Pavimentação aula 2 - MATERIAIS

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Materiais de Camadas de Pavimento
A concepção da estrutura do pavimento e a seleção dos materiais a serem empregados dependem principalmente dos seguintes fatores:
 do tráfego (volume e composição) e vida ou período de projeto
 da disponibilidade de materiais da região
 do relevo e das condições climáticas da região
 da geometria e das condições de drenagem da via
As espessuras de cada uma das camadas dependerá do projeto de dimensionamento estrutural
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Materiais de Camadas de Pavimento
Nos pavimentos asfálticos, estão em geral presentes camadas de base, de sub-base e de reforço do subleito
Estrutura-tipo de pavimento asfáltico 
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Materiais de Camadas de Pavimento
Nos pavimentos rígidos ou de concreto de cimento Portland, denominam-se as camadas subjacentes às placas de concreto de camadas de sub-base e de reforço do subleito
Estrutura-tipo de pavimento rígido 
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Materiais de Camadas de Pavimento
Os materiais de base, de sub-base e do reforço do subleito são classificados ainda segundo sua natureza e seu comportamento aos esforços:
Materiais granulares e solos
Trabalham principalmente aos esforços de compressão. Os solos com fração de finos (silte + argila) exibem coesão, mas resistem fracamente à tração
Materiais cimentados ou estabilizados quimicamente
Materiais que recebem a adição de cimento, cal ou estabilizantes que aumentem expressivamente a coesão e a rigidez em relação ao material de origem, aumentando a resistência à compressão e à tração
Materiais com adição de asfalto
Materiais que possuem suas partículas de agregados ou de solo unidas por ligantes asfálticos que conferem aumento de resistência à compressão e à tração com relação ao material de origem
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Materiais de Camadas de Pavimento
Os solos do subleito e todos os materiais selecionados para comporem as camadas do pavimento devem ser ensaiados e caracterizados para assegurar um bom desempenho do pavimento. 
Preliminarmente, os solos e materiais em geral são ensaiados para determinar sua natureza e características físicas e/ou químicas. Para uma boa concepção e dimensionamento estrutural do pavimento devem também ser conhecidas as propriedades dos materiais como resistência, deformabilidade e permeabilidade, avaliadas por meio de ensaios. 
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Materiais: Seleção e Caracterização
Métodos de seleção e caracterização: principais fatores
Agregados e materiais essencialmente granulares, sem finos ou com fração de finos pouco expressiva: 
Distribuição granulométrica
Caracterização das partículas: resistência dos grãos, forma e durabilidade
Fração fina caracterizada indiretamente pelo equivalente de areia, pela plasticidade e pela atividade
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Materiais: Seleção e Caracterização
Métodos de seleção e caracterização
Solos com expressiva fração de finos (material passante na peneira no. 200 ou de abertura 0,075mm): 
São materiais indesejados tradicionalmente no meio rodoviário norte-americano e europeu devido à plasticidade, à redução da permeabilidade dos materiais e da rigidez, e ao aumento da deformabilidade, principalmente da expansão volumétrica em presença de água, o que reduz a resistência 
Solos tropicais presentes em grande extensão do território brasileiro exibem comportamento geotécnico peculiar, podendo ser resistentes e de baixa deformabilidade mesmo sendo plásticos e em presença de água, como os lateríticos – importantes materiais para a construção viária nacional
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Materiais: Seleção e Caracterização
Métodos de seleção e caracterização: solos - classificação MCT
(Miniatura, compactada, tropical) – Nogami e Villibor, 1981
Necessidade de uso de outros métodos e sistemas de classificação e caracterização de solos tropicais que possibilitem a distinção entre solos de comportamento lateríticos (L), desejados na pavimentação, daqueles de comportamento não-laterítico (N)
Foto: LENC Lab de Engenharia e Consultoria Ltda
SOLO LATERÍTICO
SOLO LATERÍTICO
SOLO NÃO-LATERÍTICO
SOLO NÃO-LATERÍTICO
Exemplos de taludes de corte com ocorrências de solos tropicais :
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Materiais: Seleção e Caracterização
Métodos de seleção e caracterização: solos - classificação MCT
Exemplo de talude de corte com ocorrências de solos tropicais :
Foto: Job S. Nogami
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Materiais: Seleção e Caracterização
Métodos de seleção e caracterização: classificação MCT
Propriedades e índices da MCT para solos tropicais passantes 90% ou mais na peneira No 10 ou de abertura 2,0 mm:
	c’ - avaliação da compressibilidade, tendência ao aumento do índice com a coesão, com a presença de finos
	e’ - avaliação combinada de dois índices (d’ e Pi), sendo o primeiro (d’) referente à variação de massa específica aparente com o aumento da umidade no ramo seco da curva de compactação – em geral elevado para solos lateríticos, e o segundo (Pi - perda por imersão) referente à perda de massa de material em presença de água – em geral baixa perda é típica de solos lateríticos coesivos que não perdem ou perdem pouca resistência em presença de água.
