Resumo Cap 6 Materiais de Construção Rodoviária

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Capítulo 6 – Materiais de Construção Rodoviária
Solos e Rochas: Classificação: Argila é um material bastante plástico, moldável quando úmido e com boa coesão quando seco. Sua forma é lamelar. Esta forma das partículas lhes dá uma área bastante grande em relação às suas massas, portanto sua área específica é muito grande. Silte: é o material que pode ser considerado como uma transição entre as argilas e as areias. Suas características podem assemelhar-se às das argilas quando em sua composição prevalece as partículas pequenas e areias quando suas partículas são maiores. Areia: é um material inerte por serem constituído principalmente pelo quartzo. A forma apresentada é aproximadamente cúbica podendo tender ainda para lamelares e alongadas com grãos arredondados ou angulares. Pedregulho: material com características similares à areia. Turfas: solo rico em material orgânico, coloidal e com grande participação de materiais fibrosos em sua composição. Solos orgânicos: são aqueles cuja participação de matéria orgânica é importante em sua composição. Solos superficiais: são aqueles encontrados na superfície ou próximo a ela e que são influenciados pelas intempéries e agentes vegetais e animais. Alterações de rochas: são os solos provenientes da alteração in situ das rochas, gerando os chamados solos saprolíticos. 
As Rochas podem ser estudadas pela seguinte terminologia: Rocha sã: não apresenta alterações, fissuramentos ou contaminações importantes. Rocha alterada: é a rocha que sofreu algum tipo de alteração em suas características devido às intempéries ou outro fator. Bloco de Rocha: pedaços de rocha em grande tamanho. Matacão: blocos de rocha com diâmetro variando de 25 a 100 mm. Cascalho: material natural, geralmente resultante de alteração de rochas, muito utilizadas para pavimentação primária. Rachão: pedra cuja granulometria alcança 10 cm.
O Solo: é um material que ocorre na natureza nas mais diferentes formas para ser utilizado como fundação ou material de construção, necessita ser classificado de modo que se possam formular métodos de projetos baseados em algumas propriedades de cada grupo. Deste modo foram desenvolvidos vários sistemas de classificação cada um adequado a utilização dos solos ou a métodos de projeto. 
Sistema HBR (Highway Research Board): Neste sistema, denominado HRB, considera-se a granulometria, o limite de liquidez, o índice de liquidez e o índice de grupo. Este sistema de classificação liga-se intimamente ao método de dimensionamento de pavimentos pelo índice de grupo. Nesta classificação, os solos são reunidos em grupos e subgrupos, em função de sua granulometria, limites de consistência e do índice de grupo. No Quadro 6.2 é mostrado o quadro de classificação dos solos, segundo o TRB. Determina-se o grupo do solo, por processo de eliminação da esquerda para a direita, no quadro de classificação. O primeiro grupo a partir da esquerda, com o qual os valores do solo ensaiado coincidir, será a classificação correta.
Quadro 6.2 - Classificação dos solos (TRANSPORTATION RESEARCH BOARD)
	CLASSIFICAÇÃO
GERAL
	MATERIAIS GRANULARES
35% (ou menos) passando na peneira N.º 200
	MATERIAIS SILTO-ARGILOSOS
Mais de 35% passando na peneira N.º 200
	
CLASSIFICAÇÃO 
EM GRUPOS
	
A - 1
	
A - 3
	
A - 2
	
A - 4
	
A - 5
	
A - 6 
	A - 7
A - 7 - 5
A - 7 - 6
	
	A -1 - A
	A - 1 - B
	
	A - 2 - 4
	A - 2 - 5
	A - 2 - 6
	A - 2 - 7
	
	
	
	
	Granulometria - % passando na peneira
N.º 10.............
N.º 40............. 
N.º 200...........
	50 máx.
30 máx.
15 máx.
	
30 máx.
25 máx.
	
51 min.
10 máx.
	
35 máx.
	
35 máx.
	
35 máx.
	
35 máx.
	
36 min.
	
