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PAVIMENTOS ECONÔMICOS Tecnologia do uso dos Solos Finos Lateríticos Douglas Fadul Villibor Job Shuji Nogami © Copyright 2009 by Douglas Fadul Villibor e Job Shuji Nogami Supervisão geral Douglas Fadul Villibor e Job Shuji Nogami Coordenação gráfica Editora Arte & Ciência Capa Elton Ferreira de Oliveira e Wesley Silva Coordenação Editorial Elton Ferreira de Oliveira Diagramação e projeto gráfico resolvo ponto com – soluções em design Preparação de figuras Elton Ferreira de Oliveira Revisão técnica Débora Nogueira Targas e João Virgilio Merighi Revisão de texto Luciana Reis Andrade, Mirella Pennacchi Assali, Odilson Coimbra Fernandes e Leticia Zini Antunes. Dados internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Acácio José Santa Rosa, CRB-8/157) V782p Villibor, Douglas Fadul Pavimentos econômicos: tecnologia do uso dos solos finos lateríticos / Douglas Fadul Villibor, Job Shuji Nogami. – São Paulo: Arte & Ciência, 2009 p.291, 21 cm / contém anexos / Bibliografia ISBN - 978-85-61165-34-5 1 Pavimentação econômica. 2. Pavimentação – Emprego de solos finos lateríticos. 3. Pavimentos – Construção – Baixo custo. 4. Solo lateríticos – Tecnologia do uso – Pavimentação. 5. Engenharia rodoviária – Estudos de técnicas econômicas. 6. Rodovias – Construção. I. Nogami, Job Shuji. II. Título. CDD - 625.8 - 625.85 - 625.123 Índice para catálogo sistemático: 1. Pavimentos Econômicos: Tecnologia do Uso dos Solos Finos Lateríticos 625.85 2. Pavimentação: 625.8 3. Pavimentos flexíveis: Emprego de base com Solos Finos Lateríticos 625.85 4. Geotecnica - Estudo de solos finos lateriticos com e sem agregados 624.13 5. MCT - Metodologia 624.13 6. Mecânica dos solos 624.131 7. Pavimentos: Construção: Aspectos econômicos 388.11 8. Solo arenoso fino laterítico: 624.131.2 9. Solos tropicais: 624.131.29 Proibida toda e qualquer reprodução desta edição por qualquer meio ou forma, seja ele eletrônico ou mecânico, fotocópia, gravação ou qualquer meio de reprodução, sem permissão expressa do editor. Todos os direitos desta edição, em língua portuguesa, reservados à Editora Arte & Ciência Editora Arte & Ciência - Rua dos Franceses, 91 - Morro dos Ingleses São Paulo - SP - CEP 01329-010 / Tel.:(011) 3258-3153 Na internet: http: // www.arteciencia.com.br À minha esposa, Maria Alice, que sempre acreditou em minhas idéias. Aos meus filhos, Simone e André, que sempre me apoiaram. Aos meus netos Victor e Júlia, que me fortalecem para a continuação do meu trabalho. Douglas DEDICATÓRIA DEDICATÓRIA HOMENAGEM E IN MEMORIAN Ao mestre e amigo Job Shuji Nogami, responsável pela minha formação científica e pelo muito que tem feito para o desen- volvimento do estudo dos solos tropicais e de novas técnicas rodoviárias mais apropriadas à realidade nacional. Douglas HOMENAGEM Araken Silveira Fernando Custódio Corrêa Luiz P.V.Andreatini Raphael do Amaral Campos Sérgio Thenn de Barros Pela contribuição à engenharia rodoviária. IN MEMORIAN Ao saudoso amigo Mario Kabalem Restom Pelo apoio constante na divulgação de nosso trabalho, por meio da ABPv. AGRADECIMENTOS AGRADECIMENTOS O desenvolvimento da tecnologia apresentada, genuinamente brasileira, é resultado da contribuição de muitos profissionais que se dedicam ao estudo de pavimentos com solos tropicais; entre eles, os autores agradecem: Aos colegas co-autores em diversos trabalhos técnicos, ?? fundamentais para a elaboração deste livro; Aos engenheiros Paulo R.M. Serra e Alexandre Zuppolini ?? Neto pela contribuição e apoio irrestrito a este trabalho; Aos técnicos e engenheiros que, direta ou indiretamente, ?? participaram para o desenvolvimento, em especial Sérgio T. Bugni e Salvador de Almeida; A todos os professores das Instituições de Ensino ligados ?? a esta área, destacando-se: Glauco T. Fabbri, Jacques de Medina, Liedi B. Bernucci e Salomão Pinto, pela divulga- ção dessa tecnologia. APRESENTAÇÃO Os engenheiros de pavimentação que tiveram a oportunidade de participar das reuniões anuais de pavimentação da ABPv – Associação Brasileira de Pavimentação nas décadas de setenta, oitenta e noventa, foram várias vezes surpreendidos com os excelentes resultados mostrados pelos trabalhos dos Professores Nogami e Villibor, sobre o emprego de Solos Arenosos Finos Lateríticos (SAFL) em bases de rodovias vici- nais da região oeste do Estado de São Paulo e norte do Paraná. Estive felizmente presente em vários desses