vem sendo modificado ao longo destes

anos de uso, sendo adaptado para microcomputadores e a aceitação de novos modelos

de comportamento resiliente ( Motta, 1991; Silva, 1995).

- Programa ELSYM 5 ( Elastic Layered System Model), é um programa bastante

utilizado, porém leva em consideração somente a teoria da elasticidade linear.

31

No desenvolvimento do estudo do Catálogo de Pavimentos com base na mecânica dos

pavimentos, torna-se importante conhecer: o tráfego, os tipos de solos locais e os

materiais disponíveis para sub-base, base e revestimento predominantes na região e seu

comportamento quanto a resiliência. E com base nesse conhecimento adotar os

princípios da Mecânica dos Pavimentos para definir as estruturas-tipo.

32

CAPÍTULO 3

CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS, PRINCIPAIS ENSAIOS E MÓDULO DERESILIÊNCIA

3.1) Sistema de Classificação Originado nos E.U.A

A classificação dos solos procura agrupar, a partir de ensaios simples, os solos

em grupos ou classes que permitam estimar o provável comportamento em obras de

engenharia.

Quando do surto dos serviços de pavimentação no país , na década de 50,

passou-se a moda de usar os Sistemas de classificação de solos do U.S. Bureau of

Public Roads, datado de 1929, evoluindo e aperfeiçoando pela Highway Research

Board, hoje TRB (Transportation Research Board) conforme Sória (1985).

Por sua abrangência maior – estradas, aeroportos, aterros e fundações o Sistema

Unificado de Classificação de Solos, originalmente desenvolvido por Casagrande em

1948, para aeroportos, ganhou aceitação por uma gama maior de engenheiros

geotécnicos no Brasil.

A classificação dos solos deve ser vista como o primeiro passo para estudar o

provável comportamento dos solos, sem esquecer que os solos possuem propriedades

descritivas e de estado. A antecipação de previsão do comportamento do solo deve ser

sempre baseada em considerações e dados que levem em conta fatores de ordem física,

química, mineralógica e biológica.

São pertinentes as colocações do professor Casanova (1998):“ Haverá solos

realmente surpreendentes ou somos nós que surpreendemos”... “Devemos lidar com o

solo como eles são e estão e não como pensamos ou desejamos que sejam ou estejam,

ou como desejaríamos que fossem e estivessem”. É um alerta para não se tentar

generalizar o comportamento dos solos ou desprezar os conceitos da Físico-química dos

solos quando do estudo deste material.

O ensaio de CBR devido a O. J. Porter, desenvolvido no final dos anos 30

(Senço, 1997), era o único ensaio de avaliação da resistência dos materiais disponíveis

para pavimentação no Brasil. Com a introdução do ensaio de módulo de resiliência no

fim da década de 70 no país, possibilitou, apesar de ainda timidamente, dimensionar

com base na mecânica dos pavimentos. Ressalta-se, que o ensaio com estabilômetro de

Hveem, uma espécie de ensaio triaxial, não ganhou voga entre nós, embora aceito na

California e Estados do Oeste Norte-Americano.

33

Apesar da introdução do ensaio triaxial dinâmico no país a cerca de 30 anos, o

ensaio de CBR ainda permanece nos laboratórios rodoviários, com raras exceções,

possivelmente por não ser a mecânica dos pavimentos uma matéria muito difundida nas

Escolas de Engenharia: por outro lado, pode estar também associado ao emprego de

equipamento e a técnica de ensaio mais complexa.

3-2) Metodologia MCT (Miniatura-Compactada-Tropical).

Tanto a Classificação TRB e SUCS foram desenvolvidas para solos de clima

temperado e frio e a rigor não se aplicam aos solos tropicais.

Tendo em vista a impossibilidade de caracterização dos solos tropicais, com base

num sistema de classificação de clima temperado, Nogami e Villibor (1981)

desenvolveram uma classificação de solos para uso rodoviário que vem sendo utilizada

cada vez mais e está incluída no Manual de Pavimentação do DNER de 1996.

A metodologia denominada por Nogami e Villibor de MCT (Miniatura-

Compactado- Tropical) foi desenvolvida inicialmente com solos do Estado de São

Paulo. A técnica permite avaliar propriedades fundamentais dos solos associados à

contração, permeabilidade, expansão, coeficiente de penetração d’água, coesão,

capacidade suporte e família de curvas de compactação.

O estudo teve como base, a sistemática inicialmente desenvolvida por Parsons em

1976 (Manual de Pavimentação do DNER, 1996), adaptada para corpos de prova com

diâmetros reduzidos (50 mm). Portanto sua aplicação limita-se a solos de granulação

fina, que passam integralmente na peneira de 2,0 mm ou que possuam pequena

percentagem de grãos (até 5% do total retido nesta peneira).

A classificação MCT tem como aplicação específica os solos tropicais, que se

apresentam em duas grandes classes, possuindo características bem distintas, sendo

classificadas em solos de comportamento lateríticos e não lateríticos, estes englobando

os saprolíticos.

Nogami e Villibor (1981) e Cozzolino e Nogami (1993) descreveram as principais

peculiaridades apresentadas pelos solos tropicais, a saber:

Solos Lateríticos - “Constituem a camada mais superficial das áreas bem drenadas,

caracterizada pela cor, em que predominam os matizes vermelho e amarelo, com

espessura que pode atingir com muita frequência mais de 2m, porém só raras vezes

ultrapassa 10m. Mineralogicamente, caracterizam-se pela presença de grãos muito

34

resistentes mecânica e quimicamente, na fração areia e pedregulho, e elevada

percentagem de partículas constituídas de hidróxidos e óxidos de Fe e Al, na fração

argila (partículas de diâmetro menor que 2 µm); o argilo-mineral normalmente presente

nesta fração é a caulinita. Os grãos mais finos estão agregados, formando uma massa de

aspecto esponjoso cujos elementos constituintes lembram pipocas. Nessas condições

distinguem-se grandes volumes de vazios, mas não os grãos individuais. Nessa estrutura

contínua, em linhas gerais, na escala macroscópica, nota-se a presença de torrões, que

podem ser bastante resistentes à ação hídrica, e grande quantidade de vazios

preenchidos de ar, o que justifica a sua baixa massa específica aparente e elevada

permeabilidade.”

Solos Saprolíticos - “Constituem em suas condições naturais, camadas subjacentes às

lateríticas ou outros solos pedogenéticos, ou, ainda, a solos sedimentares ou

transportados. As espessuras dessas camadas são das mais variadas, atingindo

freqüentemente várias dezenas de metros. Suas cores também variam muito, sendo

freqüente uma mesma amostra apresentar partes de diversas cores diferentes. Sua

aparência macroscópica é em geral caracterizada pela presença de camadas, manchas,

xistosidades, vazios, etc; em grande parte herdadas da rocha matriz que lhes deu origem.

Contrastando com os solos lateríticos, são genuinamente residuais. Sua constituição

mineralógica é caracterizada pela presença freqüente de grande número de minerais,

parte dos quais são decorrentes do processo de intemperização e parte herdado da rocha

matriz. Os minerais neoformados constituem na maioria dos casos associações, muitas

vezes pseudomorfas, mas os seus contornos são facilmente distinguíveis em

microscopia eletrônica de varredura. Na fração argila pode ocorrer grande variedade de

argilo-minerais e a fração silte pode ter mineralogia muito variada e peculiar como os

macrocristais de caulinita e mica, que podem impor comportamentos peculiares a estes

solos.”

A classificação MCT, proposta por Nogami e Villibor (1980, 1981 e 1995),

permite identificar as peculiaridades dos solos lateríticos ou saprolíticos, com base em

ensaios em amostras de solos compactados de acordo com o ensaio de Mini-MCV e da

Perda de Massa por Imersão em Água. Os solos são divididos em duas classes distintas:

a de comportamento laterítico e a de comportamento não laterítico, subdividos em sete

grupos;

35

Areias Lateríticas (LA) - Neste grupo estão inclusas, as areias com poucos finos

lateríticos, conhecidas pedologicamente como areias quartzosas e regossolos, sendo

típicas do horizonte B.

Solos Arenosos Lateríticos (LA’) - Solos tipicamente arenosos, pertencentes ao

horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente no Brasil por latossolos arenosos,

solos podzólicos ou podzolizados arenosos de textura média. Eles apresentam coloração

vermelho e/ou amarelo, com cortes firmes resistentes à erosão, porém em alguns casos

trincados, com estrutura colunar, quando expostos às intempéries.

Solos Argilosos Lateríticos (LG’) - Este grupo é formado por argilas e argilas arenosas,

pertencentes ao horizonte B dos latossolos, solos podzólicos e terras roxas estruturadas.

Quando apresentam percentagens de areia elevadas, tem um comportamento semelhante

aos solos do grupo LA’.

Areias Não Lateríticas (NA) - Os solos pertencentes a este grupo são as areias, siltes e

misturas de areias e siltes, cuja mineralogia dos grãos é principalmente quartzo e micas.

Não existe a presença de argilas e siltes cauliníticos.

Solos Arenosos Não Lateríticos (NA’) - Compostos granulometricamente por misturas

de areias quartzosas, com a fração fina (material que passa na peneira de abertura 0,075

mm) possuindo um comportamento não laterítico. São solos saprolíticos originados de

rochas com grande quantidade de quartzo na sua composição mineralógica, como os

granitos, gnaisses, arenitos e quartzitos.

Solos Siltosos Não Lateríticos (NS’) - Esse grupo de solos é resultante da ação do

intemperismo das rochas ígneas e metamórficas. Estes possuem em sua composição

mineralógica feldspatos, micas e quartzo, dando origem a solos saprolíticos silto-

arenosos.

Solos Argilosos Não Lateríticos (NG’) - O grupo engloba os solos saprolíticos

argilosos, provenientes da alteração de rochas sedimentares, ígneas ou metamórficas.

Este grupo é composto por solos superficiais não lateríticos, como os vertissolos (solos

com alta percentagem de matéria orgânica) e outros tipos de solos transportados.

A Figura 3.1 mostra o gráfico proposto por Nogami e Villibor (1981,1995) para

a classificação MCT, com o posicionamento dos grupos de solos citados anteriormente

36

em função do coeficiente c’ e do índice e’, obtidos a partir dos ensaios de mini-MCV e

de perda de massa por imersão em água .

Figura 3.1 - Gráfico da Classificação MCT (Nogami e Villibor, 1995)

O ensaio de Mini-MCV foi escolhido por Nogami e Villibor (1980) para definir

parâmetros novos para classificação de solos como os coeficientes c’ e d’, responsáveis

pela classificação geotécnica MCT.

Para maior conhecimento do sistema de classificação MCT, deverá ser

consultado Nogami e Villabor (1980, 1981 e 1995). A obtenção expedita da classe MCT

pode ser feita com maior simplicidade, obtendo-se empiricamente os valores dos

parâmetros e índice de classificação MCT pela consideração da contração, consistência

e inchamento de corpos-de-prova moldados em anéis de 20mm de diâmetro, ensaio de

pastilhas, consultar Nogami e Villabor (1995).

3-3) Classificação Resiliente dos Solos.

Segundo Medina (1997), deve-se a Francis Hveem o primeiro estudo sistemático

para determinar a deformabilidade dos pavimentos, através de uma campanha de

medidas em 1951. Neste período, estabeleceram as máximas deflexões admissíveis para

que os pavimentos tivessem uma vida de fadiga satisfatória. Hveem, relacionava o

trincamento progressivo que ocorria nos revestimentos asfálticos com as deformações

resilientes das camadas subjacentes, principalmente o subleito. Ele preferiu usar o termo

NS’

NA’

NA

LA

LA’

NG’

LG’

Índ

ice

e’

2,0

2,2

1,75

1,5

1,4

1,15

1,0

0,5

0,27 0,45 1,7

0 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Coeficiente c’

L = LATERÍTICON = NÃO LATERÍTICOA = AREIA A’ = ARENOSOG’= ARGILOSOS’ = SILTOSO

37

resiliente, ao invés de elástica para as deformações reversíveis, argumentando que, estas

são nos pavimentos muito maiores que nos sólidos elásticos como o concreto, aço, etc.

O ensaio de CBR determina o índice de resistência à penetração por compressão

de um solo. Este pode não corresponder ao efeito das cargas que são aplicadas

rapidamente, com intensidade variável e frequências diferentes, ocasionando na maioria

das vezes deslocamentos muito reduzidos, com valores bem menores do que 0,1

polegada considerado no referido ensaio. Portanto comentava Seed em 1955, (apud

Santos, 1998), que são baixas as correlações entre o índice de resistência CBR com o

desempenho do pavimento. Solos que apresentam o mesmo valor de CBR (resistência)

podem possuir comportamentos diferentes quando submetidos a ação de cargas

repetidas.

Os estudos de laboratório sobre resiliência dos solos, no Brasil, iniciados em

1977 na COPPE/UFRJ teve como referência fundamental o Special Report 162 do TRB

de 1975, conforme Medina (1997). Estes estudos intensificaram-se a partir do Convênio

COPPE/UFRJ e o IPR/DNER em 1978. Várias teses de mestrado e doutorado no estudo

da mecânica dos pavimentos foram desenvolvidas ao longo destes anos, resultando

numa grande quantidade de informações sobre o comportamento de ensaios dinâmicos

de carga repetidas em solos, misturas asfálticas e bases cimentadas. A partir destes

dados, foi possível obterem-se parâmetros de resiliência e modelos de fadiga, adotados

para dimensionamento de reforço dos pavimentos flexíveis por Preussler (1983) e nos

dimensionamentos de pavimentos novos por Motta (1991).

A Classificação resiliente dos solos, segundo o Manual de Pavimentação do

DNER de 1996, fundamenta-se no conhecimento do módulo de resiliência dos

materiais, MR, expresso por modelos de comportamento elástico não linear.

Pelo banco de dados que serviu de base para esta proposição de classificação,

sabe-se que algumas características estão implícitas tais como os solos granulares são

aqueles que apresentam menos que 35% em peso de material passando na peneira nº

200 (0,075 mm). O modelo que tem sido normalmente utilizado para retratar o

comportamento do solo granular é:

MR = k1σ3k2 (3.1)

onde:

38

MR - é o módulo de resiliência;

σ3 - tensão de confinamento;

k1 e k2 - são constantes ou parâmetros de resiliência determinadas em ensaio triaxial de

carga repetida.

Na figura 3.2 , são apresentados os comportamentos resiliente das classes de

solos A, B e C, que retrata o modelo MR = k1σ3k2.

O solo do grupo A apresenta grau de resiliência elevado, não sendo aconselhado

seu uso em estrutura de pavimentos.

O solo do grupo B apresenta resiliência moderada, podendo ser empregado em

qualquer camada do pavimento, dependendo de K2 se K2 ≤ 0,50 terá bom

comportamento, caso contrário, ou seja K2 > 0,50, depende da espessura e da qualidade

do subleito.

O Solo do grupo C de baixo grau de resiliência pode ser utilizado em qualquer

camada do pavimento, resultando em estruturas com baixas deflexões.

Um comentário que deve ser feito sobre esta ou qualquer outra “classificação

resiliente”, tanto de solos granulares quanto de solos finos é que este tipo de parâmetro

vinculado ao comportamento tensão-deformação, o MR, não é propício como índice de

qualificação de um agrupamento de solos, especialmente quando expressa

comportamento elástico não linear. O MR não é um valor intrínseco do material, não é

uma propriedade índice, pois varia com a forma de obtenção, com as características de

moldagem do corpo de prova, com a energia e muitos outros parâmetros. Além disso,

sabe-se que a mecânica dos pavimentos trabalha modelando o pavimento como um

sistema em camadas, portanto qualquer material vai ter que ser compatibilizado com

seus “vizinhos” na estrutura. Muitos autores já comentaram que os ensaios dinâmicos

não são indicados para “especificações” genéricas, devem sim compor as exigências de

cada especificação de cada projeto específico.

Uma das grandes vantagens do uso dos métodos mecanísticos de

dimensionamento é não partir a priori de restrições quanto aos materiais, o que de certa

forma é o que se quer com qualquer classificação.

39

Figura 3.2 – Classificação resiliente de solos granulares (Manual DNER-1996)

Segundo Preussler (1978) “quando um determinado solo não coesivo (areia ou

pedregulho) é submetido a um carregamento repetido, grandes deformações

permanentes ocorrem durante os primeiros ciclos da carga, como conseqüência de

movimentos relativos entre partículas, ou fratura das mesmas nos pontos de contato.

Com a repetição de carregamento, o material adquire rigidez e as deformações

permanentes ao final de cada ciclo da carga aplicada diminuem até tornarem-se muito

pequenas ou nulas. A partir deste instante, o solo apresenta um arranjo estável de

partículas e um comportamento quase elástico no sentidos de que toda a deformação

nele causada pelo carregamento é recuperável quando este é retirado. Nestas condições

o módulo do material torna-se aproximadamente constante.”

Sabe-se, atualmente que conforme a tensão desvio pode haver o acomodamento

das deformações permanentes, como cita Preussler. Porém para tensões desvio de certa

porte ou valor limiar da mesma, a deformação permanente pode crescer continuamente.

MÓ

DU

LO R

ES

ILIE

NT

E, M

(k

gf/c

m )

R2

10.000

5.000

1.000

500

2000,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

GRUPO C

GRUPO B

GRUPO A

TENSÃO CONFINANTE, (kgf/cm )32

40

Como referência a este aspecto do acomodamento plástico, consulte-se Guimarães

(2001).

Os solos finos são representados por solos que apresentam mais que 35% em

peso de material passando na peneira n.º 200 ( 0,075 mm).

A figura 3.3 apresenta o comportamento dos solos finos do tipo I, II e III, e

retrata o modelo dos mesmos definido pelas equações:

MR = k2 + k3 [ k1 – (σ1 - σ3)] k1 > (σ1 - σ3) (3.2)

MR = k2 + k4 [ (σ1 - σ3) – k1] k1 < (σ1 - σ3) (3.3)

onde:

MR = módulo resiliente;

(σ1 - σ3) = tensão-desvio, σd, aplicado repetidamente;

k1,k2,k3,k4 = constantes ou parâmetros de resiliência determinados

experimentalmente, em ensaios triaxiais de carregamento repetido.

O solo do Tipo I – possui bom comportamento quanto à resiliência, podendo ser

utilizado como subleito e reforço, podendo ser utilizado em alguns casos com sub-base.

O solo do Tipo II – possui comportamento regular quanto à resiliência, podendo

ser utilizado como subleito e reforço.

O solo do Tipo III – possui comportamento ruim quanto à resiliência, sendo

vedado seu emprego em camadas do pavimentos.

Os módulos de resiliência considerados representativos dos três tipos de solos

finos, podem ser estimados através das equações 3.4, 3.5 e 3.6. Estes valores foram

estabelecidos por Preussler e Pinto em 1982, citado em Preussler (1983) como mostrado

na figura 3.3, sendo atualmente apresentado no Manual do DNER de 1996, com valores

típicos dos resultados dos ensaios dos solos estudados até aquela data resultantes de

amostragens em estradas federais brasileiras.

Tipo I MR = 4874 σd -1,129 (3.4)

Tipo II MR = 1286 σd - 0,5478 (3.5)

Tipo III MR = 530 kgf/cm2 (3.6)

Onde: MR = módulo de resiliência e σd = tensão desvio.

41

Figura 3.3 – Classificação resiliente de solos Finos (Manual do DNER-1996)

O Manual do DNER (1996), apresenta também uma classificação para solos

finos, denominado Método Indireto, para quando não for possível se realizar o ensaio de

módulo de resiliência. Pode-se fazer a classificação indiretamente através da

percentagem de silte (S%) do solo na fração que passa na peneira nº 200 ( 0,075 mm), e

do valor de seu CBR, conforme a Tabela 3.1.

Tabela 3.1 - Classificação dos Solos Finos pelo Método Indireto (Manual do DNER,

1996).

S%

CBR

≤ 35 35 – 65 ≥ 65

≤ 5 III III III

6 – 9 II II III

≥ 10 I II III

3-4) Caracterização dos Solos pelo Ensaio do Azul de Metileno

15.000

10.000

5.000

00 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Tipo I

K 3

K2

1

Tipo II

Tipo III K1

1 K4

SOLO

TIPO I 0,81 5.000 22.070 -2.525

0,78 1.150 2.860 -162

M = 530 kgf/cm

TIPO II

TIPO III

CONSTANTESK1

R2

M ( kgf/cm )R2

( kgf/cm )2d

K2 K 3 K4

42

Trata-se de uma técnica ainda pouco utilizada no meio rodoviário do Brasil, mas já

bastante difundida no exterior principalmente na França. Esta foi padronizada pelo

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC, 1979), onde foram desenvolvidos

inúmeros trabalhos utilizando esta metodologia. O ensaio de azul de metileno foi

divulgado no meio técnico brasileiro de pavimentação pela primeira vez por Casanova

(1986) indicando que este ensaio relativamente simples poderia ser utilizado nas

determinações da Capacidade de Troca Catiônica, CTC, e na Superfície Específica, SE,

mesmo para as amostras com elevados teores de sesquióxidos, como é o caso dos solos

tropicais.

Segundo o "Merck Index" (apud Pejon, 1992), o azul de metileno é um corante

orgânico básico, possuindo uma composição molecular C16H18N3SCl.3H2O, conhecido

formalmente como cloridrato de metiltiamina. Caracteriza-se como um corante

catiônico, isto é, em solução aquosa encontra-se dissociado em ânions cloreto e cátions

de azul de metileno.

O LCPC (1979), publicou um trabalho com os objetivos, procedimentos para

execução e os materiais de laboratório necessários para a realização do ensaio de

adsorção de azul de metileno pelo método da mancha, na caracterização da fração fina

dos solos, para uso rodoviário.

A partir da quantidade da solução de azul de metileno adicionada, é possível

determinar-se a capacidade de troca catiônica - CTC (meq/100g de solo), a superfície

específica - SE (m2/g), a quantidade adsorvida de azul de metileno pelo solo - VB

(g/100g de solo) e a quantidade adsorvida pela fração argilosa - AcB (g/100g de argila).

No trabalho apresentado pelo LCPC (1979), ficou definido que o coeficiente de

atividade das partículas de um solo, pode ser expresso pela razão entre o valor de azul

de metileno consumido pelo solo vezes 100 e a percentagem de solo que passa na

peneira (diâmetro) que se deseja ensaiar. Por exemplo, para se medir o coeficiente de

atividade de frações menores do que 0,002 mm utiliza-se a equação 3.7:

m 2%

100VCA B

2 µ<×

= (3.7)

onde:

CA2 = coeficiente de atividade do solo para a fração menor que 0,002mm;

VB = valor do azul de metileno (quantidade consumida de solução padronizada por 100g

de solo);

43

% < 2 µm = percentagem de solo com partículas menores do que 0,002 mm.

Lan (1981) apresentou uma proposta de modificação com a inclusão do valor de

VB na carta de classificação de solos da RTR (Recommandation pour les Terrassements

Routiers), destacando-se que esta proposição se aplica para os solos da França .

Na tabela 3.2 é apresentada a classificação de solos pela “Recomendação para

Camada de Subleito de Vias”, RTR, com valores de Vb sugeridos por Lan.

Schaeffner (1989) fez uma segunda proposição para a RTR, baseada nos ensaios

de azul de metileno que está mostrada na Tabela 3.3. Deve ser ressaltado que a

classificação da RTR agrupa os solos em 6 classes de A a F e na referida tabela, é

citado apenas os grupos de A a D. As classes que não constam no referido quadro são as

E e F, que representam os solos provenientes de alteração de rocha e os originados de

matéria orgânica, resíduos industriais, etc., respectivamente.

No Brasil, alguns pesquisadores têm utilizado o ensaio de adsorção de azul de

metileno pelo método da mancha, com o objetivo de caracterizar a fração fina dos solos.

Os estudos iniciais eram restritos ao meio da tecnologia da cerâmica, entretanto

atualmente estas pesquisas visam sua aplicação na geotecnia para o mapeamento

geotécnico ou em obras viárias. Várias teses de mestrado e doutorado, bem como

trabalhos técnicos, foram desenvolvidas no país, tratando deste tema, podendo-se

destacar os trabalhos de Casanova (1986), Fabbri e Sória (1991), Pejon (1992), Fabbri

(1994), Barroso (1996), Burgos e Orencio (1998), Costa e Gandolfi (1998) e Chaves

(2000).

Casanova (1986) estudando amostras de solos lateríticos no laboratório de solos

na COPPE/UFRJ, sugere a utilização do ensaio de azul de metileno pelo método da

mancha, para caracterizar as propriedades químicas e físico-químicas de superfície

destes tipos de solos.

Casanova (1986) procurou despertar a atenção do meio geotécnico rodoviário

para a utilidade deste método na caracterização da fração fina dos solos. Através deste

ensaio é possível determinar-se a capacidade de troca catiônica e a superfície específica

com apenas uma operação. Este pesquisador conclui que, por tratar-se de um ensaio

simples, rápido e com boa reprodutibilidade, pode ser adotado para caracterizar de

forma expedita os solos lateríticos.

44

Tabela 3.2: Classificação de Solos da RTR (Recommandation pour les TerrassementsRoutiers), com os Valores de VB (Lan,1981).

CLASSE Vb

A0 < 0,1

IP < 10% A1 0,1 – 1,5

10% < IP < 20% A2 1,5 – 5

20% < IP < 50% A3 5 – 9

Sol

os F

inos

D

<

50

mm

pass

ando

na

#

0,08

0 m

m >

35%

IP > 50% A4 > 9

ES > 35% B1 < 0,1retido na# 2 mm <30% ES < 35% B2 0,1 – 0,5

ES > 25% B3 <0,1

5% <

0,0

80 m

m <

12%

retido na# 2 mm >30% ES < 25% B4 0,1 – 0,5

IP < 10% B5 0,5 – 1,5

Sol

os a

ren

osos

e p

edre

gulh

osco

m f

inos

D

<

50

mm

pa

ssan

do

na

#0,

080

mm

ent

re 5

e 3

5%

12% < 0,080 mm< 35% IP > 10% B6 1,5 – 5

% na # 0,080 mm elevada C1 > 1,5

D < 250 mm C2 0,1 – 1,5

Sol

os c

omfi

nos

e g

ross

os

D

>

50

mm

pass

ando

na

#

0,08

0 m

m >

5%

% na # 0,080 mmpequena D > 250 mm C3 0,1 – 0,5

retido na # 2 mm <30%

D1 < 0,1

D < 50 mmretido na # 2 mm >

30%D2 < 0,1

50 mm < D < 250 mm D3 < 0,1

Sol

os e

roc

has

inse

nsí

veis

à á

gua

pass

ando

na

# 0,

080

mm

< 5

%

D > 250 mm D4 < 0,1

45

Tabela 3.3: Classificação da RTR, com a Inclusão do VB, proposta por Schaeffner

(1989).

ClasseRTR

Designação Parâmetros de identificação considerados Sub-classe

VB < 2,5 A1

12 < IP < 25 ou 2,5 < VB < 6 * A2

25 < IP < 40 ou 6 < VB < 8 * A3

A Solos Finos

Dmáx < 50mm

% passandona # 0,080mm > 35%

IP > 40 ou VB > 8 * A4

VB < 0,2 B1% # 2 mm> 70% VB > 0,2 B2

VB < 0,2 B3

Dmáx < 50mm

% passandona # 0,080mm < 35%VB > 0,1

% # 0,080 >12%

% # 2 mm< 70% VB > 0,2 B4

VB < 1,5 B5

B

Solosarenosos epedregulhoscom finos

% # 0,080 mmde 12 a 35%

VB > 1,5 B6

% # 50 mm superior a 60 a 80% C1

C

Solos comfinos egrossos

Dmáx > 50mm

VB > 0,1% # 50 mm inferior a 60 a 80% C2

% # 2 mm >70% D1

Dmáx < 50 mm% # 2 mm < 70% D2D

Solosinsensíveis àágua

% # 0,080mm < 5%

Dmáx > 50 mm D3

Fabbri e Sória (1991) apresentaram os resultados de uma pesquisa utilizando o

ensaio de azul de metileno, pelo método da mancha, com o objetivo de avaliar a

atividade dos argilo-minerais, com a finalidade de classificar solos.

Casanova (1986) descreve simplificadamente a metodologia de execução do

ensaio de azul de metileno, chamando a atenção para a necessidade de fixar o pH da

água em torno de 7, para garantir o ponto de carga zero ao se efetuar o ensaio.

46

Para realização deste ensaio é necessário uma pequena quantidade da amostra e

são utilizados equipamentos simples, apresentados na figura 3.4.

Figura 3.4- Equipamentos para Execução do Ensaio de Adsorção de Azul de Metileno

pelo Método da Mancha (Fabbri, 1994 e Barroso, 1996)

De forma resumida, a seqüência para a realização do ensaio é:

1º - Pesar 1,0 g do material que passa na peneira de n.º 200 e deposita-lo num

béquer com 100 ml de água destilada, que deve ser colocado sobre o agitador magnético

e, em seguida, colocar o aparelho em funcionamento;

2º - Adiciona ao béquer 1,0 ml de solução padrão de azul de metileno, através de

bureta graduada e agita-se por 1 minuto, para que ocorra a dispersão da solução;

3º - Com auxilio de um bastonete de vidro, retirar uma gota da solução, sem

desligar o agitador magnético, e pingar sobre o papel de filtro;

4º - Observar a difusão da gota no papel de filtro, deverá surgir uma mancha

circular, com um núcleo escuro contendo as partículas do solo da suspensão, envolta por

uma outra mancha de cor mais clara que corresponde à fase líquida da suspensão, como

mostra a mancha da esquerda na figura 3.5. Quando o ponto de viragem for atingido,

isto é, houver excesso de corante na solução, surgirá uma aura azulada ou esverdeada

em volta do núcleo como pode ser observado na mancha da direita na figura 3.5, que

deverá permanecer nítida por um período mínimo de 3 minutos. Após este tempo de

47

espera em que o agitador permanece em funcionamento, repete-se a operação anterior

para confirmação, surgindo a mancha fica comprovado o excesso de corante na solução,

anota-se em seguida, a quantidade (volume) de solução padrão de azul de metileno que

foi necessária para atingir o ponto de viragem;

5º - Caso contrário, isto é, se a aura não surgir ou desaparecer antes de atingir os

3 minutos de espera, deverá ser acrescentada mais solução padrão de 1,0 em 1,0 ml por

vez, até que se obtenham as condições exigidas no ítem anterior para considerar o

ensaio concluído.

Figura 3.5- Exemplo da Mancha formada no ensaio de Azul de Metileno (Lan, 1981).

A Associação internacional de Lama Asfáltica (International Slurry Surfacing

Association) em 1989 propôs um método de Adsorsão em Azul de Metileno para

agregados finos e filer. O método é usado para quantificar a proporção de argila do

grupo esmectita, material orgânico e hidróxidos de ferro presente nos agregados, dando

uma indicação da atividade da superfície dos agregados. O método é similar ao descrito

anteriormente, com variação no tempo de permanência da coloração azul da mancha

que é definido em 5 minutos.

A AASHTO também desenvolveu um método padrão com o azul de metileno

para determinar valor de argilas presente em filer e agregados finos, originalmente

aprovado em 1997, provisoriamente publicado em 1998 e com versão final em 1999,

com a designação TP57-99. O método consiste em determinar a proporção de fino

prejudicial presente no material (como argila e material orgânico).

São definidos faixas de adsorsão do Azul de metileno com a expectativa de

desempenho do material, apresentado na tabela 3.4.

48

Tabela 3.4- Tabela com a relação do consumo de azul de metileno com o desempenho

do material ( AASHTO- TP57-99)

Azul de metileno ( mg/g) Desempenho esperado

≤ 6 Excelente

7-12 Aceitável porém no limite

13-19 Problemas/possibilidade de falha

≥ 20 Deficiente

O Catálogo Francês de 1998, também utiliza o ensaio de azul de metileno

associado com a granulometria e o índice de plasticidade para classificação de solos e

materiais rochosos, conforme figura 3.6.

A classificação dos solos e materiais rochosos, na norma francesa NF P 11-300,

reagrupa todos ao materiais em 3 grandes categorias:

- Os solos (classes A, B, C e D) são subdivisíveis em categorias segundo seus

diâmetros (granulometria), índice de plasticidade e valor obtido no ensaio

com azul de metileno.

- Os materiais rochosos são classificados no tipo R, podem variar em função

do tipo de rocha de R1 a R6.

- Os solos orgânicos e os de origem de produtos industriais são considerados

do tipo particulares, com classificação do tipo F.

49

Para maiores informações, consultar Norma Francesa, NF P 11-300, “ Exécution

des terrassements – classification des matériaux utilisables dans la construction des

remblais et des couches de forme d`infrastructures routières”, setembro de 1992.

Figura 3.6- Classificação de solos e materiais rochosos com emprego do azul de

metileno (Catálogo Francês 1998)

3-5) Ensaio Triaxial Dinâmico

Nos ensaios triaxiais de carga repetida, a tensão vertical ou tensão desvio (σ1-σ3)

é aplicada no topo da amostra, sempre no sentido de compressão, de forma cíclica,

promovendo um carregamento e descarregamento, dependendo da freqüência e

magnitude que se deseja, enquanto a tensão confinante, σ3, permanece constante.

Numa fase inicial, promove-se um condicionamento do material a ensaiar,

eliminando ou minimizando os efeitos da deformação plástica e da história de tensões.

50

A segunda fase é a realização do ensaio para obtenção do MR, com aplicações de pares

de tensões desvio (σd) e confinante (σ3) medindo-se a deformação especifica resiliente.

Como o Módulo é a relação entre a tensão e a deformação resiliente, pode-se obter o

módulo para qualquer par de tensões desvio e confinante, através da equação obtida por

regressão, que possibilita determinar o comportamento elástico do material, em função

de parâmetros experimentais K e das tensões atuantes no pavimento e subleito.

Os procedimentos para a realização do Ensaio Triaxial Dinâmico na

determinação do Módulo de Resiliência em amostras de solos, são descritos no método

ME 131/94, Solos – “Determinação do Módulo de Resiliência” do DNER. Recomenda-

se a tese de Vianna (2002) como atualização deste método.

