Manual de pavimentação-dnit-2005, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Civil

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DNIT MANUAL DE PAVIMENTAÇÃO VERSÃO PRELIMINAR 2005 MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAÇÃO-GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS MINISTRO DOS TRANSPORTES Alfredo Pereira do Nascimento DIRETOR GERAL DO DNIT Alexandre Silveira de Oliveira DIRETOR DE PLANEJAMENTO E PESQUISA Luziel Reginaldo de Souza COORDENADOR-GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA Wagner de Carvalho Garcia COORDENADOR DO INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS Chequer Jabour Chequer CHEFE DE DIVISÃO - IPR Gabriel de Lucena Stuckert MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAÇÃO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS MANUAL DE PAVIMENTAÇÃO 3º Edição VERSÃO PRELIMINAR Rio de Janeiro 2005 MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAÇÃO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS Rodovia Presidente Dutra, Km 163, Vigário Geral, Rio de Janeiro, 21240-000, RJ Tel: (0XX21) 3371-5888 Fax. (0XX21) 3371-8133 E-mail: iprQdnit. gov br TÍTULO: MANUAL DE PAVIMENTAÇÃO Primeira Edição: 1960 Revisão: DNIT / Engesur Contrato: DNIT / Engesur PG — 157/2001-00 Aprovado pela Diretoria Colegiada do DNIT em APRESENTAÇÃO O Instituto de Pesquisas Rodoviárias do Departamento de Infra-Estrutura de Transportes, dando prosseguimento ao Programa de Revisão e Atualização de Normas e Manuais Técnicos vem apresentar à Comunidade Rodoviária a 3º Edição do seu Manual de Pavimentação. As obras de pavimentação rodoviária tiveram um grande incremento na década de 50, quando, fruto do intenso intercâmbio de técnicos do DNER, produziu-se uma grande transferência de tecnologia oriunda dos Estados Unidos da América do Norte. Houve, em consequência, a necessidade de normalizar e uniformizar as especificações de serviços e as técnicas de construção, dando, pois, em função do esforço de um grupo de técnicos do DNER, origem à 1º Edição do Manual de Pavimentação, em 1960. Esse Manual foi amplamente utilizado, tendo em vista a realização de programas intensivos de pavimentação lançados em seguidos exercícios, propiciando, inclusive, a instalação de um parque industrial com empresas de construção altamente eficientes. Ocorre que o progresso tecnológico presente ao longo dos anos, não só quantos aos materiais e técnicas de construção, mas também quanto aos equipamentos em uso, conduziu à necessidade de revisão e atualização da 1º Edição do Manual. Em 1996 procedeu o DNER, sob a Coordenação do IPR, a revisão e atualização supracitadas, dando origem à 2º Edição do Manual de Pavimentação. Passados praticamente 10 anos da 2º Edição, e tendo permanecido em evolução o processo de progresso tecnológico, julgou o DNIT ser apropriado que se procedesse a um novo processo de revisão e atualização do Manual que, ainda sob a Coordenação do IPR, dá origem a esta 3º Edição do Manual de Pavimentação. A par da adequação das atividades ambientais (Capítulo 5) aos mais recentes procedimentos metodológicos estabelecida pelo DNIT, e de pequenos ajustamentos na redação dos textos, e na montagem dos quadros e gráficos ilustrativos, do processo de revisão e atualização agora realizado resultou basicamente um re-ordenamento dos diversos temas que constituem o Manual, não tendo havido modificações conceituais que pudessem implicar em seu conteúdo técnico. Assim, o IPR apreciaria receber quaisquer comentários, observações e críticas que possam contribuir para o aperfeiçoamento da técnica e do estado da arte das atividades de pavimentação rodoviária. Engº Chequer Jabour Chequer Coordenador do Instituto de Pesquisas Rodoviárias Endereço para correspondência: Instituto de Pesquisas Rodoviárias AIC Divisão de Capacitação Tecnológica Rodovia Presidente Dutra, Km 163, Centro Rodoviário, Vigário Geral, Rio de Janeiro CEP — 21240-330, RJ Tel: (21) 2471-5785 Fax. (21) 2471-6133 e-mail: iprDdnit.gov.br Figura 39 Figura 40 Figura 41 Figura 42 Figura 43 Figura 44 Figura 45 Figura 46 Figura 47 Figura 48 Figura 49 Figura 50 Figura 51 Figura 52 Figura 53 Figura 54 Figura 55 Figura 56 Figura 57 Figura 58 Figura 59 Figura 60 Figura 61 Figura 62 Figura 63 Figura 64 Figura 65 Figura 66 Figura 67 Figura 68 Figura 69 Figura 70 Figura 71 Figura 72 Figura 73 Figura 74 Figura 75 Figura 76 Raio de Curva Circular .............. rrenan 149 Determinação de LC. Curva de Transição .. Superelevação....... Esquema de Superelevação...................... Croqui de Marcação de Note (Trecho em Tangente) . Croqui de Marcação de Note (Trecho em Curva)....... Conversão para Representação dos Materiais.............. Perfil Longitudinal com Indicação dos Grupos de Solos Esquema de Sondagem para Prospecção de Materiais Análise Estatística dos Resultantes de Sondagens Planta das Situação das Ocorrências..................... Perfis de Sondagens Típicas........... Fatores de Equivalência de Operação. Determinação de Espessuras do Pavimento Estrutura do Pavimento Semi-rígido.............. Distribuição de Tensões no Ensaio com FWD . Fases do Trincamento.................. ss itetesaeeeeeeaeeeeeeeaaeeereeaaeeneenaatas 205 Pavimento Invertido ................. e reteerteeaeeereraseeereraaeeeeeeaaeeneenaneas 206 Seções Transversais para Determinação da Largura das Áreas de Contribuição ... Nomograma para Solução da Equação de Manning... “Impluvium” Correspondente à Largura do Acostamento ................ 214 Correlação entre as Diversas Rampas e a Capacidade Máxima de Vazão214 Drenos Profundos em Corte... 217 Alguns Tipos de Drenos Utilizados em Projetos de Rodovias. Curvas granulométricas............teeeerereerererereeeeereereerrees Trecho em Curva (Contribuição de toda a Plataforma) ........................... 220 Fluxograma — Instalação de Britagem Móvel de Pequeno Porte (CAP 25 MÍN) eis sineira iraerarretaearataeeaeteatrarrereaeanarnata 252 Fluxograma -— Instalação de Britagem Móvel de Médio Porte (CAP 50 m'/h)253 Fluxograma — Instalação de Britagem Móvel de Grande Porte (CAP 100 MÍN) eira iraeratneraearaeaeareteaetrarrereaenettneta 254 Representação do Aclimatador Frio ................... testes 256 Posições da Chapa Oscilante.................... .. 256 Relações: Abertura e Vazão do Agregado .. 257 Corte A— A do Secador.................. .. 258 Usina com três Silos Frios e dois Silos Quentes . .. 264 Agregado do Secador para Silos Quentes .......... .. 266 Folha de Ensaio................. ie reteerteeaeeseeeaeeereraeaneeetanas .. 267 Determinação dos Valores Mímimos para Aceitação de Produtos .. 291 Figura 77 | Fluxograma de Composição dos Custos Unitários.............eesesemeres 293 Tabela 1 Decomposição de Rochas.. . 417 Tabela 2 Granulometria.................. 32 Tabela 3 Correlação das Aberturas das Peneiras em Polegadas e Milímetros 32 Tabela 4 Classificação dos Solos (Transportation Research Board).. 57 Tabela 5 Sistema Unificado de Classificação de Solos................... 60 Tabela 6 Escala Granulométrica Utilizada pelos Solos 63 Tabela 7 Terminologia Usada no Solos.................. . 63 Tabela 8 Grupo de Solos............... retratar 64 Tabela 9 Classicação MCT.................. 69 Tabela 10 Classificação dos Solos Frios (Método Indireto).. 72 Tabela 11 | Interrelações entre a Classificação TRB e a Unificada . 74 Tabela 12 | Interrelações entre a Classificação Unificada e TRB.. 74 Tabela 13 Valores Possíveis de CBR para os Grupos de Solos. 75 Tabela 14 Valores Prováveis de CRB para Grupos de Classificação TRB. Tabela 15 | Interrelação entre a Classificação MCT e a Resiliente ............... a Tabela 16 Relação Módulo — CBR... 77 Tabela 17 Quantidades de CAP e de Diluentes....................... Tabela 18 Especificações para Cimento Asfáltico de Petróleo. Tabela 19 Especificações para Cimento Asfáltico de Petróleo do Tipo CAP. Tabela20 Especificações para Asfaltos Diluídos Tipo Cura Rápida. Tabela 21 Especificações para Asfaltos Diluídos Tipo Cura Média... Tabela 22 Especificações para Emulsões Asfálticas Catiônicas. Tabela 23 Especificações para Emulsões Asfálticas Aniônicas .. Tabela 24 Especificações para Emulsões de Lama Asfáltica............................ 121 Tabela 25 Especificações de Alcatrões para Pavimentação .....................s 123 Tabela26 Sugestões para Utilização dos Ligantes Betuminosos em Pavimentação. 124 Tabela 27 Parâmetros da Composição Química da Cal Hidráulica............................ 126 Tabela 28 Resistência à Compressão................reeererereererereeeeererereerrererenererena 126 Tabela 29 Cálculo dos Elementos para Relocação de Curvas em Estradas Construídas151 Tabela 30 Estudos de Classe Il e Ill - Comprimento de Transição e Utilização Tabela31 Valores para Superelevação . Tabela 32 Determinação da Distância em Curvas de PI Inacessível Tabela33 Valores de Superelevação................... Tabela 34 Caderneta —Tipo (Exemplo Numérico) . Tabela 35 Boletim de Sondagem ............... ii reererneeeeererererererereeereereererereceneerena 168 Tabela 36 Resumo de Resultados de Ensaios. Tabela 37 Perfil Longitudinal dos Solos ........... Tabela 38 Granulometria dos Materiais................. tra 177 Tabela 39 Tabela 40 Tabela 41 Tabela 42 Tabela 43 Tabela 44 Tabela 45 Tabela 46 Tabela 47 Tabela 48 Tabela 49 Tabela 50 Tabela 51 Tabela 52 Tabela 53 Tabela 54 Tabela 55 Tabela 56 Tabela 57 Tabela 58 Tabela 59 Tabela 60 Tabela 61 Tabela 62 Tabela 63 Tabela 64 Tabela 65 Granulometria para Bases Granulares.................... 184 Determinação do Fator de Operações.... Coeficientes de Equivalência Estrutural. Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso .. Classificação dos Solos Finos Quanto à Resistência. Valor Estrutural de Camadas Betuminosas.. Coeficientes de Escoamento Usuais em Rodovias Coeficientes de Rugosidade (Manning)... Requisitos Básicos das Mantas Geotêxteis Compatibilização das Fases do Empreendimento com as Etapas do Licenciamento ................ si ieireereeeaeereeeaaeeeeeraseeererasenereraaeantnaatas 231 Matriz de Correlação de Impactos Ambientais de Obras Rodoviárias...... 233 Avaliação de Impactos de Obras Rodoviárias — Fase de Estudos e Projetos.................. nn ieeeerererereerenenereneeeenena 234 Avaliação de Impactos de Obras Rodoviárias — Fase de Engenharia e Obras... .. 235 Avaliação de Impactos de Obras Rodoviárias — Fase de Operação.......... 237 Definição dos Valores das Aberturas dos Portões do Silo .. 255 Massas Acumuladas em t. min .. 267 Densidades e Massas Específicas Equivalentes de Materiais Betuminosos a 60ºF (15,6º0).. .. 273 Conversão Temperatura — Volume Peso para Materiais Betuminosos ..... 274 Itens — serviços — Equipamentos Utilizados . .. 279 Produção dos Equipamentos..................... Determinação da Probabilidade de Ocorrência de Z........................ 289 Escala Salarial de Mão-de-Obra... Pesquisa de Mercado — Materiais. Pesquisa de Mercado — Equipamentos ........ Custo Horário de Utilização de Equipamentos . Produção de Equipes .....................t Custo Horário de Equipamentos...............eeererereererrereeesererereerererereese 322 1-INTRODUÇÃO 11 13 1 INTRODUÇÃO O presente Manual de Pavimentação tem por objetivo estruturar, de forma acadêmica, os procedimentos para a execução de pavimentos flexíveis em rodovias sob a jurisdição do DNIT. As obras de pavimentção no Brasil, já foram objetos de estudos e práticas de construção, desde longa data, onde experientes técnicos do então DNER formularam e desenvolveram técnicas e procedimentos que se tornaram, com suas atualizações, o estado de arte na Engenharia Rodoviária. A partir da década de 50, as técnicas de pavimentação tiveram um grande incremento proveniente do intercâmbio entre ténicas brasileiras e americanas. Houve, em consequência, a necessidade de normalizar e uniformizar as especificações de serviços e as técnicas de construção, dando, pois, em função do esforço de um grupo de técnicos do DNER, origem à 1º Edição do Manual de Pavimentação, em 1960. Esse Manual foi amplamente utilizado, tendo em vista a realização de programas intensivos de pavimentação lançados em seguidos exercícios, propiciando, inclusive, a instalação de um parque industrial com empresas de construção altamente eficientes. Ocorre que o progresso tecnológico presente ao longo dos anos, não só quantos aos materiais e técnicas de construção, mas também quanto aos equipamentos em uso, conduziu à necessidade de revisão e atualização dessa 1º Edição do Manual. Em 1996 procedeu o DNER, sob a Coordenação do IPR, a revisão e atualização supracitadas, dando origem à 2º Edição do Manual de Pavimentação. Passados praticamente 10 anos dessa 2º Edição, e tendo permanecido em evolução o processo de progresso tecnológico, julgou o DNIT ser apropriado que se procedesse a um novo processo de revisão e atualização do Manual que, ainda sob a Coordenação do IPR, dá origem a esta 3º Edição do Manual de Pavimentação. A par da adequação das atividades ambientais aos mais recentes procedimentos metodológicos estabelecida pelo DNIT, e de pequenos ajustamentos na redação dos textos, e na montagem dos quadros e gráficos ilustrativos, do processo de revisão e atualização agora realizado resultou basicamente um re-ordenamento dos diversos temas que constituem o Manual, não tendo havido modificações conceituais que pudessem implicar em seu conteúdo técnico. Basicamente, as modificações estruturais desta 3º Edição, em relação à edição anterior, se consubstanciou na eliminação do Capítulo 3 — Definições Básicas, na incorporação do texto sobre Análise Mecanicista no item 4.3 — Projeto de Pavimentação e a exclusão das referências à Reciclagem do Pavimento, tema que constará, com mais propriedade , do manual de Reabilitação de Pavimentos Asfálticos. A par das atualizações 17 2 MATERIAIS INCORPORADOS ÀS OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO 21 MATERIAIS TERROSOS 2.1.1 INTRODUÇÃO Solo, do latim solum, o material da crosta terrestre, não consolidado, que ordinariamente se distingue das rochas, de cuja decomposição em geral provêm, por serem suas partículas desagregáveis pela simples agitação dentro da água [Holanda, A. Buarque de]. Geologicamente, define-se solo como o material resultante da decomposição das rochas pela ação de agentes de intemperismo. No âmbito da engenharia rodoviária, considera-se solo todo tipo de material orgânico ou inorgânico, inconsolidado ou parcialmente cimentado, encontrado na superfície da terra. Em outras palavras, considera-se como solo qualquer material que possa ser escavado com pá, picareta, escavadeiras, etc., sem necessidade de explosivos. 2.1.2 ORIGEMDOS SOLOS Com base na origem dos seus constituintes, os solos podem ser divididos em dois grandes grupos: solo residual, se os produtos da rocha intemperizada permanecem ainda no local em que se deu a transformação; solo transportado, quando os produtos de alteração foram transportados por um agente qualquer, para local diferente ao da transformação. 2.1.2.1 SoLos RESIDUAIS Os solos residuais são bastante comuns no Brasil, principalmente na região Centro-Sul, em função do próprio clima. Todos os tipos de rocha formam solo residual. Sua composição depende do tipo e da composição mineralógica da rocha original que lhe deu origem. Por exemplo, a decomposição de basaltos forma um solo típico conhecido como terra-roxa, de cor marrom-chocolate e composição argilo-arenosa. Já a desintegração e a decomposição de arenitos ou quartzitos irão formar um solos arenosos constituído de quartzo. Rochas metamórficas do tipo filito (constituído de micas) irão formar um solo de composição argilosa e bastante plástico. O Quadro 5 apresenta alguns exemplos. Tabela 1 - Decomposição de Rochas Tipo de rocha | Composição mineral Tipo de solo Composição lagioclásio argiloso basalto P 29 a 9 . argila piroxênios (pouca areia) quartzito quarizo arenoso quartzo , micas : j filitos es argiloso argila (sericita) 18 Tipo de rocha | Composição mineral Tipo de solo Composição quartzo : : . areno-argiloso quartzo e argila granito feldspato Vs as : (micáceo) (micáceo) mica calcário calcita argila Não existe um contato ou limite direto e brusco entre o solo e a rocha que o originou. A passagem entre eles é gradativa e permite a separação de pelo menos duas faixas distintas; aquela logo abaixo do solo propriamente dito, que é chamada de solo de alteração de rocha, e uma outra acima da rocha, chamada de rocha alterada ou rocha decomposta (Figura 1). Figura 1 - Perfil Resultante da Decomposição das Rochas A SOLO RESIDUAL B SOLO DE ALTERAÇÃO DEROCHA Cc ROCHA ALTERADA D ROCHA Sà O solo residual é subdividido em maduro e jovem, segundo o grau de decomposição dos minerais. O solo residual é um material que não mostra nenhuma relação com a rocha que lhe deu origem. Não se consegue observar restos da estrutura da rocha nem de seus minerais. O solo de alteração de rocha já mostra alguns elementos da rocha-matriz, como linhas incipientes de estruturas ou minerais não decompostos. A rocha alterada é um material que lembra a rocha no aspecto, preservando parte da sua estrutura e de seus minerais, porém com um estágio de dureza ou resistência inferior ao da rocha. A rocha-sã é a própria rocha inalterada. As espessuras das quatro faixas descritas são variáveis e dependem das condições climáticas e do tipo de rocha. A ação intensa do intemperismo químico nas áreas de climas quentes e úmidos provoca a decomposição profunda das rochas com a formação de solos residuais, cujas propriedades dependem fundamentalmente da composição e tipo de rocha existente na área. Basicamente, numa região de granito e gnaisse distinguem-se três zonas distintas de material decomposto. Próximo à superfície, ocorre um horizonte de características silto-arenosas e finalmente aparece uma faixa de rocha parcialmente decomposta 21 Figura3- As Bases Sucessivas da Construção de Rodovia na Baixada TERRENO ORIGINAL ATERRO HIDRÁULICO LIMPEZA ATERRO (COM TERRA DE EMPRESTIMO) 32m O [HD ABERTURA DO CANAL PAVIMENTAÇÃO COM DRAGAS ASFÁLTICA 2.1.2.2.3 SoLos COLUVIAIS Os depósitos de coluvião, também conhecidos por depósitos de tálus, são aqueles solos cujo transporte deve exclusivamente à ação da gravidade (Figura 4). São de ocorrência localizada, situando-se, via de regra, ao pé de elevações e encostas, etc. Os depósitos de tálus são comuns ao longo de rodovias na Serra do Mar, no Vale do Paraíba, etc. A composição desses depósitos depende do tipo de rocha existente nas partes mais elevadas. A existência desses solos normalmente é desvantajosa para projetos de engenharia, pois são materiais inconsolidados, permeáveis, sujeitos a escorregamentos, etc. 22 Figura4- Depósitos de Tálus 2.1.2.24 SoLos EóLicos São de destaque, apenas os depósitos ao longo do litoral, onde formam as dunas, não sendo comuns no Brasil. O problema desses depósitos existe na sua movimentação. Como exemplo, temos os do estado do Ceará, e os de Cabo Frio no Rio de Janeiro. 2.1.3 DESCRIÇÃO DOS SOLOS A terminologia de Solos e Rochas - TB-3 (de 1969), da ABNT, e a TER-268/94, do DNER, estabelecem que os solos serão identificados por sua textura (composição granulométrica), plasticidade, consistência ou compacidade, citando-se outras propriedades que auxiliam sua identificação, como: estrutura, forma dos grãos, cor, cheiro, friabilidade, presença de outros materiais (conchas, materiais vegetais, micas, etc). Sob o ponto de vista de identificação, a textura, é uma das mais importantes propriedades dos solos mesmo que não seja suficiente para definir e caracterizar o comportamento geral desses materiais. De fato, no caso de solos de granulação fina, a presença da água entre os grãos, em maior ou menor quantidade, confere ao solo um comportamento diverso sob ação de cargas, enquanto os solos de granulação grossa não são afetados, praticamente, pela presença de água. Para fins de terminologia é, ainda, uma tradição a divisão dos solos, sob o ponto de vista exclusivamente textural, em frações diversas, cujos limites convencionais superiores e inferiores das dimensões variam conforme o critério e as necessidades das organizações tecnológicas e normativas. O DNIT adota a seguinte escala granulométrica, considerando as seguintes frações de solo: a) Pedregulho: é a fração do solo que passa na peneira de (3") e é retida na peneira de 2,00 mm (nº 10); b) Areia: é a fração do solo que passa na peneira de 2,00 mm (nº 10) e é retida na peneira de 0,075 mm (nº 200); c) Areia grossa: é a fração compreendida entre as peneiras de 2,0 mm (nº 10) e 0,42 mm (nº 40); 23 d) Areia fina: é a fração compreendida entre as peneiras de 0,42 mm (nº 40) e 0,075 mm (nº 200); e) Silte: é a fração com tamanho de grãos entre a peneira de 0,075 mm (nº 200) e 0,005 mm; f) Argila: é a fração com tamanho de grãos abaixo de 0,005 mm (argila coloidal é a fração com tamanho de grãos abaixo de 0,001 mm). Na natureza, os solos se apresentam, quase sempre, compostos de mais de uma das frações acima definidas. Uma dada fração, nesses casos, pode influir de modo marcante no comportamento geral dos solos (principalmente os naturais). Há necessidade de levar em conta todas as propriedades, além da distribuição granulométrica. Sob esse aspecto, então, empregam-se as seguintes denominações: a) Areias e Pedregulhos (solos de comportamento arenoso) - são solos de granulação grossa, com grãos de formas cúbicas ou arredondadas, constituídos principalmente de quartzo (sílica pura). Seu comportamento geral pouco varia com a quantidade de água que envolve os grãos. São solos praticamente desprovidos de coesão: sua resistência à deformação depende fundamentalmente de entrosamento e atrito entre os grãos e da pressão normal (à direção da força de deformação) que atua sobre o solo. b) Siltes - são solos intermediários, podendo tender para o comportamento arenoso ou para o argiloso, dependendo da sua distribuição granulométrica, da forma e da composição mineralógica de seus grãos. Assim, usar-se-ão as designações de silte arenoso ou silte argiloso, conforme a tendência preferencial de comportamento. c) Argilas (solos de comportamento argiloso) - são solos de granulação fina, com grãos de formas lamelares, alongadas e tubulares (de elevada superfície específica?), cuja constituição principal é de minerais argílicos: caulinita, ilta e montmorilonita, isto é, silicatos hidratados de alumínio e/ou ferro e magnésio, que formam arcabouços cristalinos constituídos de unidades fundamentais. Devido à finura, forma e composição mineralógica de seus grãos, o comportamento geral das argilas varia sensivelmente com a quantidade de água que envolve tais grãos. Assim, apresentam esses solos em determinada gama de umidade, características marcantes de plasticidade, permitindo a mudança de forma (moldagem) sem variação de volume, sob a ação de certo esforço. Sua coesão é função do teor de umidade: quanto menos úmidas (mais secas), maior a coesão apresentada, podendo variar o valor da coesão (do estado úmido ao seco), numa dada argila, entre limites bem afastados. NOTA: | Superfície específica é a superfície por unidade de volume ou de massa da partícula. Nessa base de considerações poder-se-á ter um mesmo solo designado de duas maneiras diversas, conforme o critério adotado: d) silte argilo-arenoso - ponto de vista exclusivamente textural - indicando predominância, em peso, da fração silte, seguida da fração argila, e em menor proporção, a fração areia; Figura 5- Índices Físicos 5 AR 3 [—— s ÁGUA — | 5 s E SÓLIDOS sf [suo Onde: Var = volume de ar (gases ou vapor) V, = volume de água Vg = volume de grãos sólidos Vi= V, + Y = volume total V,=V,- Y5 = volume de vazios km P,= peso de água P, = peso dos grãos sólidos P, = peso de ar (desprezível) P,=P,+ P,= peso total a) Índice de vazios 26 c) Teor de umidade (higroscópica, natural ou de saturação, conforme as condições do solo) p h=52 x100 Pp 27 NOTA: Pa = Ph - Pg, em que Ph é o peso do material úmido e P, é o do material seco a) 9) em estufa a 105º - 110 ºC até constância de peso. Grau de saturação s = Ya .400 MV v Grau de aeração V, A=7 x100 t Percentagem de ar (air-voids) a=Ye x100 V, r Massa específica real dos grãos de solo P, g Ya" y s NOTA: | Determina-se yg pelo método do picnômetro (ver Método DNER-ME 093/94). O h) » k) valor de yg é utilizado nos cálculos da análise granulométrica por sedimentação, na determinação de relações volumétricas das fases do solo e como indicação da natureza mineralógica do solo ou de suas frações. Encontram-se, em geral, valores compreendidos entre 2,60 glemê e 2,80 gem. A areia quarizosa apresenta yg de 2,67 gem? e os cascalhos ferruginosos valores superiores a 3,0 g/cm”. Massa específica aparente úmida -k hm V, Massa específica aparente seca — P, so v, Yh 100 Lp Amar 14 ho 100+h 100 Massa específica aparente do solo saturado (Vy = Va) Po B+Ro Mxya + (M- VOX, ta qo DON Cmt dom Massa específica aparente do solo submerso Ysubm = Ysat-Ya= (1-1) (vg - 7a) (ação do empuxo hidrostático) NOTA: Os índices de a) a f) são adimensionais e os de 9) a k) são dimensionais. As densidades se obtêm, dividindo as diversas massas específicas pela da água Ya (gem), à temperatura do ensaio; nos ensaios correntes, poder-se-á . 