eventos, presenciei e, como todos, conheci as metodologias e técnicas construtivas descritas pelos autores, que possibilitavam o uso de solos até então considerados inadequados pelas tecnologias tradicionais oriundas da AASHTO, ASTM e DNER, em camadas de base de pavimentos econômicos. Em 2002 tive minhas primeiras experiências com este tipo de base e, então, o que era uma surpresa por leitura de artigos técnicos se transformou em realidade. Ao avaliar pavimentos de uma rodovia em São Paulo e de outras no norte do Paraná, me deparei com pavimentos com degra- dações superficiais, mas estrutura preservada e aproveitável, com deflexões inferiores a 40 centésimos de milímetros, após mais de 20 anos de exposição ao tráfego. O primeiro pensamento foi lógico: deveria tratar-se de bases de solo-cimento. Mas não: eram bases de Solos Arenosos Finos Lateríticos (SAFL) sem qualquer aglutinan- te, extremamente coesivas, com excelente desempenho em 20 ou 25 anos, requerendo intervenções de restauração econômica, com apenas reforço ou nova camada de revestimento. Ao longo de onze anos de trabalhos como consultor do BID – Banco Interamericano de Desenvolvimento, avaliando projetos de pavimentação e de restau- ração de pavimentos de rodovias e vias urbanas, em quase todos Esta- dos do País, e nos dois últimos anos como consultor no BIRD – Banco Mundial, tive a oportunidade de encontrar, em vários trechos, solos APRESENTAÇÃO finos laterizados e coesivos de boa qualidade, nem sempre aprovei- tados por falta de estudos técnicos adequados. Em alguns poucos casos, esses solos foram empregados em bases sem os devidos estudos e critérios, resultando em sucesso, mas também havendo fracassos, por não terem sido empregados métodos científicos. Não foi este o caso de São Paulo e Paraná, onde os Professores Nogami e Villibor foram inovadores, não lhes bastando a coragem e confiança para executar as bases de SAFL, tendo ainda desenvolvido amplas pesqui- sas científicas e definido tecnologias específicas de ensaios de labo- ratório para caracterização desses solos, e procedimentos executivos adaptados às suas peculiaridades. O resultado desta inovação, que foi na verdade fruto de grande dedicação pessoal, é inestimável. Qual terá sido a economia para a sociedade com a extensa rede de rodovias e vias urbanas executadas com solos locais, com baixo custo inicial e durabilidade adequada? Quantos quilôme- tros a mais foram pavimentados com a economia de custos acarreta- da? E quais os benefícios gerados com isto? Quantos produtores rurais puderam ter auferido ganhos na venda de seus produtos quando um pavimento barato reduziu os seus custos de transporte? Quan- tos jovens puderam passar a sonhar com estudo em cidades mais evoluídas, podendo se deslocar diariamente até as faculdades nos pavimentos de baixo custo? Quantos doentes foram salvos pela opor- tunidade de transporte em rodovias pavimentadas nas épocas de chuvas intensas? Mas os autores desta obra que lhes apresento não esperam homenagens ou agradecimentos. Eles continuam a trabalhar e a brindar a comu- nidade técnica com obras como esta, em que mostramas evoluções da tecnologia aplicada aos Solos Arenosos Finos Lateríticos. Neste livro, também, apresentam como grande contribuição, o desenvolvimento de uma sistemática, genuinamente nacional, denominada MCT, adequada para o estudo geotécnico de solos tropicais. Essa sistemática permitiu os estudos de bases constituídas de materiais com predomi- nância de Solo Fino Laterítico, com ou sem mistura de agregados, o que ampliou as possibilidades de emprego desses solos em obras de pavimentação econômica e durável. Deus deu a alguns privilegiados, o dom de descobrir coisas novas e aplicá-las bem – esses são os inovadores. Mas todos os engenheiros têm por função básica buscar soluções econômicas, no que esta obra será extremamente útil. Marcílio Augusto Neves Engenheiro Consultor em Transportes e Pavimentação O conteúdo principal deste livro engloba as pesquisas sobre os Solos Arenosos Finos Lateríticos (SAFL) e o estágio atual da tecnologia para seu uso como base de pavimentos. Também, enfoca o desenvolvimento de um estudo geotécnico das misturas solo laterítico - agregado para bases. Os SAFL são peculiares das regiões tropicais úmidas e ocorrem em vastas áreas do território brasileiro, em grandes depósitos (jazi- das) naturais. Quando adequadamente compactados, muitas ocorrên- cias de SAFL apresentam excelentes