Aula 2 Mecânica dos Solos Aplicada à pavimentação

Prévia do material em texto

Pavimentação
AULA 2 – MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA À PAVIMENTAÇÃO
PROF. ALAN REIS
M O NT E C A RM ELO, F EVER EIRO D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Caracterização dos Solos
 Identificação tátil-visual: demanda experiência na
realização dos ensaios e na classificação das
amostras.
 Cor;
 Textura;
 Aspereza: esfrega-se o solo na mão para sentir sua
aspereza. Areias são mais ásperas que as argilas;
 Plasticidade: tenta-se moldar pequenos cilindros de
solo úmido. Argilas são moldáveis e silte e areias não;
 Resistência do solo seco: Torrões de argilas são
resistentes, de silte pouco resistentes e areias nem
formam torrões;
 Dispersão em água: Argilas sedimentam mais
lentamente que silte e bem mais que areias quando
dispersas em água.
S L I D E 21 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Caracterização dos Solos
 Análise 
granulométrica:
S L I D E 31 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 41 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Peneiramento Sedimentação
Partículas grossas
( >0,075 mm / #200) 
Partículas finas
(< 0,075 mm / #200) 
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 51 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Peneiramento
Partículas grossas
( >0,075 mm / #200) 
Nº peneira 
(#)
Abertura 
(mm)
76,2
50,8
#1.1/2” 38,1
25,4
#3/4 19,0
#1/2 12,7
#3/8 9,5
#3/16 4,76
5 4,00
6 3,36
7 2,83
8 2,38
10 2,00
12 1,68
14 1,41
16 1,19
Nº peneira 
(#)
Abertura 
(mm)
18 1,00
20 0,84
25 0,71
30 0,59
35 0,50
40 0,42
45 0,35
50 0,297
60 0,250
70 0,210
80 0,177
100 0,149
120 0,125
140 0,105
200 0,074
270 0,037
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 61 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Em suspensão em um fluido, 
as partículas cairão com 
velocidades proporcionais 
ao quadrado de seus 
diâmetros
Sedimentação
Partículas finas
(< 0,075 mm / #200) 
Técnica baseada na Lei de 
Stokes
A densidade da solução irá 
variar ao longo do tempo, 
em virtude do 
deslocamento das 
partículas, da superfície 
para o fundo.
𝑑௔௧௨௔௟
𝑑௜௡௜௖௜௔௟
= % 𝑔𝑟ã𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚 𝐷 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑎𝑜 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑒𝑙𝑎 𝐿𝑒𝑖 𝑑𝑒 𝑆𝑡𝑜𝑘𝑒𝑠
𝑣 =
𝑧
𝑡
Calcular os diâmetros 
equivalentes
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Caracterização dos Solos
 Tamanho das partículas: de acordo com a ABNT NBR 6502/1995*
S L I D E 71 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Argilas Siltes Areias Pedregulhos
0,002 0,06 2,0 600D (mm)
Finas: entre 0,06 e 0,2 mm
Médias: entre 0,2 e 0,6 mm
Grossas: entre 0,6 e 2 mm
Finos: entre 2,0 e 6,0 mm
Médios: entre 6,0 e 20 mm
Grossos: entre 20 e 60 mm
*Valores válidos no Brasil. No caso de outros países, há variação nos limites de 
cada um dos tipos de solo
Sedimentação Peneiramento
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Índices de consistência 
(Limites de Atterberg)
S L I D E 81 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
 Permite a verificação do comportamento do solo 
quando exposto a diferentes umidades, que fazem 
variar sua consistência.
 Estes limites são determinados, uma vez que a
simples classificação granulométrica do solo não é
suficiente para a total previsão de seu
comportamento.
