Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 7)

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1 1 Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 7) Helio Marcos Fernandes Viana Tema: O módulo de resiliência do solo Conteúdo da parte 7 1 Introdução 2 O ensaio de compressão triaxial cíclico (ou ensaio de módulo de resiliência) 3 O módulo de resiliência e as tensões 4 O módulo de resiliência e a composição granulométrica do solo 5 O módulo de resiliência e a umidade do material 6 O módulo de resiliência e o processo de compactação

2 2 1 Introdução 1.1 Módulo de resiliência e sua importância Os métodos para o dimensionamento de pavimentos flexíveis como: o da NCHRP 1-37A (2004) e o proposto por Motta e Medina (1991); utilizam o módulo de resiliência (M R ) para caracterização mecânica dos materiais das camadas do pavimento e do subleito. Além do mais, considerando: A equação de fadiga do Asphalt Institute (1981 apud Huang 1993); t (deformação horizontal de tração no fundo da camada de asfalto); As camadas do pavimento compostas por materiais elásticos; e Uma análise do pavimento em termos de tensões e deformações. É possível afirmar que o módulo de resiliência dos materiais é importante para análise estrutural dos pavimentos rodoviários. 1.2 Outros trabalhos destacam a importância do módulo de resiliência HUANG (1993) apresenta uma metodologia de projeto para pavimentos flexíveis considerando os módulos de resiliência da camada de asfalto, da base, da subbase e do subleito. Segundo Qiu, Dennis e Elliot (2000), o módulo de resiliência têm sido usado para definir a contribuição do subleito nas deformações do pavimento. 1.3 Módulo de resiliência do solo seu conceito e sua determinação O módulo de resiliência é uma propriedade mecânica do solo que corresponde à medida de uma deformação elástica. Na forma clássica, o módulo resiliência é definido pela seguinte expressão: σ d MR (1.1) ε em que: M R = módulo de resiliência; d = 1-3 = tensão de desvio atuante no corpo-de-prova; 1 = tensão axial cíclica atuante no corpo-de-prova; 3 = tensão de confinamento atuante no corpo-de-prova; e r = deformação recuperável ou resiliente que sofre o corpo-de-prova. OBS(s). a) O ensaio empregado para obtenção do M R é o ensaio de compressão triaxial cíclico; e b) A deformação recuperável ou resiliente é uma deformação elástica, que o corpode-prova sofre, após passar por uma deformação plástica para um determinado estado de tensão de compressão axial cíclica como ilustra a Figura 1.1. r

3 3 Figura Deformação resiliente ou recuperável em ensaio triaxial cíclico 2 O ensaio de compressão triaxial cíclico (ou ensaio de módulo de resiliência) 2.1 Introdução ao ensaio triaxial cíclico O ensaio triaxial cíclico caracteriza os materiais de construção do pavimento e o solo do subleito para uma variedade de condições (de umidade, densidade e estados de tensões). O ensaio triaxial cíclico é utilizado para determinar o módulo de resiliência do solo, e é baseado na norma AASHTO T307-99, e é executado em corpos-de-prova de solo compactados nas energias de Proctor: modificada, intermediária ou normal.

4 4 Durante o ensaio, um corpo-de-prova cilíndrico é submetido a uma tensão confinante estática (fornecida por meio de uma câmara de pressão triaxial) e também às tensões cíclicas axiais. Também durante o ensaio triaxial cíclico, tem-se que: a) Um ciclo de carregamento dinâmico (ou cíclico) que é aplicado ao corpo-de-prova consta de 1,0 seg., sendo: 0,1 seg. de carga após um período de repouso de 0,9 seg.. b) Cada deslocamento axial resiliente (recuperável) do corpo-de-prova (ou amostra) durante o carregamento cíclico é medido, e então, é calculado o módulo de resiliência do solo. 2.2 Principais equipamentos utilizados para realizar o ensaio triaxial cíclico são: Os principais equipamentos utilizados para realizar o ensaio triaxial cíclico a) Câmara de pressão triaxial Tal câmara permite simular o estado de tensão que atua no solo no campo; Além disso, a câmara é feita de material transparente para permitir a observação do corpo-de-prova ensaiado. b) Dispositivo de carga axial Tal dispositivo é um carregador instalado no topo do corpo-de-prova, o qual é capaz de aplicar repetidos ciclos de carga no corpo-deprova durante o ensaio. c) Dispositivo medidor de carga axial Tal dispositivo é uma célula de carga eletrônica, que permite leitura dos carregamentos cíclicos aplicados ao corpo-deprova durante o ensaio triaxial cíclico. d) Dispositivo medidor de pressão na câmara triaxial Tal dispositivo é um transdutor (ou medidor ou leitor) eletrônico de pressão, que realiza as leituras de pressão na câmara de pressão triaxial durante o ensaio. e) Dispositivo medidor de deslocamentos axiais Tal dispositivo é um LVDT (linear variable differential transducer) ou leitor eletrônico de deslocamentos, que realiza a leitura dos deslocamentos do corpo-de-prova durante o ensaio. f) Computador Tal equipamento registra as leituras efetuadas pelos dispositivos medidores, realiza cálculos do ensaio e, finalmente, fornece as equações dos modelos para o cálculo do módulo de resiliência do material (solo). A Figura 2.1 ilustra um esquema de um ensaio triaxial cíclico e as tensões atuantes no corpo-de-prova durante o ensaio.