A seguir, são apresentadas as diversas fases de execução do ensaio em amostras

conforme realizado no laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ:

1º - Preparação dos Corpos- de- Prova.

Inicialmente são realizados os procedimentos normalmente adotados para

ensaios em amostras deformadas de solos, isto é, secagem, destorroamento e

quarteamento. Em seguida determina-se a umidade higroscópica e obtém-se a massa

específica seca máxima e umidade ótima através das curvas de compactação no Proctor

Normal para o subleito e Intermediário para sub-base e Modificado ou Intermediário

para a base. Deve-se tomar uma quantidade de solo suficiente para preencher o molde

de compactação e adiciona-se água complementar até ser atingida a umidade ótima,

sendo então o material homogeneizado e acondicionados em sacos plásticos

hermeticamente fechados que ficarão em câmara úmida por um período mínimo de 12

horas.

Decorrido o tempo mínimo para a distribuição homogênea da umidade ótima no

solo, procede-se à compactação do material, em camadas, por impacto, através de um

soquete movido por um compactador mecânico, na energia especificada para a amostra.

A compactação do material é realizada em um cilindro tripartido de aço preso por duas

braçadeiras e fixado a uma base de aço com três parafusos. Este molde possui as

dimensões 10 cm de diâmetro × 20 cm de altura (razão 1:2) que é compatível com a

granulometria fina do solo e do material granular até 1 polegada. Em caso de material

mais graúdo, pode-se usar molde de dimensões 15 cm de diâmetro x 30 cm de altura,

sendo empregado este molde para muitas bases de brita graduada ou corrida ou lastro de

ferrovia. Após a conclusão do processo de compactação, o corpo de prova no cilindro é

51

pesado, em seguida são afrouxados os parafusos das braçadeiras, permitindo remover

cada uma das partes do molde, para a retirada do corpo de prova sem que ocorra danos.

Posteriormente, o corpo-de-prova é envolvido com uma membrana de borracha, estando

o mesmo assentado em uma base porosa e com o cabeçote já posicionado sobre o corpo

de prova. Para garantir o confinamento, elásticos são colocados de forma a vedar a

membrana elástica no cabeçote e na base do aparelho.

2º - Montagem do Ensaio Triaxial Dinâmico

Para que se tenha uma garantia na qualidade dos Ensaio Triaxial Dinâmico é

necessário muito cuidado na montagem do corpo de prova no aparelho de ensaio, cujo

esquema ilustrativo é apresentado na Figura 3.7, mostrando os diversos componentes do

equipamento utilizado para a realização do ensaio triaxial. De forma sucinta os

procedimentos adotados são:

- coloca-se o corpo de prova envolvido na membrana de borracha, já com a

base porosa, na base do aparelho e o cabeçote sobre o mesmo;

- realiza-se a fixação dos transdutores mecano-eletromagnéticos do tipo LVDT

("linear variable differential transformer”), presos ao cabeçote superior e

apoiado numa haste guia que se estende até a base, onde se localiza o

parafuso de ajuste que se liga externamente à célula, neste ponto devem ser

pré-ajustados os LVDT;

- em seguida, é colocado o invólucro cilíndrico da câmara e a placa superior

de vedação sendo corretamente fixada;

- novamente se promove o ajuste dos transdutores, através de guias na base do

aparelho e observando o monitor do computador que registra os

deslocamentos dos LVDT;

- com o nome do arquivo, os dados do material, do molde e da energia de

compactação utilizada registrados na tela de comando do ensaio, dá-se inicio

ao condicionamento, sendo que o equipamento triaxial da COPPE já esta

automaticamente programado para realização desta fase;

- após condicionamento, ajustam-se novamente os transdutores e inicia-se o

ensaio triaxial, onde as condições para o ensaio já estão programadas;

- ao término do ensaio, o operador pode verificar os valores e os gráficos

diretamente no monitor, possibilitando sua impressão imediata, e caso todos

os pontos tenham sido computados ou nenhuma anomalia verificada, o

52

ensaio pode ser dado como terminado e o corpo de prova deve ser retirado

imediatamente para pesagem e secagem em estufa. Havendo qualquer

anomalia nos resultados, pode-se imediatamente reiniciar o ensaio triaxial,

sem a necessidade de proceder o condicionamento.

Para maior ilustração do ensaio, esquematicamente mostrado na figura 3.7,

obtida de Medina (1997), mostra-se nas figura 3.8 foto realizada durante ensaios deste

trabalho no Laboratório de Geotecnia da COPPE.

Em linhas gerais, a metodologia empregada atualmente pela COPPE para

realização dos ensaios triaxiais dinâmicos, independente do material e da energia,

considera para a fase de condicionamento, a aplicação de cerca de 500 vezes o par de

tensões desvio e confinante, com os níveis de tensões apresentado na tabela 3.5:

Tabela 3.5 - Níveis de tensões aplicado na fase de condicionamento ( COPPE-UFRJ)

Tensão confinante, σ3 ( MPa) Tensão desvio, σd ( MPa) Razão de tensões, σ1/σ3

0,07 0,07 2

0,07 2,10 4

0,105 0,315 4

53

Figura 3.7- Esquema Ilustrativo do Equipamento de Ensaios Triaxiais de Carga

Repetida da COPPE/UFRJ (MEDINA, 1997).

Figura 3.8- Foto da fase de montagem do corpo de prova no Ensaio Triaxial Dinâmico

no Laboratório de Geotecnia da COPPE.

A – Regulador de pressão para aplicaçãoda tensão-desvio

B – Regulador de pressão para aplicaçãode tensão confinante

C – Sistema para vácuo D – Temporizador de controle da

freqüência e tempo de duração docarregamento (tensão desvio)

E – Válvula de três vias F – Amplificador de sinal G – Oscilógrafo ou microcomputador com

monitor e impressora 1 – Cilindro de pressão 2 – Pistão 3 – Conexão 4 – Haste 5 – Cabeçote (top-cap) 6 – LVDT – transdutor de deslocamento 7 – Amostra de solo 8 – Alça de fixação dos LVDTs 9 – Base10 – Suporte central11 – Célula triaxial12 – Estrutura da prensa

A E

D

1

2

12

6

7

98

10

5

11

4

3

G FB

C

112

.5 c

m

60 cm

54

Durante a fase do ensaio para obtenção do módulo são aplicados os níveis de

tensões, apresentados na tabela 3.6; aplicam-se cerca de 5 vezes a tensão desvio, ou

mais caso o programa não registre um bom sinal.

Tabela 3.6 - Níveis de Tensões utilizados durante o Ensaio Triaxial Dinâmico

Especificado pela COPPE.

Tensão confinante, σ3 ( MPa) Tensão desvio, σd ( MPa) Razão de tensões, σ1/σ3

0,021 2

0,041 30,021

0,062 4

0,034 2

0,069 30,034

0,103 4

0,051 2

0,103 30,051

0,155 4

0,069 2

0,137 30,069

0,206 4

0,103 2

0,206 30,103

0,309 4

0,137 2

0,275 30,137

0,412 4

Para ilustração é apresentada a foto da figura 3.9, do equipamento Triaxial

Dinâmico da COPPE/UFRJ, com os resultados apresentados em forma gráfica, no

55

monitor do computador, pronto para ser impresso ou para ser analisado, permitindo

repetir em caso de dúvida ou alguma anomalia no ensaio.

O módulo de resiliência está relacionado com o tipo de material, sua constituição

mineralógica, textura, plasticidade, umidade, densidade e estado de tensões. Geralmente

o ensaio é realizado na umidade ótima e na condição de drenagem livre.

Existem vários modelos de resiliência, com base na relação tensão/deformação,

destacando-se, os utilizados no Programa FEPAVE 2, apresentados na tabela 3.7 :

Tabela 3.7 - Modelos de Módulo de Resiliência utilizado no Programa FEPAVE 2.

Classe Modelo Comportamento

0 MR= f (T º C) Visco-Elástico

1 MR= K1σ3K2 Granular

2

MR= K2 + K3(K1 - σd ), para σd< K1

MR= K2 + K4(σd - K1 ), para σd> K1Coesivo Bi-Linear

3 MR= Constante Elástico Linear

4

MR= K2 + K3(K1 - σd ) σ3K5, para σd< K1

MR= K2 + K4(σd - K1) σ3K5, para σd> K1

Combinado

5 MR= K1θ K2 Granular f (θ )

6 MR= K1σdK2 Coesivo

7 K1 σ3K2 σd

K3 Composto

56

Figura 3.9 – Foto do resultado do ensaio triaxial dinâmico exibida de forma gráfica no

monitor do computador

57

CAPÍTULO 4

HISTORICO SOBRE CATÁLOGO DE PAVIMENTOS.

O objetivo de se dispor de um de Catálogo de pavimentos é facilitar o trabalho

dos engenheiros que têm que projetar e orçar estruturas de pavimentos, colocando à

disposição dos mesmos uma gama de possibilidades de soluções, entre as quais se

escolherá a mais adequada com base nas considerações técnicas e econômicas, em cada

caso a resolver.

O Catálogo de pavimentos a ser enfocado neste estudo é o que se aplica a

pavimentos a serem construídos, podendo ser aplicado no caso da reconstrução total de

um determinado pavimento.

Existem vários países europeus que utilizam Catálogos de pavimentos, contendo

estruturas-tipo, como a França, Portugal, Espanha. No caso espanhol, também existe

uma proposição para reforço de pavimentos.

No Brasil o emprego de Catálogos teve seu início na Prefeitura de São Paulo e

recentemente foi desenvolvida uma Tese na Universidade Federal do Rio Grande do

Sul, com objetivo de propor estruturas-tipo de pavimentos flexíveis em vias Urbanas da

Região Metropolitana de Porto Alegre. Outras tentativas e até proposições empíricas

para sistemas particulares existem no Brasil, como por exemplo o empregado pela

Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano do Estado de São Paulo,

CDHU, mas por serem muito rudimentares não serão aqui detalhados.

4.1) CATÁLOGO FRANCÊS.

Na Europa, um dos países de maior avanço na área de pavimentação é a França,

por esta razão será detalhada com maior ênfase a evolução do Catálogo Francês.

A França apresenta uma área de 551.000 km2, o quadro de crescimento de sua

população apresenta pouca evolução, em 1990 a população era de 56.615.500 habitantes

e em 2002 de 59.107.500 habitantes, representando um crescimento da ordem de 4,5 %,

em 12 anos.

Em relação ao Município do Rio de Janeiro cuja a área é de 1264,2 km2, a

França apresenta uma área maior que 435 vezes que a do Município.

A figura 4.1 mostra o mapa da Europa com a França em destaque, sendo este

país uns dos maiores e devido sua posição central na Europa é um país de passagem

obrigatório de norte a sul e de leste a oeste.

58

A revista Performance, Nynas Bitumen Magazine (2002), apresenta dados

relativos a França com respeito a habitantes, quantidade de veículos privados (927

milhões) e veículos de transporte (5,5 milhões).

Figura 4.1 – Posição da França em relação aos demais países Europeus.

Na França, o Catálogo de pavimentos vem sendo estudado desde 1971, sendo

que foi aplicado de uma forma geral no país em 1977, reformulado em 1988 e

atualizado com uma versão nova em 1998, que é a publicação denominada “Catálogo de

Estruturas-Tipos de Estradas Novas”, “CATALOGUE DES STRUCTURES TYPES

DE CHAUSSÉES NEUVES”, LCPC e SETRA (1998), mais adaptado às realidades de

suas estradas, materiais, tráfego e forma construtiva.

O Catálogo Francês de 1998 é aplicado para rede de vias Estaduais e Federais, e

era utilizado como referência nos casos de vias Municipais, sendo que em 2000 foi

desenvolvida uma versão para áreas urbanas denominada, “Metodologia de Concepção

59

de um Catálogo Adaptado ao Contexto Local”, “Métodologie de Conception d’un

Catalogue Adapté au Contexte Local”, Ministère de L’Équipement, des Transports et du

Logement e CERTU (2000), que trata-se de adaptações do Catálogo para os casos de

rede Municipal.

A rede rodoviária francesa apresentava-se bastante congestionada conforme

Odéon (2000), em 1998 sendo composta por 900.000 km de vias pavimentadas,

distribuídas em:

- 27.378 km de Rodovias nacionais, 1.383 km de Autopistas interurbanas e

997 km de Autopistas urbanas, todas sobre gestão do governo nacional,

- 7.019 km de rodovias pedagiadas, sob a direção de empresas concessionárias,

- 361.000 km de estradas com gestão dos Departamentos Estaduais e

- 580.000 km de vias comuns, sob gestão das Comunidades Municípiais.

Até os anos de 1950, os pavimentos, em quase sua totalidade, eram

dimensionados de forma empírica com base no método do CBR ou por analogia com

pavimentos existentes.

O estudo de Burmister, em 1943, para cálculo das tensões e deformações em

múltiplas camadas elásticas em um meio semi-infinito, sob ação de carga circular

vertical, como também de Ivanov na União Soviética e Mac Leod no Canadá propondo

uma análise do pavimento baseado em modelos elasto-plásticos, servindo estas teorias

ao aprimoramento do desenvolvimento dos pavimentos dimensionados na França.

Os engenheiros Franceses iniciaram seus interesses mecanísticos no

desenvolvimento das estruturas dos pavimentos após o final da 2ª Guerra Mundial,

tendo como motivação estudo de L’Hortet em 1948, que apresentou uma comparação

dos resultados obtidos empregando método de CBR e o obtido com a equação de

Boussinesq.

A partir de 1959, as estruturas do tipo de três camadas podiam ser dimensionadas

tendo como base os Ábacos publicados por Jeuffroy e Bachelez, que mostravam a

performance da estrutura elástica de acordo com o método similar desenvolvido por

Burmister.

Após os anos de 1960 iniciou-se adoção de método de dimensionamento com

aproximação do modelo racional, apesar do pequeno apoio da Administração Pública.

A introdução de bases de materiais tratados com cimento, para resistir ao

aumento de tráfego, carecia de uma metodologia adequada para tratar estes materiais e

fazer o dimensionamento adequado.

60

O desenvolvimento de equipamentos de avaliação da deformação reversível do

pavimento, como a Viga Benkelman e o Deflectógrafo de Lacroix permitiu investigar e

compreender o comportamento das estruturas dos pavimentos.

Com estes fatos, a Direção dos Departamentos Viários Nacional resolvem

normatizar os materiais empregados nos pavimentos e desta decisão originou-se

posteriormente em 1971 um primeiro Catálogo de “Estruturas–Tipo” para os

pavimentos de novas construções, cuja base apresentava critérios tanto empíricos como

racionais.

Os critérios levados em considerações na época foram;

- Limite máximo de tensão no subleito, deduzido através da existência de

gráficos com base no CBR,

- Limite máximo das tensões nas camadas tratadas. A tensão não era calculada

diretamente, era obtida da relação da avaliação da deflexão na camada de superfície do

pavimento.

Com desenvolvimento da informática, houve facilidade para o emprego de

modelos de múltiplas camadas elásticas e, especialmente, o surgimento do programa

ALIZE desenvolvido pelo LCPC em 1964, baseado no modelo de Burmister.

O programa ALIZE foi utilizado inicialmente para validar os cálculos das

deformações comparando as fornecidas no emprego do programa com as obtidas por

meio de equipamentos de auscultação, e posteriormente o programa foi empregado

direto para o dimensionamento das estruturas

Em 1977, como base nesta forma de calcular as estruturas dos pavimentos, o

Catálogo foi reformulado, introduzindo os diversos tipos de camada final de

terraplanagem, os riscos de trincamento pelo estudo de fadiga, e considerações sobre o

fenômeno do congelamento e descongelamento.

Após este período, a adoção do método pelos diversos órgãos do país foi tomando

força, com base na própria experiência e confiança que os técnicos foram tendo com o

Catálogo.

Em 1994, foi publicado um Guia Técnico de Concepção de Dimensionamento

das Estruturas dos Pavimentos de Estrada, Guide Technique et Conception et

Dimensionnament des Structures de Chaussée, LCPC e SETRA (1997).

Em 1998, finalmente, foi editado a nova versão do Catálogo das Estruturas Tipos

de Novas Estradas, “Catalogue des Structures Types de Chaussées Neuves”, tendo sido

a nova versão desenvolvida pelas seguintes razões:

61

• A hierarquização das estradas nacionais francesas em 4 categorias, que

dependem da importância sócio-econômica das diferentes vias, das

características geométricas e do nível de serviços.

• Os materiais empregados nas camadas dos pavimentos sofreram evoluções

no que se refere às suas características mecânicas.

• O contexto técnico sofreu evolução, com base no guia técnico sobre execução

e também nos projetos e dimensionamentos das estruturas dos pavimentos.

O Catálogo Francês de pavimentos apresenta diferentes perfis estruturais de

pavimentos, de maneira a permitir aos gestores viários a escolha da melhor estrutura em

função das condições econômicas ou locais.

Em linhas gerais o Catálogo oferece soluções de estruturas com as seguintes

tipologias:

• Estruturas de pavimentos flexíveis – São estruturas constituídas de mais de

uma camada de revestimento asfáltico, que dependendo do tráfego podem

atingir até 15 cm de espessura ou ser construída de apenas uma fina camada

de proteção superficial; o restante da estrutura é formada por camada

granulares.

• Estruturas de pavimentos asfálticos de elevada espessura – São estruturas

compostas por camadas espessas de misturas asfálticas, que compõem além

do revestimento as camadas de base e sub-base, constituídas, também, por

camadas de misturas asfálticas.

• Estruturas de pavimentos semi-rígidos – São estruturas de revestimento

asfáltico sobre uma base de material tratado com material cimentante ou

hidráulico, em uma ou duas camadas.

• Estruturas de pavimentos rígidos – São estruturas formadas por camadas de

concreto de cimento Portland, podendo ter como sub-base materiais

asfálticos, granulares ou cimentados.

• Estruturas de pavimentos mistos (compostos) – São estruturas constituídas de

revestimento asfáltico, base de material tratado com betume (asfalto) e sub-

base de material tratado com cimento Portland. Geralmente, as estruturas

mistas (compostas) apresentam proporção da camada de material betuminoso

(asfáltico) de, aproximadamente, 50% em relação às demais.

62

• Estruturas de pavimento invertidos – São estruturas formadas de Concreto

asfáltico, aproximadamente 15 cm, sobre uma camada granular da ordem de

12 cm e o restante da estrutura composta de material tratado com

aglomerante hidráulico.

A ruína desses tipos de pavimentos, submetidos a ação das cargas e dos

intempéries, está associada à fadiga dos materiais rígidos e das misturas asfálticas, bem

como à deformação permanente dos pavimentos asfálticos e do subleito.

Cada uma destas estruturas de pavimentos, segundo o Catálogo Francês, tem seu

campo de aplicação:

- Pavimentos flexíveis - são indicados para tráfego leve ou médio e em

subleito de qualidade de média a boa.

- Pavimentos rígidos – estruturas construídas de placas com barras de

transferencia e de ligação ou com concreto continuamente armado, são

indicadas para tráfego intenso, enquanto as estruturas de placas sem

barras de transferencia são indicadas para tráfego leve e médio.

- Pavimentos com estruturas mistas e invertidas – são estruturas indicadas

para tráfego médio e pesado.

- Pavimentos betuminosos de elevada espessura e semi-rígidos -

oferecem soluções para qualquer tipo de tráfego.

Outro aspecto importante na consideração dos pavimentos executados na

França é o fenômeno de congelamento e descongelamento, que representa condição

relevante no dimensionamento do pavimento e escolha dos materiais a serem

empregados nas estruturas daquele país.

Verifica-se que as estruturas definidas no Catálogo Francês não devem ser tidas

como referências para um país como o Brasil de clima tropical. Entretanto, a filosofia

do estudo adaptada ao contexto nacional ou municipal deste país é perfeitamente

possível.

O método racional de dimensionamento tem sido empregado para definir

estruturas de vias de tráfego pesado e para as seções das estruturas típicas, construídas

com materiais normatizados. Entretanto seu principio de cálculo permite fazer

extrapolações para emprego em alguns casos similares como:

- Novos materiais - neste caso tratando-se de ligantes novos, que pode ser

ajustado o Catálogo depois de determinar em trechos experimentais ou

63

nos simuladores de tráfego o coeficiente de comparação entre um

material conhecido e os novos materiais.

- Estruturas de pavimentos inovadores - o método racional possibilita

dimensionar estruturas inovadoras ou diferente das usuais, entretanto é

importante validar seu desempenho em trechos experimentais ou pistas

de testes e posteriormente em estradas de baixo volume de tráfego para

assegurar sua performance sobre ação do clima e do tráfego.

O Catálogo não leva em conta o risco de formação de afundamento de trilha de

rodas (deformação permanente ou plástica no revestimento asfáltico). Para prevenir este

tipo de defeito, recomendam os engenheiros franceses a realização de ensaios de

laboratório no revestimento asfáltico, com equipamento que simula o efeito de uma

pista de teste, como o simulador de tráfego “orniéreur” do LCPC, que permite medir a

profundidade da trilha de roda ou deformação permanente que se produz no

revestimento testado, podendo variar a temperatura de teste até 70ºC. Em função da

especificação admitida para a profundidade da deformação em um determinado período

de tempo, pode-se aprovar ou reprovar o material ou comparar o desempenho de

diferentes materiais.

Odéon (2000) descreve que com exceção das grandes obras ou de casos

especiais, o dimensionamento na França não se procede caso a caso. Cada gestor viário

publica um documento de aplicação, revisado regularmente, no qual fixa a política de

pavimentos a ser usada e propõe um certo numero de soluções pré-calculadas, podendo

ser encontrado:

- Um Catálogo de estruturas-tipo para estradas novas, para rede nacional

que não esteja pedagiada,

- Um Manual de construção de estradas novas de baixa intensidade de

tráfego, e

- Um Manual de Projeto de pavimentos para Autopistas, definido pelo

SETRA, para dar orientação as empresas concessionárias.

O Catálogo tem sua grande utilização na rede viária Francesa de circulação livre,

ou seja, sem pedágio. O Catálogo é um instrumento consolidado fruto de constantes

verificações e atualizações. Em resumo, a primeira versão essencialmente empírica

64

surgiu em 1971. A segunda totalmente calculada foi publicada em 1977, tendo sido

parcialmente atualizada em 1988. A última versão do Catálogo foi publicada em 1998.

A última versão do Catálogo segue uma série de princípios que expressam a

política viária da rede nacional:

- As quatros categorias de vias nacionais foram agrupas em dois conjuntos; as

Vias de Rede Estruturantes, Voies du Reseau Structurant, VRS, e as pertencentes as

Vias de Rede Não Estruturantes, Voies du Reseau No Structurant, VRNS. Estruturantes

se referem a vias arteriais e Não Estruturantes a vias coletoras.

- Foi conservada a opção de mínima conservação (preventiva) com elevado

investimento inicial, de forma a conduzir a longo período de vida útil, 20 a 30 anos,

com estrutura de elevada espessura,

- Foi mantida uma ampla tipologia de estruturas, incluindo as semi-rígidas e

rígidas, e

- Foi respeitada a opção de uma rede viária resistente ao gelo, que possa

assegurar a circulação em qualquer condição climática, inclusive em época de degelo

onde o subleito é mais afetado, dependendo do seu tipo.

O Catálogo Francês de 1998 possibilita ao gestor, em função de sua visão

política e financeira, optar por estrutura mais duradoura ou por outra de menor tempo de

vida de serviço, sabendo que neste caso maior intervenção de manutenção será

necessária.

A nova edição do catálogo permite o emprego das diversas opções técnicas com

distintas estruturas e materiais escolhidos, para as diferentes classes de tráfego e os tipos

de plataforma ou reforço, camada final de terraplanagem (CFT) existentes.

A tabela 4.1 apresenta os tipos de materiais empregados nos pavimentos

franceses, que fazem parte das estruturas definidas no Catálogo Francês de 1998.

65

Tabela 4.1- Materiais empregados nos pavimentos franceses (Catálogo Francês de

1998).

MatériauxBAC Béton armé continuBB Béton bitumineuxBBDr Béton bitumineux drainantBBM Béton bitumineux minceBBMa Béton bitumineux mince de classe aBBME Béton bitumineux à module élevéBBS Béton bitumineux pour chaussée souple à faible traficBBSG Béton bitumineux semi-grenuBBTM Béton bitumineux très minceBCi Béton de ciment de classe iBCig Béton de ciment goujonné de classe iCD Couche drainanteCS Couche de surfaceCV Cendres volantesEMEi Enrobé à module élevé de classe iGBi Grave-bitume de classe iGCH Grave-cendre hydrauliqueGCi Grave-ciment de classe iGCV Grave-cendres volantes silico-alumineuses-chauxGH Grave traitée aux liants hydrauliquesGi et Si Classes des matériauxGLg Grave-laitier granuléGLp Grave-laitier préboyéGLR Grave traitée aux liants routiersGNT(BiCj) Grave non traitée (de type Bi et de classe mécanique Cj)LTCC Limon traité à la chaux-cimentMTLH Matériaux traités aux liants hydrauliquesSCi Sable traité au ciment de classe iSH Sables traités aux liants hydrauliquesSli (ou Slpi) Sable traité au laitier (préboyé de classe i)

66

A tradução destes nomes de materiais, feita pelo autor desta tese e também de

fontes bibliográficas, é a seguinte:

BAC- Concreto Continuamente Armado

BB - Concreto Betuminoso (ou Asfáltico)

BBDr - Concreto Betuminoso Drenante

BBM - Concreto Betuminoso Delgado

BBMa - Concreto Betuminoso Delgada, classe a

BBME - Concreto Betuminoso de Módulo Elevado

BBS - Concreto Betuminoso para Estrada de Pavimento Flexível de Tráfego

Leve (geralmente, pré-misturado a frio)

BBSG - Concreto Betuminoso de Graduação Continua

BBTM - Concreto Betuminoso Muito Delgado

BCi - Concreto de Cimento de classe i

BCig - Concreto de Cimento com Passadores de classe i

CD - Camada Drenante

CS - Camada Superficial (tratamento superficial)

CV - Cinzas Volantes

EMEi - Mistura Asfáltica de Módulo Elevado, classe i

GBi - Camada Granular Betuminosa, classe i (pré-misturado a quente)

GCH - Camada Granular com Cinza Volante como Material Hidráulico

GCi - Camada Granular Cimentada, classe i

GCV - Camada Granular com Cinzas Volantes de Silicio-Aluminosas e Cal

GH - Camada Granular Cimentada

Gi e Si - Classes de Materiais Granulares

GLg - Camada Granular com Escória Granulada

GLp - Camada Granular com Escória

GLR - Camada Granular Tratada com Ligantes no local

GNT ( BiCj) - Camada Granular Não Tratada (tipo Bi, classe Cj)

LTCC - Solo Siltoso Tratado com Cal-Cimento

MTLH - Materiais Tratados com Ligantes Hidráulicos (solo melhorado ou

tratado com cimento)

SCi - Areia Tratada com Cimento, classe i

SH - Areias Tratadas com Ligantes Hidráulicos

SLi (ou SLpi) - Areia Tratado com Escória, classe i

67

Como base asfáltica foram selecionados dois tipos GB2 e GB3(grave-bitume de

classe 2 e 3), na GB3 se utiliza teor de ligante mais elevado. Foi introduzido também no

Método de Catálogo de 1998 as misturas de alto módulo tipo EME 2 (enrobé à module

élevé de classe 2) para base.

Com respeito aos materiais tratados com aglomerantes hidráulicos foram

selecionados como tipo padronizados: brita tratada com cimento, escória granulada,

mistura com cinza volante, e areia escória.

Os concretos simples empregados na camada de base ou como camada de

rolamento são de elevado módulo e elevada resistência à tração.

Os materiais granulares não tratados com cimento utilizados são provenientes de

britagem em pedreiras, caracterizado em laboratório e com módulo característico

elevado, geralmente se emprega o tipo B2 (GNT- grave non tratée (de type B2)).

Para camada de base em estruturas mistas se escolheu somente a GB3.

O material do tipo mistura de alto módulo tipo EME1 não foi incluído face sua

fraca resistência à fadiga e também as britas tratadas com materiais pozolânicos,

misturados na pista não foram incluídos no Catálogo.

O tráfego é um dos principais dados necessários para o bom desenvolvimento de

um dimensionamento. Em termo estrutural, o importante é conhecer o tráfego

acumulado que circulará durante o período de projeto. Na França o eixo padrão de

referência é de 13 tf.

O Catálogo de 1998 divide o tráfego em classes diferentes, de TC1 a TC8, sendo

considerado como período típico de projeto para as VRS ( Vias Arteriais) o período de

30 anos e para as VRNS (vias coletoras) de 20 anos. A classe TC1 devido seu baixo

volume não é considerada no Catálogo. Esta denominação das classes de tráfego

considera como mais importante o valor do tráfego acumulado, expresso em função do

número de veículos acumulados, relativo ao eixo padrão de equivalência de13tf. A

tabela 4.2 apresenta a distribuição das classes de tráfego utilizado no Catálogo de 1998.

68

Tabela 4.2 – Denominações e limites das classes de tráfego em milhões de veículos

equivalentes ( Catálogo Francês de 1998) .

VRS Denominação TC130 TC230 TC330 TC430 TC530 TC630 TC730 TC830

Limites 0,5 1 3 6 14 38 94

VRNS Denominação TC120 TC220 TC320 TC420 TC520 TC620 TC720 TC820

Limites 0,2 0,5 1,5 2,5 6,5 17,5 43,5

Para calcular o tráfego acumulado utiliza-se o seguinte critério:

Nvp = IMD x 365 x C (4.1)

Onde:

Nvp – tráfego acumulado de veículos pesados,

IMD – intensidade média diária inicial, expressa em veículos pesados / por

faixa,

C – fator de acumulação (leva em conta o período de cálculo e o crescimento

do tráfego)

O numero equivalente do eixo padrão de 13 tf, NE, pode ser obtido com a

consideração do coeficiente de agressividade média, CAM, que depende da intensidade

de veículos e do tipo de estrutura do pavimento.

NE = Nvp x CAM (4.2)

Os valores da agressividade, apresentado na tabela 4.3, dependem de diversos

fatores como: magnitude da distribuição média dos eixos, o tipo de estrutura (asfáltica

ou de concreto) e também do itinerário, sentido de circulação e o período do ano.

Tabela 4.3 – Valores do CAM (Catálogo Francês de 1998)

CAM VRS VRNS

Estrutura Flexível Não se aplica 1,0

Estrutura Asfáltica 0,8 0,5

Estrutura Rígida 1,2 0,75

Estrutura Mista 1,3 0,8

69

O Catálogo de 1998 classifica a camada final de terraplanagem, plataforma,

(plate-forme support) em 4 tipos denominados PF1(fraca capacidade suporte) a PF4

(elevada capacidade suporte, geralmente uma camada tratada).

Os valores limites dos módulos da camada final de terraplanagem (plataforma),

empregado no método são apresentados na tabela 4.4.

Tabela 4.4 – Classificação da Plataforma (Catálogo Francês, 1998).

Classificação do Plataforma PF1 PF2 PF3 PF4

Valor Limites do Módulo (MPa) 20 50 120 200

Valor do Módulo Utilizado (MPa) 20 50 120 200

O Catálogo Francês de 1998, não utiliza nenhuma estrutura apoiada em

plataforma do tipo PF1, por considerar de qualidade insuficiente para garantir a

durabilidade da obra.

O Método apresenta também uma associação do módulo da plataforma com a

deflexão, conforme as tabelas 4. 5 e 4.6 .

Tabela 4.5 – Deformabilidade exigida no momento da construção da obra, para camada

de reforço ou plataforma não tratada (Catálogo Francês de 1998).

Classificação do plataforma Módulo de deformabilidade

em MPa ( ensaio de placa)

Deflexão máxima em mm, viga Benkelman

ou defletógrafo Lacroix a 130 kN

PF2 50 2,0

PF3 120 0,9

PF4 200 0,5

Tabela 4.6 – Deformabilidade exigida no momento da construção da obra, para camada

de solos argilosos tratado no local.(Catálogo Francês de 1998).

Classificação do Plataforma Deflexão máxima em mm, viga Benkelman ou defletógrafo Lacroix a

130 kN

Tratamento com cal somente Tratamento com cal + cimento

PF2 1,20 0,80

PF3 0,80 0,60

PF4 - 0,50

70

No desenvolvimento do Catálogo levou-se em consideração o risco da estrutura,

em termos probabilístico, sendo o valor da confiabilidade assumido em função da classe

de tráfego e do tipo de pavimento.

O Catálogo Francês de 1998, apresenta 25 fichas com estruturas para Vias de

Rede Estruturantes (VRS), podendo ser considerada como correspondentes as arteriais e

26 fichas para Vias de Rede não Estruturantes (VRNS), do tipo correspondentes as

coletoras.

Para o emprego do Método de Catálogo, em linhas gerais, é necessário saber o

módulo elástico (resiliente) do subleito, o tráfego acumulado, período de projeto, tipo de

estrutura de pavimento a ser implantada e os materiais que serão utilizados ou

disponíveis para compor as camadas do pavimento. Em complemento, o prévio

conhecimento das propriedades dos materiais, como módulo das camadas, tipo de

revestimento, e ainda levando em conta o conforto do usuário, aderência, ruído,

resistência a deformação plásticas, etc. Leva-se também, em consideração fatores

climáticos quanto ao gelo e degelo, o que é de pouco significado para o Brasil.

Destaca-se na metodologia a necessidade de respeitar as condições adequadas de

construção de forma assegurar a qualidade, a garantia da obra e a validação do projeto.

Como exemplo da forma do Catálogo Francês apresenta-se a ficha 1, de Vias de

Rede Estruturante, VRS, através das figuras 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5, tendo na primeira

pagina informações do tipo de estrutura (camadas) , a seção transversal , as diferenças

entre as espessuras dos bordos da fundação e da base e os tipos de materiais em função

do tráfego.

71

.Figura 4.2 – Ficha n.º 1 do Catálogo francês de 1998, para VRS, 1ª pagina.