36 min.
	
36 min.
	
36 min.
	Características da fração passando na peneira N.º 40:
Limite de Liquidez................
Índice de Plasticidade............
	
6 máx.
	
6 máx.
	
NP
	
40 máx.
10 máx.
	
41 min.
10 máx.
	
40 máx.
11 min.
	
41 min.
11 min.
	
40 máx.
10 máx.
	
41 min.
10 máx. 
	
40 máx.
11 min.
	
41 min.
 11 min.*
	Índice de Grupo.....................
	0
	0
	0
	0
	0
	4 máx.
	4 máx.
	8 máx.
	12 máx.
	16 máx.
	20 máx.
	
Materiais constituintes
	
Fragmentos de pedra, pedregulho fino e areia
	
Pedregulho ou areias siltosos ou argilosos
	
Solos siltosos
	
Solos argilosos
	Comportamento como subleito
	Excelente a bom
	Sofrível a mau
* O IP do grupo A-7-5 é igual ou menor do que o LL menos 30.
SUCS (Sistema unificado de classificação do solo): baseia-se na identificação dos solos de acordo com as suas qualidades de textura e plasticidade, agrupando-lhes de acordo com seu comportamento quando usados em estradas, aeroportos, aterros e fundações. 
Neste método são consideradas as seguintes características do solo para sua classificação: Percentagens de pedregulhos, areias e finos e forma na curva granulométrica. 
Plasticidade e Compressibilidade: Divididos em: Solos de granulação grossa (+ 50% retido na peneira n.º200); solos de granulação fina (+ de 50% passa na peneira n.º 200) e solos altamente orgânicos que apresentam um aspecto diferenciado e muitas vezes odores característicos. 
As vantagens do emprego do SUCS estão no exercício da identificação de campo, na adoção de uma simbologia que diz da natureza do solo, e no valor prático das indicações que a classificação proporciona a vários ramos da engenharia de solos.
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Terminologia usada no SUCS: 
Quadro 6.4 - Terminologia Usada no SUCS
	Símbolos
	Significado
	
	inglês
	português
	G
	Gravel
	cascalho (pedregulho)
	S
	Sand
	areia
	C
	Clay
	argila
	W
	Well graded
	bem graduado
	P
	Poor graded
	mal graduado
	F
	Fines
	finos (passando na peneira nº 200)
	M
	Mo
	mó ou limo (areia fina)
	O
	Organic
	matéria orgânica
	L
	Low liquid limit
	LL baixo
	H
	High liquid limit
	LL alto
	Pt
	Peat
	turfa
Quadro 6.5 - Grupos de solos
	Símbolos dos Grupos
	Significados dos Símbolos dos Grupos de Solos
	GW
	Cascalho bem graduado, cascalho e areia sem muitos finos;
	GP
	Cascalho mal graduado, cascalho e areia sem muitos finos;
	GM
	Cascalho siltoso com areia;
	GC
	Cascalho argiloso com areia;
	SW
	Areia bem graduada, com cascalho e sem muitos finos;
	SP
	Areia mal graduada, com cascalho e sem muitos finos;
	SM
	Areia siltosa, mistura de areia e silte ou limo;
	SC
	Areia argilosa, mistura de areia e argila;
	ML
	Material siltoso e areias muito finas, pó-de-pedra, areias finas siltosas ou argilosas, ou siltes argilosos com baixa plasticidade;
	CL
	Argilas magras, argilas de plasticidade baixa ou média, argilas com cascalho, areia ou silte;
	OL
	Siltes orgânicos, argilosos ou não, com baixa plasticidade;
	MH
	Siltes, limos, areia finas micáceas ou diatomáceas, solos siltosos, siltes elásticos;
	CH
	Argilas gordas, de plasticidade média ou alta;
	OH
	Argilas orgânicas de plasticidade média ou alta, siltes orgânicos;
	Pt
	Turfa e outros solos altamente orgânicos
MCT – miniatura compacta tropical (Classificação dos solos tropicias): que permite retratar as peculiaridades dos solos quanto ao comportamento laterítico. Já os estudos iniciados na COPPE/UFRJ em 1976, resultaram na Classificação Resiliente que qualifica os solos quanto ao comportamento mecânico em termos de deformabilidade elástica. Recentemente o DNER normalizou esta metodologia cujo objetivo é determinar de maneira expedita e econômica o grupo de classificação MCT em que os solos tropicais se encaixam. A classificação MCT separa os solos em 2 grandes classes: solos de comportamento Laterítico e solos de comportamento Não laterítico e em 7 grupos.
 