5 5 Figura Esquema de um ensaio triaxial cíclico e as tensões atuantes no corpo-de-prova A Figura 2.2 mostra uma presa automatizada utilizada para realização do ensaio triaxial cíclico, a prensa mostrada na Figura 2.2 é a Loadtrac II.

6 6 Figura Prensa de carregamento cíclico Loadtrac II A Figura 2.3 mostra, respectivamente, a prensa automatizada (Loadtrac II) e um corpo-de-prova instalado na câmara triaxial.

7 7 Figura Corpo-de-prova instalado na câmara triaxial 2.3 Níveis de tensão que são aplicados ao corpo-de-prova durante o ensaio triaxial cíclico i) Níveis de tensão para o ensaio de materiais de base e subbase A Tabela 2.1 apresenta os níveis de tensão de desvio e de confinamento, e ainda o número de ciclos de aplicação de carga, que são utilizados nos ensaios triaxiais cíclicos e que estão em conformidade com a norma AASHTO T para materiais de base e subbase (ou seja, para materiais compactados na energia intermediária ou modificada de Proctor). OBS. Na Tabela 2.1, tem-se que: Tensão de desvio = Tensão axial máxima - Tensão de contato, sendo que a tensão de contato é para manter o dispositivo de carregamento axial em contato permanente com o corpo-de-prova. E a Tensão principal maior ( 1 ) = 3 + d. ii) Níveis de tensão para o ensaio de materiais de subleito A Tabela 2.2 apresenta os níveis de tensão de desvio e de confinamento, e ainda o número de ciclos de aplicação de carga, que são utilizados nos ensaios triaxiais cíclicos e que estão em conformidade com a norma AASHTO T para materiais de subleito (ou seja, para materiais compactados na energia normal de Proctor).

8 8 Tabela Níveis de tensão de desvio e de confinamento, e ainda o número de ciclos de aplicação de carga, que são utilizados nos ensaios triaxiais cíclicos e que estão em conformidade com a norma AASHTO T para materiais de base e subbase Sequência Tensão de Tensão Tensão Tensão Número de n. o confinamento máxima de contato de desvio aplicações 3 (kpa) a (kpa) c (kpa) d (kpa) de carga 0 103,4 103,4 10,3 93, ,7 20,7 2,1 18, ,7 41,4 4,1 37, ,7 62,1 6,2 55, ,5 34,5 3,5 31, ,5 68,9 6,9 62, ,5 103,4 10,3 93, ,9 68,9 6,9 62, ,9 137,9 13,8 124, ,9 206,8 20,7 186, ,4 68,9 6,9 62, ,4 103,4 10,3 93, ,4 206,8 20,7 186, ,9 103,4 10,3 93, ,9 137,9 13,8 124, ,9 275,8 27,6 248,2 100 Tabela Níveis de tensão de desvio e de confinamento, e ainda o número de ciclos de aplicação de carga, que são utilizados nos ensaios triaxiais cíclicos e que estão em conformidade com a norma AASHTO T para materiais de subleito Sequência Tensão de Tensão Tensão Tensão Número de n. o confinamento máxima de contato de desvio aplicações 3 (kpa) a (kpa) c (kpa) d (kpa) de carga 0 41,4 27,6 2,8 24, ,4 13,8 1,4 12, ,4 27,6 2,8 24, ,4 41,4 4,1 37, ,4 55,2 5,5 49, ,4 68,9 6,9 62, ,6 13,8 1,4 12, ,6 27,6 2,8 24, ,6 41,4 4,1 37, ,6 55,2 5,5 49, ,6 68,9 6,9 62, ,8 13,8 1,4 12, ,8 27,6 2,8 24, ,8 41,4 4,1 37, ,8 55,2 5,5 49, ,8 68,9 6,9 62,0 100