72

Na 2ª pagina são apresentadas os dados de entrada, equivalência e materiais para

camada de rolamento e intermediaria. São apresentadas as espessuras mínima e máxima

dos materiais.

Figura 4.3 - Ficha 1 do Catálogo Francês de 1998, para VRS, 2ª pagina.

73

Na 3ª pagina apresentam-se as estruturas a serem selecionadas em função do

módulo da plataforma (PF) e do tráfego(TC).


74

Na 4ª Pagina apresenta-se um Ábaco com a quantidade de gelo admissível (IA) na

base da fundação (subleito), relacionando a PF e TC com IA.


75

No caso das VRNS, Vias de Redes Não Estruturantes (Coletora), mostrada como

exemplo na figura 4.6, a diferença principal encontra-se no período menor de projeto,

20 anos, que possibilita um número maior de estruturas com espessuras mais reduzidas,

podendo empregar plataforma de menor resistência estrutural para TC mais elevado,

como no caso da 3ª pagina da ficha 1, GB2/GB2, para VRNS.

Figura 4. 6 - Ficha 1 do Catálogo francês de 1998, para VRNS, 3ª pagina.

76

Entretanto, as estruturas para VRNS requerem maior intervenção de

manutenção, além de seu período de projeto ser menor.

O Catálogo é utilizado por muitas regiões na França, também em Cidades,

Vilarejos ou Comunidades locais. Entretanto, em 2000, o “Centre D’Etudes sur les

Réseaux, les Transports, l’Urbanisme et les Constructions Publigues” (CERTU),

publicou uma “Metodologia de Concepção do Catálogo Adaptado ao Contexto Local”

( “ Methologie de Conception d’um Catalogue Adapté au Contexte Local”).

A origem desse estudo teve como partida uma investigação realizada pelo LCPC,

em 1993, com dezenas de Vilarejos ou Comunidades Urbanas, que permitiu destacar a

carência e a importância de se ter um procedimento de concepção de dimensionamento

mais adaptado ao contexto urbano, que os Catálogos de Estruturas LCPC-SETRA de

1977 e o manual de pavimentos novos para tráfego leve de 1981.

O “CERTU” desenvolveu, em 1994, um programa de trabalho visando a

elaboração de um documento especifico para vias urbanas.

A primeira parte do trabalho consistiu em:

- Promover uma síntese dos estudos sobre os documentos editados

anteriormente tratando da concepção das vias urbanas,

- Investigar os estudos sobre o catálogo de estrutura anteriormente

aplicados nos Vilarejos ou Comunidades,

- Realizar uma pesquisa mais abrangente e direcionada ao

dimensionamento das estruturas , que as efetuadas em 1993 pelo LCPC.

A conclusão dos estudos efetuados mostrou disparidades relevantes entre os

diversos documentos e os catálogo empregados e desta forma confirmou a necessidade

da publicação de um documento especifico voltado ao meio urbano.

Foram determinantes no estabelecimento de um novo Catálogo de Pavimentos os

resultados das investigações do CERTU, das primeiras medidas da agressividade do

tráfego urbano, das reflexões dos membros do grupo de trabalho, do acompanhamento

das obras urbanas, e dos parâmetros de cálculos mais utilizados e adaptados ao meio

urbano.

Com estes estudos foi possível estabelecer, em conformidade com o Método

Francês de dimensionamento, e qualificar de forma racional, o detalhamento do Guia

Técnico LCPC-SETRA “Concepção e Dimensionamento das Estruturas das Estradas”

(Guide Technique LCPC-SETRA “Conception et Dimensionnement des Structures de

77

Chaussées), de 1994, com auxilio de Ábacos para os principais materiais, relacionando

diferentes classes de vias, em função do tráfego e da plataforma, permitindo definir a

espessura das camadas do pavimento.

Com base nestes Ábacos, cada gestor procura estabelecer um Catálogo de

estrutura mais adaptado aos materiais existentes na sua região.

De forma resumida, o dimensionamento mecanístico proposto para as estruturas

das vias urbanas, foi desenvolvido considerando as agressões provocadas pelas cargas

aplicadas pelo tráfego. Essas solicitações se traduzem em ruína progressiva conduzindo

a ruptura por fadiga e por acúmulo das deformações permanentes conduzindo a

afundamentos excessivos.

O dimensionamento considera também as condições climáticas, como: índice

pluviométrico, gelo e degelo, temperaturas e gradiente térmicos.

Para emprego do Ábaco de Dimensionamento é importante conhecer:

- Capacidade suporte da plataforma, expressa em módulo ou deflexão,

classificada em PF1, PF2 e PF3, conforme já mostradas nas tabelas 4.4, 4.5 e 4.6. O

Ábaco não considera a plataforma do tipo PF4, de utilização em rodovia de tráfego

pesado e intenso.

- Escolha do tipo de camada de rolamento,

São apresentados equivalência estrutural entre os materiais betuminosos;

1cm de BBSG = 2 cm de BBDr = 0,66 cm de BBME = 1cm de BBM ou BBTM.

BBSG - bétons bitumineux semi-grenus (misturas betuminosas de graduação

contínua)

BBME - bétons bitumineux à module élevé (misturas betuminosas de módulo

elevado)

BBDr - bétons bitumineux drainants (misturas betuminosas drenantes)

BBM - bétons bitumineux minces (misturas betuminosas delgadas)

BBTM – bétons bitumineux très minces (misturas betuminosas muito delgadas)

TRÁFEGO PREVISTO.

Foram definidas categorias de vias :

- Vias de circulação reduzida (como vias residenciais, região de pedestre e

ausência de transporte pesado) - correspondendo de 1 a 25 veículos/dia, como tráfego

médio diário anual, enquadrando no tipo T5.

78

- Vias principais ou de distribuição (como avenidas, eixos principais e vias com

qualquer passagem de tráfego pesado) – correspondendo de 25 a 150 veículos/dia,

classificando no tipo T3.

- Vias principais para tráfego pesado (como vias de zonas industriais e

comerciais, vias de ligação de passagens e vias com passagens de tráfego pesados) -

correspondendo de 150 a 1000 veículos/dia, classificação T1.

- Vias reservadas para transporte de tráfego não comum.

O tráfego equivalente, considerando que o eixo padrão na França é de 13 toneladas, é

obtido da seguinte forma;

N= 365 x TMD x ( p + p t x p –1 ) (4.3)

2

Onde

N = numero acumulado de veículos pesados

p = período de projeto ( pode variar de 10 a 30 anos)

t = taxa de crescimento aritmética, geralmente assume o valor de 1 %

O cálculo do Numero de eixo equivalente de referência, NE, é determinado pela

equação:

NE = N x CAM (4.4)

Onde ;

CAM = Coeficiente de agressividade médio

Dados levantados na França, através da contagem de eixos e pesagens determinaram

o coeficiente CAM médio para área urbana, apresentado na tabela 4.7.

Tabela 4.7 – Valores de CAM para Área Urbana (Catálogo Urbano Francês, 2000)

Estruturas

Betuminosas

Estruturas Semi-Rígida

e Rígidas

Vias de circulação reduzida 0,10 0,10

Vias de Distribuição 0,10 0,10

Vias Principais ou de tráfego pesado 0,20 0,40

Vias tráfego não comum 0,50 0,80

79

ESCOLHA DOS MATERIAIS DAS CAMADAS (máximo 2).

Os Ábacos franceses de dimensionamento de pavimentos urbanos, total de 6

ábacos, admitem o emprego de material de qualidade 1 e 2 (Q1 e Q2), que se

diferenciam pelo seu desempenho, sendo em geral os produtos betuminosos

representado por uma diferença de módulo da ordem de 20%, produtos cimentados

(hidráulicos) da ordem de 10%, respectivamente para cada qualidade.

Também se fazem considerações probabilisticas para o risco admitido no projeto

como explicado a seguir:

Em geral admite-se 5% de risco para vias de tráfego pesado (vias principais) e

de tráfego não comum e 25% para vias de tráfego médio (vias de distribuição) e leve

(vias de circulação reduzida), ou seja 95% e 75% respectivamente de confiabilidade.

Com o Ábaco correspondente aos materiais escolhidos, com o tipo de plataforma,

o tráfico e com o risco a ser assumido no projeto se determina a espessura do

pavimento, conforme exemplo do Ábaco reproduzido na figura 4.7.

Figura 4.7 - Ábaco para Camada Betuminosa do Tipo Granulometria Continua (BBSG)

e Camada Intermediária Granular Betuminosa do tipo 3 (GB3), (Dimensionannement

des Chaussées Urbaines, 2000)

80

4.2) Catálogo Espanhol

Segundo Kaemer e Del Val (1996), o Catálogo espanhol foi publicado em 1975

na Espanha através das Normas 6.1 IC (para pavimentos flexíveis) e 6.2 IC (para

pavimentos rígidos) para aplicação em novas construções de estradas. A

primeira revisão foi efetuada em 1986 com a introdução de seções de

pavimentos. Em 1989, publicou-se nova modificação abrangendo todos os tipos

de vias.

O Catálogo espanhol pode ser resumido com os seguintes dados.

TRÁFEGO

São definidas 5 categorias de tráfego pesado, em função de sua intensidade

média diária de veículos pesados na faixa da via considerada no projeto e o ano de sua

inauguração ou abertura ao tráfego, conforme a tabela 4.8.

Tabela 4.8- Categorias de Tráfego Pesado do Catálogo Espanhol (Kaemer, Del Val,

1996).

Categorias de Tráfego Pesado Intensidade Média Diária de Veículos Pesados

T0 IMD ≥ 2000

T1 2000 > IMD ≥ 800

T2 800 > IMD ≥ 200

T3 200 > IMD ≥ 50

T4 50 >IMD

O eixo de referência padrão na Espanha é de 13 tf, igual ao da França e Portugal.

EXPLANADA OU CAMADA FINAL DE TERRAPLANAGEM (plataforma).

São definidas 3 categorias de explanadas, conforme tabela 4.9, com base no

CBR com os seguintes limites:

Tabela 4.9- Categorias de Explanadas do Catálogo Espanhol (Kaemer, Del Val, 1996)

Tipo de Explanada (plataforma) Valores Limites de CBR

E1 5 ≤ CBR < 10

E2 10 ≤ CBR < 20

E3 20 ≤ CBR

81

O ensaio de CBR na Espanha é sempre efetuado em corpos de provas moldados

na energia modificada, independente da camada que será utilizado o material no

pavimento.

Para o tráfego To e T1 não se admite o emprego de plataforma do tipo E1.

Como pode ser observado o Catálogo espanhol tem muitas peculiaridade com o

francês, provavelmente deve ter sido balizado pelo desenvolvimento francês.

MATERIAIS EMPREGADOS NOS PAVIMENTOS DA ESPANHA.

- Tratamentos Superficiais e Lama Asfáltica.

- Misturas Asfálticas a quente e a frio.

- Concreto Simples Vibrado.

- Concreto Compactado (Concreto Rolado).

- Concreto Magro.

- Brita Tratada com Cimento e Solo Cimento.

- Britas Artificiais e Naturais.

- Pintura de Ligação e Imprimação.

Estes materiais são os mais freqüentes, entretanto outros materiais podem ser

empregados por razões econômicas como brita misturada com emulsão e escória

granulada.

CLIMA

A consideração do clima se manifesta através das máxima temperatura alcançada

no verão e a intensidade média anual das chuvas..

A máxima temperatura de uma região serve para selecionar o ligante asfáltico

mais adequado e fixar a relação ponderada entre filer mineral/ ligante nas misturas

asfálticas. O objetivo é que as misturas sejam resistentes a deformações plásticas,

especialmente quando sujeita a tráfego pesado.

A intensidade média anual das chuvas, sendo maior ou menor que 800 mm, são

estabelecidos zonas pluviométricas chuvosas e pouco chuvosas, respectivamente. Em

zonas chuvosas recomenda-se o emprego de camadas drenantes, apesar de não ser de

caráter restritivo. No caso de pavimento de concreto as juntas transversais devem ser

seladas em zonas chuvosas, enquanto a outra zona fica a critério do gestor.

82

APRESENTAÇÃO DO CATÁLOGO COM AS ESTRUTURAS TIPOS

O Catálogo de pavimentos espanhol é apresentados em tabelas em função da

categoria de plataforma, do tráfego pesado e os tipos de materiais a serem utilizados.

Cada estrutura é designada por 3 números: o primeiro corresponde a categoria

de tráfego, o segundo o tipo de plataforma e o terceiro tipo de seção.

Como exemplo, na tabela 4.10 é apresentado algumas estruturas tipos do

Catálogo espanhol .

Tabela 4.10 - Exemplos de Estruturas Tipos do Catálogo Espanhol (Kaemer, Del Val,

1996).

Tráfego T0 T1 T2

Seção Nº 021 025 031 121 125 131 211 221 235

Concreto

Vibrado

Misturas

Asfálticas 35 10 35 30 10 30 30 25 8

Concreto

Compactado 25 22 20

Concreto Magro

Brita Tratada

com Cimento

Solo Cimento 20 15

Brita Artificial 20 20 20 25 20

Brita Natural

Explanada

(plataforma) E2 E2 E3 E2 E2 E3 E1 E2 E3

OBS: As espessuras das camadas são em cm.

Em Portugal o Catálogo é semelhante ao adotado na Espanha. Esta informação

foi relatada por técnicos portugueses que realizaram o Curso Internacional de Carreteras

em 1997. Em contato recente, 2002, com a Universidade Politécnica de Madri,

engenheiro Juan Galego, obtive a informação que o Catálogo Espanhol encontra-se em

estudo para nova versão utilizando conceitos mecanísticos.

Em termos de enriquecimento de informações para futuras pesquisas, vale

registrar a existência do Catálogo Inglês, descrito na Rood Note 29 (1970) e 31 (1977)

83

que apresentam um guia de projeto estrutural de pavimentos para novas estradas, com

base no CBR e emprego de Ábacos na definição das estruturas.

4.3) Estado da Arte dos Catálogos de Pavimentos no Brasil

4.3.1) Prefeitura Municipal de São Paulo

O procedimento sofreu revisões nos anos de 1979 e 1992. Originalmente, o

estudo foi concebido para quatro faixas de variação de tráfego, sendo introduzida

a quinta em sua última revisão para levar em conta tráfego muito leve (Senço,

1997) e (Villibor , Nogami et al, 2000).

O procedimento foi desenvolvido considerando a predominância de camadas

granulares, de elevado emprego na região de São Paulo, induzido provavelmente

pela concepção de escolha de materiais associados ao método do CBR.

Na versão de 1992, grande ênfase é atribuída à classificação do solo e ao tipo de

tráfego, com base na publicação das Normas de Pavimentação da PMSP (1992).

Em termos de classificação dos solos, alem da classificação TRB e do valor de

CBR, as instruções da publicação de 1992, possibilitam o emprego da metodologia

MCT, que é mais apropriada para clima tropical e principalmente pela grande incidência

de solo laterítico na região de São Paulo.

Com relação ao tráfego, segundo Silva (2000), a seguinte classificação foi

adotada:

- Tráfego muito leve – são vias cuja passagem de ônibus e caminhão não

ultrapasse a mais de três por dia, por faixa de tráfego, geralmente

compreende as ruas eminentemente residenciais, com ‘N” típico de 104

para o período de projeto de 10 anos.

- Tráfego leve - são vias cuja passagem de ônibus e caminhões não

ultrapasse a mais de 50 por dia, por faixa de tráfego, geralmente

compreende as ruas residenciais, com “N” típico de 105 para um

período de projeto estimado em 10 anos.

- Tráfego médio – são vias cuja previsão de passagem de ônibus e

caminhões oscilam entre 50 a 400 por dia, por faixa de tráfego,

geralmente ruas e avenidas, com “N” típico de 106 para o período de

projeto de 10 anos.

- Tráfego pesado - são vias cuja a previsão de passagem de ônibus e

caminhões oscilam entre 400 a 2000 por dia, por faixa de tráfego,

84

geralmente ruas, avenidas e estradas, com “N” típico de 107 para o

período de projeto de 10 anos.

- Tráfego muito pesado - são vias cuja a previsão de passagem de ônibus

e caminhões são superiores a 2000 por dia, por faixa de tráfego,

geralmente avenidas e estradas, com “N” típico superior a 107 para o

período de projeto de 10 anos.

O estudo adota o eixo padrão de referência de 8,2 tf e as camadas do pavimentos

são consideradas em função de coeficiente de equivalência estrutural, no mesmo molde

utilizado pelo Método do DNER ( Souza, 1966, 1981, e DNER, 1996).

Para emprego do Catálogo, inicialmente deve-se determinar a condição do

tráfego e o tipo de CBR do subleito, com estes dados calcula-se a espessura total do

pavimento, através de um Ábaco para dimensionamento, reproduzido na figura 4.8,

desenvolvido pela PMSP, que relaciona a espessura total do pavimento com o CBR do

subleito em função da classificação do tráfego. São fornecidos os equivalentes

estruturais das camadas do pavimento e desta forma pode ser definida a estrutura mais

adequada para uma determinada região.

O projeto é efetuado com auxílio das seguintes equações:

Et = er + eb + esub+ ...... (4.5 )

Eeq = Kr . er + Kb . eb + Ksub . esub+ ...... (4.6 )

Onde:

Et – espessura real (básica)

er – espessura do revestimento

eb – espessura da base

esub – espessura da sub-base

Eeq – espessura equivalente

Kr – coeficiente estrutural do revestimento

Kb – coeficiente estrutural da base

Ksub – coeficiente estrutural da sub-base

85

Figura 4.8 – Ábaco da Prefeitura de São Paulo (Senço, 1997)

Com base na espessura básica obtida no Ábaco, verifica-se qual a estrutura tipo

mais apropriada, dada no método, e em função da espessura total de revestimento e

base, fornecida pela estrutura-tipo, se obtém por diferença a espessura da sub-base ou

reforço. Com o valor da espessura da sub-base retorna-se ao ábaco, para o mesmo tipo

de tráfego, e verifica-se o CBR a ser atendido pelo material da sub-base.

4.3.2) Metodologia Proposta para Vias Urbanas da Região de Porto Alegre.

Recentemente, foi desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande do Sul,

Escola de Engenharia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, uma

dissertação de Mestrado com o título “Metodologia para Projetos de Pavimentos

Flexíveis em Vias Urbanas da Região Metropolitana de Porto Alegre” (Silveira, 2000).

Silveira (2000) destaca observações sobre os procedimentos empregados no

projeto de pavimentos urbanos em algumas localidades da Região Metropolitana de

Porto Alegre, que mostram desconhecimento quanto aos procedimentos e projetos mais

apropriados, sob o ponto de vista dos conhecimentos atuais.

Desta forma, a dissertação citada propõe uma alternativa de metodologia de

projeto de pavimentos flexíveis em vias urbanas da Região Metropolitana de

Porto Alegre. A metodologia proposta é baseada nas estruturas dimensionadas

pelo Método empregado pela Prefeitura de São Paulo e com a utilização de

materiais alternativos juntamente com os convencionais.

86

Aplicando o estudo de projeto e os materiais disponíveis na região, montou-se

um Catálogo de estruturas–tipo. O Catálogo apresenta estruturas para cinco categorias

de tráfego semelhantes a definidas pela PMSP e quatro opções de Capacidade de

Suporte do subleito, a saber:

-U1: Solos com CBR< 4%;

-U2: Solos com 4% ≤ CBR < 8%;

-U3: Solos com 8% ≤ CBR < 12%;

-U4: Solos com CBR>12%

É indicada a substituição do material com CBR< 2% e também com expansão

> 2%.

Todas as estruturas passaram por uma verificação das tensões verticais no topo

do subleito e das deformações unitárias de extensão nas fibras inferiores das

camadas asfálticas. Utilizou-se para verificação das tensões o Programa

Computacional ELSYM 5, que emprega conceito de comportamento elástico

linear dos materiais.

O roteiro proposto no catálogo de Estruturas-tipo consiste:

- Classificar o tipo de tráfego.

- Classificar o tipo de subleito, através do CBR.

- Com os dados de tráfego e o CBR do subleito, selecionar as estruturas

possíveis entre as existentes no Catálogo.

- Dentre as estruturas selecionadas escolher aquela que melhor atenda os

requisitos de disponibilidade dos materiais existentes na região e com

menor custo.

Este estudo apresenta necessidade de revisão, como todo Catálogo de

pavimento, tendo em vista a quantidade de amostras estudadas, 4 solos, o emprego de

CBR para a classificação dos solos, na opinião do autor desta tese não tem mais sentido

principalmente no ano de 2000, com o agravantes de indicar CBR< 4% (que para clima

tropical não dá nenhuma informação) e utilizar o conceito da elasticidade linear para

todos os materiais. O estudo foi válido em razão da sua abordagem, principalmente dos

materiais utilizados em Porto Alegre, porém deve servir como alerta para outros

pesquisadores que um Catálogo não se define em período de tempo curto como o de

mestrado, necessita de equipe multidisciplinar e tempo para verificação se as estruturas

propostas atendem ao período de projeto, tal como foi realizado pelos franceses.

87

CAPÍTULO 5

ESTUDO DOS SOLOS E MATERIAIS GRANULARES DO MUNICÍPIO DORIO DE JANEIRO.

5.1) Localização do Município do Rio de Janeiro.

A Cidade (Município) do Rio de Janeiro está situada, segundo IBGE, na latitude

extremo Norte- 22º45'05" e ao Sul- 23º04’10”, tendo longitude extremo leste- 43º06'30"

e oeste 43º47’40”, sendo a capital do Estado do Rio de Janeiro. Ao norte, limita-se com

vários Municípios do Estado do Rio de Janeiro. É banhada pelo oceano Atlântico ao sul,

pela Baía de Guanabara a leste e pela Baía de Sepetiba a oeste, conforme figura 5,1.

Suas divisas marítimas são mais extensas que as terrestres.

A Região Metropolitana do Rio de Janeiro é composta por outros 17 municípios

- Duque de Caxias, Itaguaí, Mangaratiba, Nilópolis, Nova Iguaçu, São Gonçalo,

Itaboraí, Magé, Maricá, Niterói, Paracambi, Petrópolis, São João de Meriti, Japeri,

Queimados, Belford Roxo e Guapimirim - que constituem o chamado Grande Rio, com

uma área de 5.384km2.

A área do Município do Rio de Janeiro é de 1.264,2 km², incluindo as ilhas e as

águas continentais. Mede de leste a oeste 70km e de norte a sul 44km. O Município está

dividido em 32 Regiões Administ 159 bairros.

Figura 5.1- Mapa do Município do Rio de Janeiro com latitude, longi

Bairros e Municípios limítrofes.

43º06`3

43º47`40

rativas com22º45`0

23º04`10
tude, principais

88

5.2) Tipo de Relevo, Rios , Lagoas e Ilhas.

Segundo Costa (1986) a passagem do domínio serrano para a zona de baixada é

brusca e bem delimitada, apresentando feições morfológicas típicas de planície costeira,

com a presença de morros arredondados (meia–laranja) formando uma superfície

ondulada, agrupada em níveis, sugerindo antigos aplainamentos e ilhas por extensas

várzeas, entulhadas de material aluvionar, que terminam em mangues de pequenas

praias junto à costa.

O relevo carioca está filiado ao sistema da Serra do Mar, recoberto pela Floresta

da Mata Atlântica. É caracterizado por contrastes marcantes, montanhas, mar, florestas

e praias, paredões rochosos subindo abruptamente de baixadas extensas. O Rio de

Janeiro apresenta três importantes grupos montanhosos, mais alguns conjuntos de serras

menores e morros isolados, em meio a planícies circundadas, destacam-se:

Maciço da Pedra Branca (Pico da Pedra Branca)- 1.025m de altitude

Maciço da Tijuca (Pico da Tijuca) - 1.022m de altitude

Maciço do Gericinó (Pico do Guandu) - 964m de altitude

Serras: Engenho Novo e Misericórdia

Morros Isolados: Pão de Açúcar, Viúva e Inhoaiba

Colina: Outeiro da Glória

Planícies: Guaratiba, Jacarepaguá e Campo Grande

Restingas: Copacabana, Ipanema-Leblon, Marambaia e Jacarepaguá

Pontal: Sernambetiba e Arpoador

Esporões: Cara de Cão ou São João e Ponta do Joá

O maior rio genuinamente carioca é o Cabuçu ou Piraquê que deságua na Baía

de Sepetiba após um percurso de 22km. Os mais conhecidos são: Carioca, primeiro a ser

utilizado no abastecimento da população, rio histórico, hoje quase totalmente canalizado

e o Cachoeira, por ser o formador das mais belas cascatas da Floresta da Tijuca, como a

Cascatinha Taunay e o Salto Gabriela. O rio Guandu, originário de município vizinho, é

o curso d'água de maior importância e abastece de água potável a Cidade.

89

As lagoas destacam-se a de Jacarepaguá, com cerca de 11km² de área,

conhecida também por Camorim e Tijuca. A de Marapendi tem 3.765m² de superfície e

está separada da anterior pela restinga de Jacarepaguá e do oceano pela restinga de

Itapeba. Além dessas, encontra-se na Baixada de Jacarepaguá a Lagoinha, com cerca

172m² .

A Lagoa Rodrigo de Freitas, antiga Sacopenapã, uma das paisagens mais

bonitas do Rio, é constituída por um espelho d'água com aproximadamente 2,4 milhões

de metros quadrados.

O litoral com extensão calculada em 246,22 km divide-se em três setores: Baía

de Guanabara, Oceano Atlântico propriamente dito e Baía de Sepetiba. O primeiro dos

citados é o maior, o mais recortado e o de mais antiga ocupação. Vai da foz do Rio São

João de Meriti até o Pão de Açúcar. Sua posição em relação ao nível do mar é baixa,

tendo sido muito alterado pelos aterros realizados. Numerosas ilhas enfeitam essa seção

do litoral carioca. Outros acidentes importantes nele encontrados são as Pontas do Caju

e Calabouço, ambas aumentadas por aterros. Algumas praias importantes encontram-se

nesse trecho: Ramos, Flamengo, Botafogo e Urca.

O segundo setor vai do Pão de Açúcar até a Barra de Guaratiba A costa é alta

quando as ramificações dos Maciços da Tijuca e da Pedra Branca se aproximam do

litoral; é baixa quando elas se afastam. Torna-se retilínea nas regiões planas, onde

aparecem belas praias de restingas, e recortada junto às regiões montanhosas.

Destacam-se no litoral oceânico duas praias: a primeira por sua extensão, 18km ao

longo da avenida Sernambetiba, desde o píer da Barra da Tijuca até o Recreio dos

Bandeirantes e Copacabana (4,15 km), pela beleza de fama internacional.

O terceiro setor vai da Barra de Guaratiba até a foz do Rio Guandu. É pouco

recortado e apresenta um único acidente importante - a Restinga de Marambaia. Nele se

destacam três praias: Sepetiba, Pedra de Guaratiba e Barra de Guaratiba. A ocupação

humana desse trecho é menos densa, não só por causa da distância que o separa do

centro da Cidade, como também porque apresenta grandes áreas pantanosas, cobertas de

manguezais. É tradicional zona de colônias de pesca.

90

Com relação as ilhas, dos 1.264,2 km² do Município do Rio de Janeiro mais de

37 km² correspondem às ilhas. Destas, a maioria se encontra na Baía de Guanabara. Mas

há, também, as que ficam na costa Atlântica e as da Baía de Sepetiba.

As principais Ilhas da Baía de Guanabara destacam-se: Laje, Villegaignon,

Cobras, Fiscal, Enxadas, Governador (é a maior ilha, com cerca de 30 km² de área).

Paquetá e a Cidade Universitária (conhecida como Ilha do Fundão).

As principais Ilhas do Litoral Atlântico são:

Cotunduba - em frente à Praia de Copacabana, perto da barra da Baía de

Guanabara;

Arquipélago das Cagarras - em frente a Ipanema;

Rasa - com um importante farol;

Arquipélago da Redonda - fora da barra, à esquerda;

Arquipélago das Tijucas - em frente à Barra da Tijuca;

Palmas e Peças - entre o Pontal Tim Maia (antigo Sernambetiba) e a Praia

Funda;

Frade - junto à Barra de Guaratiba.

As principais Ilhas da Baía de Sepetiba são: Bom Jardim, Nova, Cavado,

Guaraquessaba, Tatu e Pescaria (unida ao continente por ponte).

5.3) Clima e Temperatura.

O Clima é tropical, quente e úmido, com variações locais, devido às diferenças

de altitude, vegetação e proximidade do oceano; a temperatura média anual do ar é de

22º C, com médias diárias elevadas no verão (de 30º a 32º) e no inverno de 10ºC; as

chuvas variam de 1.200 a 1.800 mm anuais. Nos quatro meses do chamado alto verão -

de dezembro a março - os dias muito quentes são sempre seguidos de tardes luminosas,

quando em geral caem chuvas fortes e rápidas. Ocorrem aguaceiros no verão, por vezes

de trágicas conseqüências, pela intensidade e duração da chuva, com perdas de vidas, e

estragos na superfície urbana.

91

5.4) Áreas com grande Concentração de Vias não Pavimentadas .

Tendo em vista atender regiões com maior demanda de áreas ainda não

pavimentadas, que representam as áreas da AP-4 compreendendo Jacarepagua,

Campinho, Barra da Tijuca, Recreio dos Bandeirantes e da AP-5 compreendendo

Realengo, Bangu, Campo Grande, Santa Cruz e Guaratiba, o que representa quase 2/3

da área do Município. Buscou-se referências de tipos de solos existentes nestas regiões

através de estudos pedológicos já existentes para o Município do Rio de Janeiro.

Para este estudo utilizou-se os bancos de dados do levantamento da Secretaria

Municipal de Obras, SMO, através da Fundação Instituto de Geotécnica, GEO-RIO, dos

estudos desenvolvidos com a Secretaria Municipal de Meio Ambiente, SMAC, em

conjunto com Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, EMBRAPA, e com os

dados do Centro de Informações e Dados do Rio de Janeiro, CIDE. Com estes bancos

de informações selecionou-se áreas da região da AP-4 e AP-5, onde foram coletadas

amostras de solos de maior representatividade e interesse para o estudo, para servirem

como subleito ou reforço dos pavimentos.

No caso de ampliação deste estudo para se chegar a um Catálogo completo, esta

coleta de amostras deverá ser complementada com todos os tipos de solos existentes no

Município.

Entre os estudos efetuados, o mais recente e que apresenta maior informação

sobre a Pedologia do Município do Rio de Janeiro foi o desenvolvido pela SMAC e

EMBRAPA, no ano de 2001, que resultou em um mapa com escala de 1:50.000, cujos

principais solos, quanto à freqüência podem ser visto na figura 5.2.

92

Figura 5.2 – Mapa Pedológico do Município do Rio de Janeiro (SMAC e EMBRAPA,

2001)

As áreas mapeadas com “Área Urbana” correspondem aos aglomerados

edificados, nos quais os solos não foram levantados.

O mapa pedológico citado foi desenvolvido com base no mapa de solos do

município desenvolvido por Palmieri e Santos em 1980, com objetivo de atualização,

avaliação da aptidão agrícola, vulnerabilidade das unidades, qualidade ambiental e

geração de um banco de dados georreferenciado do mapeamento dos solos do

Município.

Segundo Amaral (1988) de maneira geral, no Município,

verifica-se que dentre os solos de altitude predominam largamente

os podzólicos vermelhos e amarelos, ocorrendo em área de relevo

de suave ondulado a montanha. Esta classe de solos

MAPA PEDOLÓGICO DO SOLO DO MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO

Área Urbana

Orgânico

Latossolo

Podzolico

Solo Glei

93

apresenta horizonte B textural; em relevo montanhoso são rasos e ocorrem

associados a latossolos e afloramentos de rochas; em relevo suave ondulado são

espessos e apresentam propriedades latossólicas indicando estágio de intemperismo

avançado. Já nos solos de baixada predominam os planossolos, sendo que estes solos

apresentam perfis com horizontes A, B e C , com transição abrupta entre A e B sendo

um horizonte iluvial de acumulação de argila. Os planossolos são desenvolvidos a partir

de sedimentos fluviais areno-argiloso e argilo-arenosos, ocorrendo em terrenos com

altitude entre 10 e 30 m. Os solos orgânicos ocorrem nas partes mais baixas. Os podzóis

ocorrem sobre sedimentos arenosos fluviais ou litorâneo. Os solos de mangue ocorrem

em áreas permanentemente alagadas, com características similares aos gleis salinos.

O mapeamento pedológico do Município do Rio de Janeiro desenvolvido pela

EMBRAPA e SMAC (2001), valeu-se de uma equipe multidisciplinar, com larga

experiência, composta de pesquisadores, técnicos especializados, pessoal administrativo

e de apoio técnico.

Na impressão do mapeamento realizado, em papel A0, pode-se verificar um

grande número de solos, dentre os quais destacam-se;

a) Solos Podzólicos.

PVa1(podzólico de coloração vermelho-amarelo, textura média/argilosa presente em

relevo ondulado).

PVa2 (associado podzólico com coloração vermelho-amarelo, textura média argilosa

presente em relevo montanhoso).

PVa3 (associado podzólico de coloração vermelho-amarelo com textura argilosa

presente em relevo forte ondulado com afloramento de rocha).

PVd1 e PVd2 (associação podzólica de coloração vermelo-amarelo com textura média a

muito argilosa, presente em relevo suave e ondulado).

PVd3 (podzólico de coloração vermelho-amarelo com textura arenosa/argilosa presente

em relevo suave e ondulado).

PVL1(podzólico de coloração vermelho-amarelo com textura média a muita argilosa

presente em relevo suave e ondulado).

PVL2 (podzólico de coloração vermelho-amarelo com textura média a muita argilosa

presente em relevo ondulado).

94

PVe1 (podzolico de coloração vermelho-amarelo, eutrófico com textura média argilosa

presente em relevo ondulado).

PVe2 (associação de solos podzólicos eutrófico de coloração vermelho-amarelo com

textura média argilosa presente em relevo forte ondulado),

Pve3 (difere do anterior em sua presença em relevo ondulado + afloramento de rocha).