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�
	CLASSES
	N – SOLOS NÃO LATERÍTICOS
	L – SOLOS LATERÍTICOS
	GRUPOS
	NA
areias
	NA`
arenosos
	NS`
siltosos
	NG`argilosos
	LA
areias
	LA`
arenosos
	LG`
argilosos
	Granulometrias típicas
(minerais (1))
	areias, 
areias siltosas, siltes(q)
	areias siltosas, areias argilosas
	siltes (k, m),
Siltes arenosos,
Siltes argilosos
	argilas,
argilas arenosas, argilas siltosas
	areias com pouca argila
	areias argilosas, argilas arenosas
	
	Capacidade de suporte
	
Mini CBR
sem imersão
%
	Muito alto > 30
	
Alto 
a 
médio
	
Alto
	
Médio 
a 
alto
	
Alto
	
Alto
	
Alto
a
muito alto
	
Alto
	
	
	Alto	12 – 30
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Médio	4 a 12
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Baixo	<4
	
	
	
	
	
	
	
	
	Perda de suporte por imersão 
%
	Alta	> 70
	
Média
a
baixa
	
Baixa
	
Alta
	
Alta
	
Baixa
	
Baixa
	
Baixa
	
	
	Média 	40 a 70
	
	
	
	
	
	
	
	(2)
	
	Baixa	< 40
	
	
	
	
	
	
	
	Expansão % (2)
	Alta	>3
	Baixa 
	Baixa 
	Alta a média 
	Baixa
	Baixa
	Baixa
	Baixa
	
	Media	0,5 a 3
	
	
	
	
	
	
	
	Contração % (2)
	
	Baixa a média
	Baixa a média
	Média 
	Alta a média
	Baixa 
	Baixa a média
	Media a alta
	
	Baixa	< 0,5
nmn
	
	
	
	
	
	
	
	Permeabilidade
Log(K(cm/s)) 
(2)
	Alta 	>-3
	
Média
a
alta
	
Baixa
	
Média 
a 
baixa
	
Baixa 
a
 média
	
Média 
a 
baixa
	
Baixa
	
Baixa
	
	Média 	- 3 a - 6
	
	
	
	
	
	
	
	
	Baixa	< -6
	
	
	
	
	
	
	
	
Plasticidade
	%
	IP
	LL
	
Baixa
a
não plástica
	
Média 
a 
não plástica
	
Média 
a
alta
	
Alta
	
Não plástica
a
baixa
	
Baixa 
a
 média
	
Média 
a
alta
	
	Alta
	> 30
	> 70
	
	
	
	
	
	
	
	
	Média
	7 a 30
	30 a 70
	
	
	
	
	
	
	
	
	baixa
	<7
	<30
	
	
	
	
	
	
	