9 9 2.4 Tipo de solos utilizados nos ensaio triaxiais cíclicos e dimensões dos corpo-de-prova Os solos utilizados nos ensaios triaxiais cíclicos podem ser classificados como material tipo I ou material tipo II; Assim sendo, tem-se que: i) Materiais ou solos tipo I Materiais tipo I são materiais para bases, subbases e subleito com as seguintes características: a) O material apresenta menos de 70% passando na peneira de malha 2,00 mm (ou número 10); e b) O material apresenta menos que 20% passando na peneira de malha 0,075 mm (ou número 200); e c) O material apresenta índice de plasticidade igual ou menor que 10%. De acordo com a norma AASHTO T , os corpos-de-prova do material tipo I podem apresentar: 150 mm de diâmetro e 300 mm de altura. ii) Materiais ou solos tipo II Materiais tipo II são materiais para bases, subbases e subleito, que não se enquadram no critério para materiais tipo I. De acordo com a norma AASHTO T , os corpos-de-prova do material tipo II podem apresentar 71 mm de diâmetro e 142 mm de altura. 2.5 Teores de umidade de compactação dos corpos-de-prova utilizados nos ensaios triaxiais cíclicos Os corpos-de-prova de materiais tipo I, quando compactados deverão apresentar teores de umidade no máximo iguais a ± 1,00% do teor de umidade ótimo do material (obtido em ensaio de compactação no laboratório). Os corpos de prova de materiais tipo II, quando compactados deverão apresentar teores de umidade no máximo iguais a ± 0,50% do teor de umidade ótimo do material (obtido em ensaio de compactação no laboratório). 2.6 Peso específico úmido de compactação dos corpos-de-prova utilizados nos ensaios triaxiais cíclicos Os corpos-de-prova de materiais tipo I e materiais tipo II, quando compactados deverão apresentar peso específico úmido máximo iguais a ± 3,00% do peso específico úmido máximo do material (obtido em ensaio de compactação no laboratório).

10 10 OBS. De acordo com Viana (2007), a exigência da AASHTO T quanto ao peso específico de compactação de corpos-de-prova, também é satisfeita quando os corpos-de-prova apresentam um grau de compactação, GC, entre 100% ± 2%. 2.7 Transporte de corpos-de-prova de materiais tipo II Para transportar corpos-de-prova de materiais tipo II, entre laboratórios localizados em cidades distintas, pode-se proceder como se segue: a) Devem ser moldados no mínimo 2 (dois) corpos-de-prova de um mesmo solo para a viagem, pois se um corpo-de-prova se romper na viagem, o outro corpo-de-prova pode ser utilizado no ensaio. b) Após a moldagem dos 2 (dois) corpos-de-prova; Então, cada um dos 2 (dois) corpos-de-prova moldados deve ser devidamente envolto com três camadas de plástico filme e identificados com etiqueta. c) Na sequência, para transportar os corpos-de-prova do laboratório de uma cidade para o laboratório da outra cidade; Então, os corpos-de-prova devem ser envolvidos em duas camadas de plástico bolha, e depositados em caixas de isopor revestidas com almofadas como ilustra a Figura 2.4. d) Finalmente, ao chegarem ao destino, os corpos-de-prova devem ser retirados das caixas de isopor, envolvidos em saco plástico e armazenados na câmara úmida do laboratório da cidade de destino, como mostra a Figura 2.5, onde devem permanecer até a realização dos ensaios. Figura Corpos-de-prova na caixa de isopor com almofadas

11 11 Figura Exemplo de corpos-de-prova armazenados em câmara úmida de um Laboratório 2.8 Teor de umidade a ser empregado no ensaios triaxiais cíclicos realizados no Brasil Motta e Medina (1991) propuseram que os materiais, no Brasil, fossem caracterizados quanto às deformações resilientes e permanentes na umidade ótima e massa específica seca máxima correspondente à energia adequada à camada considerada. OBS(s). a) Para subleito geralmente a energia considerada é a energia normal de Proctor; e b) Para as camada de base e subbase as energias consideradas são a energia intermediária de Proctor ou a energia modificada de Proctor. 3 O módulo de resiliência e as tensões 3.1 Introdução ao tema o módulo de resiliência e as tensões Pode-se constatar, tanto no Guide for Design of Pavement Structures da AASHTO (1986) como no Guide For Mechanistic - Empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures (NCHRP 1-37A, 2004), que o módulo de resiliência é influenciado pelo estado de tensão atuante no solo.

