Materiais de Insumo para Pavimentação

Transcrição

1 Universidade do Estado de Santa Catarina Departamento de Engenharia Civil Materiais de Insumo para Pavimentação Profa. Adriana Goulart dos Santos

2 Conceituação de solo dentro da Engenharia Civil: Solo é qualquer depósito solto ou fofo, resultante da ação do intemperismo ou da degradação de rochas. Materiais não consolidados, como sedimentos (pedregulhos, areias, siltes ou argilas), turfas, depósitos de calcários como as areias de conchas e corais, bem como solos residuais jovens ou maduros (Balbo, J. T., 2007)

3 Origem dos solos Decomposição de Rochas Solo Residual: Decomposição de rocha que permaneceu estável no próprio local. Solo Transportado: Decomposto em local remoto, foi deslocado por ação da água, do vento ou da gravidade. Solo Orgânico: Impregnação de matérias orgânicas em sedimentos preexistentes, a transformação carbonífera de materiais, etc.

4 Formação de solo decomposição de rochas Perfil resultante da decomposição de rochas Fonte: Google imagens, 2016

5 Solos tropicais (solos pedogênicos) São denominados de solos tropicais em decorrência de processo geológico e/ou pedológico típico das regiões tropicais úmidas Solos Lateríticos Solos Saprolíticos Clima tropical temperatura média anual supera 20 C, ocorrendo índices pluviométricos acima de 1000ml/ano

6 Solos lateríticos (later, do latim: tijolo) Solos lateríticos: São solos superficiais, típicos das partes bem drenadas das regiões tropicais úmidas, resultantes de uma transformação da parte superior do subsolo pela atuação do intemperismo processo chamado de laterização. Processo de Laterização - Enriquecimento no solo de óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio e a permanência de caulinita como argilo-mineral predominante. Coloração do solos lateríticos vermelho amarelo marrom alaranjado

7 Solos saprolíticos (sapro, do grego: podre) Solos saprolíticos: São solos que resultam da decomposição e/ou desagregação "in situ" da rocha matriz pela ação das intempéries (chuvas, insolação, geadas), mantendo ainda de maneira nítida a estrutura da rocha que lhe deu origem. São solos residuais - derivam de uma rocha matriz e as partículas que a constituem permanecem praticamente no mesmo lugar em que se encontravam em estado pétreo. laterítico laterítico saprolítico Fonte: Villibor, D.F. et al, 2009 Pavimentos de baixo custo para vias urbanas

8 laterítico saprolítico laterítico Fonte: Google imagens, 2016

9 Ocorrência de solos de comportamento laterítico no território Brasileiro: Fonte: Villibor, D.F. et al, 2009 Pavimentos de baixo custo para vias urbanas

10 Ocorrência de solos de comportamento laterítico no território Brasileiro: Fonte: Villibor, D.F. et al, 2009 Pavimentos de baixo custo para vias urbanas

11 Perfil de um corte rodoviário parte superior solo laterítico (vermelho) e inferior solo saprolítico Fonte: Villibor, D.F. et al, 2009 Pavimentos de baixo custo para vias urbanas

12 Perfil de um solo: Fonte: Google imagens, 2016

13 Perfil de um solo: Fonte: Google imagens, 2016

14 Peculiaridades mecânicas e hidráulicas de solos tropicais: Fonte: Balbo, adaptado de Nogami, 1971

15 Classificação de solos para finalidades rodoviárias Diferenciação granulométrica Frações dos solos e seus diâmetros segundo AASHTO e USCS: Fonte: Balbo, 2007

16 Relações entre pesos e volumes constituintes dos solos: Constituintes dos solos (proporções esquemáticas): Fonte: Balbo, 2007 Fonte: Balbo, 2007

17 Compactação dos solos Ensaio de compactação idealizado por Proctor em 1928; Realizado com base no método DNER-ME 129/94; Definir a relação entre massa específica aparente seca do material compactado e sua umidade de compactação;

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19 Curvas de compactação de alguns solos finos Fonte: Balbo, 2007 Curvas de compactação de britas graduadas simples Fonte: Balbo, 2007

20 Compactação dos solos No ramo seco, ocorre um estado desordenado na distribuição das partículas do solo, não existente uma quantidade de água suficiente para que, por meio da lubrificação das partículas, o esforço de compactação possa ordenar tal disposição. O que ocorre aproximadamente na umidade ótima No ramo úmido, tem-se um estado de excessiva umidade que não permite, para um dado esforço de compactação, o rearranjo das partículas, sendo que a água presente causa perda de coesão ou atrito entre elas.