PVe4 (associação podzólico eutrófico e distrófico com coloração vermelha amarela com

textura média argilosa presente em relevo forte ondulado).

PVe5 ( associação podzólica de coloração vermelho-amarelo textura quando eutrófico A

chemozêmico argilosa/muito/argilosa e com Brunizém avermelhado com textura média

argilosa, presente em relevo forte ondulado).

PVe6 (associação podzólico de coloração vermelho-amarelo textura média argilosa

presente em floresta e com substrato rochoso e em relevo forte ondulado).

b) Solos Latossolos

LVa1 e LVa2 (latossolo vermelho-amarelo, textura argilosa e presente em relevo forte

ondulado).

LVa3 ( associação latossolo de coloração vermelho-amarelo com textura muito argilosa

presente em relevo montanhoso).

LVa4 (associação de latossolo vermelho-amarelo com textura argilosa e média

cascalenta presente em relevo montanhoso com substrato de rochas cristalinas ácidas).

Lap (latossolo amarelo com textura argilosa presente em relevo suave ondulado).

c) Solos Orgânicos

Od1 (solos orgânicos distróficos presente em várzeas a relevo plano).

Od2 (solos semi-orgânicos distróficos sobre areia ou argila presente em várzeas e relevo

plano).

Oe (solo semi-orgânico eutrófico sobre areia ou argilas presente em várzeas e relevo

plano).

OT ( solos orgânicos salinos tiomórficos presente em várzeas e relevo plano).

d) Solos Planossolos

Pla1(planossolo álico proeminente de textura arenosa/argilosa presente em relevo

plano).

Pla2 (diferente do anterior em relação a sua textura arenosa média).

Pla3 (planossolo álico com textura areno/argilosa presente em relevo plano).

95

Pla4 (planossolo álico com textura arenosa média presente em relevo plano).

Pls (associação de planossolo com textura media argilosa presente em relevo plano).

Pla5 (associação planossolo com textura arenosa média presente em relevo plano).

e) Solos Glei

GHa1 e GHa2 (glei húmico com textura argilosa e muito argilosa presente em relevo

plano).

GPa (glei pouco húmico com textura argilosa presente em relevo plano).

GHT (glei húmico salino com textura argilosa e muito argilosa presente em várzeas e

relevo plano).

GIS (associação complexa de solos glei com textura indiscriminada presente em várzeas

a relevo plano).

f) Solos Aluviais

Ae (associação de solos aluviais com textura indiscriminada presente em várzeas a

relevo plano).

g) Solos Podzol

P1 (podzol profundo distrófico com textura arenosa presente em restinga e relevo plano

a suave plano).

P2 (podzol hidromórfico com textura arenosa presente em campo, floresta de restinga e

relevo plano).

P3 (associação de podzol hidrmórfico com areias, apresenta textura arenosa, presente

em campo e floresta de restinga com relevo plano).

h) Solo Brunizém

BV (brunizém de coloração avermelhado com textura argilosa e média argilosa presente

em relevo forte ondulado).

Tendo em vista a predominância de determinados tipos de solos no Município

do Rio de Janeiro, é feita uma breve abordagem sobre os mesmos, com base na

publicação Arquivo do Agrônomo (1995):

Solo Orgânico - ocorrência de locais com deficiência de drenagem, onde o ambiente é

hidromórfico. Apresenta camada de material orgânico, ou seja, % carbono ≥ 8 +0,067 x

(% argila), em geral nos 40 cm iniciais desde a superfície.

96

Solo Latossolo vermelho escuro – ocorrência predominante em relevo plano ou

suavemente ondulado. A coloração vermelha é uniforme em grande profundidade, e

textura podendo ser média a muito argilosa. Quando apresenta textura muito argilosa

assemelha-se com Latossolo roxo, podendo ser diferenciado através de imã. No

Latossolo vermelho escuro a atração magnética é de baixa a média, geralmente,

enquanto no Latossolo Roxo a atração é alta.

Solo Latossolo vermelho- amarelo – ocorre também em terreno plano ou levemente

ondulado, morfologicamente apresenta cor amarela homogênea em profundidade,

podendo apresentar textura média ou muito argilosa.

Solo Latossolo amarelo – geralmente ocorre em terreno plano ou suavemente ondulado.

A cor amarela é uniforme em profundidade, com grande teor de argila.

Solo Podzólico vermelho escuro – geralmente ocorre em relevo ondulado e

normalmente o teor de argila no horizonte B é bem maior que no horizonte A.

Solo Glei pouco húmico - ocorre em relevo plano de várzea. Apresenta horizonte A de

cor clara ou escura. Abaixo do horizonte A ocorre uma camada acinzentada com ou sem

mosqueado ou variegado.

Solo Glei húmico - ocorre em relevo plano de várzea. Apresenta horizonte A escuro

relativamente espesso e, logo abaixo, uma camada de cor acinzentada com ou sem

mosqueado ou variegado. O teor de matéria orgânica é relativamente grande.

Solo Planossolo – geralmente ocorre nos terraços de rios ou riachos ou no terço superior

de encosta.

Solo Podzol – ocorre em relevo plano e apresenta horizontes de cores muito

diferenciados. No horizonte A1 coloração escura devido ao acumulo de matéria

orgânica, no horizonte B sua cor é muito clara e pode ser muito profunda. Pode ocorrer

no horizonte B com coloração escura, geralmente textura arenosa, podendo apresentar

grande quantidade de ferro.

97

5.5) Levantamento de Amostras de Solos das Áreas AP-4 e AP-5.

Com objetivo de conhecer o comportamento dos solos das regiões que

apresentam maior quantidade de vias não pavimentadas e que futuramente serão

urbanizadas, foram realizadas coletas de solos de Jazidas em produção nestas áreas,

num total de 13 amostras e em uma rua da região, que foram caracterizados e

compuseram o banco de dados usado neste trabalho.

Os solos foram amostrados nas jazidas em razão de sua coloração e da

possibilidade de exploração sem que ocorra mistura. Muitas destas jazidas estão sendo

utilizadas em obras da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, sendo utilizadas para

camada de reforço ou de aterro.

A distinção dos horizontes nas jazidas não foram estabelecida pelo autor deste

trabalho, tendo vista a diferenciação da mudança de horizontes não ser muito nítida nos

solos de clima tropical, principalmente no latossolo, e o objetivo principal do estudo foi

de conhecer o comportamento resiliente dos solos com potencial de exploração para

área de pavimentação.

Em geral as amostras foram recolhidas entre alturas que variaram de 0 a 10

metros, estando as Jazidas em pleno funcionamento.

A opção de estudar as jazidas foi decorrente que a maioria dos subleitos do

Município, com base no ensaio do CBR são considerados de péssima qualidade,

CBR< 5 %.

Entretanto, foi selecionada uma Rua para servir como referência no estudo

desenvolvido nesta tese.

5.5.1) Localização e Classificação dos Solos Estudados neste Trabalho.

A posição da coordenada geográfica foi obtida com base em Mapa e a

localização aproximada da via onde se situam as Jazidas e a Rua.

a) Jazida da Covanca

Localizada em Jacarepaguá, na Estrada da Covanca nº 1395.

98

Com base na sua posição, coordenadas (N:669.302, E:7.465.023),

verifica-se, no Mapa Pedológico da SMAC-EMBRAPA, que trata-se de uma

fonte de solo do tipo podzólico.

Durante a coleta de amostras foram verificados três tipos de materiais em

exploração, sendo denominados A1, A2 e A3, registrados no Laboratório de

Geotecnia da COPPE com as seguintes denominações S-363/02, S-364/02 e

S-365/02.

Análise tátil visual indicou: S-363/02 (A1), apresenta composição silte-

argiloso com coloração avermelhada, S-364/02 (A2) do tipo silte-argiloso

com coloração amarelada e S-365/02 (A3) do tipo argilo-siltosa com

coloração rosada.

b) Jazida dos Palmares

Localizada em Santa Cruz, na Estrada dos Palmares nº 301.




Durante a coletas foram recolhidas 5 amostras, registradas no Laboratório de

Geotecnia da COPPE com as denominações S-36/01, S-38/01, S-44/01, S-

45/01 e S-47/01.

Análise tátil visual indicou: S-36/01, apresenta composição argilo-siltosa

com coloração marrom, S-38 silte-argiloso com coloração avermelhada, S-

44, argila siltosa coloração amarelada, S-45 argilo-siltosa coloração

avermelhada e S-47 argilo-siltosa de coloração avermelhada. A coloração

avermelhada variava para claro ou mais escuro, por esta razão resolveu-se

coletar cinco amostras nesta Jazida.

c) Jazida Morro da Bandeira

Localizada em Inhoaiba, na Estrada de Sepetiba.




99

Durante a coletas foi recolhida 1 amostra, registrada no Laboratório de

Geotecnia da COPPE com a denominação S-43/01.

Análise tátil visual indicou que a amostra S-43/01 apresenta composição

silte-arenosa com coloração amarelada.

d) Jazida Manelão

Localizada em Campo Grande, no Caminho do Tutoia.




Durante a coletas foi recolhida 1 amostra, registrada no Laboratório de



silte-arenosa com coloração amarelada.

e) Jazida Cachamorra

Localizada em Guaratiba, na Estrada da Cachamorra nº 2021.




Durante a coleta foi recolhida 1 amostra, registrada no Laboratório de



silte-arenosa com coloração amarela clara.

f) Jazida Cândido

Localizada em Campo Grande, na Estrada Rio-São Paulo nº 4350, Km-32.




Durante a coleta foram recolhidas 2 amostras, registradas no Laboratório de

Geotecnia da COPPE com as denominações S-444/02 e S-445/02.

100

Análise tátil visual indicou: S-444/02, apresenta composição silte-argiloso

com coloração avermelhada e S-445/02 argila- siltosa de coloração marrom

clara.

Além das jazidas foi coletado solo de uma via não pavimentada na região

Oeste, na área da AP-5, com a seguinte identificação;

g) Rua João Santos

Localizada em Campo Grande.

Com posição geográfica não identificada no sistema de cadastramento do

Município, entretanto em proximidade com vias registradas, verifica-se no

Mapa Pedológico de Solo da SMAC-EMBRAPA, que trata-se de uma fonte

de solo do tipo podzólico.

Durante a coleta foi recolhida 1 amostra, registrada no Laboratório de


Análise tátil visual indicou que a amostra S-400/02, apresenta composição

silte-arenoso com coloração preta.

Os materiais foram ensaiados para fins de classificação e também para

conhecimento da granulometria, umidade ótima, densidade máxima, expansão e CBR,

nos Laboratórios da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, Coordenadoria Geral de

Conservação, Departamento de Apoio Tecnológico, características resumidas na tabela

5.1.

Como pode ser observado todas as amostras foram solos do tipo Podzólicos, isto

pode ser justificado pela escala do Mapa de estudo Pedológico da SMAC-EMBRAPA

apresentar uma escala grande, o que pode induzir a erros pois manchas menores de

solos diferentes, no meio de outra classe mais predominante, não vai aparecer no mapa.

Este argumento tem amparo, pois dificilmente pode-se encontrar uma jazida com

uma única classe de solo.

O mapa pedológico tem sua importância, mostrando a predominância de solo da

classe podzólico nas regiões em estudo, entretanto sua consulta serve como uma

referência. Com a realização de mais amostragem e ensaios se poderá no futuro formar

101

um banco de informação mais preciso para os solos do Município com vista a

pavimentação.

No caso de continuidade dos trabalhos seria também importante a coletas de

amostras ser acompanhada por um pedólogo. Também é necessário fazer a classificação

MCT nos solos totalmente passante na peneira nº10, como o ensaio de azul de metileno.

A classificação por “Resiliência” também não será abordada pois não foram feitos

ensaios de granulometria com sedimentação.

As amostras de solos foram classificadas segundo a TRB e SUCS. Não foram

efetuados ensaios para caracterização através da Classificação MCT e com Azul de

Metileno, apesar de importante, tendo em vista o tempo para tese e foi enfocado com

maior ênfase o objetivo de desenvolver estudo para orientar os passos para definição

futura de um Catálogo de pavimentos com estruturas tipo para o Município do Rio de

Janeiro..

Foram realizados o ensaio de CBR, tendo em vista a necessidade de conhecer o

resultado de expansão dos materiais, entretanto nenhuma estrutura será dimensionado

usando este índice. Não obstante, o valor do CBR poderá ser confrontado com os

resultados dos módulos, permitindo conhecer ou reforçar que solos com CBR baixo

podem apresentar bom desempenho quando se estuda a estrutura do pavimento com

base na mecânica dos pavimentos.

Com base na classificação mais usual no sistema rodoviário nacional o do TRB,

confirma-se ser impossível prever um comportamento baseado puramente na

classificação do solo em determinado grupo ou subgrupo. Como exemplo os solos com

a classificação TRB do grupo A-2-4, de grande predominância no Município e também

nas amostras ensaiadas, observa-se a seguintes variações:

Limite de Liquidez – 22 a 33 %Limite de Plasticidade – NP a 32 %Índice de Plasticidade – 0 a 8 %Umidade Ótima – 10,6 a 17,3 %Densidade Máxima – 1704 a 2007 kg/m3

Expansão – 0,00 a 0,49 %CBR – 6 a 31 %Cor – vermelha e amarela

1

Tabela 5.1 - Resultados da Caracterização, Expansão e CBR dos solos coletados para este estudo

L.Atterberg

Granulometria - %passando

ClassificaçãoRegistroCOPPE

Descrição do material

LL,%

LP,%

IP

3/4”

3/8”

Nº4

Nº10

Nº40

Nº200

IG

TRB SUCS

Energia

Comp.MassaEsp.Máx.

Kg/m3

Umid.ótima

%

Exp.%

CBR%

S-36/01 Jazida Palmares 42 21 21 100 100 99 97 67 45 6 A-7-5 SC Normal 1784 15,6 0,36 7

S-38/01 Jazida Palmares 39 27 12 100 100 99 95 72 50 4 A-6 CL Normal 1626 19,3 0,54 9

S-43/01 Jazida Morro da Bandeira 22 NP NP 100 99 93 78 24 9 0 A-2-4 SM Normal 1918 11,7 0,00 31

S-44/01 Jazida Palmares 46 28 18 100 100 99 93 51 34 2 A-2-7 SC Normal 1709 18,5 0,23 10

S-45/01 Jazida Palmares 39 25 14 100 100 99 97 74 49 4 A-6 CL Normal 1766 16,6 0,57 7

S-47/01 Jazida Palmares 40 25 15 100 100 99 94 73 46 4 A-6 SC Normal 1736 17,9 0,63 8

S-363/02 Jazida Covanca – A1 56 31 25 100 100 100 96 93 81 15 A-7-6 MH Normal 1482 25,6 2,60 2

S-364/02 Jazida Covanca A-2 NL NP NP 100 100 99 93 59 34 0 A-2-4 SM Normal 1704 17,3 0,49 5

S-365/02 Jazida Covanca A-3 37 26 11 100 97 91 74 42 33 0 A-2-6 SC Normal 1956 10,6 0,37 9

S-391/02 Jazida Manelão NL NP NP 100 100 84 73 38 34 0 A-2-4 SM Normal 1880 10,6 0,00 20

S-400/02 Rua João Santos NL NP NP 100 100 99 97 53 11 0 A-3 SM Normal 1952 10,4 0,00 29

S-432/02 Jazida Cachamorra NL NP NP 100 99 97 77 26 9 0 A-1-B SM Normal 1912 11,8 0,00 20

S-444/02 Jazida Cândido Km 32 A-1 39 31 8 100 98 91 68 31 17 0 A-2-4 SC Normal 2007 10,7 0,35 12

S-445/02 Jazida Cândido Km 32 A-2 38 32 6 100 97 90 69 37 31 0 A-2-4 SM Normal 1962 10,6 0,25 12

NL – Não Líquido NP – Não Plástico NP – Não Plástico

102

103

Apesar do ensaio de CBR não ser um parâmetro utilizado no dimensionamento

mecanístico dos pavimentos, pois não retrata o comportamento do sistema quanto a

fadiga, como é o método tradicional do DNER que ainda está em uso no Município,

pode-se fazer algumas observações com base neste índice:

- Solos do grupo A-2-4, Classificação TRB, refere-se a solos de comportamento

de excelente a bom, entretanto foi verificado valor de CBR da ordem de 6 a 31%, na

energia normal e na umidade ótima. Já para o caso dos solo do grupo A-7 e subgrupo

A-7-6 , cuja classificação informa ser de comportamento de sofrível a mau, obteve-se

CBR na faixa de 3 a 7,0 %, na umidade ótima e na energia normal de compactação.

Como exemplo, pode ser verificado que o solo S-36/01, A-7-6, apresentou CBR

de 7 %, maior que o obtido na amostra S-364/02, A-2-4, com valor de 6 %.

Confirma-se mais uma vez o que já foi dito por vários autores que a

classificação TRB não se aplica a solos tropicais, podendo levar a grande distorção de

avaliação do comportamento.

A persistência nesta classificação no Brasil, aliada ao ensaio de CBR, tem que

ser abolida, sob pena de se estar utilizando mal os nossos solos e também os projetos de

dimensionamento. Parece que se deva começar nas Escolas de Engenharia e Escolas

Técnicas a imprescindível atualização.

Carlson (1998) relata uma frase de William James: “A maior descoberta de

minha geração é que qualquer ser humano pode mudar de vida, mudando de atitude”,

por analogia é hora dos técnicos pensarem na necessidade de mudar conceitos já

enraizados, para melhorar os pavimentos construídos no Brasil.

Aponta-se a Metodologia MCT ou mesmo a de Adsorção em azul de metileno,

como usam os franceses, para continuidade dos estudos caso seja do interesse do

Município alterar seus procedimentos.

Nesta tese não será abordada outra classificação, pois optou-se pelo estudo do

comportamento resiliente dos materiais diretamente.

104

5.5.2 ) Estudos do Comportamento Resiliente dos Solos.

Para se conhecer o comportamento resiliente dos solos foram efetuados ensaios

triaxiais dinâmicos nas amostras coletadas utilizando os solos na umidade ótima e massa

específica máxima empregando, a energia normal de compactação.

Os ensaios triaxiais dinâmicos foram efetuados, com a participação do autor

desta Tese, no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ, utilizando os procedimentos

de ensaios, apresentados no Capítulo 4. As fichas contendo os resultados dos ensaios

são apresentadas no anexo 1.

A tabela 5.2 apresenta os resultados dos ensaios, com o módulo em função da

tensão desvio, MR=k1σdk2, e da tensão confinante, MR=k1σ3

k2, modelos tradicionais

usados para representação da não linearidade do comportamento do solo com a variação

do estado de tensão.

Verifica-se que as amostras S-47, S-44, S-38, S-43, S-363 e S-400 apresentam

boa correlação com a tensão desvio, com coeficiente de correlação, R2, superior a 0,80.

Poderia-se dizer que são solos com características coesivas, que apresentam relevante

fração argilosa. Entretanto, na tabela 5.1, de classificação dos solos, observa-se que as

amostras S-43 e S-400 apresentam baixo teor de finos na peneira 0,075mm (nº 200),

alem de não apresentarem índice de plasticidade. Logo evidencia-se o risco quando se

estuda um determinado solo somente através do resultado do comportamento resiliente

em função da tensão desvio, que pode não representar a forma mais correta. Entretanto,

tem-se verificado que este modelo em função da tensão desvio apresenta uma boa opção

para estudar os solos argilosos.

Já para o modelo em função da tensão confinante, verifica-se boa correlação

somente para amostras S 400, R2>0,80, e regular para S-432 e S-445, R2> 0,70. Pode-se

pensar que são solos com alto teores de areia, não plástico, porém as amostras S-432 e

S-445 apresentam alto valor de limite de plasticidade, apesar da percentagem de

material na peneira 0,075 mm ser inferior a 10 % para S-432 e relativamente alto para

S-445, com mais de 35%. Logo o mesmo risco ocorre utilizando modelo considerando

apenas a tensão confinante para prever o comportamento resiliente dos solos.

105

Isto é comum em solos tropicais, nos quais a granulometria e os índices de

Atterberg não têm muita correlação com o desempenho, como já mostrado por muitos

estudos.

Os solos têm comportamento elástico não linear, e o modelo mais ajustado para

expressar este fato é o que leve em consideração a tensão desvio e confinante juntas,

pois na realidade sempre estas tensões estarão atuando sobre o pavimento.

Um dos modelos possíveis em função da tensão desvio e confinante apresenta a

seguinte equação MR= k1 σ3k2σd

k3, conforme proposto por Macêdo (1996) e Ferreira

(2002) chamado de modelo composto.

Na tabela 5.3 verifica-se que todos os solos apresentaram bom coeficiente de

correlação neste modelo, R2> 0,95, comprovando que o modelo composto para estudo

dos solos é a melhor opção, além de não ser vinculado à questão granulométrica.

As equações obtidas para o modelo composto de módulo resiliente dos solos, ou

seja levando em consideração a tensão confinante e a tensão desvio conjuntamente,

podem ser visualizadas utilizando o programa MAPLE, empregado para cálculo

numérico, e que permite realizar gráficos tridimensionais. Com base nestes gráficos fica

mais fácil visualizar e analisar os comportamentos dos solos e também compará-los.

A Figura 5.3, como primeiro exemplo, apresenta o comportamento do solo

denominado S-47, na formatação tridimensional, onde pode ser observado sua variação

de módulo em função do par de tensões aplicados. Cada parte da figura foi obtida com

rotação dos eixos de forma a auxiliar a visualização da influência de cada uma das

tensões, σ3 e σd. Neste caso, a tensão desvio, σd, tem influência maior, mas a tensão

confinante, σ3, também tem, embora muito menor. Os coeficientes K2 e K3 já mostram

esta diferença. No caso das amostras S-391 e S- 400 a influência das duas tensões,

desvio e confinante, são equivalentes (K2 ≈ K3).

106

Figura 5.3 – Representação gráfica do Modelo Composto de Resiliência,

amostra S-47, através do programa MAPLE, com rotação dos eixos .

MR

( M

Pa)

MR

( M

Pa)

MR

( M

Pa)

1

Tabela 5.2 - Representação do Módulo de Resiliência em função da tensão desvio ou da tensão confinante dos solos estudados.

Umidade,%MR=k1σd

k2 (MPa) MR=k1σ3k2 (MPa)

Registro

COPPE

Descrição do Material Energia M. EspMáx

Kg/m3hot Mol Ens K1 K2 R2 K1 K2 R2

S-47/01 Jazida Palmares Normal 1736 17,9 17,4 16,5 161,2 -0,41 0,96 135,8 -0,38 0,55S-44/01 Jazida Palmares Normal 1709 18,5 18,0 16,7 148,1 -0,32 0,86 155,7 -0,24 0,35S-36/01 Jazida Palmares Normal 1784 15,6 15,2 14,3 243,7 -0,14 0,19 289,0 -0,05 0,02S-38/01 Jazida Palmares Normal 1626 19,3 18,8 15,2 244,0 -0,30 0,94 220,8 -0,27 0,55S-45/01 Jazida Palmares Normal 1766 16,6 16,1 13,4 202,6 -0,34 0,94 179,1 -0,31 0,53S-43/01 Jazida Morro da Bandeira Normal 1918 11,7 11,3 10,5 185,3 -0,23 0,21 238,9 -0,09 0,02S-363/02 Jazida Covanca – A 1 Normal 1482 25,6 26,1 24,1 15,5 -1,10 0,98 10,5 -1,02 0,61S-364/02 Jazida Covanca – A 2 Normal 1704 17,3 17,3 17,1 49,9 -0,50 0,64 54,5 -0,37 0,22S-365/02 Jazida Covanca – A 3 Normal 1956 10,6 10,8 10,7 149,3 -0,25 0,53 166,7 -0,16 0,14S-391/02 Jazida Manelão Normal 1880 10,6 10,1 8,9 238,2 -0,05 0,04 335,9 0,08 0,06S-400/02 Rua João Santos Normal 1952 10,4 10,8 9,6 629,0 0,42 0,91 993,1 0,49 0,82S-432/02 Jazida Cachamora Normal 1912 10,3 9,7 9,6 262,5 0,17 0,34 428,5 0,31 0,72S-444/02 Jazida Cândido A-2 Normal 1985 10,7 10,6 10,2 214,7 0,12 0,20 361,5 0,28 0,72S-445/02 Jazida Cândido A-3 Normal 1970 10,6 10,4 10,4 128,0 -0,62 0,64 197,3 -0,33 0,13

hot – umidade ótima. Mol – umidade na moldagem do CP. Ens- umidade após ensaio triaxial dinâmico

107

1

Tabela 5.3 - Representação do Módulo de Resiliência em função do par de tensões desvio e confinante, simultaneamente, denominado módulocomposto,. para os solos estudados.

Umidade,% MR= k1 σ3

k2σdk3 (MPa)

RegistroCOPPE Descrição do Material

M. EspMáx.kg/m3

Hot Mol Ens K1 K2 K3 R2

S-47/01 Jazida Palmares 1736 17,9 17,4 16,5 179 0,08 -0,47 0,99S-44/01 Jazida Palmares 1709 18,5 18,0 16,7 182 0,16 -0,42 0,99S-36/01 Jazida Palmares 1784 15,6 15,2 14,3 257 0,28 -0,46 0,99S-38/01 Jazida Palmares 1626 19,3 18,8 15,2 247 0,01 -0,30 0,99S-45/01 Jazida Palmares 1766 16,6 16,1 13,4 227 0,08 -0,39 0,99S-43/01 Jazida M. da Bandeira 1918 11,7 11,3 10,5 496 0,35 -0,18 0,97S-363/02 Jazida Covanca – A 1 1482 25,6 26,1 24,1 15 -0,01 -1,11 0,99S-364/02 Jazida Covanca – A 2 1704 17,3 17,3 17,1 107 0,39 -0,64 0,95S-365/02 Jazida Covanca – A 3 1956 10,6 10,8 10,7 212 0,28 -0,45 0,97S-391/02 Jazida Manelão 1880 10,6 10,1 8,9 371 0,33 -0,27 0,96S-400/02 Rua João Santos 1952 10,4 10,8 9,6 831 0,21 0,28 0,97S-432/02 Jazida Cachamora 1912 10,3 9,7 9,6 451 0,40 -0,10 0,97S-444/02 Jazida Cândido A-2 1985 10,7 10,6 10,2 404 0,47 -0,19 0,98S-445/02 Jazida Cândido A-3 1970 10,6 10,4 10,4 368 0,48 -0,71 0,95

hot – umidade ótima. Mol – umidade na moldagem do CP. Ens- umidade após ensaio triaxial dinâmico

108

109

A figura 5.3, mostra a representação gráfica do solo S-47 da Jazida de Palmares, trata-se

de um solo do tipo argila siltosa, pela classificação tradicional um solo do tipo A-6, mas

verifica-se que seu valor máximo de módulo pode ser da ordem de 800 MPa e mínimo

de 200 MPa, dependendo do par de tensões desvio e confinante conjuntamente.

A região do gráfico onde o módulo apresenta maiores valores está associada a

menor tensão desvio, com qualquer tensão confinante, sendo observado ligeiro aumento

quando a tensão confinante aumenta.

Com respeito ao menor valor do módulo, este é verificado no gráfico na região

onde a tensão desvio é máxima, com pouca variação nesta região quando se altera a

tensão confinante.

Acompanhando o comportamento do perfil da variação do módulo, verifica-se

que este diminui com o aumento da tensão desvio, sem sofrer alteração significativa

deste quadro quando se modifica a tensão confinante.

Com base no comportamento do módulo do material S-47 pode-se confirmar que

trata-se de um solo de natureza argilosa, que possui uma certa coesão, e apresenta

valores de módulo elevado, pois na pior condição apresentou valor da ordem de

200 MPa. Este valor é considerado excelente para subleito ou plataforma, quando se

compara com os valores atribuído ao Catálogo Francês de 1998, e não como faz supor

o CBR e a classe TRB do mesmo.

Vale ressaltar portanto que este solo segundo sua caracterização tradicional é

considerado um solo de baixa resistência, o que evidencia o desperdiço de material de

alta qualidade que se tem realizado, quando se julga o solo segundo métodos e

classificações trazidas de outras países de clima diferente, como já constatado por

outros estudos, por exemplo Chaves (2000).

Para o caso da Jazida Palmares, procedeu-se uma avaliação conjunta de todas as

amostras desta jazida, conforme pode ser verificado na figura 5.4, com rotação do eixo

do gráfico, obtido com o emprego do programa MAPLE.

110

A figura 5.4 apresenta graficamente, o comportamento resiliente das amostras da

Jazida Palmares, e numericamente nas tabelas 5.4 e 5.5, mostram-se as variações do

Módulo de Resiliência, considerando os valores extremos, ou seja, a condição de tensão

desvio mínima e máxima do ensaio, com a variação da tensão confinante.

Tabela 5.4 – Comportamento do Módulo Resiliente, das amostras da Jazida Palmares,com tensão desvio mínimaValores do Módulo Resiliente,(MPa), para condição da menor tensão desvioRegistro S-36 S-38 S-44 S-45 S-47Máximo 780 780 600 780 820Mínimo 450 770 550 780 800

Tabela 5.5 – Comportamento do Módulo Resiliente, das amostras da Jazida Palmares,com tensão desvio máximaValores do Módulo Resiliente,(MPa), para condição da maior tensão desvioRegistro S-36 S-38 S-44 S-45 S-47Máximo 200 350 200 280 230Mínimo 180 300 200 260 230

MR

( M

Pa)

Figura 5.4 –Representação Gráfica do modelo composto resiliente dos solos da JazidaPalmares, programa MAPLE S-36 S-38 S-44 S-45 S-47

MR

MR

MR

111

Observa-se que para uma mesma tensão desvio mínima, variando a tensão

confinante, conforme tabela 5.4, os solos S-38, S-45 e S-47, apresentam pouca variação

nesta condição, com valor médio do módulo da ordem de 800 MPa. Entretanto, os solos

S-36 e S-44 tiveram relativa variação do Módulo quando se fixou a tensão desvio

mínima e variou-se a tensão confinante, observa-se variação do módulo de 780 MPa a

450 MPa.

No caso contrário, fixando a tensão desvio máxima e variando a tensão

confinante, os valores do módulo reduzem significativamente, com melhor desempenho

nas amostras S-38 e S-45, com valor médio da ordem de 300 MPa. Já as demais

amostras, S-36, S-44 e S-47 apresentam valor menor, da ordem de 200 MPa.

Avaliando a superfície gráfica das curvas das equações das amostras da Jazida

Palmares, com variação do par de tensões, até a tensão desvio de 0,1 MPa, as curvas

seguem mais ou menos paralelas com o módulo decrescendo na seguinte ordem de S-

38, S-45, S-47, S-36 e S-44, sendo os dois últimos praticamente coincidentes. Após a

redução da tensão desvio abaixo de 0,1MPa, a amostra S-47 sobe rapidamente atingindo

o maior valor, e as amostras S-36, S-38 e S-47 tendem para o mesmo valor máximo,

com exceção da amostra S-44 que atinge um valor máximo um pouco menor.

Com base no desempenho das amostras da Jazida Palmares verifica-se que seu

comportamento é mais influenciado pela tensão desvio, tendo portanto uma

característica de solos argilosos, que apresenta uma certa coesão interna. O s valores de

módulo obtido para a pior condição, maior tensão desvio, variou de 350 a 180 MPa,

estando estes valores de Módulos em comparação com os admitidos na classificação da

plataforma no Catálogo Francês de 1998, na seguinte condição: S- 36 do tipo PF3 e os

demais, que estão acima de 200Mpa enquadrando-se na classificação do tipo PF4.

Entretanto, ao se analisar por processo empírico, com o valor de CBR, que variou

nesta Jazida de 7 a 10 %, conclui-se que o subleito seria relativamente fraco.

Usando a mesma forma gráfica para analisar as amostras da Jazida Covanca, com

auxílio do programa MAPLE, e com rotação de eixos se obtém a figura 5.5:

112

A figura 5.5 apresenta graficamente o comportamento das amostras dos solos da Jazida

Covanca, e numericamente, verifica-se, nas tabelas 5.6 e 5.7, faixas de Módulo de

Resiliência, considerando os valores extremos, ou seja, a condição de tensão desvio

mínima e máxima do ensaio, com a variação da tensão confinante.

Figura 5.5 –Representação Gráfica dos solos da Jazida Covanca, programa MAPLE S-363 S-364 S-365

MR

(M

MR

(M

MR

(MP

113

Tabela 5.6 – Comportamento do Módulo Resiliente, das amostras da Jazida Covanca, com tensão desvio mínima

Valores do Módulo Resiliente,(MPa), para condição da menor tensão desvioRegistro S-363 S-364 S-365Máximo 1000 400 480Mínimo 1000 280 400

Tabela 5.7 – Comportamento do Módulo Resiliente, das amostras da Jazida Covanca, com tensão desvio máxima

Valores do Módulo Resiliente,(MPa), para condição da maior tensão desvioRegistro S-363 S-364 S-365Máximo 40 80 200Mínimo 40 40 180


confinante, conforme tabela 5.6, as amostras S-363, S-364 e S-365, apresentam

considerável variação nesta condição, com valor do módulo oscilando de 1000 MPa a

280 MPa. A amostra S-363 foi a que apresentou melhor módulo e não apresentou

alteração com a tensão confinante. A amostra S-365 apresentou valor de módulo nesta

condição abaixo da metade da S-363, sendo seu maior valor de 480 MPa, neste caso a

tensão confinante apresentou ligeira modificação no módulo. No caso da amostra S-364

o valor do módulo foi o mais baixo na ordem de 400 MPa e a tensão confinante

apresentou substancial influência, pois o módulo caiu para 280 MPa quando da redução

da tensão confinante, mantendo-se a tensão desvio no valor mínimo.

No caso contrário, tabela 5.7, fixando a tensão desvio máxima e variando a

tensão confinante, os valores do módulo reduzem significativamente, com melhor

desempenho nas amostras S-363 e S-364, com valor do módulo variando de 80 a 40

MPa. Já a amostra S-365 apresentou valor maior que os demais variando de 180 a 200

MPa. A tensão confinante apresentou certa influência nesta condição para a amostra S-

364 reduzindo a metade para a menor tensão confinante, para as outras amostras desta

jazida os valores se mantiveram quase constante para a variação da tensão confinante.

