Tópicos laboratoriais e/ou exercícios (13. o Parte)

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1 1 Tópicos laboratoriais e/ou exercícios (13. o Parte) Hélio Marcos Fernandes Viana Tema: Prova de carga estática Conteúdo da aula 1 Prova de carga estática para determinação do coeficiente de recalque do subleito ou da subbase

2 2 1 Prova de carga estática para determinação do coeficiente de recalque do subleito ou da subbase 1.1 Introdução A prova de carga estática é o ensaio realizado no campo (ou in situ) para determinar o coeficiente de recalque do subleito ou da subbase, os quais são parâmetros importantes para o dimensionamento de pavimentos rígidos de estradas de rodagem. A prova de carga estática para determinação do coeficiente de recalque do subleito ou da subbase é realizada com base na norma DNIT 055/2004-ME. 1.2 Principais conceitos envolvidos na realização da prova de carga estática para determinação do coeficiente de recalque i) Coeficiente de Recalque, ou Módulo de Reação ou Módulo de Westergard O Coeficiente de Recalque, ou Módulo de Reação ou Módulo de Westergard é uma constante física definida pela seguinte equação: (1.1) em que: K = Coeficiente de Recalque, ou Módulo de Reação ou Módulo de Westergard (MPa/m) (ou kgf/cm 2 /cm); P = pressão transmitida por uma placa carregada à fundação, que pode ser um subleito ou uma subbase de pavimento rígido (MPa) (ou kgf/cm 2 ); e W = deslocamento vertical da placa carregada (m) (ou cm). OBS. 10 MPa/m 1 kgf/cm 2 /cm. ii) Subleito Subleito é o terreno de fundação sobre o qual se construirá o pavimento da estrada. iii) Subbase (para pavimentos rígidos) K Subbase é uma fina camada construída abaixo da placa de concreto do pavimento rígido, a qual recebe os carregamentos da placa de concreto e distribui com menor intensidade ao subleito. P W

3 3 1.3 Locais para realização da prova de carga estática As provas de carga estáticas são realizadas de modo alternado a cada 100 m, tendo como referência o eixo da estrada; Assim sendo, as provas de carga são realizadas do seguinte modo: 1. o (primeira) prova de carga é realizada no bordo direito do eixo da estrada; 2. o (segunda) prova de carga é realizada sobre o eixo da estrada; 3. o (terceira) prova de carga é realizada no bordo esquerdo do eixo da estrada; 4. o (quarta) prova de carga é realizada sobre o eixo da estrada; 5. o (quinta) prova de carga é realizada no bordo direito do eixo da estrada; 6. o (sexta) prova de carga é realizada sobre o eixo da estrada;... As demais provas de carga seguem a mesma sequência apresentada... A Figura 1.1 ilustra a localização dos pontos de prova de carga estática ao longo do subleito de uma estrada. Figura Localização dos pontos de prova de carga estática ao longo do subleito de uma estrada 1.4 Aparelhagem utilizada na prova de carga estática para determinação do coeficiente de recalque Para realização da prova de carga estática para determinação do coeficiente de recalque (K) são necessários os seguintes equipamentos: i) Sistema de reação de carga com capacidade de 10 ton (ou 100 KN); O sistema de reação pode ser o chassi de um caminhão carregado com areia. ii) Um macaco hidráulico com capacidade entre 10 a 20 ton. iii) Placa de carga de aço, a qual deve ser circular e possuir diâmetro igual a 79,9 cm. OBS. A placa de carga deve ser rígida ou inflexível.

4 4 iv) 3 (três) deflectômetros de leitura de deslocamento vertical, com curso máximo (ou extensão máxima) de 10 mm, e uma precisão de 0,01 mm. v) Dispositivo suporte para os deflectômetros (dotado de: sapatas, viga de sustentação e hastes de sustentação dos deflectômetros). vi) Nível de pedreiro. vii) Uma trena de aço com comprimento de 2,00 m. viii) Uma enxada. ix) Uma picareta. x) Um alicate. A Figura 1.2 ilustra a placa de carga de aço utilizada na prova de carga estática (as cotas na figura são dadas em cm). Figura Placa de carga de aço utilizada na prova de carga estática (as cotas na figura são dadas em cm)

5 5 A Figura 1.3 ilustra o equipamento instalado no campo para realização da prova de carga estática. Figura Equipamento instalado no campo para realização da prova de carga estática A Figura 1.4 mostra uma vista axial (ou superior) do equipamento instalado no campo para realização da prova de carga estática.