3 considerar ya = Ig/em. 28 Na Figura 6, tem-se, de forma esquemática, as correlações dos diversos índices físicos e as fórmulas que permitem calculá-las, diretamente, a partir de valores de pesos e volumes determinados em laboratório. Figura 6- Correlações entre os Diversos Índices Físicos Recipiente de vdume conhecido Balança Balança Picnômetro Determinações fundamentaisno Mt Pt Pg dg laboratório Pt Pt-Pg = h= H = + vg vt Pg Y9=ôWe =Yho “= un o go -ho =1- e-vo| s=15 A=I-S Yset= g(l-n)+n n= he Ysubn = (yg- ve) (-n) S = 100 2.1.5.3 PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS Dentre as propriedades físicas e mecânicas de maior interesse no campo rodoviário, destacam-se as seguintes: permeabilidade, capilaridade, compressibilidade, elasticidade, contratilidade e expansibilidade e resistência ao cisalhamento. a) Permeabilidade É a propriedade que os solos apresentam de permitir a passagem da água sob a ação da gravidade ou de outra força. A permeabilidade dos solos é medida pelo valor do coeficiente de permeabilidade (k), que é definido como a velocidade de escoamento de água, através da massa do solo, sob a ação de um gradiente hidráulico unitário. Esse coeficiente pode ser determinado, no campo ou no laboratório. A permeabilidade de um solo é função, principalmente, do seu índice de vazios, do tamanho médio dos seus grãos e da sua estrutura. Os pedregulhos e as areias são razoavelmente permeáveis; as argilas, ao contrário, são pouco permeáveis. Ainda sob o ponto de vista de granulometria, os solos granulares, de graduação aberta, são mais permeáveis do que os de graduação densa. 31 adensado e lento, executados em laboratórios de solos, nos aparelhos de compressão simples e/ou triaxial, e de cisalhamento direto. Os fatores intrínsecos dividem-se em: físicos e físico-químicos. Os fatores físicos dependem da pressão efetiva normal ao plano de ruptura, e são significativos para as partículas arenosas. Compreendem o atrito ou fricção entre as partículas e o entrosamento das partículas. Os fatores físico-químicos da resistência ao cisalhamento são os que se manifestam na coesão; têm importância no caso da argila, pois é nas frações coloidais que as forças intergranulares são significativas em relação às massas das partículas. Estas forças resultam das atrações intermoleculares (forças de Van Der Waals), nos pontos de mais próximo contato, e das repulsões eletrostáticas dos íons dispersos na dupla camada que envolve as partículas coloidais. A água absorvida, apesar de sua viscosidade elevada, não aumenta a coesão, pelo contrário, tende a reduzi-la. A cimentação das partículas pelos óxidos de ferro e alumínio e pelos carbonatos, que se precipitam em torno dos pontos de contato, contribui para a coesão. Existem, por exemplo, depósitos de laterita formados pela precipitação dos óxidos de ferro e alumínio, transportados pelas águas do solo, em terrenos aluvionares que, deste modo, adquirem coesão. Nos solos residuais, a coesão pode resultar da cimentação dos grãos por produtos remanescentes da rocha de origem ou precipitados no perfil do solo. Aspecto importante a levar em conta, em projetos de pavimentos, é o comportamento dos solos compactados. Tenha-se em vista que os solos usados nos subleitos ou em camadas dos pavimentos são geralmente retirados de jazidas, transportados, misturados ou não com outros solos ou pedras, umedecidos ou secados, e compactados com rolos pé-de-carneiro, pneumáticos e vibratórios. A resistência ao cisalhamento desses solos depende então, fundamentalmente, da estrutura assumida por eles, em função do tipo de compactação empregado. A deformação plástica (ruptura por cisalhamento) de um subleito sob a ação da carga no pavimento é evitada ou reduzida, dando-se ao pavimento uma espessura suficiente de modo a limitar as tensões de cisalhamento no subleito a valores compatíveis com a resistência ao cisalhamento do solo. Esta, entretanto, é raramente determinada mediante os ensaios clássicos da Mecânica dos Solos. Razões de ordem prática levam a adotar ensaios como o de penetração de um pistão (CBR) ou do estabilômetro (de HVEEM), em que se determinam índices ou resistências que se correlacionam à experiência de comportamento de pavimentos sob condições de tráfego diversas. 2.1.6 CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS 2.1.6.1 -GRANULOMETRIA (DNER - ME 051/94 E DNER - ME 080/94) A análise granulométrica consiste na determinação das porcentagens, em peso, das diferentes frações constituintes da fase sólida do solo. Para as partículas de solo maiores do que 0,075 mm (peneira nº 200 da ASTM) o ensaio é feito passando uma amostra do solo por uma série de peneiras de malhas quadradas de dimensões padronizadas. 32 Pesam-se as quantidades retiradas em cada peneira e calculam-se as porcentagens que passam em cada peneira. Damos abaixo as aberturas das malhas das peneiras normais da ASTM mais usadas nos laboratórios rodoviários. Tabela 2 - Granulometria Nº Abertura mm 200 0,075 100 0,15 40 0,42 10 2,09 4 48 Tabela 3 - Correlação das Aberturas das Peneiras em Polegadas e Milímetros Abertura Abertura pol. mm 318” 9,5 314º 19,1 1” 25,4 112” 38,1 2 50,8 Para as partículas de solo menores do que 0,075 mm utiliza-se o método de sedimentação continua em meio líquido. Este método é baseado na lei de Stokes, a qual estabelece uma relação entre o diâmetro das partículas e a sua velocidade de sedimentação em um meio líquido de viscosidade e peso específico conhecidos. 1800n d onde: d = diâmetro equivalente da partícula, isto é, o diâmetro de uma esfera de mesmo peso específico e que sedimenta com a mesma velocidade; y = peso específico das partículas de solo; n = coeficiente de viscosidade do meio dispersor; a = altura de queda das partículas, correspondentes à leitura do densimetro; t = tempo de sedimentação. A porcentagem de material ainda não sedimentado é dada pela fórmula: 33 onde: Q = porcentagem de solo em suspensão no instante da leitura do densimetro; a = porcentagem de material que passa na peneira de 2,0 mm (peneira nº 10); Lc = Leitura corrigida do densímetro (Lc = L + AL; em que L é a decimal da leitura na parte superior do menisco multiplicada por 103 e AL a correção); Ps = peso do solo seco usado na suspensão; Para maiores detalhes do método de sedimentação, ver o método DNER-ME 051/94. Com os resultados obtidos no ensaio de granulometria traça-se a curva granulométrica em um diagrama semi-logarítmico que tem como abscissa os logaritmos das dimensões das partículas e como ordenadas as porcentagens, em peso, de material que tem dimensão média menor que a dimensão considerada (porcentagem de material que passa). Segundo a forma da curva, podemos distinguir os seguintes tipos de granulometria uniforme (curva-A); bem graduada (curva-B): mal graduada (curva-C). Figura8- Dimensões das Partículas A 100 - ” o g A 8 uv 5 o e Dimensões das Partículas Na prática, utilizam-se faixas granulométricas entre as quais deverá se situar a curva granulométrica do material a utilizar. Tem-se, assim, as faixas granulométricas para materiais a serem usados como solo estabilizado ou as faixas granulométricas para materiais filtrantes dos drenos. Quando o solo estudado não se enquadrar dentro da faixa granulométrica especificada, deve-se misturá-lo com outro solo, de maneira a obter uma mistura com granulometria dentro das especificações. 36 liquidez e o limite de plasticidade são funções da quantidade e do tipo de argila. Quando um material não tem plasticidade (areia, por exemplo), escreve-se IP = NP (não plástico). O limite de liquidez indica a quantidade de água que pode ser absorvida pela fração do solo que passa pela peneira nº 40. Observa-se que quanto maior o LL tanto mais compressível o solo. a) b) Ensaio do Limite de Liquidez (DNER-ME 122/94) O ensaio do limite de liquidez é realizado em um aparelho denominado aparelho de Casagrande, que consiste essencialmente de uma concha metálica que, acionada por uma manivela, golpeia a base do citado aparelho. O ensaio é feito com a fração da amostra representativa do solo que passa na peneira de 0,42 mm de abertura de malha (peneira nº 40). A quantidade de material necessária para o ensaio é de cerca de 70 g. Colocam-se os 70 g de material em uma cápsula e homogeneiza-se com adição de água, aos poucos, até resultar massa plástica. Transfere-se parte da massa plástica, assim obtida, para a concha do aparelho, moldando-a de modo que, na parte central da concha, apresente uma espessura aproximada de 1 cm. Com um dos cinzéis, o julgado mais aconselhável para o caso (solo arenoso, siltoso ou argiloso), divide-se a massa do solo contida na concha em duas partes, abrindo-se uma canelura em seu centro, normalmente à articulação da concha. Coloca-se a concha no aparelho, procedendo-se, por meio de acionamento da manivela, o golpeamento da concha contra a base do aparelho. Golpeia-se à razão de duas voltas por segundo até que as bordas inferiores da canelura se unam em 1 cm de comprimento, sendo registrado o número de golpes e retirada uma pequena quantidade de solo no ponto onde a canelura fechou, para determinação do teor de umidade. O limite de liquidez será determinado em um gráfico de coordenadas retangulares no qual, no eixo das abcissas e em escala aritmética, são apresentadas as porcentagens de umidade e no eixo das ordenadas em escala logarítmicas são representados os números de golpes. Os pontos obtidos no gráfico originam uma reta. O ponto de ordenadas 25 golpes determina, no eixo das abcissas, uma umidade que é o limite de liquidez do solo ensaiado. Ensaio do Limite de Plasticidade (DNER-ME 082/94) O ensaio do limite de plasticidade é realizado com uma fração da amostra representativa do solo que passa na peneira de 0,42mm de abertura de malha (peneira nº 40). A quantidade de material necessária para o ensaio é de cerca de 509. A amostra é colocada em uma cápsula e homogeneizada com adição de água aos poucos, até resultar massa plástica. Com uma quantidade de massa plástica obtida, forma-se uma pequena bola, que será rolada sobre uma placa de vidro esmerilhada com pressão suficiente da mão, de modo a resultar a forma de cilindro. Quando este atingir a 3mm (verificado com o cilindro de comparação) sem se fragmentar, amassa- se o material e procede-se como anteriormente. Repete-se a operação até que, por perda de umidade, o cilindro se fragmenta quando atingir 3 mm de diâmetro. Transfere-se alguns pedaços do cilindro fragmentado para um recipiente e determina- se a umidade em estufa à temperatura de 105 ºC - 110ºC. Repete-se o procedimento 37 acima referido até serem obtidos 3 valores que não difiram da respectiva média de mais de 5%. 2.1.6.3 Índice DE GRUPO Chama-se Índice de Grupo a um valor numérico, variando de O a 20, que retrata o duplo aspecto de plasticidade e graduação das partículas do solo. O IG é calculado pela fórmula: IG = 0,2 a + 0,005 ac + 0,01 bd em que: a = % de material que passa na peneira nº 200, menos 35. Se a % obtida nesta diferença for maior que 75, adota-se 75; se for menor que 35, adota-se 35. (a varia de O a 40). b = % de material que passa na peneira nº 200, menos 15. Se a % obtida nesta diferença for maior que 55, adota-se 55; se for menor que 15, adota-se 15. (b varia de O a 40). c = Valor do Limite de Liquidez menos 40. Se o Limite de Liquidez for maior que 60, adota-se 60; se for menor que 40, adota-se 40 (c varia de O a 20). d = Valor de Índice de Plasticidade menos 10. Se o índice de Plasticidade for maior que 30, adota-se 30; se for menor que 10, adota-se 10 (d varia de O a 20). 2.1.6.4 EQUIVALENTE DE AREIA (EA) — (DNER — ME 054/94) Equivalente de Areia é a relação entre a altura de areia depositada após 20 minutos de sedimentação e a altura total de areia depositada mais a de finos (silte e argila) em suspensão, após aquele mesmo tempo de sedimentação, numa solução aquosa de cloreto de cálcio. O Equivalente de Areia é utilizado no controle de finos de materiais granulares usados em pavimentação. 