Avaliando o perfil das curvas das equações dos solos, com variação do par de

tensões, até a tensão desvio de 0,1 MPa, as curvas seguem mais ou menos paralelas com

o módulo decrescendo na seguinte ordem de S-365, S-364 e S-363, sendo os dois

114

últimos praticamente coincidentes. Após a redução da tensão desvio abaixo de 0,1MPa,

a amostra S-363 aumenta rapidamente de forma exponencial, atingindo maior valor que

os verificados para as amostras S-365 e S-364, apesar da amostra S-365 apresentar

valores de módulo superior a S-364.

Com base no desempenho destas amostras da Jazida Covanca verifica-se que

estes solos têm comportamento mais influenciado pela tensão desvio, tendo portanto

uma característica mais marcante de solos argilosos, que exibe uma certa coesão interna,

exceto a amostra S-394 onde a tensão confiante apresentou certa influência. Os valores

dos módulos obtidos para a pior condição, maior tensão desvio, variou de 200 a 40

MPa, valores estes bem inferiores ao alcançado nas amostras da Jazida Palmares.

Analisando os valores dos módulos obtidos para a pior condição, tensão desvio máxima,

em comparação com os admitidos na classificação de subleito ou plataforma do

Catálogo Francês de 1998, verifica-se os seguintes tipos de subleito: S-363 do tipo PF1,

S-364 do tipo PF2 e S- 365 do tipo PF3.

Entretanto, ao se analisar por processo empírico, com o valor de CBR, que variou

nesta Jazida Covanca de 2 a 10 %, concluiria-se que o subleito é relativamente fraco,

com S-363 tendo que ser feito substituição em razão de CBR de 2 %.

É importante ressaltar, que estas Jazidas estão em exploração comercial e que

estas diferenças de comportamento podem nem ser percebidas durante a obra, se o

controle de recebimento dos materiais não for seguido de ensaios numa freqüência

adequada, nem se analisar ao menos variações de cor do solo, em cada caminhão, como

sinal de alerta. Entretanto, o ensaio utilizado atualmente na Prefeitura do Rio como

referência da resistência do solo é o CBR, o que precisa ser alterado o mais rápido

possível, de forma a não se proceder inadequadamente ao julgamento dos solos

utilizados.

Analisando as demais Jazidas, Morro da Bandeira , figura 5.6, Jazida Manelão,

figura 5.7, Jazida Cachamorra figura 5.8 e Jazida Cândido figura 5.9, verifica-se os

comportamentos descrito a seguir.

115

Figura 5.6 – Representação Gráfica da amostra de solo da Jazida do Morro da Bandeira,

S-43, utilizando o programa MAPLE

Para a condição de tensão desvio mínima, para o solo S-43 da figura 5.6, o

módulo variou de 230 a 110 MPa, e para a condição de tensão desvio máxima

verificou-se oscilação de 140 a 70 MPa. Verifica-se na figura 5.6, que o módulo é

influenciado tanto pela tensão confinante quanto pela tensão desvio. Esta característica

é do tipo de solo com maior teor de silte e areia. No ensaio de caracterização deste solo

verificou-se que o mesmo é NP e com baixo teor de fino na peneira 0,075 mm. Sua

classificação segundo o Catálogo Francês de 1998 é do tipo PF2.

Já com respeito a sua avaliação por método empírico como CBR, verifica-se

valor excelente da ordem de 30%, podendo ser empregado até como camada de

sub-base, porém dependendo de seu estado de tensões observa-se que o solo apresenta

variações no valor do módulo de resiliência, porém o CBR é o mesmo, o que pode

comprometer estruturas definidas sem considerar a mecânica dos pavimentos.

Mr

(MP

a)

Mr

(MP

a)

116

Figura 5.7 – Representação Gráfica da amostra do solo da Jazida Manelão, S-391, comauxílio do programa MAPLE.

Para a condição de tensão desvio mínima, para a amostra S-391 da figura 5.6, o

módulo variou de 560 a 300 MPa, e para a condição de tensão desvio máxima

verificou-se oscilação de 260 a 140 MPa. Verifica-se na figura 5.7, que o módulo é

influenciado tanto pela tensão confinante quanto pela tensão desvio. Esta característica

é do tipo de solo com maior teor de silte e areia. No ensaio de caracterização deste solo

verificou-se que o mesmo é NP e NL, apesar do teor de fino na peneira 0,075 mm ser

elevado. Sua classificação segundo o Catálogo Francês de 1998 é do tipo PF3.

M

r (M

Pa)

M

r (M

Pa)

117



sub-base, porém da mesma forma que a Jazida do Morro da Bandeira, para seu emprego

deve ser considerado o estado de tensões dentro da estrutura do pavimento

dimensionado, e somente através de método de dimensionamento com considerações da

mecânica dos pavimentos se poderá ter certeza do desempenho da sua vida de projeto.

Figura 5.8 – Representação gráfica da amostra da Jazida da Cachamorra, S-432, com

auxílio do programa MAPLE, e com rotação do eixos.

Para a condição de tensão desvio mínima, para amostra S-432 da figura 5.8, o

módulo variou de 300 a 140 MPa, e para a condição de tensão desvio máxima verificou-

se oscilação de 220 a 100 MPa. Verifica-se na figura 5.8, que o módulo é influenciado

tanto pela tensão confinante quanto pela tensão desvio. Esta característica é do tipo de

solo com maior teor de silte e areia. No ensaio de caracterização deste solo verificou-se

MR

MR

118

que o mesmo é NP e NL, com teor de fino baixo na peneira 0,075 mm. Sua classificação

segundo o Catálogo Francês é do tipo PF3.

Já com respeito à sua avaliação por método empírico como CBR, verifica-se


sub-base, porém da mesma forma para Jazida do Morro da Bandeira e para Jazida

Manelão, o seu emprego deve ser considerado o estado de tensões das estruturas

definidas..

A figura 5.9 apresenta graficamente, o comportamento das amostras dos solos

da Jazida Cândido, verifica-se nas tabelas 5.8 e 5.9, as variações do módulo de

Figura 5.9 –Representação Gráfica dos solos da Jazida Cândido, programa MAPLE S-444 S-445

MR

MR

MR

119

resiliência, considerando os valores extremos, ou seja, a condição de tensão desvio

mínima e máxima, com a variação da tensão confinante.

Tabela 5.8 – Comportamento do Módulo Resiliente , das amostras de solos da Jazida Cândido, com tensão desvio mínima

Valores do Módulo Resiliente,(MPa), para condição da menor tensão desvioRegistro S-444 S-445Máximo 360 2000Mínimo 120 1000

Tabela 5.9 – Comportamento do Módulo Resiliente, das amostras de solos da Jazida Cândido, com tensão desvio máxima

Valores do Módulo Resiliente,(MPa), para condição da maior tensão desvioRegistro S-444 S-445Máximo 200 220Mínimo 80 80


confinante, conforme tabela 5.8, as amostras S-444 e S-445, apresentam considerável

variação nesta condição, com valor do módulo oscilando de 2000 MPa a 120 MPa. A

amostra S-445 foi a que obteve melhor módulo, porém apresentou significativa

alteração com a tensão confinante. A amostra S-444 apresentou valor de módulo nesta

condição bastante inferior à amostra S-445, sendo seu maior valor de 360 MPa, neste

caso a tensão confinante apresentou alteração no módulo, reduzindo o mesmo para 120

MPa.

No caso contrário, tabela 5.9, fixando a tensão desvio máxima e variando a

tensão confinante, os valores do módulo reduzem significativamente, com desempenho

similares nas amostras S-444 e S-445, com valor do módulo variando de 200 a 80 MPa.

Em ambos as amostras a tensão confinante contribui para redução do módulo.

Avaliando o perfil das curvas das equações dos solos, com variação do par de

tensões, até a tensão desvio de 0,3 MPa, as curvas apresentam comportamentos bem

distintos, com a amostra S-445 apresentando valores muito superiores aos da amostra

S-444, que pouco oscila, e acima desta tensão desvio as curvas seguem mais ou menos

coincidentes, com o módulo decrescendo. Após a redução da tensão desvio abaixo de

120

0,3 MPa, a amostra S-445 aumenta rapidamente o módulo de forma exponencial,

atingindo valor final de 2000 MPa.

Com base no desempenho das amostras de solos da Jazida Cândido, verifica-se

que seu comportamento é influenciado pela tensão desvio e confinante, tendo portanto a

amostra S-445 uma característica de solos argilosos, com certa coesão interna, e a

amostra S-444 apresentou pouca influência. O s valores de módulo obtido para a pior

condição, maior tensão desvio, variou de 220 a 80 MPa. Analisando os valores dos

Módulos obtidos para a pior condição, tensão desvio máxima, em comparação com os

admitidos na classificação de subleito ou plataforma do Catálogo Francês, verifica-se o

seguinte tipo de subleito: S- 444 do tipo PF2 e S- 445 do tipo PF3.

Entretanto, analisando por processo empírico, com o valor de CBR, a Jazida

Cândido apresentou CBR da ordem de 12 % para ambas as amostras, definiria-se o

subleito com a mesma resistência, entretanto o solo S-445 e bem superior ao S-444

quanto ao comportamento resiliente, o que não seria considerado pelo dimensionamento

feito com método empírico.

O solo S-445 apresenta valores de módulos muito elevados para determinados

níveis de tensões, diferenciando-se de todos os outros solos estudados neste trabalho,

razão pela qual julgou-se relevante abandonar este solo neste estudo e futuramente

pesquisar o motivo desta diferença.

Os materiais de jazidas geralmente são empregados como aterro servindo como

subleito (camada final de terraplanagem) ou como camada de reforço do subleito. Neste

estudo de definição de faixa de módulo de resiliência, para emprego no estudo de

desenvolvimento de um Catálogo para o Município do Rio de Janeiro, estes solos serão

utilizados como parte do banco de dados, que deverá ser ampliado caso se opte pela

implantação de um Catálogo de pavimento no Município do Rio de Janeiro.

Além das Jazidas foi coletado solo da Rua João Santos, o comportamento deste

solo pode ser visto na figura 5.10.

Para a condição de tensão desvio mínima, para o solo S-400 da figura 5.10, o módulo

variou de 420 a 300 MPa, e para a condição de tensão desvio máxima verificou-se

oscilação de 200 a 120 MPa. Verifica-se na figura 5.10, que o módulo é influenciado

tanto pela tensão confinante quanto pela tensão desvio. Esta característica é do tipo de

solo com maior teor de silte e areia. No ensaio de caracterização deste solo

121

verificou-se que o mesmo é NP e NL, com teor de fino baixo na peneira 0,075 mm. Sua

classificação segundo o Catálogo Francês é do tipo PF3.



sub-base, porém da mesma forma para a Jazida do Morro da Bandeira e para Jazida do

Manelão, para o seu emprego deve ser considerado o estado das tensões na estrutura dos

pavimentos definidos, que só pode ser realizado a luz de métodos de projeto que

utilizam a mecânica dos pavimentos.

Figura 5.10 - Representação Gráfica do solo da Rua João Santos, S-400, com auxílio doprograma MAPLE, com rotação no eixos.

MR

( M

Pa)

MR

MR

MR

122

5.6) Estudo dos Materiais Granulares Empregados no Município.

O Município do Rio de Janeiro é suprido de inúmeras Pedreiras, que fornecem

para área de pavimentação materiais britados, do tipo brita 3, 2 ,1, 0 e pó de pedra,

como também material resultante de mistura como brita Corrida (antigamente

denominada bica corrida) e brita graduada.

As Pedreiras atuam explorando maciços rochosos de diferentes origens, gerando

materiais de diferentes qualidades, que podem atuar de forma diferente quando se

emprega na construção de camadas dos pavimentos, embora nas classificações e

critérios de seleção tradicionais possam apresentar valores admissíveis.

O Município do Rio de Janeiro, utiliza na área de pavimentação agregados

provenientes do próprio Município, como também de regiões do Grande Rio, como

Nova Iguaçu, Itaguaí, Duque de Caxias, Niterói, etc.

A figura 5.11 apresenta a distribuição das Pedreiras da região Metropolitana da

Cidade do Rio de Janeiro.

Figura 5.11 – Ilustração da distribuição das Pedreiras no Grande Rio (Gonçalves, 1996)

Para efeito de amostragem foi consultada a GEORIO para saber quais as

Pedreiras que possuem direito de exploração de Jazida no Município, como também

foram coletadas informações sobre as que estão operando e fornecendo para o mercado

de pavimentação do Município do Rio de Janeiro.

123

Foram então amostrados as britas das Pedreiras constantes da tabela 5.10, onde

se indica a principal classificação da origem da rocha .

Tabela 5.10 – Relação das Pedreiras e Classificação da rocha.

Pedreira Classificação da Rocha

ESAM Quartzo- monzonito

Vigné Traquito

CONCREBRAS Quartzo-monzonito

São Pedro Quartzo-monzonito

Nossa Senhora de Fátima Quartzo-monzonito

Nova Santa Luzia Gnaisse de composição Quartzo-monzonítica

Anhanguera Granito

Bangu Granito

Pena Branca Quartzo-diorito

EMASA Quartzo –monzonito

Sepetiba Gnaisse de composição Quartzo-monzonítica

IBRATA GranitoTamoio Gnaisse de composição Quartzo-monzonítica

• As informações da classificação das rochas foram fornecidas pela própria Pedreira,

deixando claro que é referente a rocha de maior abundância na praça de exploração.

As propriedades mecânicas dos agregados fornecidos por algumas das pedreiras

selecionadas, foram obtidas de Gonçalves (1996) e são apresentadas na tabela 5.11.

Sabe-se que durante o ano de 2002 foi realizado um grande estudo sobre pedreiras

do Município e da Região Metropolitana. O trabalho foi realizado pelo Departamento de

Recursos Minerais (DRM) e o Instituto de Geologia (IGEO), mais ainda não está

disponível. Caso este estudo de Catálogo prossiga deverá ser consultado o trabalho

desenvolvido pelo DRM e IGEO.

Em linha geral, resumindo de Gonçalves (1996), pode-se dizer que os granitos

apresentam mais de 10% de quartzo livre, com quantidades apreciáveis de feldspato,

plagioclásio sódico e mineral como a biotita. O quartzo monzonito é similar ao granito,

porém com maiores percentagens de plagioclásio de cálcio e sódio. O traquito é uma

124

rocha ígnea vulcânica clara (vítrea ou cristalina), cujo extrusivo correspondente é o

sienito, contém menos de 10% de quartzo, possui grande quantidade de alcali-

fieldspatos e pode conter mica. O gnaisse é uma rocha metamórfica, originada pela ação

do calor associado a pressão sobre rochas igneas ou sedimentares. Geralmente apresenta

banda de minerais duros e claros, como o quartzo e o feldspato, e escuro com certa

fragilidade formado pela mica. O diorito é similar ao granito, exceto pelas altas

quantidades de plagioclásio, quase que dois terços do feldspato total.

Tabela 5.11 – Propriedade Mecânica dos Agregados (Gonçalves, 1996)Pedreira Resistência a

compressão ( MPa)Resistência atração (MPa)

Módulo de deformação,(GPa)

ESAM 92,8 14,90 51,4Vigné 181,8 20,55 60,6CONCREBRAS 44,7 7,16 35,0Nova S. Luzia 73,5 7,95 36,2Anhanguera 76,6 9,35 50,1Bangu 93,5 13,85 52,4Pena Branca 84,1 10,46 50,7EMASA 76,7 9,6 48,1IBRATA 75,2 10,80 45,2Tamoio 72,2 8,28 30,6

Em termos de propriedades físicas, com ensaios efetuados nos laboratórios da

Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, as amostras de agregados apresentaram os

resultados na tabela 5.12.

Tabela 5.12 – Características físicas dos agregados das Pedreiras selecionadas.

Brita nº 1 Brita nº 0IdentificaçãoPedreira Desg. Los Angeles

(%)I. Forma Desg. Los Angeles

(%)I. Forma

ESAM 25 0,72 27 0,66Vigné 20 0,67 22 0,68CONCREBRAS 44 0,68 47 0,67São Pedro 44 0,67 47 0,66Nossa S. Fátima 19 0,68 24 0,69Nova S. Luzia 43 0,69 47 0,67Anhanguera 33 0,71 38 0,70Bangu 40 0,68 44 0,69Pena Branca 48 0,70 51 0,69EMASA 46 0,69 49 0,71Sepetiba 42 0,68 45 0,67IBRATA 45 0,71 47 0,69Tamoio 46 0,66 50 0,67

125

Na tabela 5.12, verifica-se que os agregados mais duros, ou seja que sofreram

menor desgaste Los Angeles, foram os das Pedreiras Nossa Senhora de Fátima, Vigné e

ESAM, com valores inferiores a 30 %. As britas 1 oferecem maior resistência ao

desgaste que as britas 0, para uma mesma pedreira, indicando que o ensaio Los Angeles

é influenciado pela graduação do agregado. Verifica-se também que grande parte dos

agregados não atende a exigência do DNER para uso em mistura asfáltica que é de

desgaste Los Angeles máximo de 40% mas atende para base estabilizada

granulometricamente cuja exigência é 55%.

Com relação aos materiais a serem empregados em base e sub-base é cultura no

Município utilizar pó de pedra como sub-base e brita corrida como base, por esta razão

foram coletadas amostras destes materiais. Foram efetuados nos laboratórios da

Prefeitura do Rio de Janeiro os ensaios de granulometria, verificação dos índices de

Atterberg, densidade, CBR e expansão. Para o caso das britas foram realizados ensaios

na energia intermediaria e modificada, e para o pó na energia intermediaria. Os

resultados dos ensaios são apresentados na tabela 5.13, referente ao pó de pedra e 5.14

referente à brita corrida.

Na tabela 5.13, verifica-se que todos os pós de pedra analisados apresentam

condição de emprego em camada de sub-base segundo a Especificação do DNER,

CBR > 20 % e expansão < 1%. Esta condição é semelhante na Especificação da

Prefeitura. Em várias amostras o valor do CBR atingiu resultado muito acima de 20 %,

chegando atingir 69% no pó de pedra da Pedreira Vigné. Entretanto, ao se utilizar a

metodologia de dimensionamento com base no CBR este valor de resistência não será

considerado, como os demais que se apresentaram acima de 20%.

Com relação aos ensaios físicos na brita corrida, tabela 5.14, verifica-se que

várias amostras não atenderam ao especificado pelo DNER para uso em camada de

base, ou seja, CBR superior a 80 % e expansão inferior a 0,5%. Entretanto, amostras

compactadas na energia modificada atingiram CBR de 100%, como nas amostras das

Pedreiras São Pedro, EMASA e Anhanguera. Em termos de granulometria a maioria das

amostras não atendeu na sua plenitude as faixas especificada pelo DNER, para camada

de base estabilizada granulometricamente, situaram-se parcialmente entre a faixa B ou

A da especificação.

126

A especificação da Prefeitura foi adaptada da especificação do DNER, onde a

camada de base pode ser uma brita corrida ou graduada, atendendo a especificação do

DNER com algumas modificações.

A brita graduada, exige fabricação em usina apropriada, rigor na faixa

granulométrica, tendo que atender uma faixa de trabalho dentro da faixa B da

especificação do DNER-ES 303/97, além de ser fornecida na umidade ótima no campo.

Entretanto, são raras as pedreiras que estão em condições de fornecimento desta base,

além do fato do custo deste material ser mais elevado que a brita corrida.

No tocante a brita corrida, a especificação da Prefeitura indica a faixa B do

DNER mais como um critério de evitar segregação pelo fornecimento de excesso de

material graúdo, sendo admitido ligeiro desvio na faixa granulométrica, porém o valor

de CBR e expansão têm que ser atendido rigorosamente.

Em termos de energia de compactação, a Prefeitura especifica a energia

intermediária, tanto para sub-base quanto para base, entretanto o acompanhamento de

campo com auxílio da viga Benkelman tem mostrado ser importante alterar a energia de

compactação da base, pois somente na energia modificada a deflexão atinge o valor

desejado.

Apesar do ensaio de CBR não informar quanto à deformação elástica, no ensaio

de CBR quando se altera a energia de compactação quase a totalidade das britas

apresentaram CBR acima de 80%, fato este não constatado quando do emprego da

energia intermediária.

Os ensaios de CBR efetuados, teve a participação do autor desta Tese, realizado

em razão da necessidade de efetuar o ensaio de expansão e aproveitaram-se os

corpos-de-prova para proceder o ensaio de CBR, podendo ser utilizado para

comparação, mas não será utilizado no cálculo das estruturas dos pavimentos.

Todos materiais resultantes das pedreiras foram coletados dos montes onde os

materiais estavam sendo comercializados, mostrando alguns valores de CBR e

granulometria fora da especificação .

Apesar do Catálogo não ser norteado pelo valor de CBR, a importância de se dar

maior valor ao controle dos materiais empregados em pavimentação é de suma

importância, ressalta-se que muitas destas pedreiras atualmente não estarem trabalhando

para o Município do Rio de Janeiro mas atendem a outros Municípios, DER e etc.

109

Tabela 5.13 – Análise Física do Pó de Pedra das Pedreiras selecionadas para este estudo.

L. Atterberg Granulometria - % passandoRegistro

COPPE

Descrição do material

LL LP IP 1” 3/4” 3/8” Nº4 Nº10 Nº40 Nº200

Energia

Comp.

M. Esp.

Máxima

kg/m3

Umid

ótima

%

Exp.

%

CBR

%

S-372/02 Pó de pedra VIGNÊ NL NP NP 100 100 100 100 70 24 4 Intermediário 1926 11,8 0,00 69

S-373/02 Pó de pedra CONCREBRÁS NL NP NP 100 100 100 100 76 31 5 Intermediário 2060 8,5 0,00 54

S-378/02 Pó de pedra São Pedro NL NP NP 100 100 100 100 69 29 3 Intermediário 1906 9,4 0,00 59

S-379/02 Pó de pedra N. Sr.ª Fátima NL NP NP 100 100 100 100 78 23 3 Intermediário 1910 12,6 0,00 58

S-382/02 Pó de pedra ESAM NL NP NP 100 100 100 100 74 28 5 Intermediário 1954 9,8 0,00 60

S-392/02 Pó de pedra Anhanguera NL NP NP 100 100 100 94 74 22 1 Intermediário 1896 8,4 0,00 32,5

S-393/02 Pó de pedra Bangu NL NP NP 100 100 100 99 84 33 4 Intermediário 1859 9,5 0,00 25,2

S-394/02 Pó de pedra Sepetiba NL NP NP 100 100 100 94 71 32 5 Intermediário 2048 8,3 0,00 28.3

S-395/02 Pó de pedra Pena Branca NL NP NP 100 100 100 93 71 27 1 Intermediário 1960 8,1 0,00 26,8

S-396/02 Pó de pedra EMASA NL NP NP 100 100 100 98 72 28 5 Intermediário 1978 7,5 0,00 24,7

S-397/02 Pó de pedra Santa Luzia NL NP NP 100 100 100 100 72 25 3 Intermediário 1946 9,5 0,00 26,2

S-412/02 Pó de pedra IBRATA NL NP NP 100 100 100 98 80 23 4 Intermediário 1908 9,0 0,00 31,3

S-413/02 Pó de pedra TAMOIO NL NP NP 100 100 100 95 90 40 6 Intermediário 1954 9,0 0,00 26,7

NL – Não Líquido NP- Não Plástico

127

110

L. Atterberg Granulometria- % passandoM. Esp..Máxima

Umidótima

Exp. CBRR.COPPE Descrição do materialEPedreira

LL LP IP 1” 3/8” Nº4 Nº10 Nº40 Nº200

EnergiaComp.

kg/m3 % % %

S-374/02 Brita Corrida CONCREBRÁS NL NP NP 100 78 62 48 6 1 Intermediário 2033 7,5 0,00 57S-375/02 Brita Corrida VIGNE NL NP NP 97 55 34 31 13 2 Intermediário 2040 7,7 0,00 69S-377/02 Brita corrida ESAM NL NP NP 100 64 39 22 8 1 Intermediário 2030 4,8 0,00 74S-380/02 Brita Corrida N. Sra. Fátima NL NP NP 100 79 43 33 7 1 Intermediário 1990 7,0 0,00 71S-381/02 Brita Corrida São Pedro NL NP NP 100 100 44 31 13 2 Intermediário 2204 5,0 0,00 72S-398/02 Brita Corrida EMASA NL NP NP 100 78 65 48 19 3 Intermediário 2186 7,4 0,00 82S-399/02 Brita Corrida Anhanguera NL NP NP 100 75 51 37 16 2 Intermediário 2268 6,8 0,00 96S-401/02 Brita Corrida Sepetiba NL NP NP 100 81 65 49 21 3 Intermediário 2256 7,0 0,00 68S-402/02 Brita Corrida Santa Luzia NL NP NP 100 70 61 53 27 4 Intermediário 2145 5,7 0,00 40S-403/02 Brita Corrida Pena Branca NL NP NP 100 77 65 53 30 4 Intermediário 2150 5,6 0,00 79S-404/02 Brita Corrida Bangu NL NP NP 100 52 36 24 8 1 Intermediário 2136 7,3 0,00 72S-419/02 Brita Corrida TAMOIO NL NP NP 100 83 69 57 26 5 Intermediário 2150 6,5 0,00 50S-420/02 Brita Corrida IBRATA NL NP NP 100 82 68 54 24 6 Intermediário 2095 8,8 0,00 64S-374/02 Brita Corrida CONCREBRÁS NL NP NP 100 78 62 48 6 1 Modificado 2140 6,2 0,00 83S-375/02 Brita Corrida VIGNE NL NP NP 97 55 34 31 13 2 Modificado 2088 4,7 0,00 100S-377/02 Brita Corrida ESAM NL NP NP 100 64 39 22 8 1 Modificado 2096 4,0 0,00 76S-380/02 Brita Corrida N. Sra. Fátima NL NP NP 100 79 43 33 7 1 Modificado 2044 5,0 0,00 92S-381/02 Brita Corrida São Pedro NL NP NP 100 100 44 31 13 2 Modificado 2240 4,0 0,00 100S-398/02 Brita corrida EMASA NL NP NP 100 78 65 48 19 3 Modificado 2227 5,9 0,00 100S-399/02 Brita corrida Anhanguera NL NP NP 100 75 51 37 16 2 Modificado 2293 6,5 0,00 100S-401/02 Brita corrida Sepetiba NL NP NP 100 81 65 49 21 3 Modificado 2260 5,6 0,00 79S-402/02 Brita corrida Santa Luzia NL NP NP 100 70 61 53 27 4 Modificado 2210 5,5 0,00 58S-403/02 Brita corrida Pena Branca NL NP NP 100 77 65 53 30 4 Modificado 2190 5,0 0,00 86S-404/02 Brita corrida Bangu NL NP NP 100 52 36 24 8 1 Modificado 2230 6,8 0,00 82S-419/02 Brita corrida Tamaio NL NP NP 100 83 69 57 26 5 Modificado 2190 6,0 0,00 82S-420/02 Brita corrida IBRATA NL NP NP 100 82 68 54 24 6 Modificado 2144 6,8 0,00 84

NL – Não Líquido NP – Não Plástico

128

Tabela 5.14 – Análise Física da Brita Corrida das Pedreiras selecionadas para este estudo

129

Tendo em vista que o estudo desta tese está direcionado ao uso de

dimensionamento mecanístico, foi efetuado, com a participação do autor desta Tese, no

Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ os ensaios triaxiais dinâmicos nas amostras

de pós de pedra, na energia intermediaria, e na brita corrida na energia intermediaria e

modificada, para fins de comparação. Os resultados são apresentados, de forma

resumida nas tabelas 5.15 e 5.16, para o pó de pedra e brita corrida respectivamente,

contendo as equações dos módulos em função da tensão desvio e confinante, separadas

e também o modelo composto.

Os ensaios triaxiais foram efetuados sem desprezar nenhuma fração do material

tanto do solo quanto dos materiais granulares.

Foram utilizados em todos os ensaios corpos de prova de 100 mm de diâmetro e

200 mm de altura, e para os casos das britas corridas os materiais foram separados na

fração 3/8”, sendo feita a mistura das frações retida e passando na 3/8” separadamente

para cada moldagem, na proporção de cada fração existente na amostra, para realização

do ensaio triaxial dinâmico, não sendo desprezado nenhuma fração do material. Este

procedimento tem sido efetuado pela COPPE para garantir a homogeneidade das britas,

tendo em vista a grande tendência de segregação neste material e trabalhar com o

material na forma como é empregado nas camadas do pavimento.

Outro ponto relevante foi a de manter as amostras após adição de água para

atingir a umidade ótima em câmara úmida, por período mínimo de 24 horas, porém

devidamente fechada em saco plástico, de maneira a garantir a uniformidade da

umidade no material.

Em caso de desvio maior que 0,5% em relação a umidade ótima do ensaio de

compactação Proctor, principalmente para materiais granulares o ensaio foi repetido.

Durante o ensaio, deu-se para verificar que amostras com teor de umidade

definidas acima da ótima ou que a adição de água foi incorreta, drena durante o ensaio e

a deformação permanente na fase de condicionamento é elevada. No anexo 1 são

informados os ensaios triaxiais dinâmicos realizados neste estudo.

Durante os ensaios dos solos, em alguns deles ocorreram deformações

permanentes, necessitando proceder ajuste no LVDT, tendo em vista o campo de

deformação programado no ensaio ter sido ultrapassado, entretanto as amostras não

130

sofreram ruptura. Ajustes já estão sendo efetuados no equipamento de forma a evitar

este fato.

Com relação ao equipamento da COPPE, o nível de facilidade implantado para

realização do ensaio, Vianna (2002) permite seu emprego mesmo por pessoas sem

grande conhecimento de computação ou com pouca experiência em laboratório.

A representação do comportamento de materiais granulares tem sido

tradicionalmente em função da tensão confinante tendo em vista a falta de coesão

existente nestes materiais. O pioneiro no estudo de materiais granulares foi Hicks

(1970), que expressou o comportamento da tensão-deformação destes materiais através

da equação MR = K1 σ3k2.

Macêdo (1996), propôs um modelo que apresentou boa correlação tanto para solo

argiloso, quanto para granulares, que leva em consideração os par de tensões confinante

e desvio, representado pela equação MR= k1 σ3k2σd

k3, cujos valores de coeficiente de

correlação, R2, são superiores a 0,90 e apresenta melhor performance que o modelo

proposto por Hicks.

No estudo desenvolvido nesta dissertação para os materiais granulares, pó de

pedra e brita corrida esta constatação foi confirmada, conforme resultados mostrados

nas tabelas 5.15 e 5.16, onde o modelo em função da tensão desvio apresenta fraca

correlação, R2 <0,63 para pó de pedra e R2 <0,69 para brita corrida. Em alguns casos o

valor do coeficiente de correlação chegou próximo a 0. Entretanto, não se pode dizer

que a tensão desvio não apresenta influência no comportamento dos solos granulares,

pois em vários casos o valor de R2 e superior a 0,50 para o modelo em função de σd .

Analisando os materiais em função da tensão confinante, modelo proposto por

Hicks, verifica-se coeficiente de correlação variável, no caso do pó de pedra entre 0,93 a

0,04 e para as britas corridas de 0,93 a 0,05, com vários resultados superiores a 0,50.

Poderia se dizer que a tensão confinante apresenta maior contribuição para o

estudo do módulo de resiliência dos materiais granulares, visto que os mesmos possuem

fraca coesão. Entretanto o módulo dos materiais estudados mostraram que a tensão

desvio também tem sua influência.

109

Tabela 5.15 - Equações do Módulo de Resiliência em função da tensão desvio, confinante e do modelo composto das amostras de pós de

pedra ensaiadas neste estudo.

Umidade,%

MR= k1 σ3k2σd

k3 (MPa) MR=k1σdk2 (MPa) MR=k1σ3

k2 (MPa)Registro

COPPE

Descrição do Material EnergiaCompactação

M. Esp.

Máx.

Kg/m3 hot Mol Ens K1 K2 K3 R2 K1 K2 R2 K1 K2 R2

PÓ DE PEDRA

S-372/02 Pó VIGNÉ Intermediaria 1926 11,8 11,3 10,6 417 0,41 -0,15 0,94 239 0,12 0,16 382 0,26 0,48

S-373/02 Pó CONCREBRAS Intermediaria 2060 8,5 8,0 7,9 601 0,48 -0,10 0,98 314 0,23 0,43 570 0,38 0,85

S-378/02 Pó São Pedro Intermediaria 1906 9,4 9,1 9,1 534 0,39 -0,04 0,97 276 0,18 0,28 448 0,29 0,64

S-379/02 Pó Nossa Sr.ª Fátima Intermediaria 1910 10,0 10,0 9,5 388 0,33 -0,27 0,95 248 -0.05 0,03 350 0,08 0,05

S-382/02 Pó ESAM Intermediaria 1954 9,8 9,5 9,5 328 0,31 -0,41 0,93 172 -0,32 0,35 237 -0,13 0,05

S-392/02 Pó Anhanguera Intermediaria 1896 8,4 8,8 8,1 566 0,46 -0,11 0,97 303 0,19 0,37 531 0,35 0,78

S-393/02 Pó a Bangu Intermediaria 1859 9,5 9,4 9,0 613 0,45 -0,11 0,99 299 0,13 0,22 505 0,29 0,68

S-394/02 Pó a Sepetiba Intermediaria 2048 8,3 8,6 8,3 577 0,40 0,01 0,99 303 0,21 0,48 512 0,35 0,86

S-395/02 Pó Pena Branca Intermediaria 1960 8,1 8,2 8,2 659 0,41 0,01 0,98 375 0,28 0,64 665 0,42 0,93

S-396/02 Pó EMASA Intermediaria 1978 7,5 7,2 7,1 550 0,42 -0,23 0,97 311 0,04 0,03 478 0,18 0,37

S-397/02 Pó S.ta Luzia Intermediaria 1946 9,5 9,4 9,2 495 0,48 -0,38 0,95 256 0,06 0,04 393 0,10 0,06

S-412/02 Pó IBRATA Intermediaria 1908 9,0 8,6 8,6 614 0,41 -0,03 0,97 354 0,24 0,54 609 0,38 0,88

S-413/02 Pó TAMOIO Intermediaria 1954 9,0 8,8 8,7 593 0,40 -0,19 0,96 263 0,21 0,28 529 0,41 0,73

hot – umidade ótima Mol – umidade de moldagem do CP Ens – umidade após ensaio triaxial dinâmico

131

Tabela 5.16 - Equações do Módulo de Resiliência em função da tensão desvio, confinante e do modelo composto para amostras de britas

corridas ensaiadas neste estudo.