12 12 A constatação que o módulo de resiliência depende das tensões atuantes no solo é ratificada pelos resultados de experimentos apresentados nos trabalhos de Mota, Aranovich e Cerrati (1985); Jorenby e Hicks (1986) e Drumm, Poku e Pierce (1990). Geralmente, o módulo de resiliência apresenta um comportamento não linear com a variação do estado de tensão atuante no solo (Hicks e Monismith 1971; Uzan 1985). As mudanças do estado de tensão atuantes no solo podem ser atribuídas a diversas causas, entre elas: carregamentos externos, alterações das espessuras das seções transversais das camadas e diferenças do peso específico dos materiais das camadas do pavimento. 3.2 Modelos para representar o módulo de resiliência com base em tensões atuantes no solo Há vários modelos para representar o comportamento do módulo de resiliência em função das tensões atuantes no solo. Uma das características desses modelos é a necessidade dos resultados do ensaio triaxial cíclico para serem calibrados (determinação das suas constantes de regressão). Ultimamente, coincidindo com avanço da computação eletrônica, têm surgido modelos mais sofisticados com mais componentes de tensão e maior número de constantes de regressão Modelos de Hicks e Monismith (1971) Os primeiros modelos usados para representar o módulo de resiliência foram apresentados por Hicks e Monismith (1971). Nesses modelos, o módulo de resiliência dos materiais granulares (grossos) relacionava-se com a tensão confinamento ou com a soma das tensões principais (primeiro invariante de tensão) de acordo as eq.(3.1) e eq.(3.2) respectivamente. M k. σ R 1 k 2 3 (3.1) M k R 1.θ k 2 (3.2) em que: M R = módulo de resiliência; K 1 e k 2 = constantes de regressão do modelo obtidas com os resultados do ensaio triaxial cíclico; 3 = tensão de confinamento; e = = tensão volumétrica ou primeiro invariante de tensão.

13 13 Percebe-se, na eq. (3.1), que o módulo de resiliência se relaciona de forma não linear com a tensão de confinamento a qual no ensaio triaxial cíclico não é responsável diretamente pelo cisalhamento ou pela geração de deformações angulares no material. OBS. As constantes de regressão do modelo (k 1 e k 2 ) são facilmente obtidas com base nos resultados do ensaio triaxial cíclico, e com a utilização de um programa estatístico que realiza regressões não lineares Modelo de Uzan (1985) Uzan (1985) apresentou um modelo, eq.(3.3), que levava em conta a tensão de desvio e buscava considerar as tensões cisalhantes atuantes no solo. Ele concluiu que o modelo apresentava boa concordância com o comportamento dos materiais granulares (grossos). M k k R 1.θ.σd 2 k 3 (3.3) em que: M R = módulo de resiliência; K 1, k 2 e k 3 = constantes de regressão do modelo; d = 1-3 = tensão de desvio; d > 0,1. 3 ; e = = tensão volumétrica ou primeiro invariante de tensão Modelo de Witczak e Uzan (1988) Witczak e Uzan (1988 apud TUTUMLUER; MEIER, 1996) desenvolveram um modelo considerando o primeiro invariante e a tensão cisalhante octaédrica, como mostra a eq.(3.4). MR k1. Pa Pa k oct. Pa 2 k 3 (3.4) em que: M R = módulo de resiliência; K 1, k 2 e k 3 = constantes de regressão do modelo; Pa = pressão atmosférica, geralmente 101,3 KPa; = = tensão volumétrica ou primeiro invariante de tensão; e OCT = tensão cisalhante octaédrica, conforme eq.(3.5) a seguir.

14 14 oct 2 2 σ σ σ σ σ σ (3.5) No caso de ensaio triaxial 2 = 3 e como d = 1-3, tem-se: oct d. 2 3 (3.6) em que: 1 = tensão principal maior ou tensão axial; 2 = tensão intermediária; 3 = tensão de confinamento ou tensão principal menor; d = 1-3 = tensão de desvio; e OCT = tensão cisalhante octaédrica. A eq.(3.4) guarda semelhança com a eq.(3.3), pois ambas apresentam a tensão volumétrica e também a tensão de desvio. O modelo da eq.(3.4) possui o primeiro invariante de tensão que se relaciona, muitas vezes, às deformações volumétricas e contém a tensão cisalhante octaédrica, responsável pelas deformações angulares ou distorções atuantes no plano octaédrico. OBS. Plano octaédrico é um plano localizado no interior do paralelepípedo espacial imaginário que é perpendicular ao eixo que atua a tensão normal octaédrica Modelo combinado (ou composto) Um outro modelo, eq.(3.7), encontrado na literatura recebe a designação de modelo combinado (ou composto), tal modelo propõe que o módulo de resiliência depende da tensão de confinamento e da tensão de desvio. M k R k k 3 d (3.7) em que: M R = módulo de resiliência; k 1, k 2 e k 3 = constantes de regressão do modelo; 3 = tensão de confinamento ou tensão principal menor; e d = 1-3 = tensão de desvio.