	Propriedades típicas dos solos – (1) q = quartzo, m = micas, k= caulinita, 
(2) corpos de prova compactados na umidade ótimos de energia “normal” com sobrecarga padrão quando pertinente, sem fração retida na peneira 2 mm de abertura
Fonte: NOGAMI e VILLIBOR, Uma nova classificação de solos para finalidades rodoviárias.
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Resiliência dos solos: Até a década de 70, os métodos de dimensionamento usualmente empregados no Brasil caracterizavam-se por enfocar, basicamente, a capacidade de suporte dos pavimentos em termos de ruptura plástica sob carregamento estático, retratada através do valor do CBR. No entanto, observa-se que boa parte da malha rodoviária vinha apresentando uma deterioração prematura, que era atribuída à fadiga dos materiais gerada pela contínua solicitação dinâmica do tráfego atuante. Esta realidade acabou por dar ensejo à introdução, no país, de estudos da resiliência de materiais empregáveis em pavimentos, permitindo, assim avaliar-se comportamentos estruturais até então não explicáveis pelos procedimentos clássicos e efetuar-se uma abordagem mais realista desta problemática no meio tropical. As deformações resilientes são deformações elásticas no sentido de que são recuperáveis. Entretanto, não variam de modo linear com as tensões aplicadas, e dependem de vários fatores que não são considerados no conceito convencional de elasticidade. Fatores que afetam o modulo resiliente dos solos granulares: n.º de repetição da tensão-desvio, história das tensões, duração e freqüência do carregamento e nível de tensão aplicada. Fatores que afetam o modulo resiliente dos solos finos coesivos: número de repetição da tensão-desvio, história de tensões, duração e freqüência de aplicação das cargas, umidade e massa especifica de moldagem, tixotropia dos solos argilosos e nível de tensão. 
AGREGADOS: são materiais granulares, inertes, amorfos e com dimensões bem definidas. Possuem propriedades adequadas para compor as camadas estruturais do pavimento ou podem ser misturadas para melhorar estas propriedades. Classificação: 
	
	
	
	
	
	
	
	Agregado natural
	
	Quanto à natureza
	
	
	
	Agregado artificial
	
	
	
	
	
	
	Agregado graúdo
	
	
	
	Agregados
	Quanto ao tamanho
	Agregado miúdo
	
	
	
	
	
	Agregado de enchimento
	
	
	
	
	
	
	Denso
	
	
	
	
	Quanto à graduação
	Aberto
	
	
	
	
	
	Tipo macadame
	
	
	
	
	
Conceituação: As características tecnológicas de um agregado servem para assegurar uma fácil distinção de materiais, de modo a se poder comprovar sua uniformidade, bem como a escolha de um material que resista, de forma adequada, as cargas que o pavimento irá suportar. As características dos agregados que devem ser levadas em conta nos serviços de pavimentação são as seguintes: Granulometria, Forma, Absorção de água, Resistência ao choque e ao desgaste, Durabilidade, Limpeza, Adesividade, Massa específica aparente, Densidade real e aparente do grão.
MATERIAIS BETUMINOSOS: As principais características que os betumes podem apresentar são: Força adesiva, Solubilidade em sulfeto de carbono, Capacidade aglomerante sem a presença de água, Capacidade de repelir a água, é hidrófugo, Sensibilidade térmica, Para efeitos práticos pode ser considerado quimicamente inerte, Fácil obtenção e a um baixo custo. Resumidamente os ligantes betuminosos podem ser classificados conforme o apresentado na Figura 6.14, apresentada a seguir:
 