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Materiais: Seleção e Caracterização
Métodos de seleção e caracterização: classificação MCT
Compactação:
	
soquete
Cilindro de compactação e
 solo compactado
equipamento
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Materiais: Seleção e Caracterização
Métodos de seleção e caracterização: classificação MCT
Ensaio de perda por imersão – solo compactado em imersão em água:
	
Amostras de solos tropicais
Comportamento diferente
 de solos tropicais
em contato com água
Bom:
Baixa perda de material
Ruim:
Perda excessiva de material
Fotos: Marcia Aps
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Materiais: Seleção e Caracterização
Métodos de seleção e caracterização: classificação MCT
2 classes de solos tropicais:
	L: comportamento laterítico 
	N: comportamento não-laterítico)
A=areia
A’=arenoso
G’=argiloso
S’=siltoso
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Materiais: Propriedades Mecânicas
Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade
Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR):
Concepção no final da década de 20 para avaliar o potencial de ruptura do subleito - a resistência do material frente a deslocamentos significativos, sendo obtida por meio de ensaio penetrométrico em laboratório - resposta combina a coesão com o ângulo de atrito do material
Valor de referência ou padrão, equivalente a 100%
ISC é a relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo-de-prova de solo ou material granular e a pressão necessária para produzir a mesma penetração no material padrão 
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Materiais: Propriedades Mecânicas
Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade
Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR)
Etapas do ensaio laboratorial:
1º. Compactação do corpo-de-prova
2º. Imersão dos corpos-de-prova 
em tanque de água por 96 horas e 
medida de expansão axial
3º. Ensaio de penetração de pistão
padrão no corpo-de-prova e medida
penetração e resistência
Fotos: Rosângela Motta
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Materiais: Propriedades Mecânicas
Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade
Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR)
	Comentários:
A expansão axial após imersão do material em água não apresenta correlação forte com o Índice de Suporte Califórnia; há, no entanto, uma tendência de que materiais com elevada expansão apresentem baixa capacidade de suporte após contato com a água. Por este motivo, a expansão dos solos e materiais tem sido limitada pelas especificações cujo valor depende do material e posição da camada na estrutura
É desejável utilizar materiais pouco sensíveis à água, apresentando baixa perda de capacidade de suporte após imersão em água
Progressivamente o ISC vem sendo substituído pelo Módulo de Resiliência, ensaio que avalia o comportamento dos materiais frente à repetição de carga e pequenos deslocamentos por se aproximar da realidade de solicitação dos materiais em estruturas de pavimentos 
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Materiais: Propriedades Mecânicas
Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade
Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR)
Concepção no final da década de 20 para avaliar o potencial de ruptura do subleito - a resistência do material frente a deslocamentos significativos, sendo obtida por meio de ensaio penetrométrico em laboratório - resposta combina a coesão com o ângulo de atrito do material
Valor de referência ou padrão, equivalente a 100%
ISC é a relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo-de-prova de solo ou material granular e a pressão necessária para produzir a mesma penetração no material padrão 
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Materiais: Propriedades Mecânicas
Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade
Módulo de Resiliência:
Os problemas estruturais dos pavimentos são geralmente resultantes da repetição de cargas pelos veículos em movimento, aplicadas frequentemente em frações de segundo, com magnitudes e freqüências variadas. As tensões solicitantes nas camadas proporcionam na maior parte das vezes pequenos deslocamentos (recuperáveis ou resilientes após a cessão das tensões), bem menores que aqueles simulados nos ensaios de penetração como o ISC