15 15 4 O módulo de resiliência e a composição granulométrica do solo 4.1 Introdução do estudo da influencia da granulometria do solo no módulo de resiliência A influência da composição granulométrica dos solos no módulo de resiliência tem sido investigada já há algum tempo. Assim sendo, tem-se que: i) De acordo com Hicks e Monismith (1971), o módulo de resiliência é influenciado pela porcentagem de material que passa na peneira de número 200. ii) Segundo Visser et al. (1994), certas areias naturais têm o módulo de resiliência consideravelmente mais elevado do que os solos argilosos. 4.2 Trabalho de Rodrigues (1997) Resultados apresentados no trabalho Rodrigues (1997) indicaram que, na umidade ótima e em diferentes níveis de tensão de desvio, sempre o solo mais arenoso (A-2-6) apresentava módulos de resiliência mais elevados do que o solo mais argiloso (A-4). A diferença entre os módulos de resiliência dos dois materiais considerados chegou a 100%. 4.3 Trabalho de Jorenby e Hicks (1986) Jorenby e Hicks (1986) avaliaram o comportamento do módulo de resiliência, quanto à influência da adição de material fino em um agregado granular usado para base (um agregado britado de rocha ígnea intrusiva), cuja granulometria é apresentada na Tabela 4.1. Tabela Composição granulométrica do agregado britado da rocha ígnea intrusiva (Fonte: Jorenby e Hicks, 1986) Peneira 1 in. ( 25,0 mm ) 3/4 in. ( 19,0 mm ) 1/2 in. ( 12,5 mm ) 3/8 in. ( 9,38 mm ) N. o 4 ( 4,75 mm ) N. o 8 ( 2,36 mm ) N. o 30 ( 0,600 mm ) N. o 100 ( 0,150 mm ) N. o 200 ( 0,075 mm ) % Passando em peso 100,0 84,0 74,0 64,5 48,0 36,0 21,5 8,5 5,5

16 16 O material selecionado por Jorenby e Hicks (1986) para ser adicionado como fino na brita foi um solo argiloso de baixa plasticidade de subleito, o qual apresentava as seguintes características: a) Solo A-7-6 pela classificação HRB (atual TRB); b) Solo com LL = 45,3%; c) Solo com LP = 22,9%; e d) Solo com 90,2% passando na peneira N. o 200. No trabalho, Jorenby e Hicks (1986) utilizaram porcentagens de material fino adicionado na brita iguais a 2, 4, 6, 8 e 19,5%, e a mistura material fino e brita foram compactadas em torno de 95% do peso específico seco máximo. Os resultados obtidos por Jorenby e Hicks (1986), apresentados na Figura 4.1, apontaram que: a) O módulo de resiliência da mistura aumentava com o acréscimo da porcentagem de finos adicionada ao agregado britado, até um valor máximo do módulo de resiliência que ocorre para 6% de material fino; e b) Para mistura com um acréscimo de finos de 8%, observou-se uma queda significativa do módulo de resiliência. Como resultado do trabalho, Jorenby e Hicks (1986) concluíram que a adição de material fino na brita em questão deve ser no máximo até 6%. Figura Variação do módulo de resiliência com adição de finos em um agregado britado de rocha ígnea (Fonte: JORENBY e HICKS, 1986)