6 6 Figura Vista axial (ou superior) do equipamento instalado no campo para realização da prova de carga estática 1.5 Preparação do local da prova de carga estática segue: No local onde será realizada a prova de carga, deve-se proceder como se i) Quando a prova de carga for realizada sobre o subleito da estrada; Então, deve-se executar uma escavação até a cota onde será realizada a prova de carga, ou até o greide da estrada. OBS. Greide da estrada é o perfil longitudinal da estrada. ii) Para instalação da placa da prova de carga deve ser escavado um círculo com diâmetro, no mínimo, igual ao dobro do diâmetro da placa da prova de carga (ou seja com diâmetro 160 cm). iii) Na sequência, devem ser niveladas as áreas de apoio das sapatas da viga de sustentação dos deflectômetros, e também a área onde repousará a placa da prova de carga.

7 7 iv) Finalmente, deve-se construir colchões de areia nivelados, com espessuras de 2 a 5 cm, nos seguintes locais: a) Embaixo da placa de aplicação de carga; b) Embaixo das sapatas que sustentam a viga de suporte dos deflectômetros. 1.6 Montagem do equipamento para prova de carga estática Para montagem do equipamento para realização da prova de carga estática, deve-se proceder como se segue: i) Inicialmente, deve-se colocar cuidadosamente a placa de carga sobre o colchão de areia; A placa deve ser girada até que fique convenientemente assentada sobre o colchão de areia. ii) Após assentar a placa de carga, deve-se colocar o sistema de reação (ou caminhão) na posição adequada para o ensaio, ou seja, colocar o chassi de reação do caminhão acima da placa. Deve-se deixar um espaço adequado entre a placa e o sistema de reação para colocação do macaco hidráulico. iii) Cuidadosamente, deve-se montar o sistema de suporte dos deflectômetros, o qual é composto de: a) Duas sapatas; b) Uma viga de sustentação; e c) Três hastes (ou barras) de sustentação dos deflectômetros. iv) Em seguida, deve-se colocar o macaco hidráulico sobre a placa de carga. v) Finalmente, deve-se instalar os deflectômetros nas 3 (três) hastes de fixação, sendo que as ponteiras dos deflectômetros fiquem repousadas sobre a placa de carga. OBS. Quando os 3 (três) deflectômetros forem instalados, os mesmos quando projetados em planta devem formar um triângulo equilátero, ou seja, um triângulo com os três lados iguais. 1.7 Execução da prova de carga estática Os principais passos para realização da prova de carga estática são os seguintes: 1. o (primeiro) passo: Ajustar os deflectômetros sobre a placa de carga, de maneira a aproveitar o maior deslocamento vertical das varetas dos deflectômetros.