Umidade,%MR= k1 σ3

k2σdk3 (MPa) MR=k1σd

k2 (MPa) MR=k1σ3k2 (MPa)

Reg. COPPE Descrição do Material Energia M. Esp.Máx

Kg/m3hot Mol K1 K2 K3 R2 K1 K2 R2 K1 K2 R2

BRITS-374/02 Brita Corrida CONCREBRAS Intermediaria 2033 7,5 7,4 592 0,47 -0,27 0,96 313 0,05 0,03 506 0,21 0,33S-375/02 Brita Corrida VIGNÉ Intermediaria 2040 7,7 7,6 604 0,29 -0,11 0,96 406 0,08 0,12 565 0,18 0,39S-377/02 Brita Corrida ESAM Intermediaria 2030 4,8 4,67 307 0,26 -0,47 0,94 159 -0,47 0,47 204 -0,28 0,12S-380/02 Brita Corrida Nossa Sr.ª Fátima Intermediaria 1990 7,0 6,7 690 0,35 0,02 0,97 430 0,25 0,61 703 0,37 0,86S-381/02 Brita Corrida São Pedro Intermediaria 2204 5,0 4,9 729 0,38 0,01 0,98 432 0,26 0,61 735 0,39 0,89S-398/02 Brita Corrida EMASA Intermediaria 2186 7,4 7,5 605 0,45 -0,31 0,95 327 -0,01 0,01 506 0,15 0,17S-399/02 Brita Corrida Anhanguera Intermediaria 2268 6,8 6,6 563 0,33 -0,27 0,95 358 -0,04 0,02 483 0,07 0,05S-401/02 Brita Corrida Sepetiba Intermediaria 2256 7,0 6,9 693 0,38 -0,07 0,96 411 0,18 0,38 668 0,32 0,73S-402/02 Brita Corrida S. Luzia Intermediaria 2145 5,7 4,8 847 0,46 -0,11 0,97 452 0,19 0,36 796 0,35 0,79S-403/02 Brita Corrida Pena Branca Intermediaria 2150 5,6 5,6 969 0,44 -0,01 0,97 532 0,25 0,53 948 0,40 0,89S-404/02 Brita Corrida Bangu Intermediaria 2136 7,3 7,4 483 0,39 -0,15 0,96 284 0,11 0,16 443 0,24 0,52S-419/02 Brita Corrida TAMOIO Intermediaria 2150 6,5 6,5 810 0,47 -0,12 0,96 425 0,20 0,35 757 0,36 0,75S-420/02 Brita Corrida IBRATA Intermediaria 2095 8,8 8,5 769 0,41 0,02 0,98 438 0,30 0,65 782 0,44 0,93S-374/02 Brita Corrida CONCREBRAS Modificada 2140 6,2 6,2 815 0,44 -0,08 0,96 446 0,22 0,43 783 0,37 0,81S-375/02 Brita Corrida VIGNÉ Modificada 2088 4,7 4,8 1051 0,48 -0,06 0,96 548 0,26 0,46 1018 0,42 0,82S-377/02 Brita Corrida ESAM Modificada 2096 4,0 3,8 678 0,33 -0,02 0,97 431 0,21 0,50 676 0,32 0,79S-380/02 Brita Corrida Nossa Sr.ª Fátima Modificada 2044 5,0 4,5 603 0,29 -0,20 0,94 407 -0,01 0,01 534 0,09 0,07S-381/02 Brita Corrida São Pedro Modificada 2240 4,0 4,1 971 0,43 0,06 0,97 540 0,34 0,69 1009 0,49 0,92S-398/02 Brita Corrida EMASA Modificada 2227 5,9 5,9 956 0,52 -0,11 0,96 484 0,24 0,43 894 0,40 0,82S-399/02 Brita Corrida Anhanguera Modificada 2293 6,5 6,03 944 0,47 -0,06 0,96 497 0,25 0,48 913 0,41 0,84S-401/02 Brita Corrida Sepetiba Modificada 2260 5,6 5,3 520 0,20 -0,30 0,93 212 -0.53 0,54 219 -0,40 0,22S-402/02 Brita corrida Santa Luzia Modificada 2210 5,5 4,3 661 0,55 -0,45 0,95 313 -0,09 0,06 505 0,10 0,05S-403/02 Brita Corrida Pena Branca Modificada 2190 5,0 4,9 956 0,52 -0,11 0,96 471 0,23 0,39 897 0,41 0,79S-404/02 Brita Corrida Bangu Modificada 2230 6,8 6,8 772 0,46 -0,10 0,97 412 0,21 0,40 731 0,37 0,80S-419/02 Brita Corrida TAMOIO Modificada 2190 6,0 6,3 938 0,54 -0,13 0,96 449 0,23 0,37 869 0,42 0,78S-420/02 Brita Corrida IBRATA Modificada 2144 6,8 7,4 656 0,33 -0,04 0,97 401 0,15 0,36 606 0,26 0,72

132

Hot – umidade ótima Mol – umidade de molda CP Ens – umidade após ensaio

110

Ens

A CORRIDA3 7,28

6,684,47

3 6,505 5,051 7,228 6,416 6,187 4,850 5,286 7,262 5,982 8,145 5,772 4,913 3,659 4,772 4,241 5,41

5,783 5,448 5,130 4,912 6,612 6.081 6,24

gem do

133

Ao se verificar a influência do par de tensões em conjunto, com a equação

proposta por Macêdo (1996), vê-se que tanto os modelos obtidos para amostras de pó de

pedra quanto de brita corrida apresentam valores de R2 > 0,92, sendo portanto um

modelo bem apropriado para o estudo dos solos e materiais granulares.

Ferreira (2002), estudou os vários modelos para o comportamento resiliente dos

materiais e concluiu também, conforme Macêdo (1996), que o Modelo Resiliente

Composto representa a melhor forma de estudar os materiais. Ferreira com suas

palavras relata em sua tese: “É incontestável que muitos materiais utilizados em

pavimentação não têm seu comportamento resiliente regido apenas pela tensão desvio

ou pela tensão confinante isoladamente, sofrendo grande influência de ambas”.

Visando determinar, se possível um comportamento médio para todas as

amostras de pó de pedra e de brita corrida, foi realizado um estudo estatístico dos

valores dos coeficientes Ki das equações do modelo composto obteve-se os valores

apresentados nas tabelas 5.17, 5.18 e 5.19.

A distribuição de Gauss possui parâmetros médio (µ) e desvio padrão (σ),

constituindo uma família infinita de distribuições, para cada µ e σ. A distribuição é

simetrica em torno da média. Uma variação na média causa uma mudança na

localização da distribuição. Se o desvio padrão aumenta ou diminui , a distribuição

torna-se mais plana ou mais pontiaguda, respectivamente , em torno da média.

Teoricamente, a proporção de valores da população que se encontram entre µ ± σ

(média mais ou menos o desvio padrão) é igual a 68,26% da área total da curva e para

2± σ é de 95,44% da área total.

Com este conceito, procurou-se estudar uma população que atinja 68% da área,

como medida conservadora, ou seja, calculou-se a média aritimética e o desvio padrão.

Com estes valores delimitou-se a faixa da área de 68% da curva, somando e diminuindo

a média pelo desvio padrão. Com os novos valores compreendidos dentro desta área,

calculou-se novamente a nova média e o novo desvio padrão. Os valores médio de Ki

foram utilizados para compor a equação média do modelo composto.

Foram apresentados o cálculo para as unidade em MPa e kgf/cm2 ,tendo em vista

a utilização no programa FEPAVE 2 da unidade em kgf/cm2, para o Módulo de

resiliente.

134

Como os valores dos ensaios de triaxiais já estão ajustados para obtenção do módulo na

unidade MPa, quando se processou a transformação da equação do Módulo Composto

expressa em MPa para kgf/cm2 , observou-se que os valores de K1 se alteram e de K2 e

K3 se mantém constantes.

Para transformação do valor de K1 de MPa para kgf/cm2, a seguinte equação

pode ser empregada, considerando que 1 kgf/cm2 = 10 MPa.

K1(kgf/cm2) = 10 x K1 (MPa) x (10)-k2-k3 (5.1)

Onde,

K1, K2 e K3 são coeficiente da equação do modelo composto, após a igualdade os K são

referentes a equação em MPa.

Tabela 5.17 – Media dos valores dos coeficientes Ki das equações do modelo compostopara o Pó de Pedra (energia intermediária). kgf/cm2 MPaCoeficientes Elásticos K1 K2 K3 K1 K2 K3ESAM 4063 0,31 -0,41 328 0,31 -0,41VIGNE 2303 0,41 -0,15 417 0,41 -0,15CONCREBRAS 2502 0,48 -0,10 601 0,48 -0,10SÃO PEDRO 2349 0,39 -0,04 534 0,39 -0,04N. Sr.ª FÁTIMA 3408 0,33 -0,37 388 0,33 -0,37SANTA LUZIA 3938 0,48 -0,17 495 0,48 -0,17ANHANGUERA 2524 0,46 -0,11 566 0,46 -0,11BANGU 2804 0,45 -0,11 613 0,45 -0,11PENA BRANCA 2479 0,42 -0,01 659 0,42 -0,01EMASA 3603 0,42 -0,24 550 0,42 -0,24SEPETIBA 2283 0,40 0,00 577 0,40 0,00IBRATA 2565 0,41 -0,03 614 0,41 -0,03TAMOIO 2327 0,60 -0,19 593 0,60 -0,19Média 2857 0,43 -0,15 533,4 0,43 -0,15Desvio Padrão 653 0,07 0,13 99,3 0,07 0,13Media + desvio 3510 0,50 -0,02 632,7 0,50 -0,02Media - desvio 2204 0,36 -0,28 434,1 0,36 -0,28Nova Média 2554,4 0,43 -0,11 571,4 0,43 -0,11Novo Desvio Padrão 338,5 0,03 0,07 46,6 0,03 0,07

MR=2554,4 σ30,43σd

-0,11 (5.2) MR= 571,4 σ30,43σd

-0,11 (5.3)

Verifica-se que o tratamento estatístico melhorou bastante o desvio padrão,

reduzindo-o à metade, é evidente que esta equação média do módulo composto deve

ser avaliada em cálculos de estruturas de pavimento, buscando verificar sua

135

confiabilidade ou se a mesma está super ou sub dimensionando as estruturas do

pavimento.

No capítulo referente ao dimensionamentos das estruturas, estas equações

médias serão comparadas com a equação de cada material, verificando se a estimativa

assumida na equação média apresenta uma forma prática para os materiais estudados no

Municipio do Rio de Janeiro.

Comparando os valores de Ki médio, verificamos os valores que estão acima e

abaixo da media (µ ± σ) tem-se para K2 o valor de 0,43 atendendo a maioria dos pós de

pedra estudados, com exceção de 3 pedreiras, logo temos 77% de confiabilidade, para

K3=-0,11temos desvio maior com 7 pedreiras não atendendo, confiabilidade da ordem

de 46% do total de amostra estudada e para K1= 571,4 verifica-se 3 pedreiras não

atendendo, resultado de confiabilidade igual a K2. O resultado do desvio maior em K3

pode estar associado a tensão desvio de grande influência nos materiais argilosos e fraca

nos granulares, por isto pode não ser tão representativo esta baixa correlação para este

coeficiente.

Tabela 5.18 – Media do Módulo de Resiliência Composto da Brita Corrida(energia intermediária).. kgf/cm2 MPaCoeficiente Elástico K1 K2 K3 K1 K2 K3ESAM 5000 0,26 -0,47 307 0,26 -0,47VIGNE 4000 0,29 -0,11 604 0,29 -0,11CONCREBRAS 3699 0,47 -0,27 592 0,47 -0,27SÃO PEDRO 2946 0,39 0,01 729 0,39 0,01N. Sr.ª FÁTIMA 2926 0,35 0,02 690 0,35 0,02SANTA LUZIA 3804 0,46 -0,11 847 0,46 -0,11ANHANGUERA 4797 0,34 -0,26 563 0,34 -0,26BANGU 2785 0,39 -0,15 483 0,39 -0,15PENA BRANCA 3871 0,44 -0,01 969 0,44 -0,01EMASA 4304 0,46 -0,31 605 0,46 -0,31SEPETIBA 3353 0,38 -0,07 693 0,38 -0,07IBRATA 2806 0,42 0,02 769 0,42 0,02TAMOIO 3558 0,48 -0,12 810 0,48 -0,12Média 3680 0,39 -0,14 666,2 0,39 -0,14Desvio Padrão 726 0,07 0,16 170,1 0,07 0,16Media + desvio 4406 0,46 0,02 836,3 0,46 0,02Media – desvio 2854 0,33 -0,30 496,1 0,33 -0,30Nova Média 3584,4 0,40 -0,12 672,8 0,40 -0,12Novo Desvio Padrão 403,4 0,04 0,11 86,5 0,04 0,11MR=3584,4 σ3

0,40σd-0,12 (5.4) MR= 672,8 σ3

0,40σd-0,12 (5.5)

136

Os valores de K2 e K3 apresentaram pouca variação quando comparado a brita

corrida na energia intermediária com o pó de pedra, sendo o valor de K1 bastante

distinto.

Pela mesma razão, somente após aplicação da equação média na definição das

estruturas dos pavimentos e comparar-se com a equação isolada de cada material poderá

aferir sua validade.

Tabela 5.19 – Media do Módulo de Resiliência Composto da Brita Corrida (energiamodificada)

kgf/cm2 MPaCoeficiente de Elástico K1 K2 K3 K1 K2 K3ESAM 3253 0,34 -0,02 678 0,34 -0,02VIGNE 4024 0,48 -0,06 1051 0,48 -0,06CONCREBRAS 3501 0,44 -0,08 815 0,44 -0,08SÃO PEDRO 3138 0,43 0,06 971 0,43 0,06N. Sr.ª FÁTIMA 4891 0,29 -0,20 603 0,29 -0,20SANTA LUZIA 5296 0,55 -0,46 661 0,55 -0,46ANHANGUERA 3657 0,47 -0,06 944 0,47 -0,06BANGU 3318 0,46 -0,10 772 0,46 -0,10PENA BRANCA 3722 0,52 -0,11 956 0,52 -0,11EMASA 3704 0,49 -0,09 938 0,49 -0,09SEPETIBA 6528 0,21 -0,30 520 0,21 -0,30IBRATA 3399 0,33 -0,05 656 0,33 -0,05TAMOIO 3641 0,54 -0,13 938 0,54 -0,13Média 4005 0,43 -0,12 810,4 0,43 -0,13Desvio Padrão 985 0,11 0,13 172,5 0,11 0,13Media + desvio 4990 0,53 0,01 982,9 0,53 0,01Media – desvio 3020 0,32 -0,25 637,9 0,32 -0,25Nova Média 3658,9 0,44 -0,09 836,2 0,44 -0,09Novo Desvio Padrão 479,8 0,07 0,05 135,6 0,07 0,05

MR=3658,9 σ30,44σd

-0,09 (5.6) MR= 836,2 σ30,44σd

-0,09 (5.7)

Da mesma forma que na comparação anterior os valores de K2 e K3

apresentaram pouca variação quando comparado a brita corrida na energia intermediária

e modificada e também com o pó de pedra, sendo o valor de K1 bastante distinto para o

pó de pedra e pouco maior na energia modificada em relação a intermediária para brita

corrida.

Com as equações médias em (MPa) do pó de pedra (5.3), brita corrida na energia

intermediária (5.5) e modificada (5.7), procedeu-se uma avaliação do comportamento

137

do módulo resiliente composto variando o par de tensões, na relação de 2, 3 e 4 vezes

em relação a tensão confinante. Os resultados podem ser verificados nas figuras, 5.12,

5.13 e 5.14.

Nas figuras 5.12, 5.13 e 5.14, observa-se que na equação média para a Brita

Corrida tanto na energia modificada e intermediária os resultados dos módulos foram

bastantes próximos, curvas quase coincidentes, porém em relação ao Pó de Pedra a

diferença foi bem marcante.

Figura 5.12 – Comportamento do Modulo Composto Variando o par de tensõesna relação tensão desvio 2 vezes a tensão confinante.


Quanto maior foi a relação entre o par de tensões as curvas das Britas e do Pó de

Pedra tiveram maior afastamento, indicando que o módulo cresce quanto maior for a

relação entre o par de tensões.

Logo ficou bastante claro que o módulo resiliente é influenciado pelas tensões

desvios e confinantes, mesmo que uma delas tenha maior efeito, porém não se deve

desprezar a parcela que cada uma exerce no módulo. Na prática os materiais estarão

Gráfico do Comportamento Módulo Composto

0

100

200

300

400

500

0 0,021 0,042 0,063 0,084 0,105 0,126 0,147Tensão Desvio (MPa)

Mó

du

lo d

e R

esi

liên

cia

(M

Pa

)

Tensão Desvio R/ 2 PO Tens. Desvio R/ 2 BI Tens. Desvio R/ 2 BM


0

200

400

600


Mó

du

lo d

e R

esi

liên

cia

(M

Pa

)

Tensão Desvio R/3 PO Tens. Desvio R/3 BI Tens. Desvio R/3 BM

138

sujeito sempre a estas duas tensões e dependendo da profundidade a relação do par de

tensões tende para um módulo praticamente constante.


Para uma visão tridimensional do comportamento da superfície das equações

médias obtidas, é apresentada na figura 5.15 a representação no programa MAPLE.

Na figura 5.15 observa-se as deformadas da representações das curvas,

indicando que o módulo varia com a tensão confiante e desvio para os materiais

granulares estudados.

As equações médias dos materiais granulares estudados, apresentam na

configuração gráfica, figura 5.15, valor de módulo para a condição de tensão desvio

mínima e confinante máxima, 500 MPa para brita corrida na energia modificada, e

valor de 480 MPa para brita corrida na energia intermediária e 380 MPa para o pó de

pedra na energia intermediária. No caso contrário, ou seja, para tensão desvio máxima e

confinante máxima obteve-se 220 MPa para brita corrida na energia modificada e na

intermediária e 160 MPa para o pó de pedra na energia intermediária.

Os resultados confirmam a elevada resiliência dos materiais granulares, quando

comparamos com muitas das amostras de solos estudadas nesta Tese.


0100200300400500600700800


Mó

du

lo d

e R

esi

liên

cia

(M

Pa

)

Tensão Desvio R/4 PO Tens. Desvio R/4 BI Tens. Desvio R/4 BM

139

Figura 5.15 – Comportamento Tridimensional das Equações Médias do Módulo de

Resiliência, com Modelo Composto, com auxílio do Programa MAPLE.

Pó de Pedra intermediária Brita Corrida intermediária Modificada

140

CAPÍTULO 6

ESTUDO DO REVESTIMENTO ASFÁLTICO E EXPERIÊNCIA DO

MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO.

O Autor desta tese considerou pertinente a inclusão deste capítulo que é uma

mistura de revisão bibliográfica e da realidade dos pavimentos do Município. Servirá

como fonte de dados no estudo das estruturas do Catálogo de pavimentos flexíveis.

O Município do Rio de Janeiro apresenta clima tropical úmido, onde tem se

verificado temperaturas acima de 80 ºC na superfície do revestimento. Para fazer frente

a esta condição, vem sendo utilizado como ligante na fabricação de misturas asfálticas,

Cimento Asfáltico de Petróleo do tipo 40 (CAP 40).

O emprego de CAP de menor viscosidade, como CAP 20 ou 7 tem levado em

curto período de tempo à formação de deformação plástica, principalmente em

corredores e paradas de ônibus e vias de tráfego pesado na área urbana.

Historicamente, Salathé (1977 e 1984) introduziu no Município do Rio de

Janeiro a utilização de asfalto de baixa penetração. Inicialmente quando a especificação

brasileira era só por penetração, era aplicado CAP com a denominação 20/40 e

posteriormente alterada para 30/45. Atualmente o tipo de ligante usado é denominado

pela especificação com base na viscosidade absoluta a 60ºC de CAP 40, que teve

durante um curto período de tempo a denominação de CAP 55.

O objetivo do emprego do CAP de baixa viscosidade visa atenuar defeitos de

deformações permanentes. Foram substituídos os CAP 50/60 e o 85/100 pelo

CAP 30/45, desde 1976 na Prefeitura do Rio. O desempenho do ligante mais duro,

derivado de petróleo Árabe leve e processo de refinação com desasfaltação a propano, é

muito superior aos outros tipos fabricados na Refinaria de Duque de Caxias, REDUC,

para o clima do Município do Rio de Janeiro. Salathé (1984) após 8 anos de uso do

CAP 30/45, concluiu com base em experiência prática e estudos com ábaco de Van Der

Poel e Heukelom que o CAP 30/45 apresenta características adequadas de consistência a

temperatura elevada, resistência a trinca de fadiga, a baixa temperatura, módulo de

resiliência superior aos obtidos com CAP 50/60 e 85/100, para uma mesma temperatura

e faixa granulométrica. Destaca ainda o autor citado que o CAP 30/45 assemelhava-se

ao CAP 50/60 produzido a partir de petróleo BOSCAN, largamente elogiado e aceito no

meio rodoviário, com a vantagem para o CAP 30/45 pois o processo de desasfaltação a

propano conduz a ligante que resiste mais a oxidação.

141

Desde 1976 até os dias de hoje a Prefeitura do Rio e Janeiro vem empregando o

CAP mais consistente, atualmente especificado como CAP 40 tendo obtido um grande

avanço no controle da deformação permanente, apesar de ainda ocorrer este defeito,

porém em tempo de vida útil do revestimento maior.

A Prefeitura do Rio de Janeiro em conjunto com a COPPE/UFRJ e o CENPES

vem estudando, em parceria, trecho experimental visando caracterizar a durabilidade do

pavimento e criar um banco de dados com informações referente ao tipo de petróleo,

CAP e o desempenho do pavimento.

Uma pesquisa bem sucedida foi o trecho executado no Projeto Rio Orla, em

novembro de 1991, sendo apresentado relatos deste trechos inicialmente em 1994

(Ramos et al, 1994). Neste trecho foi utilizado um ligante do tipo CAP 55 (atual

CAP 40), oriundo de petróleo produzido na bacia de Campos, enquadrado na

classificação SHRP no tipo PG 70-16. Recentemente, Tonial (2001) e Motta e Leite

(2002), relatam que até os dias de hoje, o pavimento deste trecho encontra-se em boas

condições, sinalizando que a estrutura e a mistura utilizada para aquela obra, vem

atendendo a contento ao projeto, de duração prevista de 15 anos. Já se passaram 11 anos

e o trecho não apresenta nenhum defeito relevante, sendo feitas apenas correções dos

furos para retiradas de corpos de prova para estudos. Este trecho, apesar da intensidade

de tráfego pesado não ser grande, vem cada vez mais consolidando nos técnicos da

Prefeitura a certeza de que o CAP 40 é o mais indicado para o Município do Rio de

Janeiro.

Tonial e Leite (1994), apresentaram estudo com análise de amostras de cimentos

asfálticos de petróleo, oriundas de diferentes processos de produção e petróleo

diferentes. O estudo teve a finalidade de fazer um comparativo entre a especificação

brasileira com a proposta pelo programa estratégico de pesquisas de rodovias nos

Estado Unidos, denominado ‘Strategic Highway Research Program”, SHRP.

O programa SHRP, onde se investiu mais de 50 milhões de dólares, teve a

finalidade de investigar, entre outros, a qualidade do ligante asfáltico e das misturas

asfálticas, de forma a definir uma especificação com base em ensaios de laboratórios e

desempenho de campo para os cimentos asfálticos e as misturas asfálticas..

Foi elaborada uma especificação, não mais por viscosidade como ainda utilizada

no Brasil, e sim considerando a temperatura máxima, intermediária e mínima que o

pavimento é submetido em serviço além de novos ensaios de qualificação dos ligantes.

Utiliza-se a denominação de PG, grau de desempenho, seguido de 2 números onde o

142

primeiro número se refere a temperatura máxima onde o ligante deve ser aplicado e o

segundo a mínima. Assim um ligante com PG 76-20, seria destinado a região onde a

máxima temperatura no revestimento seja de 76ºC e a mínima de –20 ºC. Dentro desta

especificação está contemplada a melhor condição para deformação permanente, fadiga

e envelhecimento.

Tonial e Leite (1994) chegaram à conclusão na época, que os asfaltos nacionais

atendem perfeitamente aos tipos de PG a serem empregados no Brasil, destacando que

os tipos PG 64-20 e PG 70–10, poderiam abranger a maioria das regiões.

Apesar de todos os esforços da Petrobras, os CAP nacionais como também de

outros países não conseguem atender a todo tipo de solicitação e clima, sendo

desenvolvidos asfaltos aditivados e com polímeros, de forma a atender algumas lacunas

onde o CAP convencional não é indicado ou não apresenta um período de vida útil

ideal, principalmente nos casos onde se busca fabricação de misturas asfálticas com

maior elasticidade, coesão, resistência à deformação permanente e à fadiga.

A Prefeitura do Rio de Janeiro tem participado de experiências com ligantes

polímeros e aditivados, como a primeira pista empregando polímero de etileno acetato

de vinila (EVA) e estireno butadieno estireno (SBS) na Avenida Leopoldo Bulhão, fruto

do trabalho de pesquisa do DNER em parceria com a Prefeitura (Salathé et al, 1990).

Com base nesta experiência obra especial como do Autódromo do Rio de Janeiro foi

realizada empregando revestimento asfáltico com ligante polimerizado com SBS

(Ramos et al, 1996). Em relação a ligante aditivado foi testado na Avenida Francisco

Bicalho um ligante denominado asfalto de alto índice, cujo o objetivo principal foi de

verificar sua capacidade de resistir à deformação permanente, (Ramos et al, 2000).

Atualmente, a título de informação vem sendo desenvolvido a nível de laboratório e de

campo misturas asfálticas com emprego de pneus inservíveis.

A Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro utiliza em suas obras tanto da

administração direta quanto indireta o CAP 40, tendo em vista que o tráfego urbano nos

principais vias é intenso, canalizado e de certa forma pesado. Excepcionalmente na falta

do mesmo admite-se o emprego de CAP 20.

A especificação brasileira de CAP que se aplica à região do Rio de Janeiro é a

apresentada na tabela 6.1, com base na sua viscosidade absoluta a 60ºC. Assim quando

se refere ao CAP 40, o valor 40 indica uma viscosidade mínima de 4000 Poise (P), o

20 a 2000 P e o 7 a 700 P. Para classificação e verificação da qualidade do CAP é

143

necessário realizar os ensaios contidos na especificação que são apresentados na tabela

6.1.

A especificação utilizada no Brasil, por penetração e viscosidade foi abandonada

pela maioria dos estados dos Estados Unidos, adotando a do programa SHRP, e na

Europa não se utiliza especificação com base na viscosidade absoluta, sendo empregada

a penetração e o ponto de amolecimento, entre outros.

Martinho (1992) considera um grande equivoco o emprego da especificação por

viscosidade, tendo em vista que na temperatura de 60ºC pode existir compostos do

asfalto que estando em estado sólido, irão interferir no escoamento durante o ensaio,

mascarando o valor obtido. Este fato é facilmente verificado quando se estuda asfalto

polímero, que geralmente apresenta em estado sólido a 60ºC, interferindo no

escoamento, levando a valor elevado de viscosidade, apesar da especificação de CAP

convencional não ser aplicável a CAP polímero. Isto também pode ocorrer quando o

asfalto apresentar composição contendo parafinas de alto ponto de fusão.

Uma alternativa de especificação a ser estudada para o Brasil seria a proposição

da especificação SHRP ser realizada pelas refinarias e o controle de campo ser realizado

por ensaios simples como a penetração e o ponto de amolecimento, entre outros, julga

autor deste trabalho que assim se teria um avanço de grande magnitude para meio

rodoviário nacional.

Tabela 6.1 – Especificação CAP 40, 20 e 7 (Instituto Brasileiro do Petróleo)ValoresCaracterísticas Unidades

CAP 7 CAP 20 CAP 40Viscosidade a 60ºC P 700 a 1500 2000 a 3500 4000 a 8000Viscosidade Saybolt Furol:A 135º C..........................A 177º C.........................

Segundo100 mínimo

15 a 60120 mínimo

30 a 150170 mínimo

40 a 150Penetração(100g,5s,25ºC) 0,1mm 90 mínimo 50 mínimo 30 mínimoPonto de Fulgor ºC 220 mínimo 235 mínimo 235 mínimoÍndice de SusceptibilidadeTérmica, IP -1,5 a +1 -1,5 a +1 -1,5 a +1Solubilidade em tricloetileno % massa 99,5 mínima 99,5 mínima 99,5 mínima

Efeito do Calor e do Ar (ECA)Variação em massa % 1,0 máxima 1,0 máxima 1,0 máximaRelação da Viscosidade a 60ºC 4,0 máxima 4,0 máxima 4,0 máximaDuctilidade a 25ºC cm 50 mínimo 20 mínimo 20 mínimo

Em termos de faixa granulométrica empregada na mistura asfáltica a quente, a

Prefeitura segue a muito tempo a especificação do Instituto do Asfalto Americano,

144

inicialmente, usava se para qualquer obra a faixa Va para camada de rolamento e IVc na

intermediária, conhecida como ”binder”. Entretanto, mesmo com emprego de CAP 40

que reduziu o tempo do aparecimento da deformação permanente, ainda não se

alcançou um desempenho desejado neste quesito para o Município.

Soares et al (2000) observaram em estudos com variação das faixas

granulométricas que as propriedades mecânicas como módulo de resiliência, resistência

à tração estática e vida de fadiga aumentaram quando da utilização da faixa A e B do

DNER e com ligante de maior consistência em relação a faixa C. Neste trabalho citado

são apresentados valores de módulo de resiliência com misturas asfálticas realizadas

com CAP 40 da ordem de 30.000 a 50.000 kgf/cm2, sendo o maior valor verificado com

emprego da faixa B do DNER.

Ramos et al (2000), apresentaram estudo contendo valores do módulo de

resiliência e curva de fadiga, efetuados na COPPE/UFRJ, para mistura asfáltica com

CAP 40 utilizando faixa granulométrica IVc do Instituto do Asfalto. Os valores das

características físicas e das propriedades mecânicas são reproduzidos na tabela 6.2, e a

curva de fadiga na figura 6.1 e 6.2.

Tabela 6.2 – Valores das características e propriedades mecânicas da mistura comCAP 40 e a faixa IVc do Instituto do Asfalto Americano (Ramos et al, 2000).

% de Ligante 5,8 ± 0,3Vazios , % 4,0RBV 76Estabilidade, kgf 1540Fluência, 1/100” 14Módulo de Resiliência, MPa, 25º C 8370Módulo de Resiliência, MPa, 30º C 4802Módulo de Resiliência, MPa, 35º C 4495Resistência a tração, 25ºC, MPa 1,54

K1 5421Fadiga a 25ºC(∆σ)

K2 -2,59

Compressão axial a 25 º C(deformação especifica, mm/mm) 0,03Compressão axial a 35 º C(deformação especifica, mm/mm) 0,03

Com relação ao desempenho quanto a fadiga a figura 6.1, apresenta a curva de

Vida de fadiga relacionada a diferença de tensões e a figura 6.2 o comportamento da

145

curva de fadiga em relação a deformação especifica resiliente, medida a 25ºC, nas

condições especificadas pela COPPE/UFRJ.

Figura 6.1 – Curva de Fadiga em relação a diferença de tensões, da mistura com

CAP 40, empregando a faixa IVc do Instituto do Asfalto Americano (Ramos et al,

2000).

Figura 6.2 – Curva de Fadiga em relação a deformação especifica resiliente, da mistura

com CAP 40, empregando a faixa IVc do Instituto do Asfalto Americano (Ramos et al,

2000).

VIDA DE FADIGA x DIFERENÇA DE TENSÕES

y = 5421,1x-2,5938

R2 = 0,9727

100

1000

10000

100000

0,10 1,00 10,00

Diferença de tensões, ∆σ (MPa)

Nú

me

ro d

e a

plic

açõ

es,

N

VIDA DE FADIGA x DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA RESILIENTE

y = 3E-10x-2,9521

R2 = 0,9717

100

1000

10000

100000

0,00001 0,00010 0,00100

Deformação especíifca resiliente, ε

Nú

me

ro d

e a

plic

açõ

es,

N

146

Em termos do Módulo de Resiliência para mistura asfáltica admite-se o valor

constante, para uma mesma mistura, em uma dada temperatura.

A forma mais usual de medir o módulo de resiliência da mistura asfáltica é

através do ensaio de compressão diametral de cargas repetidas.

Medina (1997) descreve que este ensaio teve como base o estudo desenvolvido

pelo professor Fernando Lobo Carneiro, quando da determinação da resistência à tração

de corpos-de-prova de concreto de cimento Portland. Inspirado neste trabalho o

professor Icarahy da Silveira, da Prefeitura do Rio de Janeiro, em 1944, ensaiou solos

coesivos a compressão diametral. Com isto, deu-se início ao interesse em estudar a

resistência à tração indireta, de forma simples, para materiais coesivos, como mistura

asfáltica, concreto de cimento Portland e solos estabilizados quimicamente.

Medina (1997) relata que atribui-se a Schmidt, da empresa CHEVRON, na

Califórnia, a primeira experiência de acoplar a este ensaio o carregamento dinâmico

para estudar misturas asfálticas.