17 Trabalho de Barksdale e Itani (1989) Barksdale e Itani (1989) pesquisaram cinco tipos materiais (gnaissegranítico, cascalho, folhelho, quartzito e calcário) quanto ao comportamento para base de pavimentos. No estudo, Barksdale e Itani (1989) consideraram três granulometrias: grossa, média e fina, apresentadas na Tabela 4.2 apresentadas a seguir. Quanto à moldagem dos corpos-de-prova, aplicou-se a compactação por vibração, na energia modificada para seis camadas de material. OBS. Na compactação por vibração tem-se que o corpo-de-prova é construído em camadas de solo de mesma massa. Ainda, cada camada de solo depositada no molde é coberta previamente com a cabeça de um vibrador que aplica a vibração, até quando seja alcançada uma altura preestabelecida para camada. Tabela As composições granulométricas consideradas no estudo dos materiais para base (Fonte: Barksdale e Itani, 1989) Distribuição granulométrica Graduação Percentagem passando 1,5 in 3/4 in 3/8 in N. 4 N. 40 N. 200 Grossa Média Fina Finalmente, para o solo tipo gnaisse-granítico Barksdale e Itani (1989) constataram que o módulo de resiliência diminuiu cerca de 60%, quando a composição granulométrica se tornou mais fina (com o aumento da quantidade de finos de 0 para 10%). A Figura 4.2 mostra a influência da composição granulométrica no módulo de resiliência do solo tipo gnaisse-granítico estudado por Barksdale e Itani (1989), pode-se observar na Figura 4.2 que quanto mais grosso o material maior será o valor do módulo de resiliência.

18 18 Figura Influência da composição granulométrica no módulo de resiliência material gnaisse-granítico de base de pavimento (Barksdale e Itani, 1989) 5 O módulo de resiliência e a umidade do material 5.1 Introdução do estudo da influencia da umidade do solo no módulo de resiliência É importante avaliar a influência da água sob o valor do módulo de resiliência dos materiais da base, subbase e subleito, pois a diminuição dos módulos de resiliência dessas camadas contribui para o surgimento de deformações excessivas de tração, na parte inferior da camada de asfalto, favorecendo o aparecimento de trincas de fadiga camada asfáltica. A seguir, serão apresentados diversos estudos relacionados à influência do teor de umidade no valor do módulo de resiliência dos solos. 5.2 Trabalho de Elliott e Thornton (1988) Elliott e Thornton (1988) avaliaram a influência do teor de umidade na estimativa do módulo de resiliência de um solo fino do Estado do Arkansas (EUA) para diferentes tensões de confinamento (0 kpa, 21 kpa e 42 kpa). A Tabela 5.1 apresenta as principais características do solo utilizado no estudo de Elliott e Thornton (1988), o qual é denominado solo Jackport.

19 19 Tabela As características do solo fino do Estado do Arkansas (EUA) utilizado no trabalho (Fonte: Elliott e Thornton, 1988) Identificação do Solo r máx w ot LL IP (g/cm 3 ) (%) (%) (%) Granulometria (% passando) N. 4 N. 10 N. 40 N. 80 N. 200 Jackport 1, A Figura 5.1 apresenta os resultados obtidos no ensaio com o solo fino do Arkansas. Verifica-se que o módulo de resiliência diminui com o aumento do teor de umidade. Além disso, observa-se que o efeito da tensão de confinamento tende a diminuir com o aumento do teor de umidade. Figura Variação do módulo de resiliência de um solo fino do Arkansas com o teor de umidade (Fonte: Elliott e Thornton, 1988) 5.3 Trabalho de Mohammad et al. (1995) Para estudar o efeito do teor de umidade sobre o módulo de resiliência, Mohammad et al. (1995) utilizaram uma argila siltosa (A-7-6), ainda, corpos-de-prova compactados na energia normal e em três níveis de umidade diferentes (abaixo e acima do Wot, e próximo do Wot).

20 20 A Figura 5.2 mostra a variação do módulo de resiliência com o teor de umidade para ensaios realizados com o solo argiloso siltoso em uma tensão de confinamento de 42 kpa. Verifica-se, nesta figura, que os valores dos módulos de resiliência decrescem consideravelmente com o acréscimo da umidade. OBS. Mohammad et al. (1995) atribuíram o efeito da diminuição do módulo de resiliência com a umidade ao aumento da pressão neutra positiva com o acréscimo do teor de umidade, pois os valores mais altos da pressão neutra diminuem a tensão efetiva e a resistência ao cisalhamento dos corpos-de-prova de argila, resultando em um módulo de resiliência menor. Figura Variação do MR com o teor de umidade para solo argiloso siltoso tipo A-7-6 (Fonte: Modificada de Mohammad et al., 1995) 5.4 Outros trabalhos que consideram a influência da umidade no módulo de resiliência do solo Thadkamalla e George (1995) investigaram o efeito da saturação no valor do módulo de resiliência de amostras de solos de subleito compactadas no laboratório. Rodrigues (1997) estudou a Influência da umidade nos valores dos módulos de resiliência de materiais típicos do subleito de pavimentos do Estado do Rio Grande do Sul. Janoo e Shepherd (2000) estudaram os efeitos da variação da umidade, in situ, sobre o módulo de resiliência do subleito de pavimentos do Estado de Montana (EUA).