 Outros fatores podem influenciar neste
comportamento, principalmente de solos mais finos:
 Composição química e mineralógica;
 Umidade;
 Estrutura;
 Grau de saturação;
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Índices de consistência 
(Limites de Atterberg)
S L I D E 91 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Ensaio de Casagrande 
(ABNT NBR 6459/1984):
Determinação do Limite 
de Plasticidade
(ABNT NBR 7180/1984):
Menor umidade para se 
moldar um “rolinho” de 
3 mm de diâmetro e 10 
cm de comprimento
Slide 1013 de março de 2018
Valores típicos para solos brasileiros (Pinto, 2006):
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Índices físicos do solo
S L I D E 1 11 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
𝑉௦: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠
𝑉௩: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠 𝑎𝑟 + á𝑔𝑢𝑎
𝑉௪: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
𝑉௔: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑟
𝑃௦: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜𝑠 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠
𝑃௪: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎
𝑃௔: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟
𝑒: í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠
𝑆: 𝑔𝑟𝑎𝑢 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎çã𝑜
𝛾௦: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑜𝑠 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 
(𝑜𝑢 𝑑𝑜𝑠 𝑔𝑟ã𝑜𝑠)
𝑤: 𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Índices físicos do solo
 Umidade ( ): relação entre o peso da água e o peso dos
sólidos: ௠ೌ
௠ೞ
௠ú೘೔೏ೌି௠ೞ೐೎ೌ
௠ೞ೐೎ೌ
 Índices de vazios ( ): relação entre o volume de vazios e o
volume das partículas sólidas: ௏ೡ
௏ೞ
 Porosidade ( ): relação entre o volume de vazios e o
volume total: ௏ೡ
௏
 Grau de saturação ( ): relação entre o volume de água e
o volume de vazios: ௏ೌ
௏ೇ
S L I D E 1 21 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Índices físicos do solo
 Peso específico dos sólidos ( ௦): relação entre o peso das partículas sólidas (com a sua umidade 
natural) e o seu volume: ௦
௉ೞ
௏ೞ
 Peso específico da água: ௪
௞ே
௠య
 Peso específico natural ( ௡): relação entre o peso total do solo e seu volume total: ௡
௉
௏
 Peso específico aparente seco ( ௗ): relação entre o peso dos sólidos (sem umidade, ou seja, 
após ser seco em estufa) e o seu volume: ௗ
௉ೞ೐೎೚
௏
 Peso específico aparente saturado ( ௦௔௧): peso específico do solo se ficasse saturado e se isso 
ocorresse sem variação de volume.
 Peso específico submerso ( ௦௨௕): ௦௨௕ ௡ ௪
S L I D E 1 31 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Índices físicos do solo
 Apenas três índices físicos são determinados em laboratório:
 Umidade (𝑤)
 Peso específico dos sólidos (𝛾௦)
 Peso específico natural (𝛾௡)
 Os demais são definidos pelas seguintes relações (ou diretamente de suas definições):
S L I D E 1 41 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Classificação dos Solos
 Classificar um solo é incluí-lo em um
determinado grupo composto por solos com
características e propriedades geotécnicas
similares.
 Desta forma, pode-se estimar seu
comportamento ou ao menos se orientar o
programa de investigação necessário.
 Classificações mais utilizadas em termos
rodoviários são:
 Classificação Unificada (SUCS);
 Sistema Rodoviário de Classificação (HRB ou TRB);
 Classificação MCT (Miniatura Compactada Tropical)
S L I D E 1 51 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Classificação dos Solos
 Classificação Unificada (SUCS):
S L I D E 1 61 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 1 71 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Solos granulares (grossos):
Coeficiente de não uniformidade
(ou de uniformidade):
CNU
Bem graduada 
é a amostra
“em pé” a curva 
granulométrica
Mal graduada é 
a amostra
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 1 81 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Solos granulares (grossos):
Coeficiente de curvatura:
Complementar ao
CNU, permite
identificar possíveis
descontinuidades
nas curvas
granulométricas.