propriedades para servir como base de pavimentos; isto já permitiu a viabilização de uma extensa rede de rodovias vicinais pavimentadas, além de vários milhões de metros quadrados de pavimentos em vias urbanas, aeródromos e pátios industriais. Saliente-se que, segundo os critérios vigentes na década de setenta (época da realização das primeiras pesquisas, tanto no Brasil como no exterior), os solos referidos eram, frequentemente, considerados inadequados para base de pavimentos. O sucesso dos estudos sobre os SAFL deve-se, em grande parte, ao desenvolvimento de uma nova sistemática de ensaios de solos, que caracteriza melhor os solos tropicais em seu ambiente, proposta por Nogami e Villibor. As pesquisas, parte fundamental dos objetivos da Tese de Doutora- mento de Villibor (1981), foram complementadas, neste livro, utili- zando novos procedimentos, consequentes à evolução dos próprios ensaios e da técnica construtiva das bases de SAFL. Também, foi feita uma adequação para se utilizar as novas terminologias de solos, propostas pela publicação de um “Sistema Brasileiro de Classificação” (1999) e de um “Novo Mapa de Solos do Brasil” (2001). Cabe acrescentar que os primeiros estudos realizados para a finalidade em vista puderam ser executados graças ao apoio tanto do Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo (DER-SP), como da Universidade de São Paulo (USP), através da Escola Politécnica (EPUSP) e da Escola de Engenharia de São Carlos (EESCUSP). Destaque-se que os autores deste livro eram, na época do desenvolvimento daqueles estudos, integrantes dos referidos Departamento e Escolas. Quanto às PREFÁCIO PREFÁCIO pesquisas atuais, foram viabilizadas graças ao apoio da empresa LENC - Laboratório de Engenharia e Consultoria, que executou os ensaios necessários. Quando possível, evitou-se repetir, neste livro, o que já constou no livro “Pavimentos de Baixo Custo com Solos Lateríticos”, publicado em 1995. O conte- údo de ambos os livros consubstancia, em grande parte, o conheci- mento acumulado dos autores, que trabalham e pesquisam na área de pavimentação com Solos Lateríticos, desde o final da década de sessenta. Além disso, este livro contém dois anexos: Anexo I – Discussão de questões, essencialmente de conteúdo ?? pragmático, sobre o uso de base com predominância de Solo Fino Laterítico. Anexo II – Apresentação dos Ensaios laboratoriais e de campo da ?? Sistemática MCT, ainda pouco divulgada. Ambos foram incluídos por enfocarem conteúdos de grande importância para os engenheiros e técnicos de pavimentação e são atualização de conceitos apresentados em outros trabalhos dos autores, sobretudo nas reuniões da ABPv (Associação Brasileira de Pavimentação). A tecnologia de uso dos SAFL em bases está fundamentada, em parte, nos resultados das pesquisas básicas apresentadas, salientando-se que elas foram realizadas, inicialmente, para solos e condições climáticas de regiões do Estado de São Paulo. Essa tecnologia foi utilizada, posteriormen- te, para outros estados, com características similares, destacando-se Paraná, Mato Grosso do Sul, Góias e Bahia. Parte das pesquisas básicas apresentadas neste livro foi desenvolvida com o uso da sistemática MCT, sobre amostras de solos utilizados na execução de 36 trechos com base de SAFL, distribuídos em uma área da ordem de 60% do Estado de São Paulo. Este estudo possibilitou um conhecimento tecnológico profundo das características dos melhores solos para esse tipo de base e gerou informações imprescindíveis para a proposição adequada de sua técnica construtiva. Apoiados nisto, os autores esperam que essa tecnologia e seus procedimentos possam ser aplicados a qualquer região do Brasil com características similares às das regiões em que foi desenvolvida. Em outras regiões do Brasil onde também ocorrem os SAFL, utilizando-se as informações e diretrizes apresentadas, poderão ser desenvolvidos novos critérios de escolha destes solos e procedimentos construtivos para bases, adaptados às condições locais, caso o uso dos propostos neste livro não atenda adequadamente suas necessidades. Do estudo geotécnico das misturas solo laterítico - agregados resultou um crité- rio de qualificação (por meio da MCT) para seu uso em bases, nas condições tropicais. Esse critério é mais adequado e abrangente do que o atual que, para esse fim, utiliza os conceitos tradicionais para estudo de bases estabilizadas granulométricamente e cuja origem está associada