21 21 6 O módulo de resiliência e o processo de compactação 6.1 Introdução do estudo da influência do processo de compactação do solo no módulo de resiliência A energia mecânica, aplicada ao solo no processo de compactação, contribui para expulsão do ar dos poros do solo, com isso ocorre a diminuição do índice de vazios e o aumento do peso específico do solo. A compactação promove o aumento da resistência ao cisalhamento do solo e a diminuição da sua permeabilidade. A importância do processo de compactação, na construção de rodovias, torna indispensável à avaliação da influência desse processo sobre o módulo de resiliência. A seguir, serão apresentados alguns trabalhos que consideram a influência do processo de compactação no módulo de resiliência. 6.2 Trabalho de Hicks e Monismith (1971) Hicks e Monismith (1971) estudaram a influência do peso específico no módulo de resiliência. No estudo, foram utilizados dois materiais para base: Um cascalho bem graduado parcialmente britado e uma pedra britada bem graduada. Também foram considerados três níveis granulométricos (grosso, médio e fino) e diferentes densidades. Hicks e Monismith (1971) verificaram que: a) Para o cascalho parcialmente britado e bem graduado, o módulo de resiliência aumentava com o acréscimo do peso específico; e b) Para brita bem graduada, o peso específico tem pequena influência sobre o módulo de resiliência. 6.3 Trabalho de Rada e Witczak (1981) para peso específico Rada e Witczak (1981) avaliaram seis categorias de materiais granulares (areias siltosas, cascalhos arenosos, misturas de areias com outros agregados, pedra britada, calcários e escórias de siderurgia) e relataram que o aumento do peso específico do material faz aumentar o módulo de resiliência.

22 Trabalho de Barksdale e Itani (1989) Pesquisando um material para base, agregado granular gnaisse-granítico, Barksdale e Itani (1989) verificaram que, com o acréscimo do peso específico do material do material, de 95% para 100%, o módulo de resiliência aumentou, de 50% a 160%, considerando-se um baixo nível de tensão volumétrica correspondente a 69 kn/m 2 (kpa). Ainda segundo Barksdale e Itani (1989), para um valor elevado de tensão volumétrica, 690 kn/m 2, o efeito do acréscimo do peso específico foi menor; Pois, com o acréscimo do peso específico do material do material, de 95% para 100%, o módulo de resiliência aumentou em torno de 15% a 25%. 6.5 Trabalhos de Bernucci (1995) e Carmo (1998) Estudos apontam que a elevação do nível da energia de compactação causa o aumento do módulo de resiliência dos solos. Resultados apresentados por Bernucci (1995) e, também por Carmo (1998) mostraram que o módulo de resiliência de um solo A-2-4 e LA, laterítico arenoso, aumentou significativamente, com o acréscimo da energia de compactação; e que esse incremento foi mais acentuado com o aumento da tensão de confinamento. 6.6 Trabalho de Zaman et al. (1994) Zaman et al. (1994) estudaram a influência do tipo de compactação no módulo de resiliência de um agregado calcário, encontrado no Estado de Oklahoma (EUA), empregado na construção de camadas de subbase e base. No estudo de Zaman et al. (1994), foram considerados 2 (dois) tipos de compactação (vibração e impacto); corpos-de-prova com dimensões diferentes (os menores com 10,16 cm x 23,5 cm, e os maiores com 15,24 cm x 30,48 cm) e a energia modificada de compactação. Finalmente, no estudo foi constado que: a) Os corpos-de-prova de 10,16 cm diâmetro compactados por impacto apresentam módulos de resiliência maiores do que aqueles compactados por vibração. b) Para corpos-de-prova de 15,24 cm o tipo de compactação teve efeito mínimo no módulo de resiliência.

