02 Conceitos Básicos de Mecânica dos Solos Aplicados à Pavimentação

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PAVIMENTAÇÃO
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS 
SOLOS APLICADOS À OBRAS DE 
PAVIMENTAÇÃO.
Carga Horária: 40h
Professor: Matheus Barbosa Moreira Cedrim
matheuscedrim@hotmail.com
Motivação
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS APLICADOS À OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
SUBLEITO
Identificação dos Solos
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS APLICADOS À OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
▪ Na natureza → Sistema trifásico;
▪ Comportamento
▪ Quantidade relativa das fases
O solo é um material granular formado pela decomposição da rocha em um
conjunto de grão, por meio da ação do intemperismo.
Amostra 
de solo
Partículas
Água
Vazios
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➢Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de três
fases:
Comportamento do solo – f (quantidade relativa de cada fase)
Fase sólida
Fase gasosa
Fase líquida
Partículas de solo
Ar preenchendo os vazios
Geralmente é água
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ÍNDICES FÍSICOS
Conjunto de índices que indicam características importantes do solo.
Índice de vazios (e)
𝑒 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
Porosidade (n)
𝑛 =
𝑉𝑣
𝑉𝑡
Grau de Saturação (Su)
𝑆𝑢 =
𝑉𝑤
𝑉𝑣
Peso específico (𝛾)
𝛾 =
𝑃𝑡
𝑉𝑡
Peso específico das partículas sólidas (𝛾s)
𝛾𝑠 =
𝑃𝑠
𝑉𝑠
Peso específico parente seco (𝛾d)
𝛾𝑑 =
𝑃𝑠
𝑉𝑡
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ÍNDICES FÍSICOS
Conjunto de índices que indicam características importantes do solo.
Peso específico submerso (𝛾sub)
𝛾𝑠𝑢𝑏 = 𝛾𝑠𝑎𝑡-𝛾𝑤
Densidade relativa (𝑮s)
𝐺𝑠 =
𝛾𝑠
𝛾𝑤
Teor de umidade (w)
𝑤 =
𝑃𝑤
𝑃𝑠
Peso específico saturado (𝛾sat)
𝛾𝑠𝑎𝑡 =
𝑃𝑡
𝑉𝑡
𝑆𝑢 = 1
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ÍNDICES FÍSICOS
Conjunto de índices que indicam características importantes do solo.
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS APLICADOS À OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
Exercício
1) Dado:
γs = 28,8 kN/m3;
γ = 19,3 kN/m3;
w = 14,56%;
Calcule:
a) Peso específico aparente seco (γd)
b) Índice de vazios (e)
Identificação dos Solos
Tamanho das Partículas – Análise Granulométrica
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Índices de Consistência
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS APLICADOS À OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
Análise 
granulométrica
Determinar a proporção de cada
fração constituinte do solo em relação
ao peso.
Representação gráfica
Curva granulométrica
Peneiramento (Grãos com até 0,074mm)
Sedimentação (Granulometria inferior a 
0,074mm)
Identificação dos Solos
Tamanho das Partículas – Análise Granulométrica
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS APLICADOS À OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
PENEIRAMENTO ( Grãos com até 0,074mm)
Tamanho das Partículas – Análise Granulométrica
Identificação dos Solos
De acordo com a forma da curva granulométrica tem-se:
• granulometria contínua → solo bem graduado
• granulometria descontínua → solo mal graduado
• granulometria uniforme → solo uniforme
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Tamanho das Partículas – Análise Granulométrica
Identificação dos Solos
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Identificação dos Solos
Índices de Consistência
LL LP LC
Estado
Líquido
Estado
Plástico
Estado
Semi-sólido
Estado
Sólido
h% (Decrescendo)
Limites de Consistência
IP
Existe uma faixa de umidade dentro da qual o solo se comporta
de maneira Plástica.
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Identificação dos Solos
Índices de Consistência
LL é a umidade correspondente ao limite entre os
estados líquido e plástico de um solo.
