P x. τ v τ h. σ h. τ vh. σ V

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1 5. ENSAIO DE RESILIÊNCIA 5.1 Definição O termo resiliência significa energia armazenada em um corpo deformado elasticamente, que é desenvolvida quando cessam as tensões causadoras das deformações; ou seja, é a energia potencial de deformação. (Medina, 1997) 5.2 Ensaios de cargas repetidas A força aplicada atua sempre no mesmo sentido de compressão, de um valor zero até um máximo, voltando a anular-se ou atingir um valor mínimo definido para voltar a atuar após pequeno intervalo de repouso (fração de segundo), de maneira a reproduzir as condições de campo. A amplitude e o tempo de pulso dependem da velocidade do veículo e da profundidade em que são calculadas as tensões e deformações produzidas. A freqüência representa o volume ou fluxo de veículos (Medina, 1997). O estado de tensões em um elemento do subleito ou de camada do pavimento varia com a posição da carga móvel P. A aplicação de uma carga vertical leva ao surgimento de uma tensão vertical (σ v ) e uma tensão horizontal(σ h ), conforme mostrado na figura 5.1. P x PAVIMENT SUBLEITO σ h τ v τ h σ V τ h σ h τ vh σ V Figura 5.1 Tensões normais e tangenciais (Medina, 1997). Os ensaio drenados são comumentes usados por simularem melhor as condições de campo. No entanto é difícil medir a pressão negativa da água nos poros (sucção) e obter-se as pressões efetivas, pois os materiais costumam ficar parcialmente saturados, assim sendo os resultados são expressos em termos de pressões totais (Medina, 1997). O módulo resiliente no ensaio triaxial de cargas repetidas é definido com a tensão desvio σ d = (σ 1 - σ 3 ) dividido pela deformação resiliente axial (vertical) ε 1 ou ε r. M R = σ d / ε 1 com ε 1 = h/ h o onde h é o deslocamento vertical máximo e h o é o comprimento inicial de referência do corpo de prova cilíndrico. Verifica-se na figura 7 que a cada aplicação de tensão desvio, a deformação axial tem uma parcela pequena de natureza plástica ou permanente (ε p ), sendo: ε t = ε r + ε p 1/1

2 Tempo de 1s; freq. de 1 0,1 s δ r δ r δ p δ p Referência inicial do ensaio Σδ p δ r = deslocamento resiliente (recuperável); δ p = deslocamento permanente ou plástico Σδ p = deslocamento permanente acumulado Figura 5.2 Registro oscilográfico do ensaio de cargas repetidas (Medina, 1997). Na determinação do módulo resiliente somente a parcela ε r (recuperável) é considerada. O ensaio é realizado com corpos de prova não saturados, geralmente em condições de drenagem livre. Na figura 5.3 está apresentado o equipamento de ensaio O ensaio é realizado com corpo de prova obtido de bloco de amostra indeformada ou compactada em laboratório, sendo que o diâmetro do molde deve ser superior ou igual a 4 vezes o diâmetro máximo das partículas de solo e sua altura guardar uma relação de aproximadamente 2 vezes o diâmetro (DNER-ME 131/94). O equipamento é constituído de uma célula triaxial, sistema de controle e registro das deformações e um sistema pneumático de carregamento. A força vertical axial é aplicada de modo alternado no topo da amostra através de um pistão, de maneira que a passagem do ar comprimido pelo regulador de pressão atua diretamente sobre uma válvula ligada a um cilindro de pressão. A abertura da válvula permite a pressão do ar no corpo de prova que está envolto por uma membrana impermeável. Fechando-se a válvula, a pressão do ar cessa. O tempo de abertura da válvula e a freqüência desta operação podem ser controlados por um dispositivo mecânico digital. As deformações resilientes são medidas através dos LVDTs (linear variable diferential transducers par de transdutores mecânico-eletromagnéticos) que estão acoplados ao corpo de prova (Pinto & Preussler, 2001). No Brasil os módulos têm sido determinados com repetição do carregamento de aproximadamente 200; freqüência de 20 a 60 solicitações por minuto; duração de 0,10 a 0,15 segundos e freqüência entre 1 e 3 Hz (Pinto & Preussler, 2001; Medina, 1997). Os resultados são apresentados na forma gráfica, sendo que na ordenada, em escala logarítmica estão os valores dos módulos de resiliência (MR) e no eixo das abcissas, também em escala logarítmica, os valores das tensões confinantes. Através da análise de regressão obtêm-se equações do tipo: MR = k1 - σ k2 3 (vide figura 5.4 (a)) para solos arenosos ou pedregulhosos ou MR = k2 + k3 (k1 - σ d ) k1 > σ d 2/2

3 MR = k2 + k4 (σ d k1)k1 < σ d para solos argilosos ou siltosos (figura 5.4(b). onde k1, k2, k3 e k4 são parâmetros do solo ensaiado. Figura 5.3 Equipamento de ensaio de resiliência (ELE, 1999) MÓDULO DE RESILIÊNCIA (kpa) k2 k2 1 MR = k1 σ 3 MÓDULO DE RESILIÊNCIA (kpa) k2 1 k1 MR = k2 + k3 (k1 - σ d ) k1 >σ d MR = k2 + k4 (σ d k1) k1<σ d k3 1 k TENSÃO CONFINANTE σ 3 (kpa) TENSÃO DESVIO σ d (kpa) (a) (b) 3/3