O ensaio de compressão diametral dinâmico, hoje utilizado amplamente no

Brasil e no mundo, consiste em proceder a aplicação da carga diametralmente através de

dois frisos, um na parte superior do corpo-de-prova (CP) e outro na inferior. Nestas

condições, o estado de tensões gerado é composto de tração e compressão, admitindo-se

que a tração uniforme ocorre verticalmente, o que pode provocar a ruptura do corpo de

prova quando a carga é aumentada. Quando se pretende obter o módulo de elasticidade

dinâmico deve-se garantir que as tensões aplicadas sejam muito abaixo da de ruptura.

Com a determinação do deslocamento horizontal obtém-se a deformação especifica (εa)

e define-se o módulo de elasticidade ou resiliente como:

MR= σt/εa (6.1)

Para mistura asfáltica, o módulo deve ser calculado a níveis de tensão de tração

menor que 30% em relação a de ruptura e a temperatura máxima de 40ºC. Geralmente, o

ensaio é realizado a 1 Hz de freqüência e duração de carga de 0,1 segundo.

Com este ensaio também é possível estimar-se a vida de fadiga de misturas

asfálticas. O ensaio de fadiga por compressão diametral, realizado à tensão controlada,

consiste em se aplicar vários níveis de tensões repetidas, um nível para cada série de 3

corpos-de-prova Marshall, até a ruptura. Durante o ensaio, além de manter controlada a

tensão é importante manter também a temperatura constante . Assim obtém-se os

gráficos de vida de fadiga como mostrados nas figuras 6.1 e 6.2.

147

Existem vários métodos de ensaios de fadiga, conforme descrito por Revière

(1997). No Brasil, o mais utilizado é o diametral de tensão controlada, Ceratti (1991),

desenvolveu o ensaio de flexo-tração de cargas repetidas a deformação controlada, com

vigota bi-apoiada e fixada nas extremidades, sendo as cargas aplicadas no terço médio

de baixo para cima que permite fazer o ensaio à deformação controlada ou tensão

controlada. O deslocamento ou deflexão da vigota é registrada com auxilio de um

LVDT. Pode-se determinar o módulo de resilência com este ensaio ou o número de

repetições de deformações até que a força aplicada, para obter a deformação inicial, seja

a metade da inicial, determinando assim a curva de fadiga.

Pinto (1991) realizou ensaios a tensão controlada e deformação controlada para

misturas asfálticas tanto à compressão diametral quanto com vigota à flexão.

A relação do laboratório para o campo quando se emprega o ensaio de fadiga a

tensão controlada, segundo Pinto e Preussler (2001) é da ordem de 104, considerando

20% da área trincada em relação ao total do revestimento. Entretanto, experiência

adquirida pelos técnicos da Prefeitura do Rio de Janeiro, para área urbana, onde;

- A velocidade média dos veículos é menor do que nas estradas e rodovias,

com variação constante devido a sinais, cruzamentos, engarrafamentos,

paradas de ônibus, etc,

- A convivência com intervenções de serviços de concessionárias nos

pavimentos,

- O controle das cargas dos tráfegos são insuficientes,

- A drenagem é mais problemática, muitas vezes o greide é determinado por

circunstâncias incontornáveis e as galerias de grande extensões e

- A grande incidência de largura de faixa de rolamento menor que no

pavimento rodoviário rural, causando maior cobertura da trilha de roda.

Considerando também o acompanhamento do desempenho de trecho

experimental no Município, Projeto RIO-ORLA (Ramos et al, 1996 e Motta e Leite,

2002), o Autor desta tese considerou mais conservador utilizar uma relação da ordem de

103.

Pinto (1991) verificou que a relação apresenta variação em função do tipo de

ligante, entre outros, sendo para o CAP mais viscoso a relação da ordem de 103.

Motta, Medina e Sousa (2002) apresentaram expressões que permitem a

estimativa do módulo de resiliência de mistura asfáltica através de dados correntes de

dosagens, que resultam de atualização do trabalho apresentado por Motta (1998) e Pinto

148

e Motta (1995) a partir de análise de regressões realizadas em banco de dados obtidos

na COPPE/UFRJ. Os dados se referem a mistura a quente do tipo Concreto Betuminoso

Usinado a Quente (CBUQ). São também apresentadas compilação de curvas de fadigas

de vários projetos de misturas asfálticas. O principal objetivo destes estudos é de

propiciar aos projetistas uma forma de estimar o módulo de resiliência para fins de

anteprojeto, a partir de dados de misturas asfálticas ensaiadas no Brasil e prever a vida

de fadiga para um dimensionamento mecanístico.

Em termo da deformação permanente, Pinto (1991), aplicando os conceitos para

ensaio de compressão diametral, deu inicio ao ensaio de “creep” estático empregando

uma prensa de adensamento de solos a qual permitiu aplicação de cargas constantes nas

amostras ensaiadas, através de um pendural. Os ensaios foram efetuados a 25º C e o

nível de tensão variou de 3 a 40 % da resistência a tração estática por compressão

diametral. O deslocamento ou deformação permanente foram medidos em espaços de

tempo, que variavam conforme a velocidade da deformação observada.

Sá e Motta (1996) desenvolveram estudos da deformação permanente de mistura

betuminosa, utilizando ensaios de “creep” estático (fluência estática), “creep” dinâmico

(fluência dinâmica) e estabilidade Marshall. Como resultado verificou-se que a

deformação permanente mostrou-se dependente do teor de ligante, da faixa

granulométrica, da temperatura e do nível de tensão.

Sá e Motta (1996) verificaram que a mistura com emprego da faixa Va do

Instituto de Asfalto dos E.U.A foi a mais susceptível a deformação permanente, sendo a

faixa B do DNER a que apresentou melhor desempenho entre as faixas estudadas.

Como conclusão, entre outras, o estudo mostrou que a faixa granulometrica tem

influência na deformação permanente das misturas asfálticas, quanto mais grossa menor

a deformação plástica.

Pereira (1998) concluiu que a faixa granulométrica IVc do Instituto do Asfalto

de Asfalto do E.U.A mostra-se muito mais adequada que a faixa Va, do mesmo Instituto

citado anteriormente , quanto ao aspecto de atrito, sem perder as outras características

desejáveis as misturas asfálticas.

Tendo em vista que a faixa IVc do Instituto do Asfalto dos E.U.A apresenta

uma graduação mais grossa que a faixa Va, a Prefeitura do Rio de Janeiro vem adotando

como norma para tráfego pesado e médio a utilização da faixa IVc, só empregando a

faixa Va para os casos de vias de baixo volume de tráfego e para operação tapa buracos.

149

.Existem outras formas de avaliar tanto a fadiga como a deformação permanente,

que são as pistas experimentais através de simuladores de tráfego.

A tendência mundial é de utilizar simuladores de tráfego mais versáteis, com

emprego de equipamentos transportáveis como o HVS (“Heavy Vehicle Simulator”), do

Instituto de Pesquisa Rodoviária da África do Sul, que pode ser transportado para

qualquer lugar, permitindo avaliar um trecho real em curto tempo, com aplicação de

cargas de 60 a 150 kN repetida até a ruptura, verificando a capacidade do revestimento

ou do pavimento resistir à deformação permanente e à fadiga.

Na França, segundo Medina (1997), o Laboratório de Pontes e Estradas (LCPC)

desenvolveu o simulador circular ou em carrossel (“manége”) em Nantes, na década de

1980. O equipamento é amovível e permite atuar sucessivamente em pistas circulares

construídas próximas umas das outras.

No Brasil existem dois simuladores de tráfego para testar pavimentos, o do

DNER que é circular e o da Universidade Federal do Rio Grande do Sul em conjunto

com Departamento de Estradas do Rio Grande do Sul, que é retilíneo. Estes simuladores

já foram e são utilizados para avaliar estruturas do pavimentos, revestimento asfáltico,

reflexão de trincas, etc.

Os simuladores de tráfego trazem grandes vantagens para previsão de

desempenho dos pavimentos quanto às cargas, pois se consegue em poucos meses ter

uma resposta do desemprenho da estrutura ou da camada que está sendo analisada.

Entretanto, quanto ao efeito do clima que só ocorre com o tempo, pouca informação

consegue ser prevista nestes experimentos acelerados.

Existe também um equipamento simulador de tráfego de laboratório

desenvolvido pelo LCPC que permite estudar o afundamento nas trilhas de rodas. Há

um equipamento deste instalado no Laboratório de Tecnologia de Pavimentação da

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, conforme descreve o trabalho

apresentado por Merighi, Bernucci e Suzuki (1995). O simulador pode testar amostra

fabricada no laboratório ou trazida do campo, a amostra pode sofrer uma força máxima

vertical de 10,4kN, através de um eixo de roda simples, de aro de 6”, com pressão

regulável máxima de 0,70MPa e na velocidade de 94mm/s. O equipamento permite o

ajuste de temperatura até 70ºC, realiza o ensaio em duas placas simultaneamente,

durante o ensaio a roda começa passar sobre a amostra com um ciclo de 1 Hz, pressão

de 0,6MPa, carga no eixo de 5,0kN, amplitude da roda de 205mm, aceleração 10m/s2.

Segundo a norma francesa AFNOR (1991) devem ser feitas leituras do valor de

150

afundamento na trilha de rodas nos ciclos de 30, 100, 1.000, 3.000, 10.000, 30.000 e

1.000.000. O ensaio deve ser interrompido quando o afundamento passar de 15mm. O

simulador de tráfego pode auxiliar na dosagem de misturas, para verificar qual a

granulometria que promove menor deformação permanente, trazer informação quanto a

contribuição da natureza do agregado e para testar diferentes tipos de ligantes,

convencionais ou modificados.

151

CAPÍTULO 7

ESCOLHA DO PROGRAMA COMPUTACIONAL .

Os métodos mais empregados no dimensionamento dos pavimentos flexíveis

desde a década de 50 tiveram caráter extremamente empíricos. Apesar da existência de

procedimentos mais racionais, ainda persiste, nos dias de hoje, grande parcela dos

pavimentos dimensionados com base em método empíricos.

Os métodos empíricos pela sua referência histórica e longo tempo de uso,

servem ainda de comparação para os modelos mecanísticos na opinião de muitos

pesquisadores.

O procedimento de dimensionamento racional dos pavimentos tem como

ferramenta fundamental a teoria da elasticidade, que usa os módulos de

resiliência determinados nos ensaios dinâmicos, para definir através da análise

mecanística, a deflexão máxima, a tensão vertical no subleito e tensão de tração

na fibra inferior do revestimento asfáltico, definindo desta forma uma

determinada estrutura em função do período de projeto desejado, que atenda ao

número de eixos equivalentes de referência, assegurando a expectativa de vida

de fadiga e de deformação permanente.

Motta (1991) apresenta o esquema de um método de dimensionamento

reproduzido na figura 7.1, para pavimentos flexíveis levando em consideração as

propriedades dos materiais, condições de tráfego e ambientais, procedentes para cálculo

das tensões, deformações e condições de serventia de forma que o desempenho ao longo

da vida útil seja satisfatório.

Para definição do programa a ser utilizado no estudo das estruturas dos

pavimentos flexíveis, indubitavelmente é imperativo conhecer o comportamento

elástico dos materiais que são usuais no Município para emprego nas camadas dos

pavimentos.

As avaliações dos módulos resilientes dos materiais, apresentadas no Capítulo 5,

reforçam o conhecimento dos estudiosos dos solos e materiais granulares, no que se

refere ao comportamento elástico não-linear, dependente do par de tensões, entre outros,

e este foi o comportamento dos materiais estudados, que apesar de não ser uma

amostragem representativa para definição de um Catálogo, retrata uma parcela relevante

dos materiais utilizados nas camadas dos pavimentos do Município do Rio de Janeiro.

152

Figura 7.1 – Esquema englobando todos os fatores para dimensionamento do pavimento

flexível (Motta, 1991).

Franco (2000) desenvolveu um sistema fechado de dimensionamento que faz

parte todos os passos previsto no fluxograma da figura 7.1. Mas o programa de análise

de tensões utilizado é o JULEA que tem como base a elasticidade linear.

Tendo em vista, principalmente, o emprego de materiais granulares nas camadas

dos pavimentos do Município do Rio de Janeiro, o Programa Computacional

FEPAVE 2 (Finite Element Analysis of Pavement Structures) se aplica tanto a

elasticidade não-linear como à linear. Outros existem que também são equivalentes, mas

o histórico de uso do FEPAVE pela COPPE/UFRJ e a facilidade de modificações no

programa quando necessária, levou a escolha do mesmo como elemento a ser

empregado na definição das estruturas dos pavimentos nesta tese.

Silva (1995) em sua revisão bibliográfica, informa que o FEPAVE 2 é um

programa em FORTRAN desenvolvido na universidade de Berkeley em 1965 por

Wilson. Sofreu modificação em 1966 por Duncan, Monismith e Wilson para gerar

153

automaticamente configurações de elementos finitos adequadas para análise de

estruturas axissimétricas de pavimentos flexíveis e para adaptar tipos de módulos

dependentes das tensões através de uma análise não linear física.

O programa foi cedido para a COPPE/UFRJ em 1973 tendo sido empregado

para avaliar estruturas reais e fictícias por várias teses de mestrado e doutorado.

Os resultados apresentados nos estudos com o emprego do FEPAVE 2 tem

demostrado confiabilidade e são úteis para a interpretação do desempenho dos

pavimentos sob condições de tráfego.

Motta (1991) implementou o programa FEPAVE para uso em microcomputador

e adaptou o FEPAVE 2 à consideração da confiabilidade pelo tratamento probabilístico

de Rosenblueth, permitindo estimar a média e o desvio padrão dos parâmetros de

projeto.

O conceito de confiabilidade está associado ao risco estatístico que se quer

admitir em um projeto. Foi introduzido de maneira explicita no manual da AASHTO em

1986 onde são sugeridos diferentes níveis de confiança a serem empregados nos

projetos conforme a importância da estrada e sua localização em região urbana ou rural.

O programa FEPAVE 2 utiliza o método dos elementos finitos, onde o meio

continuo é dividido em elementos fictícios de dimensões finitas, ligadas entre si por

pontos nodais que se assimilam a articulações sem atrito.

Aplica-se a teoria da elasticidade para obter a relação entre as forças e os

deslocamentos nodais de cada elemento e, a partir destes, os deslocamentos no seu

interior. Calcula-se a matriz de rigidez de cada elemento. Os elementos ligam-se pelas

faces ou lados. As rigidezas elementares acoplam-se numa matriz de rigidez global da

estrutura.

Resolvido o sistema, tem-se os deslocamentos nodais. A partir destes

calculam-se as tensões no interior de cada elemento e os deslocamentos nos nós, vale

dizer, para todo o meio estratificado. São centenas de equações. O programa gera

automaticamente uma malha e acolhe os módulos dependentes ou não das tensões. As

deformações (especificas) são as derivadas primeiras dos deslocamentos e as tensões

relacionam-se às deformações:

σ = D x ε (7.1)

Onde D é a matriz que contém as características do material, σ a tensão e ε a

deformação.

154

Na pratica este é o valor do módulo de resiliência ou de elasticidade que, se for

não linear, dependerá do estado de tensões.

Algumas regras, se recomendam para a discretização do meio contínuo; por

exemplo, a fronteira lateral de cerca de 20 R, sendo R o raio da área carregada, e a

fronteira do fundo a 50 R, ou mais. A razão das dimensões dos lados do quadriláteros

não deve ser maior que 5:1 para que as determinações das tensões sejam acuradas, o que

é importante próximo à carga.

O uso do método de elementos finitos, é mais adequado nos problemas de

elasticidade não linear. Por esta razão é decisivo o uso do FEPAVE na análise estrutural

de pavimentos flexíveis, tendo espessas camadas granulares (base de brita corrida e

sub-base de pó de pedra, etc.) em que a consideração da não linearidade é essencial.

Costuma-se considerar constante o coeficiente de Poisson (µ), para cada uma das

camadas de material, sendo o µ a razão da deformação lateral ou radial para a

deformação vertical, quando estas duas direções são principais, tal como no ensaio de

triaxial ou sob o eixo de simetria da carga do pneu..

O FEPAVE admite até 12 camadas de materiais diferentes, com comportamento

elástico, isotropico podendo ser linear ou não linear. Além disso, permite variar o

módulo dos materiais asfálticos em função do perfil de temperaturas ao longo da

espessura da camada.

O programa foi definido para carregamento único (eixo simples), sendo que para

o caso de pavimentos com comportamento elástico linear pode-se simular a roda dupla

através da superposição dos efeitos. Correntemente, admite-se para cálculo da deflexão

máxima correspondente ao eixo padrão, o deslocamento calculado para uma distância

radial de 3R/2, onde R é o raio da área de contato do pneu, multiplicado por 2, o que

representa o efeito conjunto das duas rodas mesmo quando se usa a elasticidade não

linear.

Silva (1995) estudou a consideração de modelos lineares e não lineares, tendo

constatado que:

- A deflexão na superfície é maior no modelo não linear e é mais próxima da medida

no campo;

- A tensão vertical máxima medida no topo do subleito é 22% maior para caso linear;

- A deformação especifica de tração na camada inferior do revestimento na análise

não linear é 38 % superior, e

155

- A análise não linear permite a obtenção de uma estrutura mais flexível e próxima a

real.

Para facilitar a utilização do programa, Silva (1995) criou um arquivo de dados

utilitário denominado UTILFEP.EXE, em linguagem Pascal que é composto de

um menu principal com oito sub-rotinas:

1) Ler arquivo - Tem a função de ler os arquivos de dados que deve ser nomeado

com o formato do tipo “8digitos.dat”, armazenados em disquete ou na memória

do computador.

2) Entrada de dados – Cria o arquivo com “8digitos.dat”, após ser fornecido todos

os dados de entrada como; A) Titulo do problema, máximo 80 caracteres, B)

parâmetro de impressão (1 impressão resumida, 2 impressão completa de todos

os dados), C) Considerações das tensões gravitacionais (0 sem considerar e 1

considerando), D) Número de variáveis independentes com desvio padrão

diferente de zero, máximo 3 camadas, E) Raio da área de carregamento em

centímetro, geralmente admite-se o valor de 10,8 cm, F) Desvio padrão da área

carregada, se existir, G) Pressão na área de carregamento, em kgf/cm2,

geralmente admite-se o valor de 5,6 kgf/cm2, H) Desvio padrão da Pressão na

área de carregamento, se existir, I) Número de camadas que pode ser de 1 a 12,

sendo 1 a camada superior do pavimento analisado, J) Consideração da placa

rígida (0 no caso de não considerar a placa rígida, é a condição mais aplicável

para carga de pneus e 1 a carga é aplicada através da placa rígida, é menos usual,

podendo ser por exemplo para análise de medidas com o FWD), K) Número de

incrementos de carga a aplicar (1 o carregamento é aplicado de uma vez só, mais

utilizado para análise linear, 4 o carregamento é aplicado em quatro incrementos

de cargas iguais, geralmente para análises não lineares).

Para cada camada deverá ser fornecido a sua espessura, desvio padrão se existir,

peso especifico caso da considerações das tensões gravitacionais e código do

material em função do modelo elástico, podendo ser de 0 a 7, conforme tabela 3.7,

capítulo 3, deve-se informar as constantes do modelo admitido para cada material,

poderá ser admitido um desvio padrão, informar o valor do coeficiente de Poisson

em função do tipo de material utilizado, poderá ser admitido um desvio padrão.

O programa após entrada de todos os dados vai perguntar se o usuário vai

discretizar a malha ou se deseja que o programa crie a malha automaticamente. Em

seguida irá perguntar se deseja salvar os dados, no caso em que se deseje gravar um

156

arquivo, o nome do mesmo deve ter 8 dígitos. Ao final desta entrada de dados,

volta-se ao menu principal do UTILFEP.

3) Alterar e/ou exibir dados – Este comando permite alterar algum dados desejados

ou digitados errados ou até mesmo para revisão dos dados fornecidos. Este

comando é importante pois durante a entrada de dados o programa não permite

retornar na fase de entrada de dados.

4) Execução – Chamando este comando ele vai solicitar o nome do arquivo, entre

com nome com inclusão de “8dígitos.dat” pressionando a tecla enter, o

programa vai processar os dados e solicitar para voltar para o menu principal

através da tecla ESC.

5) Impressão de resultados – Este comando serve para imprimir os resultados

gerados nos cálculos do programa.

6) Gráficos e resumos de resultados – um programa FEPGRAF.EXE representa

graficamente a bacia de deformação no centro de uma roda e no meio de duas

rodas de eixos simples, facilitando o emprego do FEPAVE. Pode-se também

verificar o resumo dos resultados na tela: deflexão entre rodas, deformação

especifica de tração, diferença de tensão no revestimento, tensão vertical no

subleito e tensão de tração no revestimento. Os principais parâmetros de

avaliação da bacia também são fornecidos.

7) Valores do coeficiente de Poisson e módulo de resiliência – São apresentados

valores do coeficiente de Poisson e módulos de resiliência em função do tipo de

camadas, para que o usuário possa ter idéia da ordem de grandeza dos

parâmetros para cada material .

8) Sair do programa – Com este comando permite-se sair do programa.

Com base nos resultados obtidos verifica-se se a estrutura proposta atende a

condição de fadiga e de deformação permanente para o período de projeto

delineado. Geralmente é comum na COPPE empregar a curva de fadiga em função

da diferença de tensão e para o subleito utiliza-se a equação desenvolvida por

Heukelom e Klomp.

σvertical = 0,006Mr/(1+0,7log(N)) (7.2)

O valor do número de solicitações admissíveis, número “N”, definido para o

projeto, deverá ser atendido pelas duas condições, de fadiga (baseado no ensaio de

157

laboratório) e da deformação permanente (equação Heukelom e Klomp). No caso em

que o número de solicitações desejada para ambas as condições, fadiga e deformação

permanente, não atenda a prevista para o projeto a estrutura deverá ser novamente

dimensionada.

Quando se utiliza o FEPAVE 2 com a impressão completa é possível verificar todas

as tensões, os dados de entrada, o valor resumo, a malha formada, o número de linhas e

colunas, a profundidade e afastamento horizontal, o coeficiente de Poisson e o valor do

módulo de resiliência. Observa-se que para uma determinada profundidade no subleito,

onde a tensão desvio causada pela carga é desprezível o módulo tende a ser constante,

com o comportamento elástico próximo da linearidade. Com base nesta condição

pretende-se verificar qual os valores em que os subleitos selecionados mantém o

módulo constante, e deste modo selecionar faixa de módulo para o subleito para ser

usado como parâmetro no Catálogo de pavimentos, como é utilizado no Catálogo

Francês.

158

CAPÍTULO 8

DETALHAMENTO DOS PASSOS PARA ELABORAÇÃO DO CATÁLOGO DE

PAVIMENTO FLEXÍVEL PARA O MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO.

Ao se utilizar um método voltado a área rodoviária ou de estrada de alto volume

de tráfego para dimensionar a grande maioria dos pavimentos urbanos, pode ocorrer que

este não se aplique adequadamente. Por outro lado a área municipal geralmente é

carente de recursos financeiros, e muitas vezes as estruturas de pavimentos

estabelecidas por meios empíricos podem estar estruturalmente inadequadas.

O emprego de métodos empíricos baseado em experiência estrangeira não cabe

mais nos dias de hoje, em pleno século XXI. Entretanto, os recursos continuam os

mesmos na área de pavimentação, e vão se avolumando as deficiências por falta de

manutenção adequada ou de projetos eficazes. Por outro lado o crescimento urbano vem

aumentado de forma descontrolada, sem um planejamento com estudo de infra-estrutura

bem delineada, sendo a mesma adaptada após já ter se instalado uma densidade

populacional ou um polo industrial.

Pensando em dar um primeiro passo para ajudar os engenheiros do Município do

Rio de Janeiro, esta Tese apresenta o detalhamento dos passos para elaboração de um

Catálogo de estruturas-tipo para pavimento flexível, tendo como base a mecânica dos

pavimentos. Trata-se de uma orientação, pois futuramente, através da ampliação do

banco de dados iniciado neste trabalho sobre os materiais empregados na pavimentação

do Município do Rio de Janeiro, quanto à deformabilidade, como também do

conhecimento do tráfego, poder-se-á definir anteprojetos com rapidez, para as várias

áreas do Município. Este sistema deverá diminuir o desperdiço de materiais que são

rejeitados quando do emprego de método empírico e poder dispor de uma estrutura

harmoniosa que contemple, principalmente, a deformação permanente e o fenômeno de

fadiga do revestimento provocada pela repetição de cargas.

A grande chave deste estudo passa por se ter uma forma de definir o tráfego e os

tipos de materiais a serem empregados. Com base nestes dados e com emprego do

programa computacional FEPAVE 2, que considera o comportamento elástico não

linear dos materiais serão definidas as estruturas-tipo.

Vale ressaltar que esta iniciativa aplicada a pavimento urbanos não é pioneira.

Na revisão bibliográfica tem-se que na França, em 2001, foi divulgado o primeiro

159

Catálogo para pavimentos urbanos, com base na mecânica dos pavimentos. No Brasil,

Silveira (2000) desenvolveu uma proposta para a Região Metropolitana de Porto Alegre,

a partir de aplicação de um método empírico com revisão das estruturas com o

programa computacional de análise linear ELSYM 5. Destaca-se que no Brasil o

pionerísmo de uma busca por um método de dimensionamento voltado para área urbana

coube a Prefeitura de São Paulo (1967), embora adotando um método empírico ainda

baseado no CBR.

Na área rodoviária o Catálogo Francês teve revisão em 1998, e pela expressão e

alto nível de desenvolvimento existente na França, na área de pavimentação, conclui-se

que o investimento em estudos do catálogo é importante.

Em síntese, o que se pretende nesta tese, com base em experiência nacional e

internacional, é desenvolver uma sistemática ou orientação para os técnicos do

Município do Rio de Janeiro ou de outros Municípios que ajudará na escolha de

estruturas dos pavimentos flexíveis.

È evidente que este estudo, é progressivo e propiciará uma nova concepção para

os engenheiros definirem seus anteprojetos e orçamentos, dentro de condições

peculiares encontradas na grande maioria das vezes nas estruturas urbanas.

Não serão abordados casos de pavimentos sobre solos moles, pavimentos

rígidos, semi-rígidos e com ligantes especiais. Estudos posteriores poderão abordar estes

pavimentos em outras teses ou pelos engenheiros do Município.

Para sintetizar as diferenças entre as áreas urbanas e a de estradas e rodovias,

podem ser destacadas: as intervenções de concessionárias de serviços públicos, como de

telefonia, luz, gás, água, esgoto etc, que são sistemas que interferem com o espaço da

rede de pavimentos urbanos, de modo proporcional à densidade populacional na área

urbana. Isto poderia ser amenizado com a utilização de intervenção nas calçadas,

fugindo o máximo possível dos pavimentos. Este aspecto, já vem sendo estudado e

aplicado com grande ênfase nos países desenvolvidos.

No Município do Rio de Janeiro, evita-se o máximo possível que as áreas dos

pavimentos sirvam de corredores de passagem para estes tipos de aplicações, dando

sempre preferência às calçadas, nas obras mais recentes como a Cidade é antiga,

somente no futuro ter-se-á esta condição ideal.

Outro fato não menos importante, na área urbana é a impermeabilização do solo

e o pavimento na grande maioria contido entre calçadas.

160

O sistema de drenagem deve ter destaque para a boa eficiência dos pavimentos

urbanos, pois nas estradas e rodovias a grande maioria tem a drenagem superficial

correndo para os acostamentos e daí para o solo natural não revestido.

Com os dados levantados sobre o Município, com os materiais analisados na

COPPE/UFRJ e nos laboratórios da Prefeitura, que são oriundos do Município do Rio

de Janeiro e empregados nas estruturas dos pavimentos define-se a seguinte sistemática

para elaboração do Catálogo de Pavimentos:

8.1) Módulo do Subleito

O Catálogo não é uma ferramenta que o engenheiro simplesmente poderá fazer

uso sem precisar realizar qualquer ensaio e avaliação do tráfego. Na França já se teve

noticia, na palestra apresentada pelo engenheiro francês Yves Brosseaud, do LCPC, no

16º Encontro de Asfalto do IBP (2002), que graças ao longo período de monitoramento

do tráfego e de estudos pedológicos, este fato de não realizar ensaios nem estudo de

tráfego já ocorre. Este estágio exigiu anos de estudos de pesquisas e investimentos.

Quanto ao subleito deverá ser realizado o ensaio triaxial dinâmico e utiliznado o

modelo composto de resiliência.

Tendo a equação do modelo composto, MR= k1 σ3K2 σd

K3, deverá ser calculado o

módulo com os valores do par de tensões que corresponde a tensão confinante igual a

0,01 kgf/cm2 e a de desvio 0,20 kgf/cm2, valores estes arbitrariamente admitidos nas

rotinas do FEPAVE 2 como limites da não linearidade: estes valores servirão como

indicação do módulo de entrada no Catálogo.

Como esclarecimento, o programa FEPAVE 2 é um programa que possibilita o

uso de comportamento elástico linear e não linear, entretanto verifica-se que os

materiais a um determinado par de tensões desvio e confinante, o módulo quase não se

modifica, como foi constatado no capítulo 5 com o emprego do programa MAPLE, com

o uso do módulo composto. Desta forma, quando o par de tensões assume valores iguais

ou inferiores aos valores anteriormente indicados, o módulo de resiliência

correspondente fica constante como no programa FEPAVE 2. Isto não significa que se

deve entrar com o valor do módulo obtido por este par de tensões definido, no programa

FEPAVE 2, pois ter-se-á outro comportamento nos dados de saída do programa

podendo indicar que a estrutura definida no catálogo está inadequada. Este artificio está

sendo utilizado para simplificação do emprego do catálogo, uma vez que a simples

análise da equação do modelo composto não permite definir uma entrada simplificada

161

no Catálogo. Entretanto os cálculos das estruturas foram todas definidas empregando a

equação composta e não um módulo constante. Motta (1991) e Silva (1995) definiram

estes valores de tensões constantes no programa FEPAVE 2, pois são tensões atuantes

bem abaixo da superfície do subleito e em condições de baixa severidade, onde os

módulos são praticamente inalterados e estão abaixo do par de tensões definido no

ensaio triaxial dinâmico.

Com base neste conceito, pode-se tentar definir faixas de comportamento

constante para os subleitos, assim como é indicado no Catálogo Francês (uma faixa de

módulo para as plataformas), ou seja, comportamento elástico linear, embora o que tem

que ficar bem claro é que as estruturas não são definidas com este módulo constante,

nos passos embutidos na definição das estruturas-tipo.

Os módulos encontrados com esta sistemática para os solos estudados, que

podem servir futuramente ou que já são empregados no Município como subleito, são

apresentados na tabela 8.1, em valores na unidade kgf/cm2, que é um valor de saída do

programa FEPAVE 2.

Verifica-se transformando os valores obtidos para MPa, módulos do subleito de

33 MPa a 759 MPa.

A equação do modelo composto envolve valores multiplicativos, exponencial,

negativo e positivo, portanto não sendo muito simples através da equação deduzir o

“valor constante” a ser esperado par cada material, sem associar um par de tensões

especifico.

Um comparativo com a faixa de módulo para plataforma especificada no

Catálogo Francês, é apresentada na tabela 8.2.

Observando a tabela 8.2, onde são apresentados os valores de ensaios de 13

amostras de solos do Município, verifica-se que 46 % das amostras apresentam módulo

com altos valores, para condição de sua classificação, atendendo a plataforma do tipo

PF4 de alta qualidade, indicada no Catalogo Francês, que geralmente na França são

plataformas formadas com solo estabilizado com cimento. Isto pode representar que

estes solos sejam lateríticos apresentando elevada coesão, confirmando estudos de

Nogami e Villibor que grande parte dos solos tropicais apresentam comportamento

lateríticos, possuindo excelentes propriedades para o uso em pavimentação.

162

Tabela 8.1 – Valores do Módulo de Resiliência na condição do par de tensões definido

no programa FEPAVE 2, para valor constante.

Registro COPPE/UFRJ Modelo Composto kgf/cm2 Valor do módulo, kgf/cm2

S-36/01 – J. Palmares 3824 σ30,2841σd

-0,4570 2208

S-38/01 – J. Palmares 4905 σ30,0063σd

-0,3047 7591

S-44/01 – J. Palmares 3416σ30,1559σd

-0,4285 3266

S-45/01 – J. Palmares 4625σ30,0846σd

-0,3940 5994

S-47/01 – J. Palmares 4375 σ30,0823σd

-0,4694 6449

S-43/01 – J. M. Bandeira 3365 σ30,3449σd

-0,1762 939

S-364/02 – J. Covanca 1910 σ30,3922σd

-0,6430 888

S-365/02 – J. Covanca 3136 σ30,2755σd

-0,4452 1782

S-391/02 – J. Manelão 3276 σ30,3276σd

-0,2735 1107

S- 400/02- R. João Santos 2678 σ30,2077σd

0,2842 649

S-432/02 – J. Cachamora 2239 σ30,3998σd

-0,0962 417

S-444/02 – J. Cândido 2143 σ30,4660σd

-0,1906 334

S- 445/02 – J. Cândido 6172 σ30,4843σd

-0,7092 2122

Tabela 8.2 – Comparação do Módulo Resiliente dos Solos estudados com a faixa do

Catálogo Francês de 1998.

PF1(Mpa) PF2(MPa) PF3(MPa) PF4(MPa)

20 50 120 200 250

S-432- 42 MPa S-43- 94 MPa S-365- 178 Mpa S-36- 220 MPa

S-444- 33 MPa S-364- 89 MPa S-38- 759 MPa

S-396- 110 MPa S-44- 336 MPa

S-400- 65 MPa S-45- 599 MPa

S-47- 644 MPa

S-445- 212 MPa

Apenas 2 solos apresentaram fraca característica modular, tipo plataforma PF1

não recomendado no Catálogo Francês de 1998 para rodovias de alto volume de tráfego,

163

porém o Catálogo Francês adaptado ao contexto urbano de 2000 emprega este tipo de

plataforma.

Logo com base nesta análise, observa-se que na amostragem dos solos coletados

para este estudo, no Município do Rio de Janeiro, que mais de 85% das amostras

apresentaram resultados de regular a excelente. Esta análise preliminar será melhor

estudada ou confirmada quando forem projetadas as estruturas.