Características básicas dos materiais betuminosos: As propriedades importantes dos materiais betuminosos dizem respeito a sua aglutinação, impermeabilização, durabilidade, e versatilidade de utilização. Os materiais betuminosos possuem comportamento tensão X deformação dependentes do tempo de aplicação da carga e fundamentalmente termoplásticos, isto é, sua consistência varia com a temperatura. Assim, os efeitos da temperatura, tempo de aplicação da carga e de seu valor são condicionantes importantes a serem consideradas no projeto de pavimentos asfálticos. 
A durabilidade é a sua capacidade de resistir as mudanças de suas propriedades devido ao intemperismo nas pistas e também devido ao aquecimento. É normalmente caracterizada pela manutenção das qualidades coesivas, plásticas, e pela resistência ao endurecimento com o tempo.
Algumas das principais características dos materiais betuminosos, que serão analisados oportunamente são: 
Dureza - resistência á penetração,
Ponto de amolecimento - temperatura a partir da qual há o amolecimento do betume,
Viscosidade – que é a resistência à deformação
Ductilidade – é a capacidade do material se distender sem se romper,
Massa específica,
Ponto de Fulgor – temperatura acima da qual o material pode inflamar,
Ponto de amolecimento - temperatura acima da qual o material amolece, sai do estado sólido e passa a viscoso.
Betume total – é o teor restante de betume do material 
Densidade - utilizado para avaliar o ter de impurezas da amostra
Atualmente são empregados os seguintes tipos de materiais betuminosos na pavimentação: cimentos asfalticos, asfaltos diluídos, e emulsões asfalticas. 
Cimento Asfaltico: é o asfalto obtido especialmente para apresentar características adequadas para o uso na construção de pavimentos, podendo ser obtido por destilação do petróleo em refinarias ou do asfalto natural encontrado em jazidas. O cimento asfáltico de petróleo recebe o símbolo CAP e o cimento asfáltico natural o símbolo CAN. São semi-sólidos à temperatura ambiente, e necessitam de aquecimento para terem consistência apropriada ao envolvimento de agregados, possuem características e flexibilidade, durabilidade, aglutinação, impermeabilização e elevada resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e álcalis. 
Asfalto diluído: são diluições de cimentos asfálticos em solventes derivados do petróleo de volatilidade adequada, quando há necessidade de eliminar o aquecimento do CAP, ou utilizar um aquecimento moderado. Os solventes funcionam somente como veículos para utilizar o CAP em serviços de pavimentação. A evaporação totaldo solvente após a aplicação do asfalto diluído deixa como resíduo o CAP que desenvolve, então, as propriedades cimentícias necessárias. A essa evaporação dá-se o nome de cura do asfalto diluído.
Emulsão asfáltica: é uma dispersão coloidal de uma fase asfáltica em uma fase aquosa (direta), ou, então, uma fase aquosa dispersa em uma fase asfáltica (inversa), com ajuda de um agente emulsificante. São obtidas combinando com água o asfalto aquecido, em um meio intensamente agitado, e na presença dos emulsificantes, que têm o objetivo de dar uma certa estabilidade ao conjunto, de favorecer a dispersão e de revestir os glóbulos de betume de uma película protetora, mantendo-os em suspensão.Para a fabricação das emulsões são utilizados equipamentos que realizam uma agitação intensa a fim de obter as dispersões mais finas e mais estáveis possíveis. São utilizados na fabricação os moinhos coloidais, moinhos de bolas, homogeneizadores, agitadores mecânicos, misturadores, emulsionadores por injeção etc.
Asfaltos modificados: podem ser definidos como aqueles asfaltos que receberam algum aditivo com o intuito de se alcançar melhorias em suas características, dando ao material resultante algum acréscimo em termos de performance. Este aumento de performance vem em forma de um melhor desempenho à fadiga, maior resistência a deformação permanente e a trincas térmicas, menor suscetibilidade térmica, dentre outras características.
LIGANTES
BETUMINOSOS
EMULSÃO
ASFÁLTICA
LÍQUIDOS - AP - 1 a A - 6
SEMI-SÓLIDOS - AP - 7 a AP - 12
ANIÔNICA
RUPTURA RÁPIDA - RR
RUPTURA MÉDIA - RM
RUPTURA LENTA - RL
RUPTURA RÁPIDA - RR
RUPTURA MÉDIA - RM
RUPTURA LENTA - RL
CATIÔNICA
CURA RÁPIDA - CR
CURA MÉDIA - CM
CURA LENTA - CL
CAP - 30/45
CAP - 50/60
CAP - 85/100
CAP - 150/200
NATURAL
(AN)
ALCATRÃO
(AP)
PETRÓLEO
(AP)
LÍQUIDOS
ASFALTO
DILUÍDO
CIMENTO
ASFÁLTICO
SEMI-SÓLIDO
SÓLIDOS - OXIDADOS, SOPRADOS
ROCHAS ASFÁLTICA - XISTOS, ARENITOS
LAGOS ASFÁLTICOS
Figura 6.14 – Classificação dos ligantes betuminosos de acordo com sua origem.