A repetição de tensões pode levar um material à ruptura por fadiga, embora estas tensões sejam inferiores a sua resistência à ruptura. Desde os anos 30 pesquisadores e engenheiros rodoviários norte-americanos procuram mensurar os deslocamentos recuperáveis nos pavimentos, denominados de deflexão
Na década de 50 foi concebido nos Estados Unidos por Seed e Fead o primeiro equipamento triaxial de cargas repetidas para a mensuração em laboratório dos deslocamentos resilientes de materiais submetidos a tensões repetidas
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2. Módulo de Resiliência
Esquema do equipamento triaxial de cargas repetidas:
AR COMPRIMIDO
CÉLULA TRIAXIAL
LVDT
Registro dos deslocamentos
CILINDRO DE
PRESSÃO
  h
15 30
10 20
7.5 15
 5 10
h

Medidas em cm
CORPO-DE-PROVA
CÉLULA DE CARGA
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2. Módulo de Resiliência
Exemplo de equipamento triaxial de cargas repetidas:
Corpo-de-prova
Célula triaxial
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Materiais: Propriedades Mecânicas
2. Módulo de Resiliência (MR): Resumo do Ensaio
Uma tensão axial repetida de magnitude pré-fixada é aplicada na forma senoidal por 0,1 segundos e removida por 0,9 segundos a um corpo de prova, resultando em ciclos de 1 s.
Durante o ensaio, o corpo de prova é submetido a pares de tensão axial cíclica dinâmica (s1) e a tensão confinante estática (s3). 
Os deslocamentos axiais resilientes (recuperáveis) do corpo-de-prova são medidos e empregados para calcular o módulo de resiliência.
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Materiais: Propriedades Mecânicas
2. Módulo de Resiliência (MR): Cálculos 
MR = sd / er
Sendo: s1: tensão principal maior ou axial (kN/m2)
	s3: tensão principal menor ou de confinamento (kN/m2)
 	sd: tensão-desvio (kN/m2)
	er: deformação resiliente ou recuperável (er=dr / L) (mm/mm)
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2. Módulo de Resiliência (MR): materiais granulares
O MR depende principalmente da variação da tensão de confinamento
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2. Módulo de Resiliência (MR): vantagens
O MR indica uma propriedade básica dos materiais e é utilizado na análise mecanicista de sistemas de múltiplas camadas e pelos métodos modernos de dimensionamento de estruturas de pavimento
O método de determinação em laboratório do MR de solos pelo ensaio triaxial é aceito internacionalmente
Há técnicas disponíveis mundialmente e inclusive no Brasil para a avaliação em campo com testes rápidos e não-destrutivos (vide Bloco 10) dos deslocamentos resilientes dos pavimentos, possibilitando por retroanálise o cálculo do MR das camadas, auxiliando a liberação de camadas construídas e no dimensionamento de pavimentos e reabilitações
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Materiais: Propriedades Mecânicas
Outros ensaios mecânicos
Para alguns materiais de base, sub-base e reforço do subleito, principalmente os cimentados e os asfálticos, é necessária a determinação da resistência à tração ou a resistência à compressão simples
Estes valores de resistência são empregados principalmente em especificações de materiais e em alguns métodos de dimensionamento
Em alguns casos de projetos, determina-se a permeabilidade dos materiais para verificação principalmente da capacidade drenante. Em geral são empregados ensaios de carga constante para britas, agregados ou materiais granulares, e ensaios de carga variável para solos
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Materiais: Propriedades Mecânicas
Outros ensaios mecânicos: resistência à tração por compressão diametral
Carregamento estático de 
compressão vertical
Deslocamento rompendo o 
Corpo-de-prova por tração
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Materiais: Propriedades Mecânicas
Outros ensaios mecânicos: resistência à compressão simples
Carregamento axial de compressão
Deslocamento vertical do 
Corpo-de-prova levando à ruptura
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Materiais
Comentários:
A seleção dos materiais depende, portanto, da concepção da estrutura de pavimento que se objetiva construir e esta passa por:
 Identificação em campo, 
 Caracterização em laboratório 
 Determinação de propriedades mecânicas (resistência e deformabilidade) e da permeabilidade
Após estas etapas, são dimensionadas as estruturas de pavimentos
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