8 8 2. o (segundo) passo: Aplicar o primeiro carregamento da prova de carga, o qual serve para acomodação da placa de carga; O primeiro carregamento da prova de carga deve provocar um deslocamento vertical médio dos 3 (três) deflectômetros entre 0,25 mm e 0,50 mm. OBS. O deslocamento vertical médio dos 3 (três) deflectômetros é dado pela seguinte equação: D1 D2 D3 D M 3 (1.2) em que: D M = deslocamento vertical médio da placa de carga, ou deslocamento vertical médio dos três deflectômetros (mm); e D1, D2 e D3 = deslocamento vertical dos deflectômetros 1, 2 e 3 respectivamente (mm). 3. o (terceiro) passo: Deve-se anotar a pressão de carregamento da placa correspondente ao deslocamento vertical médio da placa de carga entre 0,25 mm a 0,50 mm; Tal pressão denomina-se pressão de adensamento (Pad). 4. o (quarto) passo: Deve-se descarregar lentamente o macaco hidráulico e esperar até as leituras nos deflectômetros fiquem estabilizadas ou constantes. 5. o (quinto) passo: Aplicar na placa de carga um carregamento que gere no local da prova de carga uma pressão igual a metade da pressão de adensamento (Pad/2), e anotar o deslocamento médio da placa de carga (D M ), após a aplicação desta pressão no local da prova de carga. 6. o (sexto) passo: Aplicar um novo carregamento sobre a placa de carga, de modo que a pressão aplicada pela placa de carga sobre o local da prova de carga esteja entre 0,15 a 0,20 kgf/cm 2 ; Então, deve-se anotar o deslocamento vertical médio da placa de carga (D M ) correspondente a este carregamento. 7. o (sexto) passo: Aplicar novos carregamentos sobre a placa de carga, de modo a obter pressões sobre o local da prova de carga correspondentes a: 0,40; 0,60; 0,80; 1,00, 1,20; 1,40; 1,60 e 1,80 kgf/cm 2 ; Além disso, anotar (ou registrar) os deslocamentos médios verticais da placa de carga (D M ) correspondentes a cada uma das pressões citadas. 8. o (oitavo) passo: Descarrega-se lentamente o macaco hidráulico, realizando-se 4 (quatro) leituras de descarregamento de pressão aplicada pela placa no local de carregamento; Além disso, anota-se os deslocamentos verticais médios (D M ) correspondentes as pressões de descarregamento. OBS. Pode-se adotar como pressões de descarregamentos as pressões iguais a 1,20; 0,80; 0,40 e 0,00 kgf/cm o (nono) passo: Traça-se a curva pressão versus deslocamento vertical médio da placa de carga.

9 9 OBS. A curva pressão versus deslocamento vertical médio da placa de carga possui no eixo das abscissas o deslocamento vertical médio dos 3 (três) deflectômetros e no eixo das ordenadas a pressão correspondente a cada deslocamento vertical médio. 10. o (décimo) passo: O coeficiente de recalque (k) para subleitos e subbases granulares não tratadas (com cimento, ou cal, ou etc.) é obtido pela seguinte equação: P K 0,127 Pad / 2 W (1.3) em que: K = coeficiente de recalque (kgf/cm 2 /cm); P 0,127 = pressão correspondente ao deslocamento vertical médio da placa de carga igual a 0,127 cm, ou 1,27 mm; Pad/2 = metade do valor da pressão de adensamento (kgf/cm 2 ); W = 0,127 cm. OBS. 1 kgf/cm 2 /cm 10 MPa/m. 11. o (décimo primeiro) passo: O coeficiente de recalque (k) para subbases estabilizadas com cimento é obtido pela seguinte equação: K Pca Wca (1.4) em que: K = coeficiente de recalque (kgf/cm 2 /cm); Pca = pressão característica = 0,703 kgf/cm 2 ; e Wca = deslocamento vertical médio característico (cm), o qual corresponde a uma pressão aplicada pela placa, no local da prova de carga, igual a 0,703 kgf/cm 2. OBS. 1 kgf/cm2/cm 10 MPa/m. 1.8 Anotações finais concernentes (ou relacionados) à prova de carga estática Além do traçado da curva pressão versus deslocamento vertical médio da placa de carga, e da determinação do coeficiente de recalque é necessário: i) Identificar a obra (Por exemplo: Rodovia Cravinhos - Esperança). ii) Identificar o ponto do ensaio ou prova de carga (Por exemplo: Bordo direito da pista; na estaca 220 E + 11,25 m; no sentido Cravinhos - Esperança).

10 10 iii) Identificar o tipo de fundação, onde foi realizada a prova de carga (Por exemplo: Subbase ou subleito). iv) Determinar a data da prova de carga. v) Identificação do engenheiro e técnicos que realizaram a prova de carga. vi) Descrever as condições climáticas no dia da prova de carga (Por exemplo: dia nublado ou dia ensolarado). vii) Etc. Referências bibliográficas DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - DNIT 055/2004-ME Pavimento rígido - Prova de carga estática para determinação do coeficiente de recalque de subleito e subbase em projeto de avaliação de pavimentos. Rio de Janeiro, p.