4 Figura 5.4 Módulo de resiliência versus tensão confinante (a) solo arenoso ou pedregulhoso e (b) solos argiloso ou siltoso (Medina, 1997). Na figura 5.5 está apresentada a variação do módulo de resiliência em função do Mini- CBR de alguns solos lateríticos e saprolíticos. Fatores que afetam o módulo resiliente dos solos granulares: a) número de repetições da tensão-desvio: depende do índice de vazios, da densidade do material, do grau de saturação e do valor da tensão repetida aplicada; b) história de tensões: deformações permanente iniciais. Os solos não coesivos adquirem rigidez através da repetição do carregamento. Em um dado momento o solo apresenta comportamento quase elástico com MR constante; c) duração e freqüência do carregamento: a duração é função da velocidade dos veículos. A freqüência é função das condições de tráfego. Até 40 aplicações por minuto tem pouca influência; d) nível de tensão aplicada: varia muito com a pressão confinante em solos não coesivos e pouco com a pressão de desvio. Fatores que afetam o módulo resiliente dos solos finos coesivos: a) número de repetição da tensão-desvio e história das tensões: com o carregamento repetido ocorre o rearranjo estrutural levando a um acréscimo do peso específico; b) duração e freqüência de aplicação das cargas: para freqüências entre 20 e 60 aplicações por minuto e duração entre 0,86 e 2,86 segundos não exerce influência; c) umidade e massa específica de moldagem: quanto maior o teor de umidade, menor é o módulo resiliente; d) tixotropia dos solos argilosos: após algumas repetições de carga o ganho de rigidez não é significativo; e) nível de tensão: no caso de solos coesivos varia muito pouco com a pressão confinante e muito com a de desvio. 4/4

5 Figura 5.5 Variação do módulo de resiliência em função do Mini-CBR de alguns solos lateríticos e saprolíticos (Franzoi, 1990) 5/5

6 Classificação dos solos finos quanto à resiliência Os solos finos coesivos que com freqüência é encontrado em subleito ou em camadas de reforço do subleito são classificados, de acordo com os parâmetros de resiliência determinados em ensaios triaxiais em: solos tipo I: solos com baixo grau de resiliência apresentam bom comportamento como subleito. Sua utilização como reforço de subleito requer estudos e ensaios especiais; solos tipo II: solos com grau de resiliência intermediário apresentam comportamento regular como subleito. Sua utilização como reforço de subleito requer estudos e ensaios especiais; solos tipo III: solos com grau de resiliência elevado não é aconselhável seu emprego em camadas de pavimentos. Como subleito requerem cuidados e estudos especiais. No quadro 5.1 está apresentada a classificação do solo em função da porcentagem de silte na fração fina (S), ou seja, da fração que passa na peneira de abertura nominal 0,075 mm e o valor da capacidade de suporte (CBR) correspondente (Pinto & Preussler, 2001). Quadro 5.1 Classificação do solo em função da fração passada na peneira nº 200 (pinto & Preussler, 2001) S (%) CBR (%) < a 65 > 65 > 10 I II III 6 a 9 II II III 2 a 5 III III III Onde: S = 100 (P1/P2) x 100 S = porcentagem de silte na fração fina que passa na peneira número 200 (0,075 mm); P1 = porcentagem em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,05 mm determinada na curva de distribuição granulométrica; P2 = porcentagem em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,075 mm, determinada na curva de distribuição granulométrica. Na figura 5.6 está apresentado o modelo de comportamento resiliente de solos fiinos, de acordo com a classificação I, II e III. M R II III I 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 σ d Figura Modelo de comportamento resiliente de solos finos (Pinto & Preussler, 2001). 6/6

7 Características resilientes dos solos É a parcela da deformabilidade resiliente das camadas do pavimento e do subleito que condiciona a vida de fadiga das camadas superficiais mais rijas, como o revestimento de concreto asfáltico, base de solo cimento, etc., sujeitas a flexões sucessivas. O módulo de resiliência de solos depende de sua natureza (constituição mineralógica, textura, plasticidade da fração fina) umidade, densidade e estado de tensões. Na figura 5.7 estão apresentados alguns modelos de comportamento resiliente de solos (observados no Brasil) Figura 5.7 Modelos de comportamento resiliente de solos observados no Brasil (Medina, 1997). Os solos saprolíticos siltosos micáceos e/ou caolínicos caracterizam-se por baixos valores de MR, independentemente da tensão de confinamento e da tensão de desvio. Valores de MR menores que 500 kgf/cm 2 são comuns nesse solos quando ensaiados nas condições de teor de umidade ótimo e massa específica aparente máxima da energia normal. (Nogami e Viilibor, 1995). Devido à complexidade do ensaio para determinação do módulo de resiliência, são utilizadas diversas correlações com o valor da capacidade de suporte (CBR). A proposta por Henukelon e Foster (1960) é a mais utilizada quando os valores de CBR são menores que 10%. MR = 100 x CBR (em kgf/cm 2 ) Medina e Mota (1989) apresentaram várias fórmulas que permitem avaliar as constantes de alguns modelos de comportamento resiliente de solos brasileiros. O PRO 269/94 Tecnapav foi desenvolvido para considerar o módulo de resiliência na avaliação estrutural de pavimentos flexíveis, assim como no dimensionamento de reforço dos mesmos. 7/7

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