LL e LP
Os ensaios de determinação dos limites de liquidez (LL)
e limite de plasticidade (LP) são executados na
caracterização da porção de solos que passa na peneira
nº 40 (0,42mm).
LP é o limite entre o estado plástico e sólido.
IP = LL - LP
Se IP   mais plástico será o
solo  maior caráter argiloso do
solo
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Limite de Liquidez (LL)
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Limite de Plasticidade (LP)
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS APLICADOS À OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
Classificação HRB ou AASHTO
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Classificação HRB ou AASHTO
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Índice de Grupo
Processo de densificação do solo
Manual 
Mecânico 
Processo que busca melhorar as 
propriedades de estabilidade 
mecânicas dos solos.
Redução da compressibilidade
Redução da variação volumétrica
Aumento de resistência
Redução na permeabilidade
Aterros rodoviários 
Aterros rodoviários 
Compactação dos Solos
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(MACHADO & C. MACHADO, 1997)
O solo é destorroado e passado na peneira #4,
após o que adiciona−se água na amostra para a
obtenção do primeiro ponto da curva de
compactação do solo.
A amostra de solo é colocada em um
recipiente cilíndrico com volume igual a
1000ml e compactada com um soquete de
2500g, caindo de uma altura de
aproximadamente 30cm, em três camadas
com 26 golpes do soquete por camada.
Este processo é repetido para amostras de
solo com diferentes valores de umidade,
utilizando−se em média 5 pontos para a
obtenção da curva de compactação.
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Compactação dos Solos
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De cada corpo de prova assim obtido, determina−se o peso específico do solo seco e o
teor de umidade de compactação.
Após efetuados os cálculos dos pesos específicos secos e das umidades, plotam−se
esses valores (𝛾𝑑;w) em um par de eixos cartesianos, tendo nas ordenadas os pesos
específicos do solo seco e nas abcissas os teores de umidade
(MACHADO & C. MACHADO, 1997)
Umidade ótima
𝛾𝑑 =
𝛾
1 + 𝑤
Compactação dos Solos
Ensaio CBR (“Califonia Bearing Ratio”) - Ensaio de suporte californiano
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS APLICADOS À OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
Ensaio CBR (“Califonia Bearing Ratio”) - Ensaio de suporte californiano
– Objetivo principal
Fornecer o “California Bearing Ratio”(CBR) (ou Índice de Suporte California - ISC) como índice de 
resistência do solo compactado.
– Seqüência do ensaio CBR
1o) Ensaio de compactação
2o) Ensaio de expansão;
3o) Determinação do índice suporte (CBR).
• Ensaio de compactação → dmáx e wót para as três energias de compactação
• Ensaio de expansão
É medida a expansão do material devido a absorção d’água, colocado em imersão os CPs moldados na wót.
– Sobre os 3 CPs (ainda no molde) são adicionados anéis de sobrecarga (> 4,5 kg, em geral 5 kg) para simular o
peso do pavimento;
– Imersão por 4 dias;
– Em extensômetros instalados é medida a expansão do solo ao longo do período de extensão (a cada 24 h). O 
resultado é expresso em porcentagem da altura inicial do CP.
Limite aceito para expansão (aterros rodoviários) → 1 a 3% (dependendo da função da camada).
• Determinação do CBR
Os 3 CPs imersos são sujeitos a puncionamento na prensa do CBR →
pistão cilíndrico de = 5 cm a uma velocidade de 1,25mm/min.
Mede-se a pressão aplicada (manômetro ou anel dinamométrico) e as respectivas deformações → curva do CBR
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CBR → relação entre a carga necessária para 
deformação de 0,1” ou 0,2” do material ensaiado e a 
carga obtida para a pedra britada: 70 e 105 kgf/cm2, 
respectivamente. Adota-se o valor.
CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS APLICADOS À OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
• Rolos compressores
– Rolo liso → Tambor de aço através do qual se aplica carga ao solo. O 
tambor pode estar vazio ou cheio comágua, areia ou pó de pedra (aumento 
da energia de compactação).