2.1.6.5 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CALIFORNIA BEARING RAriO) (DNER — ME 049/94) O ensaio de CBR consiste na determinação da relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo-de-prova de solo, e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa brita padronizada. O valor dessa relação, expressa em percentagem, permite determinar, por meio de equações empíricas, a espessura de pavimento flexível necessária, em função do tráfego. Em linhas gerais, a sequência do ensaio é a seguinte: a) Compacta-se no molde o material, em cinco camadas iguais de modo a se obter uma altura total de solo com cerca de 12,5 cm, após a compactação. Cada camada recebe 12 golpes do soquete (caso de materiais para subleito), 26 ou 55 (caso de materiais para sub-base e base), caindo de 45,7 cm, distribuídos uniformemente sobre a superfície da camada. O peso do soquete é de 4,5 kg. b) a) e) 9) h) 38 Após a compactação, rasa-se o material na altura exata do molde e retira-se do material excedente da moldagem uma amostra representativa com cerca de 100g para determinar a umidade. Compactam-se outros corpos-de-prova com teores crescentes de umidade, tantas vezes quantas necessárias para caracterizar a curva de compactação. Colocam-se os corpos-de-prova imersos em água durante quatro dias. A penetração dos corpos-de-prova é feita numa prensa (Figura 9), a uma velocidade constante de 0,05 pol/min. Traça-se a curva pressão-penetração conforme é mostrado na Figura 10. Caso exista um ponto de inflexão, traça-se uma tangente à curva nesse ponto até que ela intercepte o eixo das abcissas; a curva corrigida será então essa tangente mais a porção convexa da curva original, considerada a origem mudada para o ponto em que a tangente corta o eixo das abcissas. Seja c a distância desse ponto à origem dos eixos. Soma-se às abcissas dos pontos correspondentes as penetrações de 0,1 e 0,2 polegadas a distâncias c. Com isso obtêm-se, na curva traçada, os valores correspondentes das novas ordenadas, que representam os valores das pressões corrigidas para as penetrações referidas. O índice de suporte Califórnia (CBR), em percentagem, para cada corpo-de-prova é obtido pela fórmula: CBR = pressão calculada ou pressão corrigida pressão padrão Adota-se para o índice CBR o maior dos valores obtidos nas penetrações de 0,1 e 0,2 polegadas. Para o cálculo do Índice de Suporte Califórnia (CBR) final, registram-se de preferência, na mesma folha em que se representa a curva de compactação, usando a mesma escala das umidades de moldagem, sobre o eixo das ordenadas, os valores dos índices do Suporte Califórnia (CBR) obtidos, correspondentes aos valores das umidades que serviram para a construção da curva de compactação. O valor da ordenada desta curva, correspondente à umidade ótima já verificada, mostra o índice de suporte Califórnia (Figura 11). 41 2.1.7 - ComMPACTAÇÃO DOS SoLos Compactação é a operação da qual resulta o aumento da massa específica aparente de um solo (e de outros materiais, como misturas betuminosas, etc), pela aplicação de pressão, impacto ou vibração, o que faz com que as partículas constitutivas do material entrem em contato mais íntimo, pela expulsão de ar; com a redução da percentagem de vazios de ar, consegue-se também reduzir a tendência de variação dos teores de umidade dos materiais integrantes do pavimento, durante a vida de serviço. Embora de longa data seja prática corrente a compactação de solos, só na década de 30 foram estabelecidos, por R. R. Proctor e O. J. Porter, os princípios que regem a compactação dos solos. Tomando uma massa de solo úmido Ph, com um dado volume inicial, num cilindro e aplicando-lhe um certo número n de golpes através da queda de altura H, de um soquete de peso P, resulta, após compactação, um certo volume V, chama-se energia de compactação ou esforço de compactação ao trabalho executado, referido à unidade de volume de solo após a compactação. Neste caso, a energia ou esforço de compactação, Ec é dada por: nxPxH c> Covo Estando o solo num teor de umidade h%, resulta, após compactação: a) uma massa específica aparente úmida Tn = a b) uma massa específica aparente seca Yn X 100 15 100+h O procedimento descrito é a denominada compactação dinâmica em laboratório, que é a correntemente utilizada para fins rodoviários, e o método de ensaio, ao qual se fará referência depois, indica como proceder, especialmente como obter sempre o mesmo volume V após a compactação. Os princípios gerais que regem a compactação são os seguintes: a) a massa específica aparente seca (ys) de um solo, obtida após a compactação, depende da natureza do solo, de sua granulometria e da massa específica dos grãos (vg); varia, aproximadamente, entre os valores 1400kg/m3 e 2300 kg/m3; b) para um dado solo e para um dado esforço de compactação, variando-se o teor de umidade do solo, pode-se traçar uma curva de compactação (Figura 12); há um teor de umidade chamado umidade ótima (hot), ao qual corresponde uma massa específica aparente seca máxima (ys.max); c) para um dado solo (Figura 13), quanto maior for a energia de compactação, tanto maior será o ys e tanto menor será hot; 42 d) para um dado solo e para um dado teor de umidade h, quanto maior for o esforço de compactação, tanto maior será o ys obtido (Figura 13); e) há uma chamada linha de ótimos, que é o lugar geométrico dos vértices das curvas obtidas com diferentes esforços de compactação; a linha de ótimos separa os chamados ramos secos e ramos úmidos das curvas de compactação (Figura 13); f) para um dado solo, a massa específica aparente seca máxima varia linearmente com o logaritmo de energia de compactação. Há dois valores de ys de um solo que tem sentido físico bem definido: a) a massa específica aparente seca no estado solto, que é a obtida sem exercer nenhum esforço de compactação sobre o solo, sendo um limite inferior de Ys; b) a massa específica aparente seca máxima de um solo compactado até a eliminação dos vazios e que se confunde com a massa específica dos grãos (79), sendo um limite superior de ys, inatingível. Figura 12 - Gráfico de Compactação Y% A curva de saturação 43 Figura 13 - Curvas de Compactação para Diferentes Energias curva de saturação linha de / ótimos Com baixos teores de umidade (h), os solos oferecem resistência à compactação, resultando baixos valores de ys (para uma dada energia de compactação) e altas percentagens de vazios de ar (a%); quando h aumenta, a água atua como lubrificante, tornando o solo mais trabalhável, resultando maiores valores de ys e menores valores de a %; quando os vazios de ar diminuem e atingem um certo valor (para uma dada energia de compactação), a água e o ar, em conjunto, tendem a manter as partículas de solo afastadas, dificultando qualquer diminuição posterior dos vazios de ar. Aumentando-se os teores de umidade (h) de compactação, os vazios totais (ocupados por ar e por água) continuam a crescer, resultando em menores valores de ys. Resulta, disso, como já se viu, a noção de ysmax € hot. O efeito do acréscimo da energia nos valores de ys, é mais sensível, para teores de umidade inferiores a hot (como decorre da própria forma das curvas de compactação), onde são maiores as percentagens de vazios de ar. Os solos bem graduados, geralmente apresentam curvas de compactação com um máximo pronunciado, ao contrário dos solos de graduação uniforme, que se caracterizam por curvas achatadas. Na construção de todas as camadas de um pavimento, intervém a operação de compactação, cujos objetivos são obter uma máxima estabilidade e atenuar os recalques devidos ao tráfego. Um pavimento, durante sua vida de serviço, sofrerá deformações elásticas (inevitáveis) e deformações plásticas, que podem ter uma dupla origem: a) com escoamento lateral, o volume aproximadamente constante e correspondente a falta de estabilidade; b) com diminuição de volume, o que significará recalques e aumento da compacidade. 46 c) equipamento de percurssão (soquete mecânico). O objetivo da compactação de solos é, como já se disse, aumentar sua resistência a cisalhamento e diminuir sua deformabilidade, isto é, aumentar o módulo de elasticidade ou deformação, o que se traduz, genericamente, pelo termo estabilidade, e diminuir a absorção de água, o que significa a maior permanência das condições obtidas imediatamente após a compactação. Tem sido verificado que, para um dado teor de umidade de compactação, a estabilidade, medida em termos de CBR, por exemplo, cresce com ys (tanto CBR embebido, como não embebido), a não ser para valores ys e hot muito distantes do par de valores ys máx e hot; para um dado h de compactação, a variação de volume, por umedecimento ou secagem, pode ser maior para os solos mais densos, mas o ys final é maior e o h final é menor. Do mesmo modo que em laboratórios, a variação de ys, com a energia de compactação é mais sensível nos solos siltosos ou argilosos, do que nos solos pedregulhosos ou arenosos. A Figura 14 dá idéia da evolução de um solo compactado, ao sofrer o efeito posterior do tráfego e para diferentes hipóteses da evolução do teor de umidade: e A curva de compactação da Figura 14 é representativa da energia de compactação do tráfego que se está considerando. e Seo teor de umidade inicial (umidade de compactação) é baixo e varia pouco durante a vida de serviço do pavimento assim também pouco variarão o CBR e ys. Não haverá recalques pronunciados e não haverá ruptura se o CBR inicial for satisfatório (flecha 1). e Seo teor de umidade inicial é baixo e aumenta rapidamente (flecha 2), o CBR cai bruscamente, podendo haver ruptura sem recalques apreciáveis. e Seo teor de umidade inicial é baixo e aumenta lentamente (flecha 3), o solo se densificará, podendo haver uma ligeira queda ou aumento do CBR (dependendo dos valores h e ys alcançados), mas haverá recalques pronunciados. e Seo teor de umidade inicial é alto e decresce lentamente (flecha 5), a situação é semelhante à descrita no item acima. e Seo teor de umidade inicial é alto e varia pouco (flecha 4), o solo se densificará, havendo pequenos recalques , mas o CBR pode cair e haver ruptura (queda do CBR com aumento de densidade, para altos teores de umidade). 47 Figura 14 - Evolução de um Solo Compactado ao Sofrer o Efeito do Tráfego Ys Os materiais não coesivos são mais suscetíveis de sofrerem uma rápida recompactação pelo tráfego. É evidente que o efeito do tráfego se faz sentir de acordo com as pressões transmitidas no nível considerado: quanto maior a profundidade, tanto menor a compacidade inicial necessária e tanto menor o efeito de recompactação pelo tráfego. Na compactação de campo, diz-se que houve um passe ou uma passada do equipamento, quando este executou uma viagem de ida e de volta, em qualquer extensão, na área correspondente a sua largura de compactação; diz-se que houve uma cobertura quando foi executado um número suficiente de passadas para que toda área entre em contato com o equipamento. O número de passadas por cobertura varia com o tipo de equipamento. Os fatores que influem na compactação de campo são: e teor de umidade do solo; * número de passadas de equipamento; e espessura da camada compactada; e características do equipamento (pressão, área de contato, etc); Pode-se falar, então, em curvas de compactação para os equipamentos e o número de passadas desempenha o mesmo papel que o número de golpes de soquete em laboratório. O aumento contínuo do número de passadas não acarreta um aumento contínuo de ys com o número de passadas. O número (prático) limite do número de passadas depende do material compactado, do tipo de equipamento, do teor de umidade e da espessura de camada compactada. Um fator na compactação do campo (distinto do que ocorre em laboratório) é a deformabilidade da camada subjacente à que está sendo compactada. O Centro de Ensaios de Rouen, na França, cita um exemplo, em que um mesmo material, d) 48 compactado com o mesmo equipamento e nas mesmas condições, exigiu 35 minutos de operação, no caso de a camada subjacente ser um pedregulho bem graduado e, 65 minutos, no caso de um material siltoso. Considerando os equipamentos de compactação e as camadas compactadas, a eficiência de compactação na superfície depende da pressão de contato; sendo constante a pressão de contato, quando há um acréscimo de carga total do equipamento, há um aumento da área de contato e se dilatam os bulbos de pressões transmitidas a várias profundidades. Sob o eixo de carga, a uma profundidade z, tem- se: [2 | Pro] em que: oz = pressão transmitida à profundidade z; a = raio da área circular equivalente de carga; q = pressão de contato. Tomando oz como medida da eficiência de compactação, ela cresce com a quando z é constante; inversamente, oz sendo tomado como constante, z cresce com a. Haverá, então, sempre um gradiente vertical de compactação, sendo as camadas inferiores menos compactadas que as camadas superiores. Esta afirmativa não é válida para certos equipamentos onde se desenvolvem cisalhamentos parasitas, que descompactam as camadas superiores. Controle da Compactação (DNER — ME 092/94) Para comprovar se a compactação está sendo feita devidamente, deve-se determinar sistematicamente a umidade e a massa específica aparente do material. Para esse controle pode ser utilizado o speedy na determinação da umidade (DNER ME 052/94), e processo do frasco de areia na determinação da massa específica (DNER ME 092/94). Chama-se grau de compactação, ao quociente resultante da divisão da massa específica obtida no campo, pela massa específica máxima obtida no laboratório. 