1< CC < 3 Material bem graduado
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 1 91 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Solos finos:
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Classificação dos 
Solos
 Sistema Rodoviário de Classificação
(HRB ou TRB):
S LI D E 2 01 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Classificação dos Solos
 Classificação MCT (Miniatura Compactada Tropical)
 Os solos tropicais ocorrem em locais que apresentam características climáticas tropicais e
úmidas. Geralmente, países onde ocorre este tipo de solo estão localizados entre trópicos.
Porém, o solo tropical deverá possuir propriedades de processos geológicos e/ou pedológicos
típicos das regiões tropicais úmidas.
 A aplicação das classificações tradicionais aos solos tropicais se torna restrita devido às
peculiaridades destes solos. Neste contexto, destaca-se o fato de a hierarquização dos solos
utilizados em pavimentação baseada nas classificações geotécnicas tradicionais não
corresponderem ao real desempenho dos mesmos nas obras de pavimentação rodoviária.
 Percebeu-se então a necessidade de se criar um sistema complementar de classificação de
solos, que levasse em conta as características dos solos tropicais. Surgiu então a classificação
MCT, elaborada por Nogami e Villibor (1981) .
S L I D E 2 11 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Classificação dos Solos
 Classificação MCT (Miniatura Compactada Tropical)
S L I D E 2 21 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Solos lateríticos
 Solos residuais, comuns em regiões tropicais, que possuem na sua
composição minerais caulíniticos, além de elevada concentração de ferro e
alumínio, na forma de óxidos e hidróxidos.
 Essa composição traz a estes solos uma cor avermelhada característica.
 Naturalmente, estes solos apresentam elevado índice de vazios e baixa
resistência. Porém, quando compactados, sua capacidade de suporte é
elevada.
Desta forma, são muito aplicados em aterros e pavimentos, não
apresentando expansões quando expostos à água.
Solos tropicais mais 
típicos no Brasil:
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Classificação dos Solos
 Classificação MCT (Miniatura
Compactada Tropical)
A classificação MCT insere os
solos em 2 grandes grupos,
subdividos posteriormente em 7
subgrupos:
 Esta classificação é baseada em
ábaco (slide seguinte),
dependente dos índices c’ e e’,
determinados por meio de
ensaios.
S L I D E 2 31 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Solos lateríticos (L)
Areias lateríticas (LA)
Solos arenosos 
lateríticos (LA’)
Solos argilosos 
lateríticos (LG’)
Solos não-lateríticos
(N)
Areias não-lateríticas
(NA)
Solos arenosos não-
lateríticos (NA’)
Solos argilosos não 
lateríticos (NG’)
Solos siltosos não-
lateríticos (NS’)
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 41 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
está associado à argilosidade do solo 
reflete o 
caráter 
laterítico
do solo
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Classificação 
dos Solos
 Os índices c’ e e’ são determinados
por meio do ensaio de compactação
Mini-MCV.
 O equipamento e os acessórios
para este ensaio são ilustrados ao
lado.
 Os procedimentos para realização
serão resumidos nesta aula, mas
estarão disponíveis em arquivo
anexo.
S L I D E 2 51 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 61 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Sequência de passos 
para o ensaio MCV e a 
respectiva obtenção 
dos índices para a 
classificação MCT
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 71 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Ensaio CBR (ISC)
 O ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou de CBR (California Bearing Ratio) foi
desenvolvido na década de 30 pelo California Division of Highways com a intenção de avaliar a
resistência de materiais com tamanho de partículas menor que 19 mm.
 O ensaio consiste na determinação da relação entre a pressão necessária para produzir uma
penetração de um pistão num corpo de prova de solo e a pressão necessária para produzir a
mesma penetração numa brita padronizada.
 O valor dessa relação, expressa em porcentagem, possibilita a avaliação da capacidade de
suporte de um material e é fundamental para o projeto de pavimentos asfálticos pelos métodos
empíricos.