Utilizado na compactação de pedregulhos, areias e pedra britada 
em camadas < 15 cm.
Desvantagem: pequena superfície de contato.
– Rolo vibratório → Rolo dotado de uma massa móvel com 
excentricidade em relação a um eixo, provocando vibrações de certa 
freqüência (1000 a 4800 ciclos/minuto). Ajustam-se as vibrações para que 
entrem em ressonância com as partículas de solo. Apresentam maior 
rendimento a baixas velocidades.
Utilizado na compactação de solos granulares (areias, 
pedregulhos, britas) lançados em camadas < 15 cm.
– Rolo pneumático → Plataforma apoiada em eixos com pneus.
O no de pneus por eixo é variável (3 a 6), mantendo-se um alinhamento 
desencontrado para melhor cobertura.
A pressão de contato é função da pressão interna dos pneus. É aumentada a 
carga por roda com o emprego de lastro.
Empregado para quase todos tipos de solos, especialmente para 
solos arenosos finos em camadas de até 40 cm.
– Rolo pé-de-carneiro → Consiste de tambor de aço onde são 
solidarizadas saliências (patas) dispostas em fileiras desencontradas (90 
a 120 por rolo).
O pisoteamento propicia o entrosamento entre as camadas
compactadas. A medida que vai aumentando a compactação, há
menor penetração, resultando maior pressão de contato.
Empregado na compactação de solos coesivos (argilas e siltes) em
camadas de 10 a 20 cm.
– Rolos combinados→ Combinação de tipos básicos. Ex:
rolos pé-de-carneiro com dispositivo vibratório.
– Rolos especiais:
• rolo de grade - rolo que na superfície lisa é solidarizada grade de
malha quadrada. Compactação de material granular ou solos muito
entorroados;
• rolo de placas - rolo que na superfície lisa são solidarizados
segmentos de placa descontínuos.
• Outros equipamentos
Compactadores de impacto / vibratórios → pilões 
manuais, pilões a explosão (“sapos”) e soquetes a ar
comprimido.
Aplicados a quase todos tipos de terreno, em operações 
complementares ou em áreas restritas e fechadas.
Queda livre de grandes pesos→ compactação 
de aterros e terrenos naturais de grande espessura.
→ equipamento vibratório com injeção d’água.
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Compactação dos Solos
Equipamentos de compactação no campo
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Equipamentos de compactação
Soquetes 
Compactação no campo
Pé de Carneiro
28
Equipamentos de compactação
Rolo liso
Compactação no campo
29
Equipamentos de compactação
Rolo pneumático
Compactação no campo
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Equipamentos de compactação
Rolo vibratório
Compactação no campo
Compactação no campo
Especificações
Grau de compactação
𝐺𝐶 =
𝛾𝑑,𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜
𝛾𝑑,𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜
. 100%
𝐷𝑁𝐸𝑅 → 𝐺𝐶 ≥ 95% 𝑒 𝑤𝑜𝑡 Com variação máxima de 3%.
𝐷𝑁𝐸𝑅 → 𝐺𝐶 ≥ 95% 𝑒 𝑤𝑜𝑡 Com variação máxima de 3%.
– Controle de compactação no campo
Comparação entre o grau de compactação obtido e o especificado.
Determinação do teor de umidade e do peso específico da massa de solo compactado.
• Determinação do teor de umidade
– “Speedy Moisture Test”
– Método da frigideira
• Determinação do peso específico
– Método do frasco de areia
– Método do cilindro cortante
• Freqüência do controle (especificações de terraplanagem do DNER)
– 1 ensaio de compactação para cada 1000 m3 de material compactado;
– 1 controle de densidade para cada 1000 m3 de material compactado;
– para camadas finais → 1 controle de densidade para cada 100m de extensão, 
alternativamente no centro e nos bordos.
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	Slide 1: PAVIMENTAÇÃO
	Slide 2: Motivação
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8: Exercício
	Slide 9: Identificação dos Solos
	Slide 10: Identificação dos Solos
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32