às condições de regiões de clima temperado e frio. Para efeito de orientação ao leitor, os assuntos desse livro estão englobados em três enfoques básicos: Almeja-se que os conteitos apresentados possam contribuir para o surgimento de novos programas de pesquisa na Área de Pavimentação no meio científico. Espera-se, também, que contribuam para acelerar a imple- mentação de programas de rodovias vicinais com pavimentação de baixo custo, essenciais para o escoamento da safra agrícola, além de propiciar o desenvolvimento de novas tecnologias de pavimentação de baixo custo para vias urbanas, algo de que o Brasil é extrema- mente carente. Douglas Fadul Villibor Job Shuji Nogami PREFÁCIO SUMÁRIO 1. Introdução ...................................................................................................18 1.1 Histórico ........................................................................................................ 19 1.2 Comportamento de Trechos Executados com SAFL .......................................23 1.3 Objetivos .......................................................................................................28 2. Dificuldades e Deficiências da Sistemática .................................................30 2.1 Generalidades ................................................................................................31 2.2 Dificuldades na Determinação do Comportamento Geotécnico Laterítico dos SAFL ........................................................................................32 2.3 Dificuldades Inerentes à Metodologia dos Ensaios Tradicionais ......................33 2.4 Deficiências na Previsão de Problemas Construtivos e de Desempenho nas Bases de SAFL ..........................................................................................35 2.5 Considerações Complementares .................................................................... 37 3. Desenvolvimento da Sistemática MCT paraEstudo Geotécnico ...............38 3.1 Considerações Iniciais ....................................................................................39 3.2 Sistemática MCT ...........................................................................................40 3.3 Programas de Ensaios para Estudo dos Solos com a MCT ..................................................................................................58 4. Pesquisas Desenvolvidas com o Uso da Sistemática MCT ..........................68 4.1 Considerações Iniciais ....................................................................................69 4.2 Diferenças de Propriedades entre Solos de Comportamento Laterítico (L) e não Laterítico (N) ...................................................................69 4.3 Peculiaridades das Propriedades dos SAFL Usados em Bases, Verificadas com aplicação da MCT ................................................................87 4.4 Ensaios in situ e Correlações com os de Laboratório .................................... 103 4.5 Imprimadura Asfáltica Impermeabilizante sobre ............................................... Bases de SAFL, em Laboratório .................................................................... 114 4.6 Granulometria, Mineralogia , Estrutura e Cor dos SAFL ................................ 124 5. Estudo Geotécnico de Solos para Bases de SAFL com o Uso da Sistemática MCT ............................................................................134 5.1 Fase Preliminar ............................................................................................. 135 5.2 Fase Básica ................................................................................................... 141 SUMÁRIO 6. Recomendações Construtivas e Controle Tecnológico de Bases SAFL .....148 6.1 Introdução ................................................................................................... 149 6.2 Tipos de SAFL para Base Segundo a Sistemática MCT .................................. 150 6.3 Recomendações sobre a Técnica Construtiva da Base e da Imprimadura .... 152 6.4 Controle Tecnológico da Base e da Imprimadura ......................................... 159 6.5 Defeitos Associados à Falhas ou Inadequações do Projeto e/ou Técnica Construtiva .....................................................................................164 7 Estudo Geotécnico de Solo Laterítico-Agregado para Base com o ............... Uso da MCT....................................................................................................170 7.1 Considerações Sobre Solo-Agregado .......................................................... 171 7.2 Análise Crítica do Procedimento Tradicional para Estudo Geotécnico de Solo Laterítico-Agregado ....................................................................... 172 7.3 Uma Diretriz Filosófica para Estudo Geotécnico de Solo Laterítico-Agregado ..................................................................................... 177 7.4 Proposta de Estudo Geotécnico de Materiais Naturais para Base de Solo Laterítico-Agregado ............................................................... 180 7.5 Estudo Geotécnico de Mistura Artificial para Base de Solo Laterítico-Agregado Descontínuo (SLAD) .................................................... 189 8. Considerações Finais ..................................................................................194 Anexo 1 Conceitos Fundamentais para Utilização de Base com Predominância de Solo Fino Laterítico .............................................198 Discussão das Questões ..............................................................................201 1. Conceituação ..............................................................................................201 2. Campo de Aplicação ...................................................................................208 3. Ocorrências de Jazidas ................................................................................209 4. Técnica Construtiva e Controle Tecnológico ................................................ 212 5. Comportamento Tecnológico ...................................................................... 219 6. Conservação e Recuperação ........................................................................ 242 Anexo 2 Métodos de Ensaio da Sistemática MCT.............................................248 1. Ensaio de Compactação Mini-Proctor (M1) .................................................. 249 1.1 Considerações Preliminares ................................................................... 249 1.2 Material e Aparelhagem Específicos .......................................................250 1.3 Procedimento de Ensaio ........................................................................251 1.4 Cálculo e Apresentação dos Resultados .................................................253 2. Ensaio Mini-CBR e Expansão (M2) ...............................................................253 2.1 Considerações Preliminares ....................................................................253 2.2 Aparelhagem Específica Essencial .........................................................254 2.3 Procedimento de Ensaio ........................................................................254 2.4 Cálculo da Expansão ..............................................................................256 2.5 Cálculo do Mini-CBR .............................................................................256 2.6 Apresentação dos Resultados .................................................................257 2.7 Variantes ...............................................................................................257 3. Ensaio de Contração (M3) ..........................................................................257 3.1 Considerações Preliminares ....................................................................257 3.2 Aparelhagem Específica .........................................................................258 SUMÁRIO 3.3 Procedimento de Ensaio.........................................................................258 3.4 Cálculo da Contração ............................................................................259 3.5 Apresentação dos Resultados .................................................................259 4. Ensaios de Infiltrabilidade e de Permeabilidade (M4) ...................................260 4.1 Considerações Preliminares ....................................................................260 4.2 Aparelhagem Específica .........................................................................260 4.3 Corpos de Prova ....................................................................................262 4.4 Procedimento para Determinação da Infiltrabilidade..............................262 4.5 Determinação da Permeabilidade .......................................................... 