7. (campo) Gg -—tsteampo “ Yomax (laboratório) 100 Não sendo atingida a compactação desejada, a qual não deverá ser inferior a determinado valor do grau de compactação (fixada pela especificação adotada), o material será revolvido e recompactado. Conquanto o grau de compactação G,, seja de uso generalizado, algumas instituições preferem adotar a chamada razão de compactação (Mc Dowell), definida por: CR(%) = —18Lemin 4109 sumax 7 Ysmin e) d) 51 Duração e Frequência do Carregamento O tempo de duração de carga repetida é estabelecido em função da velocidade dos veículos e do ponto no interior dos pavimentos onde deseja calcular o módulo resiliente. A frequência de aplicação é função das condições de tráfego da estrada em estudo. Os ensaios triaxiais dinâmicos em solos arenosos mostra pequena influência da frequência de aplicação da tensão-desvio no valor do módulo resiliente até 40 aplicações por minuto. Entretanto, para 60 aplicações por minuto os módulos normalmente tornam-se bem maiores. A duração da tensão-desvio teve influência apenas para níveis de tensões elevados, superiores aos comumente existentes nas camadas de um pavimento. Nível de Tensão Aplicada Estudos sobre o comportamento resiliente de solos não-coesivos (areias e pedregulhos) submetido a tensões axiais repetidas, indicam que o módulo resiliente aumenta muito com a pressão confinante e é relativamente pouco atingido pelo valor da tensão desvio repetida, desde que esta tensão não cause excessiva deformação plástica. Biarez definiu a seguinte relação: Ma=K GS: onde: o += soma das tensões principais (04 + 02 + 03) K,eK, = constantes determinadas experimentalmente. Dunlap definiu a seguinte relação: Me = Ka + Ks (or + O6) em que: Ka = módulo para condição não confinada GR 6 = tensões radial e tangencial K,= constante determinada experimentalmente Também muito utilizada é a relação: Ma=K OG em que: K; e K são constantes determinadas experimentalmente. 2.1.8.2 FATORES QUE AFETAM O MÓDULO RESILIENTE DOS SOLOS FINOS COESIVOS Apresenta-se, a seguir, uma descrição resumida sobre os principais fatores que afetam o comportamento resiliente dos solos finos coesivos. a) b) e) d) e) 52 Número de Repetição da Tensão-Desvio e História de Tensões Os solos arenosos podem sofrer esses efeitos, diminuídos ou eliminados, através de um pré-condicionamento que consiste em ciclos de carregamento e descarregamento. Os solos argilosos têm deformações resilientes que diminuem com o número de repetições de cargas, produzindo um efeito de enrijecimento que pode ser atribuído a um acréscimo do peso específico devido ao carregamento repetido e a um provável rearranjo estrutural das partículas. Duração e Frequência de Aplicação das Cargas Não se tem notado influência substancial para frequências de 20 a 60 aplicações por minuto, com duração de 0,86 a 2,86 segundos e umidade dos corpos-de-prova próxima à ótima. Umidade e Massa Específicas de Moldagem Exercem as condições de compactação grande influência no módulo resiliente, vale dizer na deformação recuperável sob determinada tensão-desvio. O módulo diminui muito com o aumento da umidade de compactação. A prática de compactação no ótimo ou aquém deste é, portanto, muito recomendável. O método de compactação- estático, impacto, amassamento, etc., faz-se sentir nos solos argilosos acima do teor ótimo, e pouco ou nenhuma influência tem aquém do ótimo, o que se explica pelo tipo de estrutura produzido na compactação. Tixotropia dos Solos Argilosos O ganho tixotrópico de resistência ou rigidez pela alteração da estrutura em período de repouso ou cura não é significativo, principalmente após algumas repetições de carga. Nível de Tensão Enquanto nos solos granulares o módulo resiliente depende da tensão confinante, é pouco afetado pela tensão-desvio, nos solos finos coesivos o módulo depende da tensão-desvio (pouco atingido pela tensão confinante). Os solos finos coesivos compactados próximos ao teor ótimo mostram uma correlação de forma bilinear entre o módulo resiliente e a tensão-desvio (Figura 15), cujas equações são: Me = Ko + Ka [Ki - (04 - 03)3 Kj>(01- 03) Me = Ko + K flo — 03) — Kj) Ki<(0/— 03) Mk=Kjo;* Figura 15 - Fatores que Afetam o Módulo Resiliente MÓDULO RESILIENTE-M A N K TENSÃO-DESVIO -s q h em que: Ma = módulo de deformação resiliente (04 - 63) = tensão-desvio aplicada repetidamente Ki, Ko, Ka, K = constantes determinadas experimentalmente 53 56 cada grupo. Deste modo foram desenvolvidos vários sistemas de classificação, cada um adequado a uma utilização dos solos ou a métodos de projeto. Um sistema de classificação de solos bastante utilizado em pavimentação é o do Highway Research Board (HRB), aprovado em 1945 e que constitui um aperfeiçoamento do antigo sistema da Public Roads Administration, proposto em 1929. Neste sistema, denominado HRB, considera-se a granulometria, o limite de liquidez, o índice de liquidez e o índice de grupo. Este sistema de classificação liga-se intimamente ao método de dimensionamento de pavimentos pelo índice de grupo. O Sistema Unificado de Classificação de Solo (SUCS) resultante de um trabalho conjunto do Bureau of Reclamation e do Corps of Engineers, assistido pelo professor Arthur Casagrande, da Universidade de Harvard, foi publicado, em 1953, pelo Waterways Experiment Station como aperfeiçoamento e ampliação do sistema elaborado por Casagrande para aeroportos em 1943. O SUCS baseia-se na identificação dos solos de acordo com as suas qualidades de textura e plasticidade, agrupando-lhes de acordo com seu comportamento quando usados em estradas, aeroportos, aterros e fundações. A partir da década de 70, a sistemática de caracterização e classificação de solos evolui significativamente, com os estudos desenvolvidos por Nogami e Villibor, que tratam da aplicação do princípio do ensaio MCV (moisture condition value) na identificação do comportamento de solos tropicais, bem como os estudos de resiliência de materiais iniciados na COPPE/UFRJ. Até então, os solos brasileiros eram caracterizados e classificados por metodologias baseadas nas determinações da granulometria, limite de liquidez e índice de plasticidade, com a finalidade de avaliar preliminarmente a qualidade dos solos, com base na experiência norte-americana, e delimitar universo de solos para escolha de amostras representativas para execução de ensaios com vistas ao projeto rodoviário. Dos estudos de Nogami e Villibor, surgiu a classificação MCT que permite retratar as pecularidades dos solos quanto ao comportamento laterítico ou saprolítico. Já os estudos iniciados na COPPE/UFRJ em 1976, resultaram na Classificação Resiliente que qualifica os solos quanto ao comportamento mecânico em termos de deformabilidade elástica. 2.1.9.1 CLASssiFiCAÇÃO TRB (antico HRB) Nesta classificação, os solos são reunidos em grupos e subgrupos, em função de sua granulometria, limites de consistência e do índice de grupo. No Quadro 8 é mostrado o quadro de clasificação dos solos, segundo o TRB. Determina-se o grupo do solo, por processo de eliminação da esquerda para a direita, no quadro de classificação. O primeiro grupo a partir da esquerda, com o qual os valores do solo ensaiado coincidir, será a classificação correta. 57 Tabela 4 - CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS (Transportation Research Board) CLASSIFICAÇà MATERIAIS GRANULARES MATERIAIS SILTO- o 35% (ou menos) passando na peneira N.º ARGILOSOS CLASSIFICAÇÃO A Ac3 A-2 acsla-sla-e RA EM GRUPOS A4-[A-1-| CÍlA-2-|A-2-|A-2-[A-2-] 07 ” ” a A B 4 5 6 7 A-7-6 Granulometria - % passando na peneira o 5 50 30 51 Nº máx. | máx. | min. 40 30 25 10 35 35 35 35 36 36 36 36 Nº máx. | máx. |máx.| máx. | máx. | máx. | máx. | min. | min. | min. min. 200... 16 max. Características da fração passando na o passand peneira N.º 40: o | 4 | 40 | 41 |40|41 |] 40 | 4imin Limite de máx. | min. | máx. | min. | máx. | min. | máx. Liquidez... Gmáx. |6máx. | NP 1 min* . 10 10 11 1 10 10 11 Índice de máx. | máx. | min. | min. | máx. | máx. | min. Plasticidade.... Índice de 0 0 0 0 0 4 4 8 12 16 20 máx. Grupo... máx. | máx. | máx. | máx. | máx. Fragmentos de pedra, Materiais Pedregulho ou areias siltosos Solos , als pedregulho fino e : S Solos argilosos constituintes " ou argilosos siltosos areia Comportamento Excelente a bom Sofrível a mau como subleito *O IP do grupo A - 7 - 5 é igual ou menor do que o LL menos 30. A seguir são listadas as características dos solos de cada um dos grupos e subgrupos deste sistema de classificação relacionadas a sua utilização em pavimentação. Solos granulares ou de granulação grossa são os que contêm 35% ou menos de material passando na peneira nº 200. Grupo A-1 - O material típico deste grupo é constituído de mistura bem graduada de fragmentos de pedra ou pedregulhos, areia grossa, areia fina e um aglutinante de solo não plástico ou fracamente plástico. No entretanto, este grupo inclui também fragmentos de pedra, pedregulho, areia grossa, cinzas vulcânicas, etc., que não contêm aglutinantes de solo. Subgrupo A-1-a - Inclui os materiais contendo, principalmente, fragmentos de pedra ou pedregulho, com ou sem material fino bem graduado, funcionando como aglutinante. Subgrupo A-1-b - Inclui os materiais constituídos, principalmente, de areia grossa, com ou sem aglutinante de solo bem graduado. 58 Grupo A-2 - Este grupo inclui grande variedade de materiais que se situam entre os grupos A-1 e A-3 e também entre os materiais constituídos de mistura silte-argila dos grupos A-4, A-5, A-6 e A-7. Inclui todos os solos com 35% ou menos passando na peneira nº 200, mas que não podem ser classificados como A-1 ou A-3, devido ao teor de finos que contêm, ou a plasticidade, ou ambos excedendo os limites estabelecidos para os citados grupos. Subgrupos A-2-4 e A-2-5 - Incluem solo contendo 35% ou menos, passando na peneira nº 200, com uma porção menor retida na peneira nº 40, possuindo as características dos grupos A-4 ou A-5. Estes grupos abrangem os materiais tais como pedregulho e areia grossa, em que o teor de silte e o índice de plasticidade ultrapassam os limites estabelecidos para o Grupo A-1, e ainda areia fina com silte não plástico excedendo os limites do Grupo A-3. Subgrupos A-2-6 e A-2-7 - Incluem solos semelhantes aos descritos nos subgrupos A-2- 4 e A-2-5-., exceção feita da porção de finos que contem argila plástica com características dos grupos A-6 ou A-7. Os efeitos combinados dos índices de plasticidade maiores que 10 e percentagem passando na peneira nº 200, maiores que 15, estão refletidos nos valores dos índices do grupo de O a 4. Grupo A-3 - O material típico deste grupo é areia fina de praia ou de deserto, sem silte ou argila, ou possuindo pequena quantidade de silte não plástico. O grupo inclui também misturas de areia fina mal graduada e quantidades limitadas de areia grossa e pedregulho depositados pelas correntes. Grupo A4 - O solo típico deste grupo é siltoso não plástico, ou moderadamente plástico, possuindo, geralmente, 5% ou mais passando na peneira n º 200. Inclui também misturas de solo fino siltoso com até 64% de areia e pedregulho retidos na peneira nº 200. Os valores dos índices do grupo vão de 1 a 8, as percentagens crescentes de material grosso, dando origem a valores decrescentes para os índices de grupo. Grupo AS - O solo típico deste grupo é semelhante ao que foi descrito no A-4, exceto que ele é, geralmente, de caráter diatomáceo ou micáceo, altamente elástico, conforme indica seu elevado limite de liquidez. Os valores dos índices do grupo vão de 1 a 12; esses valores crescentes revelam o efeito combinado do aumento dos limites de liquidez e das percentagens decrescentes de material grosso. Grupo A-6 - O solo típico deste grupo é argiloso, plástico, tendo, geralmente, 75% ou mais de material passando na peneira n º 200. O grupo inclui também misturas de solos finos argilosos, podendo conter até 64% de areia e pedregulho retidos na peneira n º 200. Os solos deste grupo comumente sofrem elevada mudança de volume entre os estados seco e úmido. Os valores dos índices do grupo vão de 1 a 16, esses valores crescentes mostram o efeito combinado do aumento dos índices de plasticidade e diminuição dos materiais grossos. Grupo A-7 - O solo típico deste grupo é semelhante ao descrito no grupo A-6, com a diferença que possui as características de alto limite de liquidez do grupo A-5, podendo ainda ser elástico e estar sujeito a elevada mudança de volume. Os valores dos índices do grupo vão de 1 a 20; este aumento indica o efeito combinado de crescimento dos 61 2.1.9.3 GRÁFICO DE PLASTICIDADE Idealizado pelo Prof. Artur Casagrande, é um diagrama cartesiano com limite de liquidez (LL) em abcissas e o índice de plasticidade (IP) em ordenadas, onde traçadas duas linhas, uma reta inclinada, chamada linha "A", e a outra vertical com LL = 50. A linha "A" representa uma importante fronteira empírica entre as argilas tipicamente sem matéria orgânica (CL e CH), em geral acima dessa linha; os solos plásticos contendo colóides orgânicos (OL e OH) ou solos siltosos sem matéria orgânica (ML e MH). A linha vertical LL = 50 separa os siltes e argilas, com baixo LL (L), daqueles que têm LL alto (H). Na parte inferior do gráfico, abaixo de LL = 50, com aproximadamente IP entre 4 e 7, há considerável superposição nas propriedades dos solos argilosos e dos siltosos. Por esse motivo, a linha "A" nessa zona transforma-se numa área, e os solos aí situados são classificados como limitrofes. A experiência tem demonstrado que a compressibilidade é aproximadamente proporcional ao LL, e que os solos com o mesmo LL têm aproximadamente a mesma compressibilidade, supondo que os outros fatores sejam essencialmente os mesmos. Verificou-se que nos solos com o mesmo LL, quando cresce o IP, crescem também as características coesivas e diminui a permeabilidade. Figura 17 - Gráfico de Plasticidade LL=50 o + 50 + S) x E LL=30 NX 40 + 1 Argilas inorgânicos gó de Plasticidade x Média p sg 30 + Argilas Inorgânicos de Baixa Plasticidade (ei) Siltes Orgânicos de Alta 20 + Compressibilidade e Argilas Orgânicas Sites Inorgânicos de Baixa Compressibilidade 9-0 10 + «+ aaa Sites Inorgânicos de Compressibilidade EE ni O OOERVOS > Ss” (Mm) ou (E) Média e Sites Orgânicos Sape y + t t + + 10 20 30 40 50 60 70 so 90 62 Figura 18 - Método Auxiliar de Identificação de Plasticidade em Laboratório E Ez Ea | Ez= Es ms 0335086 op 2u0sECpsop nen o pussodl nen o pussos EIRETES E 5 emo 309, as ssopo 09, EE dp soresuójozes SE = fo semen sucz ep | Jopepeimpeu esozeu | | opeçer é gu op euioy Epe y eporey SE SSUATETa] esses 2) sosem SE SSUASTa] TOESTATSTED] [sas E SSUATETa] assed gap covam esses cy spsem) | esses cy essea 559 sousm TGSUopuei = sd eées sous ro ogescossogienueo (a) coupão ensuep copo 63 a) Terminologia básica para os vários componentes dos solos Os nomes pedras, cascalho ou pedregulho (gravel), areia (sand) e finos - compreendendo silte (silt) e argila (clay) - são usados para definir a escala de granulometria no tamanho das partículas do solo, tendo sido adotados, arbitrariamente, os limites de tamanho, do Quadro 12. Tabela 6 - Escala Granulométrica Utilizada pelo SUCS Pedras acima de 3 polegadas ( 76 mm) Cascalho grosso entre 3"e 3/4" (76 e 19 mm) Cascalho fino entre 3/4” e a peneira nº 4 (19 e 4,76 mm) Areia grossa entre as peneiras nºº 4 e 10 (4,76 e 2mm) Areia média entre as peneiras nº 10 e 40 (2e 0,43 mm) Areia fina (imo ou mó) entre as peneiras nºº 40 e 200 (0,42 e 0,075 mm) Finos (silte e argila) passando na peneira nº 200 (menor que 0,075 mm) O silte e a argila distinguem-se pela baixa plasticidade do primeiro e pela alta plasticidade da segunda. No gráfico de plasticidade da Figura 17, quando um ponto, tendo como coordenadas o LL eo IP do material fino, ficar abaixo da linha "A", ele será silte, caso contrário, será uma argila. Os limites da Atterberg (LL, LP e IP) determinam-se com o material que passa na peneira normal nº40. Essa definição pelo gráfico de plasticidade é válida para siltes, quer orgânicos; mas não é válida para as argilas orgânicas porque seus pontos representativos também se situam abaixo da linha "A". No sistema unificado, como indica na Tabela 5, as três primeiras colunas mostram as maiores divisões da classificação, e os símbolos dos grupos que distinguem os tipos individuais de solos, de acordo com a terminologia mostrada nas Tabelas 7 e 8. Tabela 7 - Terminologia Usada no SUCS Significado Símbolos inglês português 6 gravel cascalho (pedregulho) s sand areia c clay argila w well graded bem graduado P poor graded mal graduado F fines finos (passando na peneira nº 200) M mo mó ou limo (areia fina) o organic matéria orgânica L low liquid limit LL baixo H high liquid limit LL alto Pt peat turfa 66 óxido de ferro. Em outros materiais desses grupos GM e SM, a fração fina pode ser silte ou pó-de-pedra quase sem plasticidade, e a mistura seca não tem resistência. Grupos GC e SC Solos com cascalho, ou arenosos, com finos (mais de 12% passando na peneira 200) cuja plasticidade pode ser baixa ou alta. O IP e o LL devem identificar pontos acima da linha "A" no gráfico de plasticidade. Não importa se o material é bem ou mal graduado. A plasticidade da fração aglomerante influi mais no comportamento de solo do que sua composição granulométrica. Os finos são argilosos. d) Descrição dos Solos de Granulometria Fina Grupos ML e MH O símbolo M (de mó, limo) serve para indicar solos com predominância de silte o limo, solos micáceos e solos diatomáceos. Os símbolos L (de low, baixo) e H (de high, alto) representam LL baixo ou alto, sendo esses dois grupos separados por uma linha divisória arbitária no LL = 50. Esses solos são siltes arenosos ou argilosos, sem matéria orgânica, com plasticidade relativamente baixa. Incluem solos do tipo loess e o pó-de-pedra. Os solos micáceos e diatomáceos, em geral no grupo MH, podem estender-se até o ML. O mesmo acontece com certas argilas caoliníticas ou ilíticas de plasticidade relativamente baixa. Grupo CL e CH O símbolo C (de clay) significa argila, e os símbolos L (de low) e H (de high) significam, respectivamente, baixo e alto LL. São essencialmente argilas sem matéria orgânica. As de baixa plasticidade (CL) são em geral magras, arenosas ou siltosas. As com plasticidade média ou alta (CH) incluem argilas gordas, gumbos, massapês, algumas argilas vulcânicas e a betonita. As argilas do norte dos Estados Unidos também são classificadas nesses dois grupos. Grupos OL eOH São caracterizados pela presença de matéria orgânica indicada pelo símbolo O. Os siltes e as argilas orgânicas fazem parte desses dois grupos. A faixa de plasticidade desses grupos corresponde à dos grupos ML e MH. e) Descrição dos Solos Altamente Orgânicos Grupo Pt (peat, turfa São em geral muito compressíveis e têm características inadequadas para construção. Estão todos classificados no grupo Pt sem subdivisões, turfa, humos; solos pantanosos, com textura altamente orgânica, são típicos desse grupo. São componentes comuns nesses solos: pedaços de folhas, capim, gravetos e outras substâncias vegetais fibrosas. 67 2.1.9.4 CLassiFicação MCT (DNER - ME 254/97 , DNER - ME 256/94 , DNER - ME 258/94) Este sistema classificatório foi desenvolvido, por Nogami e Villibor, com a finalidade básica de melhor caracterizar os solos tropicais. A técnica permite avaliar propriedades fundamentais dos solos associados à contração, permeabilidade, expansão, coeficiente de penetração d'água, coesão, capacidade de suporte e famílias de curvas de compactação, utilizando corpos-de-prova de dimensões reduzidas (50 x 50 mm). Essa sistemática inicialmente desenvolvida foi simplificada com a introdução do ensaio de compactação desenvolvido por Parsons (1976), envolvendo a determinação do parâmetro MCV, que adaptado a corpos-de-provas miniaturas foi designado ensaio mini-MCV. Este ensaio permite determinar, dentre outras, uma propriedade empírica do solo (mini- MCV), que está associada a sua aptidão à compactação: indicação do teor de umidade e energia de compactação mais adequados, identificação dos solos problemáticos à compactação. Para fins de classificação dos solos lateríticos ou saprolíticos, foi introduzido por aqueles pesquisadores um novo ensaio para avaliar o comportamento de corpos-de-prova obtidos no ensaio mini-MCV, após imersão em água e sob condições padronizadas, resultando como subproduto, uma nova sistemática classificatória de solos para fins rodoviários, denominada MCT - Miniatura Compactado Tropical. A metodologia MCT permite retratar as peculiaridades dos solos quanto ao comportamento laterítico ou saprolítico, quantificando propriedades importantes para uso em serviços rodoviários. Considera duas classes distintas de solos, ou seja, de comportamento laterítico (L) e de comportamento não laterítico (N) e sete subclasses correspondentes, conforme Figura 18. A execução da metodologia MCT baseia-se resumidamente no seguinte procedimento: a) Compactação de cerca de 200 g de solo com diferentes umidades, em molde cilíndrico de 50 mm de diâmetro, para determinação de curvas de compactação (ys x h) em diferentes energias, ou número de golpes aplicados por soquete padronizado e curvas correlacionando a redução de altura do corpo-de-prova (Ah) em função do número de golpes aplicados; b) Perda por imersão (Pi) dada pela relação percentual entre o peso seco erodito e o saliente cerca de 1 cm do molde de compactação. Os resultados obtidos são associáveis ao valor mini- MCV definido pela expressão: MINI - MCV = 10 log N em que: N é o número de golpes a partir do qual o solo compactado não sofre redução sensível de altura (Ah < 1 mm). c) Conforme Figura 19, determinam-se os parâmetros classificatórios C', d, Pj e e, onde: C' é a inclinação da reta que passa pelo ponto de mini-MCV = 10, interpolada entre os trechos retos das curvas mais próximas, a) 68 d' é a inclinação, multiplicada por 103, do ramo seco da curva de compactação correspondente a 10 golpes; Pi é determinado para o mini-MCV = 10 e na curva que relaciona as pedras por imersão dos corpos-de-prova ensaiados e os mini-MCVs correspondentes, para AH =2 mm: P 20 100 d' Com os valores de e' e C', o solo é classificado em subclasses (Figura 19); ATabela 9 apresenta as propriedades típicas dos solos, segundo os diferentes grupos classificatórios. Figura 19 - Ábaco para Classificação MCT COEFICIENTE e 25 COEFICIENTE c' N- Solos de comportamento não laterítico A-areias : A” - arenosos L- Solos de comportamento Iaterítico S' -siltosos G' - argilosos Um Exa dE E Viidegem Curvab dE AH x nº de golpes =. Umidade de moldagem x MINI - MCV === PI xMINI-MCY rá! Figura 20 - Classificação Resiliente de Solos Granulares 10.000 a 8 S GRUPO C MÓDULO RESILIENTE, M,(kgf/em?) GRUPO B 1.000 500 GRUPO A 200 0,1 0,2 93 04 0,5 1,0 1,2 1,41,61,8 2,0 TENSÃO CONFINANTE, s.(kgflom?) 9) Solos Finos Entende-se por solos finos, para fins de classificação quanto a resiliência, aqueles que apresentam mais de 35% em peso de material passando na peneira nº 200 (0,075 mm). A Figura 24 apresenta os grupos de solos Tipo |, Tipo Il e Tipo Ill, que retratam o comportamento dos mesmos, definido pelo modelo: Ko + Ka (K - oa) para og < Ki Mka= Ko + Kg (0a - K1) para og > Ky sendo K1, K2, K3 e K4, os parâmetros de resiliência determinados em ensaios triaxiais de carregamento repetido sob tensões-desvio, od, e Mp, o módulo de resiliência correspondente. 72 Solo Tipo | - solo de bom comportamento quanto à resiliência como subleito e reforço do subleito, podendo ser utilizado também como camada de sub-base. Solo Tipo Il - solo de comportamento regular quanto à resiliência como subleito e reforço do subleito. Solo Tipo III - solo de comportamento ruim quanto à resiliência. É vedado seu emprego em camadas do pavimento. Para o subleito, requerendo cuidados e estudos especiais. Na impossibilidade de determinar os valores de M,, pode-se estimar a Classificação indiretamente, a partir da percentagem de silte na fração que passa na peneira nº 200, S% e do CBR(Tabela 10). Tabela 10 - Classificação dos Solos Finos (Método Indireto) S% Solo Tipo |: MR = 4874 [d-1,129 Solo Tipo Il: MR = 12860 d-0,5478 Solo Tipo III: MR = 530 kgf/em2 2.1.9.6 ANÁLISE DAS CLASSIFICAÇÕES De acordo com T. K. Liu, a classificação unificada dos solos é mais apropriada a uma descrição de solos com finalidade gerais, enquanto a classificação TRB se adapta melhor à avaliação do suporte destes materiais. Nas Tabelas 11 e 12 são mostradas as possíveis interrelações entre os sistemas de Classificação do TRB e SUCS, enquanto que nos Tabelas 13 e 14 aparecem faixas de valores mais comuns de CBR [Liu]. 