8.2) Tráfego

A consideração do tráfego é extremamente importante no estudo do

dimensionamento de um pavimento, entretanto não é fácil a sua avaliação, tendo

em vista a falta de controle e dados da freqüência e das cargas que transitam em

nossos pavimentos.

Nas rodovias, algumas concessionadas, realiza-se pesagem dos veículos,

controlando a carga pela “lei da balança”, por exemplo 10 toneladas por eixo simples de

rodas duplas.

Entretanto, muitas estradas e rodovias não são fiscalizadas e as cargas passam do

limite imposto por lei, causando forte impacto para a deterioração precoce dos

pavimentos, e o pior é que estas cargas cruzam os Municípios ou tem como ponto final

ou de saída muitos Municípios.

No Rio de Janeiro, a empresa CET-RIO é a responsável pelo tráfego no

Município, e na maioria das vezes sua pesquisa de tráfego está relacionada a capacidade

da via pela Engenharia de Tráfego, visando dar maior fluidez ao tráfego através de

sistema inteligente de tráfego. Vale ressaltar, que nos dois últimos anos foram instalados

postos de pesagem em algumas rotas importantes do Município, como informado no

Capítulo 2, tendo sido observado expressiva quantidade de veículos com excesso de

cargas.

No Município Rio de Janeiro existem vários pontos de fugas e o transporte de

cargas busca estas rotas para não serem penalizados. A solução seria ter maior número

de postos de pesagem e também o emprego de pesagem dinâmica em região onde é

difícil proceder a paralisação dos veículos, pois pode causar grande engarrafamento.

Com o emprego de sistema mais moderno de pesagem dinâmica poderiam ser

interceptados os veículos que acusassem excesso de peso em locais que não gerassem

conflito ao trânsito o sistema serviria também para verificação das cargas dos ônibus,

que são os principais veículos no meio urbano. No caso dos ônibus pode ser empregado

164

uma forma mais simples para avaliar sua carga, conhecendo o tipo de veículo, sua tara

e sua capacidade máxima de passageiros, geralmente especificado pelo fabricante.

Através de um fiscal pode-se quantificar a quantidade de passageiros que estão sendo

transportados.

Os projetistas têm que projetar os pavimentos considerando que a Lei da

Balança será cumprida, ou conhecendo-se o percentual de excesso a ser considerado no

cálculo do número “N”, equivalência do eixo padrão de 8,2 tf. O emprego da equação

8.1 deverá ser utilizada para obtenção do “N”:

N = 365 x VMD x P x FV (8.1)

Onde;

VMD - Veículo Médio Diário de veículos comerciais em geral. É calculado

como a média do VMD no ano de início de tráfego V0 e no ano final do período

de projeto Vp, considerando-se um fator de crescimento do tráfego (f) que pode

ser linear ou exponencial. Geralmente no Município considera-se o fator de

crescimento do tráfego de forma aritmética com 5% ao ano.

P - Período de projeto, geralmente utiliza-se 10 anos no Município do Rio de

Janeiro.

FV - Fator de Veículo, que pode ser calculado através da multiplicação do Fator

de Eixo x Fator de Carga.

No caso urbano a maior incidência são os veículos de eixo simples dianteiro com

carga máximo admitida de 6 toneladas e o eixo traseiro também simples porém com

roda duplas com carga máxima admitida de 10 toneladas.

Desta forma, quando não se dispõe de banco de dados confiável de contagem e

pesagem dos veículos, sugere-se proceder um estudo de contagem da classificação de

veículos pesados que circulam em vias próximas com as mesmas características da de

projeto e pesagem por amostragem obtendo desta forma o VMD, FE e FC. Com estes

dados, com o período de projeto pretendido e a taxa de crescimento admitido,

calcula-se o numero “N”. Cabe ressaltar que a equivalência de cargas tem a parcela

destrutiva oriunda de pistas experimentais norte-americanas (fator de carga), merecendo

estudo para o caso urbano.

8.3) Dimensionamento das Estruturas

Conforme descrito em capítulo anterior as estruturas-tipo serão desenvolvidas

com auxilio do programa computacional FEPAVE 2, largamente utilizado pela

COPPE/UFRJ.

165

Para todos os solos e materiais granulares foram utilizados o modelo

desenvolvido por Macêdo, denominado modelo composto, que corresponde no

FEPAVE 2 ao Código de Material 7, para revestimento asfáltico foi considerado o

Código de Material 3, constante, não foram considerados as tensões gravitacionais e a

placa rígida, e como valores de entrada foram considerados;

Raio da área circular = 10,80 cm

Pressão média na área carregada = 5,6 kgf/cm2

Módulo do revestimento = 83.700 kgf/cm2, a 25ºC (não é um módulo padrão, só

um exemplo, obtido de mistura utilizada no Município, com faixa

granulométrica IVc do Instituto do Asfalto Americano e CAP 40, cuja a curva

de fadiga para esta mistura foi relizada)

Coeficiente de Poisson, conforme recomendação de Motta (1991):

CBUQ = 0,30

Camada Granular = 0,35

Camadas argilosas = 0,45

Utilizou-se a opção na qual o programa faz a malha automaticamente.

Não foi considerado o critério de confiabilidade, ou seja, não foi considerado o

desvio padrão e variação nas espessuras das camadas, apesar de sua importância, em

razão do objetivo deste estudo ser de apresentar uma orientação para desenvolvimento

de um Catálogo de pavimento. Futuramente, em caso de continuidade do estudo pelos

engenheiros do Município ou em outra tese complementar deverá ser considerada na

definição das estruturas-tipo a confiabilidade.

O programa FEPAVE 2 fornece como dados de saída, entre outros, Deflexão

máxima (centésimo de milímetro), Deformação Especifica de Tração, Tensão Vertical

no Subleito (kgf/cm2), Diferença de Tensões no Revestimento (kgf/cm2) e Tensão no

fundo do Revestimento (kgf/cm2).

As estruturas foram dimensionadas com base nos valores da Tensão Vertical

admissível no Subleito, para garantir que não ocorra deformação permanente na

estrutura do pavimento, tendo como balizador a equação de Heukelom e Klomp e na

diferença de tensões no revestimento, para prevenir quanto a fadiga, sendo utilizada a

equação da curva de fadiga considerando a diferença de tensões x número de aplicação

de cargas, apresentada no Capítulo 6, do trabalho de Ramos et al (2000) realizada na

COPPE/UFRJ para CAP 40 e faixa IVc do Instituto do Asfalto dos EUA. O fator

166

campo–laboratório foi considerado 103 por ser mais representativo da experiência dos

técnicos da Prefeitura do Rio de Janeiro.

Inicialmente fez-se uma rodada do Programa FEPAVE 2, com todas as equações

de MR dos materiais de subleito e de jazidas estudados, que podem ser utilizados como

camada final de terraplanagem (CFT). Adotou-se a estrutura composta de 5 cm de

CBUQ no revestimento, com as caraterísticas informadas anteriormente e 10 cm de base

de brita corrida, empregando a equação de módulo de resiliência correspondente a

média das britas amostradas, apresentada no Capítulo 5, na energia modificada por

apresentar melhor resultado que na energia intermediária.

Foram então processados 13 rodadas do programa FEPAVE 2, sendo os

resultados apresentados nas tabelas 8.3 e 8.4, contendo os dados de saída do FEPAVE, o

módulo constante do subleito e a que profundidade se tornou constante. É definida o

número máximo de solicitação do eixo padrão, em função da deformação permanente e

da vida de fadiga, de forma a atender aos critérios mencionados.

Os resultados observados, nas tabelas 8.3 e 8.4, para os módulos constantes

obtidos com emprego do programa FEPAVE 2, para os diferentes tipos de solos

amostrados e aplicados como subleito, apresentaram resultados semelhantes ao

calculado pela equação do Módulo Composto para o par de tensões definidos para que o

módulo apresentassem valor constante, conforme tabela 8.1. Outro ponto importante é

que o módulo ficou constante para todos os tipos de solos, considerando a mesma

estrutura, na profundidade de 83,46 cm. Entretanto este valor constante aparece na

superfície do subleito a partir da distância radial de 16,20 cm.

A estrutura proposta, dependendo do tipo do subleito, atendeu aos requisitos

para “N” de 1,7x 107 a 4,0 x 104, correspondendo o maior numero “N” aos solos de

maiores módulos ( S- 47, S-38 e S-45), e o menor “N” ao solo de menor módulo,

S-444.

Ressalta-se que não pode ser feita uma comparação direta para o número de

solicitação do eixo padrão entre o Catálogo Francês e os obtidos com as estruturas

estudadas, tendo em vista que o eixo padrão de referência na França é de 13 toneladas e

no Brasil de 8,2 toneladas e o tempo de projeto na França também é maior.

A tabela 8.5, apresenta os valores dos módulos considerados constantes, o tipo

de plataforma na qual se enquadra cada subleito estudado e o número de solicitação do

eixo padrão de 8,2 tf que a estrutura proposta resiste, para atender a condição de

deformação permanente e de fadiga.

167

Ao se analisar a estrutura verifica-se que a superfície do subleito está 15 cm

abaixo das camadas de brita e revestimento, logo o módulo está constante numa

profundidade de aproximadamente 68 cm dentro do subleito e nesta profundidade a

tensão desvio (σd), é da ordem de 0,2 kgf/cm2.

Com relação a equação média definida para brita corrida, no capítulo 5, a

verificação se esta equação representa com segurança o comportamento de todas as

britas corridas estudadas se faz importante. Com este objetivo processou-se nova rodada

do programa FEPAVE 2, considerando o solo S-400 como subleito, 5 cm de

revestimento asfáltico com as características já definidas neste capítulo e variando as

características das britas, mantendo a espessura de 10 cm. Os resultados obtidos neste

estudo são apresentados nas tabelas 8.6 e 8.7, contendo os dados de saída do FEPAVE,

o módulo constante do subleito e a profundidade na qual o módulo de resiliência do

subleito se tornou constante. É definido o número máximo de solicitação do eixo

padrão, em função da deformação permanente e da vida de fadiga, de forma atender as

duas condições simultaneamente.

Observa-se nas tabelas 8.6 e 8.7, que o valor do módulo para o subleito com o

solo S400, foi constante para todas as estruturas, com o valor de 649 kgf/cm2 e com a

profundidade de 83,46 cm. Portanto idêntica ao utilizado com a equação média da brita

corrida na energia modificada.

Em relação ao período de projeto, definido pelo número de solicitações

equivalentes ao eixo padrão de 8,2 tf, considerando atender a deformação permanente e

fadiga, observa que o valor de N com emprego da equação do módulo de resiliência

média, N= 3,5 x 106, encontra-se abaixo dos obtidos com as equações gerais das britas

corridas estudadas, exceto a brita corrida da Pedreira Vigné, cujo o valor foi menor,

N= 2,8 x 106. Já para os casos das Pedreiras Sepetiba, Nossa Senhora de Fátima e Santa

Luzia os valores foram superiores , entre 2x 107 a 107.

A brita corrida não é um material de granulometria homogênea, compreendida

rigorosamente dentro de uma faixa granulométrica, apesar da especificação da

Prefeitura exigir que a mesma atenda a faixa B do DNER para base estabilizada

granulometricamente, esta geralmente atende determinado ramo da faixa e foge em

outros. Vale destacar que as Pedreiras processam sua produção através de misturas com

pá mecânica, acrescentando determinados tipos de britas no material residual resultante

da saída do britador secundário, de forma atender parcialmente ou plenamente a faixa

B.

167

Tabela 8.3 – Resultados de Saída do Programa FEPAVE 2 para os diversos solos ensaiados, considerando 5 cm de revestimento e

10 cm de brita corrida, empregando a equação média das britas, na energia modificada.

Registro do Solo S 400 S 47 S 44 S36 S 38 S 45 S 43

Deflexão (1/100mm) 58 17 23 20 16 17 46

Deformação Especifica de Tração 0,000322 0,000213 0,000229 0,000241 0,00021 0,000214 0,000289

Diferença de Tensão no

Revestimento, (kgf/cm2) 19,76 15,58 16,21 16,64 15,51 15,64 18,43

Tensão. Vertical subleito, (kgf/cm2) 0,698 1,365 1,225 1,151 1,391 1,357 0,879

Tensão no Revestimento, (kgf/cm2) -18,37 -13,06 -13,85 -14,4 -12,96 -13,13 -16,66

Módulo Constante no Subleito,

(kgf/cm2) 649 6449 3266 2208 7591 5994 939

Profundidade Módulo Constante, cm 83,46 83,46 83,46 83,46 83,46 83,46 83,46

Numero Máximo (N) para Tensão

Admissível no Subleito 3,5 x 106 > 108 >108 > 108 > 108 > 108 5,3 x 107

Numero Máximo (N) que atende ao

critério de Fadiga 9,3 x 106 1,7 x 107 1,5 x 107 1,5 x 107 1,7 x 107 1,7 x 107 1,1 x 107

Para atender as duas condições o

número máximo (N) será 3,5 x 106 1,7 x 107 1,5 x 107 1,5 x 107 1,7 x 107 1,7 x 107 1,1 x 107

168

168

Tabela 8.4 – Resultados de Saída do Programa FEPAVE 2 para os diversos solos ensaiados, considerando 5 cm de

revestimento e 10 cm de brita corrida empregando a equação média das britas, na energia modificada.

Registro COPPE/UFRJ S 364 S 365 S 391 S 432 S 444 S 445

Deflexão (1/100mm) 47 31 41 74 83 28

Deformação. Especifica a Tração 0,000292 0,000251 0,000277 0,000361 0,000381 0,000239

Diferença de Tensão no Revestimento,

(kgf/cm2) 18,56 17,03 17,99 21,17 21,83 16,54

Tensão. Vertical no Subleito (kgf/cm2)

0,844 1,079 0,932 0,553 0,475 1,203

Tensão Revestimento, (kgf/cm2) -16,83 -14,89 -16,11 -20,2 -21,11 -14,25

Módulo. Constante no Subleito, (kgf/cm2)

888 1782 1107 417 334 2122

Profundidade Módulo Constante, cm 83,46 83,46 83,46 83,46 83,46 83,46

Numero Máximo (N) para Tensão Admissível

no Subleito 3,9 x 107 >108 > 108 1,1 x 105 4,0 x 104 > 108

Numero Máximo (N) que atende ao critério de

Fadiga 1,1 x 107 1,4 x 107 1,2 x 107 7,7 x 106 7,2 x 106 1,5 x 107

Para atender as duas condições o número

máximo (N) será 1,1 x 107 1,4 x 107 1,2 x 107 1,1 x 105 4,0 x 104 1,5 x 107

169

170

Tabela 8.5- Comparação com a faixa de plataforma do Catálogo Francês e o Numero de

repetições do eixo padrão de 8,2 tf que atende à deformação permanente e à fadiga para as

estruturas das tabelas 8.3 e 8.4.

Subleito Módulo Constante Tipo de Plataforma “N” Admissível

S-36 – . Palmares 221 MPa PF4 1,5 x 107

S-38– . Palmares 759 MPa PF4 1,7 x 107

S-44 – . Palmares 326 MPa PF4 1,5 x 107

S-45 –. Palmares 599 MPa PF4 1,7 x 107

S-47 –. Palmares 645 MPa PF4 1,1 x 107

S-43 M. Bandeira 94 MPa PF2 1,1 x 107

S-364 – Covanca 89 MPa PF2 1,1 x 107

S-365 – Covanca 178 MPa PF3 1,4 x 107

S-391 – Manelão 111 MPa PF2 1,2 x 107

S400 R. João Santos 65 MPa PF2 1,1 x 105

S432- Cachamora 42 MPa PF1 4,0 x 104

S-444 –. Cândido 33 MPa PF1 4,0 x 104

S- 445 – J. Cândido 212 MPa PF4 1,5 x 107

Vale destacar que as britas analisados, foram coletados nas pedreiras em montes jáprontos para envio a obra.

Logo admitir um comportamento de módulo não linear, através de uma equação

média que assegure um valor que respalde mais de 92% das amostras ensaiadas para este

trabalho, significando que apenas uma pedreira não atendeu a condição, é uma opção de

segurança, quando não se dispõe do resultado do ensaio triaxial da amostra real ou até que se

defina com maior números de ensaios uma equação de módulo que expresse com maior

confiabilidade o comportamento das britas.

Considera-se importante buscar o enquadramento pleno das britas corridas na faixa

granulométrica e executar o ensaio triaxial para definir uma equação que venha realmente

representar o comportamento das britas fornecidas para o Município. O emprego na energia

modificada ou na energia que represente a maior densificação também é um ponto importante,

parareduziro trabalho resiliente das camadas granulares, grande responsável pela fadiga dos

pavimentos.

171

Para orientação na elaboração do Catálogo de pavimento foi utilizado esta equação

média, na energia modificada, tendo em vista seu resultado ter sido superior em termos de

módulo que o obtido com a energia intermediária, conforme verificado nos gráficos

apresentados no capítulo 5.

Considerando as estruturas mais usuais no Município do Rio de Janeiro, promoveu-se

nova rodada no programa FEPAVE 2, utilizando o solo S-400 como subleito, compactado na

energia normal, variando as estruturas, porém empregando a equação média obtida para o pó

de pedra na energia intermediaria e da brita corrida na energia modificada, com as seguintes

combinações:

1) 5 cm de revestimento, 10 cm brita,

2) 5 cm de revestimento, 15 cm de brita,

3) 5 cm de revestimento , 20 cm de brita,

4) 5 cm de revestimento, 10 cm de brita e 10 cm de pó de pedra,



7) 5 cm de revestimento, 20 cm de brita e 15 cm de pó de pedra.

Combinações

1 2 3 4 5 6 7

Revestimento 5 5 5 5 5 5 5

Base de brita 10 15 20 10 15 20 20

Sub-base de

pó

- - - 10 10 10 15

Subleito S-400

170

Tabela 8.6 – Resultados de Saída do Programa FEPAVE 2, considerando o solo S 400 como subleito, 5 cm de revestimento e 10

cm de brita corrida, empregando a equação das britas, na energia modificada

Pedreiras Média ESAM VIGNÉ CONCREBRAS São Pedro N.S Fátima S.ta Luzia

Deflexão (1/100mm) 58 57 58 58 59 54 57

Deformação. Especifica a Tração 0,000322 0,000319 0,000323 0,000324 0,000332 0,00029 0,00032



Tensão. Vertical no Subleito,

(kgf/cm2) 0,698 0,688 0,707 0,691 0,695 0,628 0,652

Tensão Revestimento, (kgf/cm2) -18,37 -18,13 -18,42 -18,49 -19,05 -16,02 -18,23

Módulo. Constante no Subleito,

(kgf/cm2) 649 649 649 649 649 649 649


Número Máximo (N) para Tensão

Admissível no Subleito 3,5 x 106 4,5 x 106 2,8 x 106 4,2 x 106 3,8 x 106 2,7 x 107 1,3 x 107

Número Máximo (N) que atende ao




172

137

Tabela 8.7 – Resultados de Saída do Programa FEPAVE 2 ,considerando o solo S 400como subleito, 5 cm de revestimento e

10 cm de brita corrida, empregando a equação das britas, na energia modificada.

Pedreiras Anhanguera Bangu Pena Branca EMASA SEPETIBA IBRATA Tamoio

Deflexão (1/100mm) 58 58 59 59 49 57 59





(kgf/cm2) 0,692 0,683 0,697 0,698 0,569 0,691 0,692



(kgf/cm2) 649 649 649 649 649 649 649



Admissível no Subleito 4,1 x 106 5,2 x 106 3,6 x 106 3,5 x 106 >108 4,2 x 106 4,1 x 106





173

174

Foram também calculadas estruturas mantendo as mesmas combinações

descritas anteriormente para base, sub-base e mantendo subleito S-400, com variação

para cada combinação do revestimento para 8 cm, 10 cm e 12 cm de espessura.

Os resultados obtidos após o emprego do programa computacional FEPAVE 2,

para as estruturas delineadas, são apresentados nas tabelas 8.8, 8.9, 8.10 e 8.11.

Verifica-se nestas tabelas, que o valor do módulo do subleito, definido pelo par

de tensões confinante e desvio como constante no Programa FEPAVE, se mantiveram

constantes, com valor de 649 kgf/cm2, em todas as estruturas estudas com o solo

S-400. Entretanto, as profundidades variam em função das estruturas para que o módulo

seja constante, porém em relação `a superfície do subleito, em todas as estruturas

estudadas, o módulo se mantém constante a partir da profundidade de 68,46 cm.

As estruturas delineadas apresentam uma varredura do número de solicitações

do eixo padrão de 8,2 tf, de forma a atender às duas condições, deformação permanente

e fadiga, de 3,5 x 106 ≤ N ≤ 7,4 x 107, correspondendo a estrutura de menor N aquela

com 5 cm de revestimento e 10 cm de brita e a de maior N aquela com 12 cm de

revestimento e 15 cm de brita.

Analisando a estrutura com 5 cm de revestimento observa-se que a deflexão

cresce com o aumento da camada granular, comprovando maior contribuição da brita do

que do subleito, na deflexão, ou seja, maior resiliência nos materiais granulares,

conforme já notado por Pinto, Preussler e Medina (1991). Entretanto, a tensão vertical

na superfície do subleito diminui com aumento da camada granular, como já verificado

por Motta (1991). Logo verifica-se a causa da perda prematura de uma estrutura quando

só se considera a tensão vertical, ou seja, a condição de preservar apenas a deformação

permanente para um numero de solicitação como é o caso do método do CBR.

Vale destacar que a fadiga não é sempre o fator limitante, pois na estrutura com

5 cm de revestimento e 10 cm de brita, o “N” admissível menor é para condição de

deformação permanente, neste caso o projetista estaria com sua estrutura atendendo ao

período de projeto caso só verificasse a tensão vertical. Porém não deve ficar animado

com este fato os partidários do método empírico com o CBR pois a grande maioria das

estruturas tem como fator limitante a fadiga, por isto não convém arriscar e passar a

proceder o dimensionamento fundamentado em método racional.

Quando se aumenta a espessura do revestimento, verifica-se redução na

deflexão, entretanto o aumento da espessura granular provoca aumento da deflexão,

verificando-se que algumas combinações de espessura de revestimento e base conduz a

175

grande aumento da vida de projeto de um pavimento. Como exemplo, quando se

verifica a estrutura com 12 cm de revestimento, para as diversas combinações de

camadas de base e sub-base delineadas para o estudo, a condição com somente 10 cm de

brita corrida é mais vantajosa que utilizar 20 cm de brita e 10 de pó de pedra, pois

ambas se eqüivalem para atender a condição de fadiga e deformação permanente, com

valor de “N” da ordem de 7 x 107 , entretanto em termos de custo e processo construtivo

a de maior espessura de camada granular é a pior. E se neste caso o projetista só pensar

na condição de deformação permanente poderá definir um período de projeto

equivocado em função do número de solicitação admissível que nestes casos foram

superior a 108. Vale a explicação do espaço de inferência da formula de Heukelom e

Klomp, que foi desenvolvida com base em limites inferiores aos que foram obtidos em

vários casos de estruturas estudadas, razão esta, que o autor desta tese preferiu arbitrar

os elevados valores de “N” à deformação permanente como N > 108.

Ficou patente, com base neste estudo, que para aumentar o número de

solicitações do eixo padrão para uma ordem de 108, atendendo simultaneamente as duas

condições à fadiga e à deformação permanente, tem-se que elevar a camada de

revestimento ou utilizar uma camada de base ou sub-base com maior módulo do que as

de materiais granulares, como por exemplo uma brita tratada com cimento ou mistura de

asfáltica de alto módulo poderiam ser opções. Este fato explica porque os franceses não

utilizam pavimentos flexíveis com camadas granulares para tráfego pesado.

Com base nas estruturas propostas neste estudo, pode-se fornecer subsidio para

desenvolvimento de um Catálogo para o Município do Rio de Janeiro. Para

desenvolvimento completo será necessário mais pesquisa dos solos, materiais granulares

e tipo de revestimento, variando o tipo de ligante e sua granulométria, de maneira a

poder ter um banco de dados substancial para chegar a um Catálogo de estruturas-tipo

para todas as condições de tráfego e subleito do Município.

8.4) Orientação para Desenvolvimento do Catálogo de Pavimentos.

Como orientação, com base nos estudos desenvolvidos nesta tese, devem ser

efetuados os seguintes estudos;

- Levantamento pedológico dos solos, na melhor amplitude possível, buscando gerar

um banco de dados com todas as variedades de solos existente na região.

- Processar ensaio triaxial dinâmico de amostras, seguindo a diretrizes adotadas pela

COPPE/UFRJ e representar o comportamento dos solos através de um modelo que

176

considere conjuntamente as tensões confinante e desvio, recomendando-se o uso do

Modelo Composto de resiliência, tendo em vista o elevado coeficiente de correlação

estatístico.

- Aprofundar o estudo das Pedreiras, verificando-se a possibilidade de identificar

características litológica do pó de pedra e a brita corrida que permita ter uma menor

variabilidade de módulos destes materiais. Como sugestão definir uma

granulometria, valor máximo de desgaste, índice de forma, e expansão. Proceder o

mais ensaios triaxiais dinâmicos por pedreira de forma a se ter uma média do

comportamento dos materiais produzidos por litologia, tipo de britador, etc. Utilizar

também na avaliação da deformabilidade resiliênte o modelo composto.

- Obter das autoridades municipais estudos de tráfego com pesagem. Os ônibus

devem ser bem estudados pois são eles os veículos de maior incidência na área

urbana.

- Proceder a avaliações de diferentes estruturas com os materiais que sejam

amostrados e ensaiados utilizando o programa FEPAVE 2 ,e considerando sua

confiabilidade estatística, face à um número expressivo de amostras.

- Partindo do princípio do valor de módulo de resiliência constante fornecido pelo

programa FEPAVE 2, em função do par de tensões desvio e confinante estimado no

programa para condição onde o módulo apresenta pouca alteração, tentar criar faixas

de módulos para o subleito dos solos do Rio de Janeiro que seja possível

correlacionar com o número de solicitações do eixo padrão de 8,2 tf, considerando a

condição das estruturas em atender simultaneamente à deformação permanente e à

fadiga. O valor do módulo constante não deverá ser utilizado no cálculo da

estrutura, servindo para classificar o tipo de subleito.

174

Tabela 8.8 – Resultados de Saída do Programa FEPAVE 2 ,considerando o solo S 400 como subleito, 5 cm de revestimento e empregando a

equação média dos pó de pedra na energia intermediaria e das britas, na energia modificada.

Estrutura 10 brita 15 brita 20 brita 10 brita/10 pó 15 brita/10 pó 20 brita/10 pó 20 brita/15 pó

Deflexão (1/100mm) 58 59 60 61 62 63 .65





(kgf/cm2) 0,698 0,541 0,422 0,392 0,311 0,261 0,227



(kgf/cm2) 649 649 649 649 649 649 649

Profundidade Módulo Constante,

cm 83,46 88,46 93,46 93,46 98,46 103,46 108,46


Admissível no Subleito 3,5 x 106 > 108 > 108 > 108 > 108 > 108 > 108





177

174

Tabela 8.9 – Resultados de Saída do Programa FEPAVE 2 ,considerando o solo S 400 como subleito, 8 cm de revestimento e empregando a

equação média dos pó de pedra na energia intermediaria e das britas, na energia modificada.

Estrutura 10 brita 15 brita 20 brita 10 brita/10 pó 15 brita/10 pó 20 brita/10 pó 20 brita/15 pó

Deflexão (1/100mm) 42 42 43 44 44 45 46





(kgf/cm2) 0,358 0,291 0,242 0,224 0,191 0,163 0,145

Tensão Revestimento (kgf/cm2) -14,94 -11,46 -13,59 -13,85 -15,67 -13,99 -12,44


(kgf/cm2) 649 649 649 649 649 649 649

Profundidade Módulo Constante,

cm 86,46 91,46 96,46 96,46 102,46 106,46 111,46

Número Máximo (N) para

Tensão Admissível no Subleito > 108 >108 > 108 > 108 > 108 > 108 > 108

Número Máximo (N) que atende

ao critério de Fadiga 1,6 x 107 2,7 x 107 2,0 x 107 1,9 x 107 1,4 x 107 1,8 x 107 2,3 x 107



178

174

Tabela 8.10 – Resultados de Saída do Programa FEPAVE 2 ,considerando o solo S 400 como subleito, 10 cm de revestimento e empregando

a equação média dos pó de pedra na energia intermediaria e das britas, na energia modificada

Estrutura 10brita 15 brita 20 brita 10 brita/10 pó 15 brita/10 pó 20 brita/10pó 20 brita/15 pó

Deflexão (1/100mm) 35 35 35 36 36 37 37





(kgf/cm2) 0,252 0,211 0,179 0,165 0,143 0,125 0,112


Módulo. Constante no

Subleito(kgf/cm2) 649 649 649 649 649 649 649



Admissível no Subleito >108 > 108 >108 >108 > 108 > 108 > 108





179

174

Tabela 8.11 – Resultados de Saída do Programa FEPAVE 2 ,considerando o solo S 400 como subleito, 12 cm de revestimento e empregando

a equação média dos pó de pedra na energia intermediaria e das britas, na energia modificada

Estrutura 10 brita 15 brita 20 brita 10brita/10pó 15brita/10pó 20 brita/10 pó 20 brita/15 pó

Deflexão (1/100mm) 29 29 30 30 30 31 31



Revestimento,(kgf/cm2) 8,89 8,86 9,25 9,33 9,36 8,93 9,03

Tensão. Vertical no Subleito

(kgf/cm2) 0,187 0,158 0,137 0,128 0,111 0,098 0,089

Tensão Revestimento (kgf/cm2) -7,68 -7,76 -8,32 -8,42 -8,45 -7,77 -8,01

Módulo. Constante no

Subleito(kgf/cm2) 649 649 649 649 649 649 649



Admissível no Subleito > 108 > 108 > 108 > 108 > 108 > 108 >108





180

181

- Buscar correlações que permitam identificar o solo através de uma classificação

como a do azul de metileno ou da classificação MCT, de maneira que futuramente

se chegue ao estágio do Catálogo Francês de não mais realizar o módulo resiliente

dos solos correntemente, exceto em projetos especiais.

- Estudar as misturas asfálticas em relação à deformação plástica e à fadiga.

- A apresentação do Catálogo deverá ser a mais simples possível, porém não deixando

dúvidas quanto às estruturas-tipo e forma de seu emprego, podendo ser seguida

como orientação a formatação utilizada nos Catálogos franceses.

182

CAPÍTULO 9

CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE PESQUISAS FUTURAS

9.1) Conclusões

A proposição de orientação para elaboração do Catálogo de Pavimentos

Flexíveis para o Município do Rio de Janeiro, visa contribuir para que os técnicos da

Prefeitura tenham no futuro a possibilidade de projetar de modo expedito estruturas de

pavimentos adequadas, em função da região de implantação do pavimento e com

possibilidade de selecionar a melhor estrutura em função dos recursos disponíveis e sem

recorrer aos tradicionais métodos empíricos.

Com o desenvolvimento do Catálogo de Estruturas-Tipo de Pavimentos

Flexíveis, baseado no dimensionamento segundo conceitos da mecânica dos

pavimentos, o Município poderá de uma forma racional, evitar rejeições de materiais

que à luz de conceitos empíricos não poderiam ser utilizados e também, harmonizar as

camadas do pavimento, visando uma vida de projeto adequada.

Vale destacar que o Catálogo deve envolver, em princípio, todos os tipos de

materiais utilizados no Município para a construção de pavimentos. Entretanto, poderá

existir determinada situação não prevista, que deverá ser analisada à luz de sua

peculiaridade.

Como ficou demostrado nos estudos do Catálogo Francês, o Catálogo

desenvolvido para os materiais existentes, deve ser monitorado, observando-se os

pavimentos executados com as estruturas prefixadas, de maneira a validar o Catálogo e

também, sofrer verificações periódicas em função de novos materiais, técnicas de

execução e novos equipamentos na área de pavimentação.

Em todo projeto, independentemente do método utilizado, o bom desempenho

do pavimento dependerá do controle tecnológico da qualidade dos materiais e da

execução. Desta forma, em conjunto com o Catálogo é essencial que se definam as

Normas de materiais, construção e controle.

Recomenda-se o emprego do modelo composto de resiliência no estudo de solos

e materiais granulares.

Foi importante neste estudo a possibilidade de reciclagem técnica que a

COPPE/UFRJ proporcionou, através da área de pavimentação, ao autor desta tese

capacitando-o a definir estruturas de pavimentos de forma racional e que permitam

183

maior durabilidade e consequentemente, reduzir os custos de manutenções das vias

públicas. Entretanto será necessário melhor aparelharem os setores de pavimentação, de

forma a levar avante a elaboração do Catálogo de Pavimentos para o Município do Rio

de Janeiro.

9.2) Sugestões para Futuras Pesquisas

Como sugestões para futuras pesquisas destacam-se:

- Ampliação do banco de dados sobre os solos e materiais empregados na

construção de pavimentos na região do Rio de Janeiro.

- Extensão do trabalho para outros tipos de estruturas, como pavimentos

rígidos e semi-rígidos.

- Realizar estudo estatístico por pedreira de forma a se ter equações com

modelo composto de resiliência para as britas corridas e pós-de-pedra,

associando a granulometria , desgaste Los Angeles, índice de forma, etc.

- Realizar estudo para a inclusão da classificações dos solos com Azul de

Metileno e do sistema MCT, de forma a verificar sua correlação com o

módulo de resiliência dos materiais.

- Promover estudo de campo e em laboratório de forma a associar a deflexão

do subleito medida com a viga Benkelman com o resultado do ensaio de

módulo, de maneira a proporcionar uma rápida verificação do

comportamento do solo, no caso de novas construções.

- Estudar os coeficientes estruturais dos revestimentos asfálticos, com os

diversos tipos de revestimentos, ligantes e granulometrias.

- Aprofundamento no estudo dos módulos do subleito que definam a faixa a

ser delimitada no Catálogo.

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