263 4.6 Representações Gráficas ........................................................................264 4.7 Cálculos .................................................................................................265 4.8 Representação dos Resultados ...............................................................265 5. Ensaio de Compactação Mini-MCV (M5) ....................................................265 5.1 Considerações Preliminares ....................................................................265 5.2 Aparelhagem Específica e Preparo da Amostra .......................................266 5.3 Escolha do Procedimento .......................................................................266 5.4 Preparo da Amostra ............................................................................... 267 5.5 Procedimento de Ensaio Utilizando a Série de Parsons........................... 267 5.6 Curvas de Deformabilidade da Série de Parsons ..................................... 267 5.7 Família de Curvas de Compactação, Linha das MEASmáx e Coeficiente d’ (Procedimento Série de Parsons) ...........................................268 5.8 Procedimento de Ensaio Utilizando a Série Simplificada .........................269 5.9 Procedimento Mini-MCV-Classificatório .................................................269 6. Ensaio de Penetração da Imprimadura Betuminosa (M6) ............................272 6.1 Considerações Preliminares ....................................................................272 6.2 Aparelhagem Específica e Materiais .......................................................272 6.3 Montagem, Extração e Secagem dos Corpos de Prova ..........................272 6.4 Aplicação da Pintura Betuminosa, Cura e Determinação da Penetração da Imprimadura ........................................................................272 7. Ensaio Mini - CBR de Campo – Procedimento Dinâmico (Aplicação de Golpes de Soquete) (M7) ........................................................................273 7.1 Considerações Preliminares ....................................................................273 7.2 Aparelhagem Específica .........................................................................273 7.3 Procedimento.........................................................................................273 8. Ensaio da Perda de Massa por Imersão (M8) ................................................ 274 8.1 Considerações Preliminares .................................................................... 274 8.2 Aparelhagem Específica ......................................................................... 274 8.3 Preparo dos Corpos de Prova ................................................................. 275 8.4 Imersão e Coleta do Solo Desprendido .................................................. 275 8.5 Cálculo da Perda por Imersão ................................................................ 275 9. Classificação Geotécnica MCT (M9) ........................................................... 276 9.1 Considerações Preliminares .................................................................... 276 9.2 Ensaios e Procedimento Classificatório ...................................................277 9.3 Procedimentos Expeditos de Classificação ..............................................278 9.4 Exemplo para Obtenção da Classificação MCT de um Solo com Uso da Série Simplificada de Nogami e Villibor .....................................279 Bibliografia ......................................................................................................289 18 1 INTRODUÇÃO 19 1.1 HISTÓRICO As técnicas rodoviárias utilizadas em pavimentação nos países em desenvol-vimento são, geralmente, originárias de países já desen- volvidos. No Brasil, de uma maneira geral, os organismos responsá- veis pela construção de pavimentos seguem o que recomendam as normas e instruções do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), as quais, por sua vez, se baseiam nas normas de entidades norte-americanas, tais como: American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), American Society for Testing and Materials (ASTM), Asphalt Institute (AI) e Portland Cement Association (PCA). Tais normas resultaram, basicamente, de estudos do comportamento de rodovias e pistas experimentais situadas nos Estados Unidos da América (USA) e envolvem fixação de condições empíricas válidas para os ambientes e solos mais representativos daquele País. Nelas não se consideram, portanto, as peculiaridades relacionadas com as condições e com os solos mais frequentes no Brasil, onde, tanto os solos quanto os climas predominantes, podem ser englobados, gene- ricamente, como do tipo “tropical úmido”. O comportamento peculiar dos solos tropicais, constatado em obras rodoviárias locais, justifica a importância de um estudo aprofundado, em laboratório e no campo, objetivando sua aplicação na pavimen- tação. No Estado de São Paulo, o melhor aproveitamento dos solos laterí- ticos, que são os tipos mais importantes dentre os solos tropicais, em camadas de sub-base de pavimentos, surgiu no fim da década de quarenta, logo após a introdução do uso do ensaio CBR, que permitiu constatar valores excepcionalmente elevados deste suporte, mesmo para variedades argilosas. Essa utilização foi intensificada na década de cinquenta com o objetivo de eliminar as deformações frequentes (recalques diferenciais) de pavimentos com bases de solo-cimento, construídas sobre solos que apresentavam baixos valores de suporte. Isto proporcionou maior familiaridade dos técnicos com esse tipo de solo, para pavimentação, e abriu caminho para o desenvolvimento das etapas subsequentes de sua utilização. 20 Pavimentos Econômicos A primeira tentativa experimental sistematizada de utilização de solos lateríticos como base de pavimento foi feita pelo DER-SP num dos acessos a Campinas, no início da década de cinquenta, sob a orientação do Engº Francisco Pacheco e Silva da então Seção de Solos do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). Foi utilizada base de argila laterítica compactada, protegida de todos os lados por pintura betuminosa. O desempenho da base foi excelente, porquanto, por vários anos, se manteve em condições de conservação idênticas às demais contíguas, construídas de macadame hidráulico. Infelizmen- te, apesar do sucesso da experiência, não houve continuidade dos estudos relacionados com o uso daquele tipo de base. A primeira utilização de base de Solo Arenoso Fino Laterítico (SAFL), no DER-SP, ocorreu na Regional de Araraquara, em maio de 1967, com a construção de duas variantes de trânsito na Via Washington Luiz (SP-310), com cerca de 300 m cada uma (denominadas Cambuy e Periquito). Projetadas e supervisionadas pelo Engº Fernando Custó- dio Corrêa, ambas tinham como revestimento um tratamento super- ficial simples e teriam que funcionar por três meses e meio, até a construção do trecho definitivo. Após o término do prazo de utili- zação das variantes, foi constatado que estavam em perfeitas condi- ções; isto encorajou a realização de outras experiências, pela regional de Araraquara, utilizando bases com esse solo. Na designação desse tipo de solo, o termo fino foi incluído para não se confundir com os pedregulhos lateríticos, que possuem elevada porcentagem da fração retida na peneira de 2,00 mm; às vezes o SAFL é tão fino que, praticamente, não possui fração retida na peneira de 0,42 mm. Além desses trechos experimentais do DER-SP, em maio de 1968 a Companhia Energética de São Paulo (CESP) construiu um trecho experimental, com a extensão de 1 km, na rodovia Pereira Barreto-Ilha Solteira (SP-310), sob a orientação do Engº Carlos de Souza Pinto do IPT-SP. Foi construído, com base de SAFL, revestimento de penetração inver- tida tripla e inserido entre dois outros trechos: um com base de solo cimento e outro com base de pedregulho, ambos com o mesmo revestimento utilizado na base de SAFL. A experiência foi realizada para verificar a diferença de comportamento entre esse tipo de base e as outras convencionais, quando submetidas a um tráfego pesado, no caso, gerado pela construção e funcionamento da Usina Hidro- elétrica de Ilha Solteira. Durante 33 anos de utilização, os trechos foram objeto de várias avaliações (a última em 2001), não tendo sido constatada qualquer diferença de comportamento entre os três tipos de base. Após, a rodovia foi recapeada e as bases continuam em serviço. 