23 Trabalho Muhanna et al. (1999) Para avaliar a influência do tipo de compactação no valor do módulo de resiliência Muhanna et al. (1999) utilizaram um solo A-6 e um solo A-5 comumente encontrados no Estado da Carolina do Norte (EUA) e compactações por amassamento e por impacto. Muhanna et. al. (1999) concluíram que tanto para o solo A-6 como para o solo A-5, os tipos de compactação, por amassamento e por impacto, não influenciaram no valor do módulo de resiliência; mesmo para níveis diferentes de tensão de desvio utilizadas no ensaio. OBS. Na compactação de amassamento tem-se que: de camada em camada, preenche-se o molde do corpo-de-prova com o solo. Nesse procedimento, é importante observar que cada camada depositada é empurrada, um número preestabelecido de vezes, com um amassador em uma pressão específica. A AASHTO T recomenda a utilização de cinco camadas de igual massa na moldagem dos corpos-de-prova. Referências bibliográficas AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS. Guide for design of pavement structures Washington, D.C, AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS. AASHTO T Determining the resilient modulus of soil and aggregate materials. Washington, D.C., [199-?]. BARKSDALE, R. D.; ITANI, S. Y. Influence of aggregate shape on base behavior. Trasportation Research Record, [S.I.], n. 1227, p , BERNUCCI, L. L. B. Considerações sobre o dimensionamento de pavimentos utilizando solos lateríticos para rodovias de baixo volume de tráfego. 237f. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, CARMO, C. A. T. A avaliação do módulo de resiliência através de ensaios triaxiais dinâmicos de dois solos compactados e a sua estimativa a partir de ensaios rotineiros. São Carlos. 131f. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, DRUMM, E. C.; BOATENG-POKU, Y.; PIERCE, J. Estimation of subgrade resilient modulus from standard tests. Journal of the Geotechnical Engineering, [S.I.], v. 116, n. 5, p , 1990.

24 24 ELLIOT, R. P.; THORNTON, S. I. Simplification of subgrade resilient modulus testing. Transportation Research Record, [S.I.], n. 1192, p. 1-7, HICKS, R. G.; MONISMITH, C. L. Factors influencing the resilient response of granular materials. Highway Research Record, [S.I], n. 345, p , HUANG, Y. H. Pavement analysis and design. New Jersey: Prentice Hall, p. JANOO, V.; SHEPHERD, K. Seasonal variation of moisture and subsurface layer moduli. Transportation Research Record, [S.I.], n. 1709, p , JORENBY, B. N.; HICKS, R. G. Base course contamination limits. Transportation Research Record, [S.I.], n. 1095, p , MOHAMMAD, L. N.; PUPPALA, J. A.; ALAVILLI, P. Resilient properties of laboratory compacted subgrade soils. Transportation Research Record, [S.I.], n. 1504, p , MOTTA, L. M. G.; ARANOVICH, L. A. S.; CERRATI, J. A. P. Comportamento resiliente de solos utilizados em pavimentos de baixo custo. Solos e Rochas, [S.I.], n. 3, v. 8, p , MOTTA, L. M. G.; MEDINA, J. Um método de dimensionamento de pavimentos flexíveis desenvolvido no Brasil. In: REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, 25., 1991, São Paulo, SP. Anais... São Paulo, SP: ABPv (Associação Brasileira de Pavimentação),1991. p MUHANNA, A. S.; RAHMAN, M. S.; LAMBE, P. C. Resilient modulus measurement of fine-grained subgrade soils. Trasportation Research Record, [S.I.], n. 1687, p. 3-12, NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (2004). NCHRP 1-37A - Guide for mechanistic-empirical design of new rehabilitated pavement structures - Final Report. Transportation Research Board. Illinois, QIU, Y.; DENNIS, N. D.; ELLIOT, R. P. Desing criteria for permanent deformation of subgrade soils in flexible pavements for low-volume roads. Soils and Foundations (Japanese Geotechnical Society), [S.I], v. 40, n. 1, p. 1-10, RADA, G.; WITCZAK, M. W. Comprehensive evaluation of laboratory resilient moduli results for granular materials. Transportation Research Record, [S.I.], n. 810, p , RODRIGUES, M. R. Influência da sucção no módulo de resiliência de solos típicos de subleito de pavimentos do Rio Grande do Sul. 105f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1997.

25 25 THADKAMALLA, G. B.; GEORGE, K. P. Characterization of subgrade soils at simulated fild moisture. Transportation Research Record, [S.I.], n. 1481, p , TUTUMLUER, E.; MEIER, W. R. Attempt at resilient modulus modeling using artificial neural networks. Trasportations Research Record, [S.I.], n. 1540, p. 1-6, VIANA, H. M. F. Estudo do comportamento resiliente dos solos tropicais grossos do interior do Estado de São Paulo. 320f. Tese (Doutorado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, VISSER, A. T.; QUEIROZ, C.; HUDSON, W. R. A study of resilient characteristics of tropical soils for use in low-volume pavement design. In: SYMPOSIUM ON PAVEMENT MANAGEMENT SYSTEMS, 1994, Belo Horizonte, Brasil. Proceedings... Belo Horizonte, Brasil: D.E.R. Minas Gerais, p