21 Compactação dos solos Ao atingir o maior peso específico aparente seco Rearranjo das partículas Material resultará em uma menor quantidade de vazios, com maior coesão e atrito Maior resistência

22 Índices físicos tradicionais Classificações HRB-ASSHTO e Unificada Limites de Atterberg Fonte: Balbo, 2007 Limites de Liquidez (LL) Umidade na qual o solo passa do estado líquido para o plástico Umidade na qual, empregando-se o aparelho de Casagrande, o solo ranhurado (com cinzel apropriado causando uma abertura de 12,5mm) em uma concha metálica tem tal ranhura fechada após 25 golpes

23 Índices físicos tradicionais Limites de Liquidez Fonte: Balbo, 2007 Prepara-se o solo com algumas umidades e anota-se o número de golpes que leva ao fechamento da ranhura Traça-se, em escala logarítmica para o número de golpes, o gráfico com os pontos obtidos de umidade versus número de golpes e determina-se a umidade para 25 golpes este é o LL

24 Índices físicos tradicionais

25 Índices físicos tradicionais Limites de Plasticidade (LP) Umidade na qual o solo rompe quando rolado nas mãos, formando cilindros, ao apresentar diâmetro de 3,2mm, considerando que o solo estaria a umidade imediatamente superior à medida Estado plástico para o estado semissólido Índice de Plasticidade (IP) LL - LP Índice de Liquidez (IL) hnat LP LL LP

26 Classificação HRB - AASHO Bastante utilizada para a classificação de solos para fins rodoviários; Baseia-se na granulometria do solo, em seus índices físicos (LL e LP) e no índice de grupo (IG) que se relaciona com o valor de CBR do solo Tal índice de grupo é calculado com base em características granulométricas e nos índices físicos do solo:

27 Classificação HRB - AASHO Na determinação do Índice de Grupo, devem ser considerados os seguintes critérios: IG = 0,01 F 15 (IP 10)

28 Classificação HRB - AASHO

29 Classificação Unificada

30 Classificação Unificada

31 Classificação Unificada

32 Classificação Unificada Fonte: Balbo, 2007

33 Classificação MCT para solos tropicais MCT Miniatura, Compactado e Tropical Desenvolvida pelos professores Nogami (Poli-USP) e Villibor (EESC- USP), na década de 80, para caracterizar solos finos, característicos de regiões de clima tropical e subtropical; Utiliza o resultado de dois ensaios: mini-mcv (Moisture Condiction Value) e Perda de Peso por Imersão; Separa os solos em duas grandes classes, segundo seus comportamentos quando compactados: solos de comportamento laterítico (L) e solos de comportamento não lateríticos (N)

34 Classificação MCT para solos tropicais A classe dos lateríticos é subdividida em três subclasses: LA areias lateríticas, LA - arenosos lateríticos e LG - argilosos lateríticos; A classe dos não lateríticos é subdividida em quatro subclasses: NA areias não lateríticas, NA - arenosos não lateríticos e NS - siltosos não lateríticos e NG - argilosos não lateríticos; A granulometria do solo é dada pelo coeficiente c, retirado do ensaio de mini-mcv; O caráter laterítico ou não é dado pelo índice e, calculado a partir do coeficiente d e da perda de massa por imersão Pi, determinado pela expressão:

35 Ábaco para classificação:

36 Ensaio de Mini-MCV: É um ensaio de compactação contínua de corpos de prova de dimensões reduzidas (50mm de diâmetro); É capaz de fornecer o desvio da umidade em relação à umidade ótima de compactação e também grau de compactação de um solo; São compactados, no mínimo, 4 porções de solo em teores de umidade distintos, até próximo a saturação; O ensaio consiste em verificar a altura do corpo de prova (ganho de densidade) em relação a um número crescente de golpes, conseguindo relacionar o peso específico do solo em função do logaritmo do número de golpes.

37 Equipamento de compactação tipo mini-mcv: Fonte: Google imagens, 2016

38 Equipamento de compactação tipo mini-mcv:

39 Dados do ensaio mini-mcv para a determinação das curvas de deformabilidade:

40 Resultado do ensaio mini-mcv O valor do mini-mcv em função do número de golpes é dado por: Fonte: Google imagens, 2016

41 Cálculo do coeficiente c O coeficiente c é a inclinação da curva de afundamento correspondente ao valor de mini-mcv igual a 10 (hipotética); Interpola-se uma curva que passe pelo ponto de abscissa (n) igual a 10 e ordenada (Δan) igual a 2,0 mm; A partir do seu traçado determina-se o coeficiente c, que corresponde à razão da variação do afundamento pela variação do Mini-MCV da parte retilínea da curva de deformabilidade.