73 Figura 21 - Classificação Resiliente de Solos Finos st oz SL oL s'o 0 CuuogBy"o SA tj OdiL 'Y L [> q Og De I 4 —+» 1 X y<Poced [(M'DY+Y =“ k y>"oeued [Co SD Y+Y E «MON OS = "AI HIOdIL zov-| 098 T] 0SVL | 820] nodiL ses z-|0202z | 0005 | leo | IodiL a | à | * | os q SIINVISNOS E GUIA PIA 000'5 000'0L 000'S1 76 Estudos realizados por Nogami e Villibor, bem como os resultados obtidos nos trabalhos já mencionados, mostram dificuldades em se associar as classificações TRB, SUCS e MCT. Verifica-se que as diferenças de propriedades que caracterizam os solos lateríticos e saprolíticos, retratados na classificação MCT, não se refletem no gráfico de plasticidade ou no grupo das classificações tradicionais. Quanto à classificação resiliente para solos finos, a consideração do valor CBR e a relação silte-argila, não levadas em conta nas classificações tradicionais, dificultam uma análise comparativa. Portanto, solos do tipo A-7 ou A-6 podem ser classificados em qualquer tipo quanto à resiliência dependendo do seu valor CBR. Esta mesma consideração se reflete no SUCS. Os estudos indicam uma pequena correlação entre as classificações MCT e Resiliente. Este fato também ocorre entre estas classificações e as norte-americanas (TRB e SUCS). Em função de suas diferentes características granulométricas, os solos tendem a apresentar comportamento mecânico (resposta às cargas aplicadas) variado. Assim, os solos granulares teriam resistência à penetração elevada, devido ao atrito intergranular e ao entrosamento de partículas. Ao mesmo tempo, sua deformabilidade elástica tende a ser elevada, pois as partículas têm liberdade o suficiente para rolarem uma sobre as outras, devido à baixa coesão e pequena influência das forças de campo em relação aos pesos das partículas. Já nos solos finos coesivos, a resistência à penetração tende a ser baixa, pois as partículas são plaquetas com baixo grau de entrosamento, e sua deformidade elástica tende a ser baixa, devido aos campos eletromagnéticos que existem entre as partículas, os quais se opõem a seus deslocamentos relativos, tendo importância devido ao pequeno peso das partículas. Em vista desses aspectos, pode-se esperar que a relação Mk ICBR para os solos finos coesivos seja mais elevada que no caso dos solos granulares, uma vez que o módulo de resiliência mede a deformabilidade elástica do solo, enquanto o CBR se relaciona com a resistência do solo saturado. Uma outra diferença se refere à variação do módulo de resiliência com o estado de tensões. Os campos eletromagnéticos entre as partículas dos solos finos coesivos são vencidos por deformações cisalhantes. Assim, o módulo desses solos devem variar com a tensão-desvio, Ld. Da mesma forma, com o aumento das deformações volumétricas, aumenta o atrito entre as partículas nos solos granulares, explicando o aumento de Mk com [3, já nos solos lateríticos, a cimentação das partículas produzida pela laterização tem o efeito de reduzir a dependência de Mx com estado de tensões. Ao mesmo tempo, o próprio valor do módulo tende a aumentar, juntamente com a resistência. Dessa forma, se Mx crescer bem mais que o CBR, a relação M=/CBR aumentará. Em vista dessas considerações, a relação Ma/CBR pode ser um parâmetro bem mais indicativo da natureza dos solos que o valor de Ms ou do CBR isoladamente, sendo mais capaz de diferenciar grupos ou tipos de solos existentes. Agrupando-se os pontos no ábaco da classificação MCT, obtêm-se os resultados mostrados na Figura 20, que indica relações características para cada região delimitada. TT Investigando os parâmetros que afetariam a relação MriCBR foi possível identificar três regiões distintas com características mostradas na Figura 20. Estes grupos foram designados pelas letras: G - solos de comportamento granular | - solos de comportamento intermediário C - solos de comportamento coesivo A relação M,/CBR média de todos os solos analisados, é de 100, que coincide com a relação de Heukelom & Klomp. A dispersão, contudo, é muito grande, sendo recomendável considerar-se os resultados da classificação mostrada na Figura 22 e na Figura 23. Foram identificados três grupos de solos com relação à razão Mp/CBR, tendo como parâmetro diferenciador a relação entre o CBR e a percentagem total de argila. A Tabela 16 resume os valores da relação módulo - CBR para cada um dos grupos de solos identificados. Tabela 16 - Relação Módulo - CBR Grupo CBR/(% argila) M«!CBR 6 maior que 0,474 40 I entre 0,202 e 0,474 120 c menor que 0,202 440 SAF* — 700 * Solo Arenoso Fino Figura 22 - Variação da Relação Módulo - CBR com Classificação MCT ses 6) (9) ar Me 2462 ES car (88 a 128) (64 a 260) My Mo 123 CER (10 a 138) MR O CRR (11233) O Sa -a58 am (188 a 526) Ma Mg = -32 E =421 15 1 CBR CR (23441 (334 209 4 0 05 10 15 20 25 com c 78 Figura 23 - Gráfico CBR versus Porcentagem de Argila CBR = 0,474 % ARGILA CBR ds 4 CBR ras e CER = 0,202 % ARGILA (852171) Ma CBR O 440 (285 a 591) % ARGILA 2.2 MATERIAIS PÉTREOS 2.2.1 DEFINIÇÃO Os materiais pétreos usados em pavimentação, normalmente conhecidos sob a denominação genérica de agregados, podem ser naturais ou artificiais. Os primeiros, são aqueles utilizados como se encontram na natureza, como o pedregulho, os seixos rolados, etc., ao passo que os segundos compreendem os que necessitam uma transformação física e química do material natural para sua utilização, como a escória e a argila expandida. 2.2.2 CLASSIFICAÇÃO Os agregados usados em pavimentação podem ser classificados segundo a natureza, tamanho e distribuição dos grãos. agregado natural Quanto à natureza agregado artificial agregado graúdo Agregados Quanto ao tamanho agregado miúdo agregado de enchimento denso Quanto à graduação aberto tipo macadame 81 granulométrica sem mudanças de curvatura. O de granulometria descontínua apresenta ausência de uma ou mais frações, em sua curva de distribuição granulométrica, dando formação de patamares, caracterizando-se pela mudança de curvatura da curva granulométrica, ou seja, por pontos de inflexão. Figura 25 - Ensaio de Distribuição Granulométrica DIÂMETROS DAS PARTICULAS 318" 12º 34 1º 9o so CONTÍNUA 70 so OQNVSSVd % DESCONTÍNUA 50 Os agregados necessitam muitas vezes de uma operação de aperfeiçoamento para sua utilização, como a pedra britada e o pó-de-pedra. Daí as seguintes definições serem consideradas: Pedra afeiçoada: é a pedra bruta trabalhada para determinados fins específicos, tais como: pedra para paralelepípedos, para meios-fios, etc. Pedra marroada: é a pedra bruta fragmentada por meio de marrão e com dimensões tais que possa ser manuseada. Pedra não marroada: é uma porção de rocha não trabalhada, ou seja, rocha bruta. Brita: é o material resultante da britagem de pedra, escória de alto forno, etc. Brita classificada ou graduada: é a brita obedecendo a determinados limites de diâmetro. Às vezes, para fins práticos, essa brita é numerada de acordo com o seu diâmetro máximo. Brita corrida: é o resultante da britagem, sem haver qualquer processo de separação granulométrica. Pedrisco: é o material proveniente de britagem da pedra e com diâmetro compreendido entre 6,4 mme 2,0 mm. Pó-de-pedra: é o produto da britagem, com diâmetro das partículas menores que 2,0 mm. 2.2.3 CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS 2.2.3.1 CONCEITUAÇÃO As características tecnológicas de um agregado servem para assegurar uma fácil distinção de materiais, de modo a se poder comprovar sua uniformidade, bem como a 82 escolha de um material que resista, de forma adequada, as cargas que o pavimento irá suportar. As características dos agregados que devem ser levadas em conta nos serviços de pavimentação, são as seguintes: a) Granulométrica b) Forma c) Absorção de água d) Resistência ao choque e ao desgaste e) Durabilidade f) Limpeza 9) Adesividade h) Massa específica aparente i) Densidade real e aparente do grão A granulometria do agregado, representada pela curva de distribuição granulométrica, é uma das características que asseguram estabilidade aos pavimentos, em consequência do maior atrito interno obtido por entrosamento das partículas, desde a mais graúda à partícula mais fina. Entre nós, a forma predominante entre os grãos de um agregado é avaliada por um índice, denominado Índice de Forma, cuja determinação se faz por meio de ensaio específico, normalizado pelo DNER. Na construção de revestimentos asfálticos do tipo tratamento superficial é importante que a maioria dos agregados empregados tenham a forma cúbica. No caso de revestimento por mistura admite-se agregados com formas lamelares ou alongadas. A porosidade do agregado é avaliada através de ensaios de absorção de água. Indica a quantidade de água que um agregado é capaz de absorver quando em contato com a mesma. É determinada em função da diferença de pesos, expressos em percentagem, observados em uma amostra que, inicialmente é mergulhada em água por 24 horas e depois seca em estufa a 100 ºC - 110 ºC, até constância de peso. A resistência ao choque e ao desgaste está associada à ação do tráfego ou aos movimentos recíprocos das diversas partículas. A resistência ao choque é avaliada pelo ensaio Treton e a resistência ao desgaste pelo ensaio Los Angeles, ambos normalizados pelo DNER. A durabilidade do agregado está relacionada a resistência ao intemperismo. É avaliada por meio de um ensaio em que o agregado é submetido ao ataque de uma solução padronizada de sulfatos de sódio ou de magnésio. Esse ensaio é descrito com detalhes nos métodos de ensaios do DNER. Por outro lado, os agregados para serem usados na pavimentação betuminosa devem ser isentos de substâncias nocivas, tais como argila, matéria orgânica, etc, caracterizando, assim, a limpeza do agregado. Uma das qualidades essenciais a se exigir de um agregado a ser usado em revestimentos asfálticos é que tenha boa adesividade, isto é, não haja possibilidade de deslocamento da 83 película betuminosa pela ação de água. Em geral, os agregados básicos ou hidrofílicos (calcários, basaltos) têm maior adesividade do que os ácidos ou hidrofóbicos (granitos, gnaisses). Existem vários procedimentos para avaliar essa característica dos agregados, alguns dos quais normalizados no meio rodoviário. A adesividade satisfatória pode ser conseguida mediante o emprego de pequenas percentagens de substâncias melhoradoras de adesividade. Esses corretivos de adesividade podem dividir-se em dois grandes grupos: os sólidos (cal extinta, pó calcário, cimento Portland) e os líquidos (alcatrão e dopes). Os mais largamente utilizados são os dopes de adesividade devido a sua eficiência e facilidade de aplicação no campo. São produtos líquidos ou pastosos, à base de aminas terciários e quartenários, facilmente miscíveis no cimento asfáltico. Os dopes são utilizados normalmente na proporção de 0,5 % para 99,5 % de cimento asfáltico. Muitas vezes o asfalto dopado não apresenta boa adesividade ao agregado devido a um dos seguintes fatores: quantidade do dope inferior à necessária, má qualidade do dope, falta de homogeneização do dope no asfalto. Existem métodos para testar a eficiência do dope. A massa específica aparente de um agregado é necessária para transformação de unidades gravimétricas em volumétricas e vice-versa, muito em uso nos serviços de pavimentação. Sua determinação é preconizada por métodos normalizados pela ABNT e pelo DNER. A massa específica do grão identifica o material, a partir do qual se obteve o agregado. 2.2.3.2 DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS 2.2.3.2.1 AGREGADO GRAÚDO a) Amostragem Para que as características dos agregados possam ser determinadas de modo correto é necessário que a amostra ensaiada seja representativa do agregado. Nos agregados amontoados no canteiro de obras, há a formação de uma segregação natural de material devido à tendência dos grãos maiores se acumularem na zona periférica do monte. Para a formação de amostra representativa são colhidas, em diferentes pontos do depósito ou do material amontoado, amostras parciais que após reunidas formarão a amostra total. Esta amostra total deverá ser misturada e quarteada através de quarteador ou quarteamento manual. Para o quarteamento com quarteador, procede-se do seguinte modo: Verte-se o agregado no quarteador, recolhendo-se a amostra dividida através da grade, em dois recipientes. Os agregados de um dos recipientes são separados, e o outro, é então passado outra vez no quarteador, dividindo-se em duas outras porções. Este procedimento é feito até que se obtenha a quantidade de amostra desejada em um dos recipientes. Para o quarteamento pelo processo manual, procede-se do seguinte modo: 86 onde: P, - P;= Volume de partículas sólidas P, - P;= Volume de partículas sólidas + volume de poros preenchidos pela água Exemplificando, vem: D- Po P, " P-P P-(P-E) ho ET Va ala T Vela po B, * P-P P,-(P-E) p= P, . P, 2 B-PL+AVy Viyat Vs À CN a Um agregado de origem de rocha granítica tem densidade real (D,) e aparente do grão (Da), da ordem de D,= 2,75e D, = 2,70 A finalidade principal da determinação das densidades é o cálculo de densidades teóricas de misturas betuminosas. Uma parcela do material betuminoso penetra nos poros do agregado e outra parcela envolve o agregado. Como o veículo para a determinação das densidades é a água e, consequentemente, o volume de poros preenchidos pelo asfalto é menor do que o volume de poros preenchidos pela água, a densidade efetiva (Deja ser considerada numa mistura betuminosa é diferente das densidades anteriormente determinadas. Assim, a densidade efetiva ou massa específica efetiva é a relação entre a massa do grão do agregado e seu volume de partículas sólidas, mais o volume de poros impermeáveis e o de poros no qual o material betuminoso penetrou durante o tempo de recobrimento do agregado, ou seja: o M Per + Va + Voa Como os estudos a respeito do assunto não fornecem dados concretos para a definição do parâmetro efetivo a ser considerado, pode-se admitir o seguinte critério prático: — Considerando a água como veículo: M V pi HH = MO. V+Vi+V Ep Ha 87 — Considerando o asfalto na mistura: M LS EE Pe A Va +, pa onde: Vpa - Volume de poros preenchidos pelo asfalto logo, tem-se: Vpp > Vpa Vo + Vpi + Vop > Vo + Vpi t Vpa > Vo + Vpi Consequentemente, vem: Hr > Her > Ha Admitindo que o critério do valor médio é adequado, tem-se: He = a ou “D+D, a Portanto, a densidade efetiva a ser considerada numa mistura betuminosa é o resultado da média aritmética entre as densidades real e aparente dos grãos do agregado. Da Assim, a diferença principal entre a "bulk" e a “apparent specific gravity" é que os vazios permeáveis são incluidos no volume do agregado para a "bulk" e excluidos no volume do agregado para a "apparent". Estes valores podem variar de maneira sensível em agregados, tendo uma quantidade relativamente grande de vazios permeáveis, e a diferença será tanto menor quanto mais diminuir a quantidade de vazios permeáveis. De qualquer maneira a "bulk specific gravity' é menor que a "“apparent specific gravity”. A porosidade do agregado avaliada através do ensaio de absorção é um parâmetro importante a ser considerado no projeto de uma mistura betuminosa. c) Absorção - É a relação entre peso da água absorvida pelo material após 24 horas de imersão à temperatura ambiente e o peso de material seco (DNER - ME 081/98, DNER - ME 195/97) Este valor é determinado quando da realização do ensaio de ua e ur É x 100 onde: a - absorção da água, em % em peso Para a absorção maior que 1 %, alguns autores consideram o seguinte critério para o cálculo da densidade efetiva: d) e) f) 88 D, +2D, De= 4 a Massa Específica A parente A massa específica aparente (|) é a relação entre a massa (M) e o volume total (Vt) do agregado: M = O agregado é colocado e pesado (M+) em um recipiente de madeira de forma cúbica com 12 cm de lado. Pesa-se o recipiente (M5), tem-se assim: M, - M, (2 A massa específica é influenciada pela forma do recipiente, pelo teor de umidade do agregado bem como pelo modo como é colocado no recipiente. A finalidade do ensaio é a de transformar unidades volumétricas em unidades gravimétricas, e vice-versa. Granulometria (DNER — ME 083/98) Visa determinar a distribuição dos diferentes tamanhos dos grãos do agregado. A amostra seca em estufa é pesada e peneirada em uma série de peneiras padrões. Com o material retido em cada peneira é calculada a percentagem, em peso, passando, do total da amostra ensaiada. Adesividade (DNER — ME 078/94) A adesividade do agregado ao ligante betuminoso é medida em laboratório misturando cerca de 500 g de agregado entre as peneiras 3/4" e 1/2", limpo e seco, com 17,5 g de asfalto com e sem o dope. No caso de uso do dope, testa-se inicialmente a proporção de 99,5 % de asfalto para 0,5 % de dope, em peso. No caso de cimento asfáltico, este é aquecido a cerca de 130 ºC para proporcionar uma boa mistura com o agregado. Após o resfriamento da mistura, ou cura ou rompimento, conforme o ligante utilizado, os agregados envolvidos são colocados em um vidro com água e levados à estufa a 40 ºC por 72 horas. É verificado se o recobrimento é perfeito (boa adesividade) ou se houve o deslocamento de películas de ligante betuminoso (má adesividade). Há um ensaio rápido para saber se um ligante betuminoso foi ou não dopado. Consiste em recobrir o agregado com o ligante, deixar esfriar a mistura, ou curar conforme o ligante.Joga-se o agregado recoberto com o ligante dentro de um recipiente com água em ebulição e espera-se três minutos. Após, verifica-se a condição agregado-ligante. Se decorrido os três minutos de fervura não houver deslocamento da película de ligante a adesividade é boa e o dope é de boa qualidade, caso contrário o dope é de má qualidade ou ligante não foi dopado adequadamente. É um ensaio de resistência ao calor. Um outro método para medir a eficiência dos dopes consiste em submeter durante dois dias numa estufa a 140 ºC e mais um dia a 160 ºC, uma amostra de cimento asfáltico dopado. Após esse período o material é retirado da estufa e é realizado o e) d) e) 9) 91 Massa Específica A parente O ensaio é similar ao realizado para o agregado graúdo. O material deve ser ensaiado no estado seco. A massa específica aparente tem como finalidade a transformação de unidades volumétricas em gravimétricas e vice-versa. Granulometria É utililizado o mesmo procedimento do agregado graúdo e tem a mesma finalidade. Adesividade (DNER - ME 079/94) Tem a mesma finalidade que para os agregados graúdos. O procedimento usado no meio rodoviário é preconizado pelo DNER através do método Riedel-Weber. As areias por serem constituídas de grãos de quartzo, não tem boa adesividade ao cimento asfáltico. Matéria Orgânica (DNER - ME 055/95) A matéria orgânica é nociva aos revestimentos de concreto de cimento, diminuindo a resistência à compressão do concreto. Contudo, como nas misturas betuminosas a quente, os agregados são aquecidos a elevadas temperaturas (= 160 ºC), o material orgânico é queimado, não causando danos a essas misturas. O ensaio para verificar a existência de material orgânico consiste em atacar a amostra com ácido tânico durante 24 horas, e, comparativamente com um "branco", verificar visualmente ou colorimetricamente a intensidade de coloração do material. Equivalente de Areia(DNER - ME 054/97) Tem por finalidade detectar a presença de finos plásticos nos agregados míudos. Esses finos provocam fenômenos de retração e inchamentos quando estão presentes nas misturas betuminosas. O teste consiste em colocar o agregado passando na peneira nº 4 em uma proveta que contêm uma solução de: cloreto de cálcio x glicerina x formaldeído, em repouso por vinte minutos. Em seguida, agitar o conjunto por 30 s e, posteriormente, completar a proveta com a mesma solução até o nível pré- determinado - operação de lavagem do agregado. Deixar mais vinte minutos em repouso e ler com uma régua graduada a altura do floculado (h+). Com uso de um pistão padronizado introduzido na proveta, lê-se a altura do material depositado (h,). O equivalente de areia é determinado pela fórmula: EA= b x 100 h O equivalente de areia deve ser superior ou igual a 55 %, para que o agregado miúdo possa ser utilizado em misturas betuminosas. 92 2.2.3.2.3 MATERIAL DE ENCHIMENTO: FILLER a) Amostragem Esses materiais são fornecidos a granel ou ensacados. Como são de granulometria muito fina, não tem problemas de segregação. O importante é verificar se atendem perfeitamente os condicionantes exigidos nas especificações de serviço. b) Grumos São pequenos torrões formados pela aglutinação de partículas quando o material está úmido. Os grumos não podem estar presentes no "Filler" por não ser este submetido, necessariamente, ao aquecimento por ocasião da confecção das misturas betuminosas. O cimento, por exemplo,fica endurecido com a presença de umidade. O ensaio consiste em verificar se há presença ou ausência de grumos, pelo simples atrito entre os dedos. E um teste qualitativo. c) Massa específica real A finalidade é caracterizar o material, sendo um dos parâmetros usados para o cálculo de densidades teóricas de misturas betuminosas. O ensaio é realizado com o frasco Le Chatelier. Enche-se o frasco com querosene até a referência O a 1 e faz-se a leitura (L+). Coloca-se cerca de 50 g do material (M) que vai ser ensaiado e lê-se, na graduação do frasco, a leitura (L>). Tem-se, assim: M Lo-L, 2.3 MATERIAIS BETUMINOSOS 2.3.1 GENERALIDADES Em serviços de pavimentação são empregados os seguintes tipos de materiais betuminosos: cimentos asfálticos, asfaltos diluídos, emulsões asfálticas e alcatrões. 2.3.2 CIMENTO ASFÁLTICO O cimento asfáltico é o asfalto obtido especialmente para apresentar características adequadas para o uso na construção de pavimentos, podendo ser obtido por destilação do petróleo em refinarias ou do asfalto natural encontrado em jazidas. O cimento asfáltico de petróleo recebe o símbolo CAP e o cimento asfáltico natural o símbolo CAN. São semi- sólidos à temperatura ambiente, e necessitam de aquecimento para terem consistência apropriada ao envolvimento de agregados, possuem características e flexibilidade, durabilidade, aglutinação, impermeabilização e elevada resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e álcalis. Os cimentos asfálticos de petróleo são classificados pelo seu "grau de dureza" retratado no ensaio de penetração, ou pela sua viscosidade. 93 A penetração de um CAP é definida como a distância em décimos de milímetro que uma agulha padronizada penetra verticalmente em uma amostra de cimento asfáltico, sob condições especificadas de carga, tempo e temperatura, ou seja, 100 9, 5s e 25 *C. Por exemplo, se a agulha penetrou 5,7 mm = 57 (1/10 mm), diz-se que o CAP tem uma penetração 57. Quanto menor a penetração, "mais duro" é o cimento asfáltico. O Instituto Brasileiro de Petróleo e o Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) especificam quatro tipos de CAP, pela sua penetração: CAP 30-45; CAP 50-60, CAP 85- 100 e CAP 150-200. A classificação pela viscosidade contempla três tipos: CAP-7; CAP-20 e CAP-40. 2.3.3 AsFALTO DiLuíDO Os asfaltos diluídos ou "cut-backs" são diluições de cimentos asfálticos em solventes derivados do petróleo de volatilidade adequada, quando há necessidade de eliminar o aquecimento do CAP, ou utilizar um aquecimento moderado. Os solventes funcionam somente como veículos para utilizar o CAP em serviços de pavimentação. A evaporação total do solvente após a aplicação do asfalto diluído deixa como resíduo o CAP que desenvolve, então, as propriedades cimentícias necessárias. A essa evaporação dá-se o nome de cura do asfalto diluído. 2.3.4 EMULSÃO ASFÁLTICA A emulsão asfáltica é uma dispersão coloidal de uma fase asfáltica em uma fase aquosa (direta), ou, então, uma fase aquosa dispersa em uma fase asfáltica (inversa), com ajuda de um agente emulsificante. São obtidas combinando com água o asfalto aquecido, em um meio intensamente agitado, e na presença dos emulsificantes, que têm o objetivo de dar uma certa estabilidade ao conjunto, de favorecer a dispersão e de revestir os glóbulos de betume de uma película protetora, mantendo-os em suspensão. Para a fabricação das emulsões são utilizados equipamentos que realizam uma agitação intensa a fim de obter as dispersões mais finas e mais estáveis possíveis. São utilizados na fabricação os moinhos coloidais, moinhos de bolas, homogeneizadores, agitadores mecânicos, misturadores, emulsionadores por injeção etc. Os emulsificantes ou produtos tensoativos utilizados na fabricação das emulsões são divididos em duas grandes categorias: aniônicos e catiônicos. Os emulsificantes aniônicos são sabões onde um ânion orgânico está associado a um álcali, como por exemplo o estearato de sódio. É solúvel no betume, conferindo aos glóbulos de betume na emulsão uma carga elétrica negativa, mantendo-os separados. As emulsões obtidas com esses emulsificantes são denominadas de Emulsões Aniônicas. Os emulsificantes catiônicos, que são geralmente os sais de amina, conferem aos glóbulos de betume uma carga elétrica positiva, dando origem as Emulsões Catiônicas. Os emulsificantes são adicionados em pequena quantidade, da ordem de 1,5% em peso, sobre a emulsão, enquanto que o material betuminoso constitui cerca de 60% do produto.