S L I D E 2 81 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Ensaio CBR (ISC)
Em linhas gerais, a sequência do ensaio é a seguinte: 
a) Compacta-se no molde o material, em cinco camadas iguais de modo a se obter uma altura
total compactada de solo com cerca de 12,5cm. Cada camada recebe 12 golpes do soquete (caso
de materiais para subleito), 26 ou 55 (caso de materiais para sub-base e base), caindo de 45,7cm,
distribuídos uniformemente sobre a superfície da camada. O processo de compactação pode ser
realizado com reutilização de amostras;
b) Após a compactação, rasa-se o material na altura exata do molde com uma régua biselada e
retira-se três amostras do material excedente da moldagem para determinar o teor umidade;
c) Compactam-se outros corpos de prova com teores crescentes de umidade, tantas vezes
quantas necessárias para caracterizar a curva de compactação ou, então, pode-se compactar
apenas no teor de umidade ótimo caso já se tenha realizado os ensaios de compactação Proctor;
S L I D E 2 91 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Ensaio CBR (ISC)
d) Pesa-se o conjunto cilindro mais solo; 
e) Ensaio de expansão: instalam-se os tripés para a fixação dos extensômetros e colocam-se os
conjuntos imersos em água durante 4 dias. A leitura de expansão é feita a cada 24h e calcula-se
pela expressão:
௙ ௜
௜
f) Ensaio de penetração: após o ensaio de expansão procede-se o ensaio de penetração
retirando-se os conjuntos da água e deixando escoar por alguns minutos. Em seguida realiza-se o
ensaio de penetração numa prensa (Figura 2.4) a uma velocidade constante de 1,27mm/min.
Durante este ensaio são feitas leituras no anel dinanométrico para penetrações específicas.
Multiplicando-se essas leituras pela constante do anel obtêm-se as pressões ou cargas para cada
uma das penetrações;
S L I D E 3 01 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Ensaio CBR (ISC)
g) Traça-se a curva pressão-penetração como mostrado na Figura do próximo slide. 
Caso exista um ponto de inflexão, traça-se uma tangente à curva nesse ponto até que ela
intercepte o eixo das abscissas; a curva corrigida será então essa tangente mais a porção
convexa da curva original, considerada a origem mudada para o ponto em que a tangente corta
o eixo das abscissas. Seja c a distância desse ponto à origem dos eixos soma-se essa distância às
abscissas dos pontos correspondentes as penetrações. Com isso obtêm-se, na curva traçada, os
valores correspondentes das novas ordenadas, que representam os valores das pressões
corrigidas para as penetrações referidas;
S L I D E 3 11 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 3 21 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S
Ensaio CBR (ISC)
O índice de suporte Califórnia para cada corpo de prova é obtido pela expressão: 
௖
௣
onde, 
CBR é o índice de suporte Califórnia em %; 
௖ é a pressão (MPa) ou carga (kgf) calculada ou corrigida obtida no gráfico penetração-carga,
para as penetrações de 2,54 e 5,08mm;
௣ é a pressão ou carga padrão da brita para 2,54mm e 5,08mm 
- para 2,54mm: 6,9Mpa ou 1350 kgf; 
- para 5,08mm: 10,35MPa ou 2050kgf.
S L I D E 3 31 3 D E M A R Ç O D E 2 0 1 8
Adota-se para o índice CBR o maior dos valores 
obtidos nas penetrações de 2,54 e 5,08mm.
P A V I M E N T A Ç Ã O
P R O F . A L A N R E I S S L I D E 3 41 3 DE M A R Ç O D E 2 0 1 8
Vídeo 
ilustrativo 
da execução 
do ensaio 
CBR
Obrigado pela atenção!
PAVIMENTAÇÃO
AULA 2 – MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA À PAVIMENTAÇÃO
PROF.: ALAN REIS
M O NT E C A RM ELO, F EVER EIRO D E 2 0 1 8