42 Determinação de c

43 Cálculo do coeficiente d O coeficiente d é o coeficiente angular da parte mais inclinada do ramo seco da curva de compactação que corresponde à energia de compactação de 12 golpes; A unidade de d é kg/m³.

44 Perda de peso por imersão: Após a compactação, os corpos de prova são parcialmente extrudados do molde (1,0 cm) e colocados em água, com seu eixo na horizontal, para a determinação da perda de peso por imersão; A massa eventualmente desprendida durante o ensaio é coletada e após a secagem, calcula-se a perda de peso por imersão que é a relação entre a massa colocada para fora do cilindro e a que se desprendeu, em porcentagem; Após 24 horas de imersão, a massa desprendida é coletada e colocada em estufa, até constância do peso.

45 Perda de peso por imersão: Fonte: Balbo, 2007

46 Perda de massa por imersão: A perda de peso por imersão é calculada pela expressão: P i = 100 M d L cp M s L f F c Onde: P i = perda de peso por imersão (%); M d = massa desprendida (g); M s = massa seca do cp, logo após sua compactação (g); L cp = altura final do cp, logo após sua compactação (g); L f = altura final do cp fora do molde (mm); F c = fator de correção.

47 Perda de peso por imersão: Se a altura for menor a 48 mm (indicando solo com alta densidade), o P i é determinado para o Mini-MCV = 15. Se altura for maior que 48 mm (indicando solo com baixa densidade), o P i é determinado para Mini-MCV = 10.

48 Cálculo do coeficiente de laterização (e ): e = 3 P i d Fonte: Google imagens, 2016

49 Emprego comum de solos tropicais em rodovias brasileiras: Fonte: Balbo, 2007

50 Peculiaridades dos solos tropicais: Solos de natureza laterítica particularidades favoráveis utilização em pavimentação: Elevada capacidade suporte (resistência) Baixa suscetibilidade à presença de água (expansão baixa) Casos mais típicos de ocorrência de solos tropicais associados às rochas existentes: Fonte: Balbo, 2007

51 Peculiaridades dos solos tropicais: Fonte: Balbo, 2007

52 Empregos típicos de solos tropicais no Brasil: Solos tropicais têm sido empregados desde a metade do século passado Uso de solos arenosos finos lateríticos (SAFL) Argilas lateríticas Solos lateríticos concrecionados São milhares de quilômetros de vias urbanas e rurais que empregam solos Tropicais em pavimentos, com resultados bastante favoráveis Em camadas de base e subbase

53 Empregos típicos de solos tropicais no Brasil: Há interesse no emprego de solos de comportamento laterítico no Brasil Permitem uma pavimentação a custos mais acessíveis Segundo Balbo (2007), julga-se conveniente a aplicação da metodologia MCT para a classificação de solos tropicais Larga base experimental em trechos pavimentados e a consolidação de ensaios de laboratório específicos para a previsão de propriedades mecânicas e hidráulicas de solos tropicais

54 Os agregados podem ser entendidos como conjuntos de grãos minerais, naturais ou artificiais, britados ou não, utilizados em obras de engenharia. Para finalidades de pavimentação devem apresentar propriedades satisfatórias quanto ao seu desempenho Durabilidade Resistência Adesividade ao ligante Combinação de diversos requisitos mínimos

55 São obtidos por processos convencionais de desmonte, escavação e dragagem em depósitos continentais, marinhos, estuários e rios. São exemplos: os pedregulhos, as britas, os seixos, as areias etc. Os agregados naturais podem ser empregados em pavimentação na forma e tamanho como se encontram na natureza, ou podem ainda passar por processamentos como a britagem.

56 Seixo rolado Areia natural Brita

57 Tem origem a partir de rejeitos industriais, particularmente associados à indústria siderúrgica (escórias), mais modernamente se tem considerado: Agregados reciclados de entulhos de construções e demolições; Produtos de fresagem de pavimentos existentes; Borracha triturada de pneus descartáveis; Entre outros materiais procedentes de coleta de reciclados.

58 Escória de aço Argila expandida

59 Quanto ao tamanho:

60 Quanto à granulometria:

61 Curvas granulométricas dos agregados:

62 Características tecnológicas: