Geotécnia Viária

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Graduação em Engenharia Civil
“Aspectos geológico-geotécnicos para fins viários”
“Compactação dos Solos”
Belo Horizonte
2017
Lista de Figuras
Figura 1 - Talude com concreto projetado	6
Figura 2 - Hidrossemeadura em talude	7
Figura 3 - Geomanta em talude	7
Figura 4 - Biomanta em contenção de taludes	8
Figura 5 - Contenção de talude com muro de gabiões	8
Figura 6 - Solos grampeados	9
1º Tema: Aspectos geológico-geotécnicos para fins viários.
Obras de engenharia necessitam fazer uma análise do subsolo presente, uma vez que as características geotécnicas são condicionantes dos padrões e técnicos de engenharia que deverão ser aplicadas.
No caso das obras viárias, a importâncias dos aspectos geológicos e geotécnicos para fins viários não é diferente, sendo que as condicionantes geológicas devem ser estudadas, ja que propiciam problemas típicos, caso não vistoriados, sendo demandadas soluções de engenharia, por consequência das condicionantes geológicas encontradas.
A importância do trabalho é dissertar sobre o que vem a ser as condicionantes geológico-geotécnicas impostas pelo terreno, os consequentes problemas que podem decorrer, bem como explicitar, grosso modo, soluções plausíveis do ponto de vista da engenharia.
Palavras-chave: obras viárias, aspectos geológico-geotécnicos, condicionantes geológicas, problemas típicos e soluções de engenharia.
2. CONDICIONANTES GEOLÓGIC0-GEOTÉCNICAS
A implantação de obras viárias deve ser precedida por estudos geológicos e geotécnicos da região do terreno onde se almeja implantar a via, visto que as condicionantes geológico-geotécnicas impõem severas limitações ao projeto, bem como devem ser levantadas e mapeadas suas características de modo a balizar todo o projeto.
Para que sejam asseguradas as condições de conforto, segurança e economia na construção de uma rodovia, além das condicionantes geométricas de traçado, há que se proceder às investigações de natureza geológica e geotécnica da região, as quais constituem os fundamentos dos estudos de drenagem e de estabilidade dos cortes e túneis, aterros e seus terrenos de suporte, fundações de obras de arte e dimensionamento dos pavimentos.
Por essas razões, o DNER (Departamento Nacional de Estradas e Rodagem), publicou em 1999 o manual de diretrizes básicas para elaboração de estudos e projetos rodoviários (escopos básicos/instruções de serviço) de modo a relacionar e detalhar os Escopos Básicos e Instruções de Serviços a serem utilizados no DER e empreiteiras contratadas, contendo procedimentos para a realização de estudos e projetos rodoviários.
Dentre as Instruções de Serviço, destacam-se a IS 202 – Estudos Geológicos e IS 206 – Estudos Geotécnicos; dada a importância do conhecimento das condicionantes geológicas para determinação do projeto.
Conforme DER (1999), os estudos geológicos terão como finalidades principais:
a) a localização de ocorrência de material para pavimentação;
b) o estudo de estabilidade dos taludes de corte e aterro, bota-foras e áreas de empréstimos. 
Já os estudos geotécnicos terão como finalidade de estudar, principalmente:
a) O subleito da rodovia;
b) As ocorrências de materiais para pavimentação; 
c) A estabilidade de taludes de corte e aterro, bota-foras e áreas de empréstimos.
A IS-202 tem por objetivo definir especificar os serviços constantes dos estudos geológicos nos anteprojetos e projetos de engenharia rodoviária. Estes serviços são executados em duas fases: Fase preliminar e Fase de anteprojeto.
Na fase preliminar são desenvolvidas as seguintes atividades: coleta e pesquisa de dados; interpretação de fotografias aéreas e investigação de campo. Na fase de anteprojeto deverá ser realizado o Plano de Sondagem, a saber:
O plano de sondagens de reconhecimento abrangerá área que permita entre as alternativas, a escolha da melhor linha considerando o aspecto geológico. As sondagens serão mecânicas e/ou geofísicas, de acordo com a finalidade desejada. 
2º Tema: Compactação dos Solos.
O solo em sua condição natural muitas vezes não apresenta as características necessárias para o uso em obras de construção civil. Ele pode ser pouco resistente, muito compressível ou apresentar ou apresentar características insatisfatórias do ponto de vista econômico. Uma possibilidade e tentar melhorar as propriedades de engenharia deste solo.
	A compactação é um método de estabilização e melhoria do solo através de processo manual ou mecânico com o objetivo de reduzir o volume de vazios do solo. A compactação aproxima as partículas do solo uma das outras, aumentando o contato entre elas, alem de tornar o aterro mais homogêneo melhorando suas características de resistência, de deformidade e permeabilidade.
	A compactação de um solo pode ser feita por meio de equipamentos mecânicos, geralmente compactadores, embora dependendo da condição do local a ser compactado, podem ser usados equipamentos menores, ou ate soquetes manuais, onde não se podem usar equipamentos de grande porte.
	Varias obras de engenharia empregam a compactação dos solos, como construção de barragens, construção de pavimentos, camadas de enchimento atrás dos muros de arrimo, regularização de pisos e aterros para diversos fins. A finalidade da obra e o tipo de solo não determina o processo de compactação ao ser empregado, a umidade adequada e o tipo de equipamento a ser utilizado. 
	Ao proceder à compactação do solo com uma determinada energia de compactação, a massa especifica resultado dependera da umidade em que o solo estiver. Quando a compactação e executada com a umidade insuficiente, o atrito entre as partículas é alto impedindo que essas partículas se acomodem por manejo, desejada, não conseguindo uma significativa redução de vazios.
	Quando a umidade e adequada para determinados tipos de solo, a água provoca um efeito de lubrificação entre as partículas que deslizam entre si, se rearranjando. 
Através de ensaios pode-se estabelecer o teor de umidade ótima, que é a quantidade ideal de água que procede a compactação. Se a umidade for excessiva, a água poderá bloquear os poros do solo, impedindo a saída de ar e resultando em uma compactação insatisfatória, pois a água ira sair do solo com o passar do tempo, deixando então vazios, e consequentemente, o solo estará com a densidade reduzida.
De maneira geral, os solos argilosos apresentam densidade secas baixa e umidade ótima elevada. Solos siltosos apresentam também valores baixos de densidade, frequentemente com curvas de laboratório bem abatidas. As areias com pedregulhos, bem graduados e pouco argilosos apresentam densidades máximas elevadas, e umidades ótimas baixas.
Em campo, o grau de compactação aumenta consideravelmente nas primeiras passadas e os seguintes não contribuem significativamente para essa elevação. Alem disso, um numero excessivo de passadas produz supercompactação superficial, destruindo a estrutura que foi formada, resultando em perda no grau de compactação. Pois determinar o numero de passadas, devem-se recolher amostras do solo compactado e comparar os resultados do ensaio, com os resultados obtidos em laboratório.
	O tipo de solo deve ser observado ao escolher o equipamento utilizado na compactação. Nos solos coesivos há uma parcela de partículas finas e muito finas (Siltes e argilas), as quais as forças de coesão desempenham papel muito importante, sendo indicados a utilização de rolos pé de carneiro e os rolos conjugados. Nos solos granulares há pouca ou nenhuma coesão entre os grãos, sendo indicado o uso de rolo liso vibratório. Nos casos de solos misturados, encontram-se matérias coesivas e granulares em porções diversas, sendo indicado rolo pé de carneiro vibratório. Em misturas de argilas, siltes e areias, utiliza-se rolo pneumático com rodas oscilantes. 
1º Tema – Embasados na dissertação elaborada, responda:
O que se entende por erosão? Como o processo erosivo pode se desencadear
em taludes naturais, de cortes e de aterros?
Erosão é o processo de desgaste, transporte e sedimentação do solo, dos subsolos e das rochas como efeito da ação dos agentes erosivos, tais como, a água, os ventos e os seres vivos. O processo erosivo pode se desencadear devido há remoção da cobertura vegetal dos taludes. A cobertura vegetal intercepta e amortece o impacto da chuva modificando sua energia cinética e potencial diminuindo o desprendimento, desagregação ou fragmentação em partes menores das partículas de solo. Diminuindo o desprendimento, desagregação ou fragmentação em partes menores das partículas de solo. Diminui também um fenômeno de transporte do solo, conhecido como Spash ou erosão por salpicamento. Esse fenômeno consiste na projeção de partículas do solo com o impacto das gotas de chuvas. 
Devido o desprendimento e fragmentação das partículas de solo, acontece a formação de crostas e o preenchimento dos poros existentes na camada de solo ocorrendo uma selagem. Ocorre uma reação no potencial de infiltração de água e aumento no escoamento superficial que causa erosão. O impacto das gotas de chuva age como compactador.
O tipo de solo, a declividade da superfície, o volume de água e o grau de saturação do solo. Além da cobertura vegetal são fatores que influenciam a resistência que a água encontra para penetrar nas camadas de solo. Seja pela saturação do solo ou por sua selagem a água vai se acumulando na superfície formando poças.
Assim que as poças não suportam mais o volume de água, dá-se início a um escoamento difuso, com o aumento do fluxo de água, com presença de forças cisalhantes efetivas observam-se os primeiros sinais de erosão. Em um segundo estágio ocorre a formação de canais de fluxo lineares, com o aumento do fluxo de água há um aumento da profundidade e rugosidade da superfície de escoamento. Em terceiro estagio ocorre a formação de micro ravinas há um acréscimo na turbulência do fluxo intensivando o processo erosivo. Começam a surgir cabeceiras nas ravinas e poças a jusante.
A voçoroca constitui-se o estagio mais avançado da erosão. Ocorre devido ao fluxo de água e desprendimento constante de material, por longos períodos de tempo um mesmo canal.
Quando é necessário o emprego de obras de contenção em taludes? Cite cinco exemplos de obras de contenção para fins viários com suas respectivas aplicações.
É necessário o emprego de obras de contenção de taludes quando existe o risco de escorregamentos, sendo necessária a proteção e estabilidade do talude, evitando também a erosão. 
Concreto projetado
Protege a superfície contra a ação de intempéries, reduzindo a infiltração atribuindo maior resistência à camada superficial.
Figura 1 - Talude com concreto projetado
Hidrossemeadura
É uma solução aquosa contendo sementes, adubos, nutrientes e adesivos, lançada a alta pressão e adere á superfície. Forma-se uma camada protetora que age ate o desenvolvimento da vegetação, auxiliando na conservação da umidade, controlando a temperatura, prevenindo a compactação do solo e reduzindo o impacto direto da chuva.
Figura 2 - Hidrossemeadura em talude
Geomantas
Gera uma cobertura capaz de reduzir o impacto das gotas de chuva e o desprendimento de partículas durante o escoamento. As geomantas não impermeabilizam o maciço e formam um revestimento flexível.
Figura 3 - Geomanta em talude
Biomantas
Evita que a água entre em contato diretamente com a superfície do solo, ameniza os processos de deslocamento e mobiliza partículas de material. Num segundo momento, com o desenvolvimento da cobertura vegetal e desgaste da biomanta esta passa a servir como adubo.
Figura 4 - Biomanta em contenção de taludes
Muro de arrimo de Gabiões
Formado por redes de aço zincado de malha hexagonal, são preenchidos por pedra de mão. Os tipos mais comuns são os gabiões-caixa, gabiões-manta e gabiões-saco.
Figura 5 - Contenção de talude com muro de gabiões
Tela metálica fixada por chumbadores e recoberta por concreto projetado
Conhecido como solo grampeado ou “Soil nailing”, consiste no reforço do maciço pela introdução de chumbadores (barras de ferro) e posterior recobrimento do talude com tela metálica fixada por pinçadores e aplicação de concreto projetado com 7 a 10 cm de espessura. Utilizada há muito tempo em terrenos rochosos, o sistema foi aperfeiçoado com a introdução do concreto projetado.
Figura 6 - Solos grampeados
2° tema – Embasados na dissertação elaborada, responda:
O que consiste a compactação dos solos e quais são os seus objetivos?
A compactação dos solos consiste no processo mecânico que, através de uma aplicação repetida e rápida de cargas ao solo, conduz a uma diminuição do seu volume, e portanto, a uma diminuição do índice de vazios e a um aumento do peso volume seco. Esta redução do volume é resultado, sobretudo, da expulsão de ar dos vazios do solo, não ocorrendo significativa alteração do teor em água nem alteração do volume das partículas solidas durante a compactação.
Os objetivos da compactação do solo são o aumento da resistência do solo e a redução da sua compressibilidade e permeabilidade.
Como se explica, no ensaio de compactação, o mecanismo do aumento e subsequente decréscimo do peso especifico aparente seco (ys) em função do teor de umidade (w) para os solos finos?
A ação de compactação irá desfazer torrões do solo, permitindo a expulsão do ar. Quanto mais água no solo, mais fácil e a quebra dos torrões e o consequente aumento do peso especifico seco. Porem, se a quantidade de água ultrapassar determinado valor, verifica-se que deixa de haver contato de determinadas zonas do ar do solo com a atmosfera, ficando aprisionado entre o solo e a água intersticial, não podendo ser expulso. A partir desse ponto, o aumento do teor de umidade não ira permitir a compactação eficaz, diminuindo o peso específico seco.
Nos solos mais grosseiros o teor de umidade ótimo é, em regra, mais reduzido, atingindo vazios mais elevados do peso específico seco. Já nos solos com maior pré-domínio de areia o teor de umidade ótimo é mais elevado, conduzindo a valores mais reduzidos do peso específico seco.
Como se define no campo, o nº ideal de passadas de um equipamento de compactação?
O numero ideal de passadas de um equipamento de compactação é definida em campo utilizando-se de um trecho experimental previamente escolhido e controlando os resultados obtidos.
Que tipos de equipamentos de compactação são mais recomendáveis para emprego em: pedregulhos, areias e solos arenosos; em argilas e solos argilosos; e em pedras (enrocamento)?
Os equipamentos vibradores são especialmente recomendáveis para solos granulares (arenosos e pedregulhosos). Sendo rolo liso (tipo “tandem” ou o de três rodas) recomendado para solos arenosos.
Os rolos pé de carneiro ou rolos pneumáticos são recomendados para solos argilosos. Os rolos lisos são indicados para compactação de pedregulhos e pedra britada.
3 Questão: Exercício sobre índices físicos:
4 Questão: Exercício sobre classificação dos solos:
Quatro amostras de solos obtidas em áreas de empréstimo distintas apresentaram as seguintes características:
	Amostra 
	Peneira
	%retida
	LL
	LP
	A
	#40
	28
	-
	-
	
	#200
	72
	-
	-
	B
	#40
	14
	45
	42
	
	#200
	30
	
	
	C
	#40
	12
	60
	31
	
	#200
	18
	
	
	D
	#40
	42
	38
	23
	
	#200
	65
	
	
Classifique as amostras de solos, segundo a classificação HRB (ou AASHTO), indicando sua qualidade como material de pavimento.
AMOSTRA (A);
Classificação HRB (ou AASHTO), indicando o comportamento geotécnico:
Amostra A
Peneira #200, retida acumulada: 72, passante: 28
IG1= 0 
IG2=0 		IG=0
IP=0
Classificação: A-2-4 (0), material do tipo cascalho e areia, siltosas ou argilosas.
Excelente a boa.
Amostra B
Peneira #200, retida acumulada: 30, passante: 70
IG1= 0
IG2=7,8 		IG=7,8
IP=LL-LP: IP= 45-42: IP=3
Classificação: A-7-5 (8), material do tipo de solos argilosos.
Aceitável a pobre.
Amostra C
Peneira #200, retida acumulada: 18, passante: 82
IG1= 7,5
IG2=12 		IG= 19,5
IP=LL-LP: IP= 60-31: IP=29
Classificação: A-7-5 (20), material do tipo de solos argilosos.
Aceitável a pobre.
Amostra D
Peneira #200, retida acumulada: 65, passante: 35
IG1= 2,5 
IG2=7,8 		IG= 10,30
IP=LL-LP: IP= 38-23: IP=15
Classificação: A-6 (10), material do tipo de solos argilosos.
Aceitável a pobre.