21 1INTRODUÇÃO Em julho de 1972 o DER-SPexecutou, na rodovia que liga Dois Córre- gos a Guarapuã, um trecho experimental de 200 m, com base de SAFL e revestimento de penetração invertida tripla, inserido entre trechos com bases convencionais (uma estabilizada granulométrica- mente e outra de solo-cimento) e com o mesmo tipo de revestimento, para avaliar o desempenho relativo dos três tipos de base, quando submetidos a um tráfego médio. Até o presente, não se notou dife- rença entre os comportamentos daqueles trechos. Em junho de 1974, o Engº Douglas Fadul Villibor defendeu, na EESCUSP, sua dissertação de Mestrado: Utilização de Solo Arenoso Fino na Execução de Bases para Pavimento de Baixo Custo (Villibor, 1974). Além do estudo das áreas de ocorrência de SAFL no Estado de São Paulo e de suas características tecnológicas, foi proposta uma tenta- tiva de especificação e recomendações construtivas para seu emprego em bases de pavimentos de baixo custo. Esse primeiro trabalho foi fundamentado, exclusivamente, no desempenho das pistas experi- mentais executadas pelo DER-SP, até 1973. Em fins de 1974, o DER-SP utilizou as diretrizes, apresentadas no referido Mestrado, para a elaboração de projetos e orientações para o controle, execução e recebimento das bases de SAFL. Com isto, o DER-SP pavimentou, até 1981, mais de 500 km de rodovias que apresentavam tráfego inferior a 1200 veículos/dia, sendo, aproxima- damente, 35% veículos comerciais. Em 1975, foi apresentada, na EESCUSP, a dissertação de Mestrado Comporta-mento de Trechos Experimentais com Bases de Solos Areno- sos Finos (Corrêa, 1975), relatando o comportamento de algumas das pistas até então construídas, com faixas adicionais para tráfego pesado, na Via Whashington Luiz. O Governo do Paraná, em 1976, para viabilizar seu plano de execução de rodovias vicinais (VDM ≤ 1.000 veículos), solicitou o auxílio do Departamento de Vias de Transporte e Topografia da EESCUSP. Sob a coordenação dos Professores Villibor e Corrêa, foram elaborados projetos de pavimentos econômicos e foi supervisionada a execu- ção de trechos que totalizaram mais de 1.000 km de extensão. Para aproximadamente 600 km, foram projetados pavimentos econômicos com base de SAFL, obedecendo às diretrizes apresentadas por Villibor em 1974. A experiência adquirida na elaboração do projeto, na supervisão da construção e no acompanhamento do comportamento, foi conside- rável. Ressalte-se, entretanto, que em todos os trechos executados até 1980 a utilização de bases de SAFL baseou-se nas diretrizes propostas em 1974, as quais vinham apresentando várias dificuldades e defici- ências, o que tornou necessária sua revisão. 22 Pavimentos Econômicos A revisão levou à elaboração de uma nova Sistemática, proposta em 1981 na Tese de Doutoramento Pavimentos Econômicos, Novas Consi- derações defendida por Villibor (Villibor,1981) na EESCUSP, a qual introduziu novos conceitos sobre o uso de bases de SAFL e apresen- tou uma nova metodologia de ensaios, utilizando os conhecimentos adquiridos até 1980. Essa metodologia, desenvolvida juntamente com o Engº Job S. Nogami, usa corpos de prova (cp) de dimensões redu- zidas e, entre outras inovações, apresenta um novo critério de estudo tecnológico para definir intervalos de valores empíricos admissíveis das propriedades mecânicas e hídricas de um solo para ser usado em bases e, também, recomendações construtivas e de controle tecno- lógico das mesmas. A nova Sistemática leva em conta, também, o fato de aquelas bases serem reves-tidas por camadas betuminosas delgadas (do tipo trata- mento superficial), com alguns centímetros de espessura, e trabalha- rem expostas diretamente às intempéries. Esses fatores exigem que a parte superior da base, além de resistir aos esforços de construção do revestimento, esteja ligada intimamente a ele produzindo uma interface, base-revestimento, capaz de evitar que ocorra escorrega- mento do revestimento, devido aos esforços, verticais e horizontais, criados pelo tráfego. Como consequência, foi proposta uma dosagem adequada da imprimadura impermeabilizante e a melhoria do seu processo construtivo. Com o uso dessa Sistemática, até o fim de 2003, a extensão da rede de rodovias do DER-SP, utilizando tal tipo de base, já havia ultrapassado os 7.500 km equivalendo a, aproximadamente, 75% das vicinais do Estado, o que atesta a aceitação técnica dos pavimentos com base de SAFL. Em 1995 foi publicado por Nogami e Villibor o livro Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos, que trouxe o estágio, até 1992, do desenvolvimento do uso de SAFL em bases. Sua leitura, segundo os autores, é fundamental para a compreensão adequada do desen- volvimento da tecnologia do uso de solos tropicais na pavimentação rodoviária e urbana. Um dos seus enfoques foi apresentar a metodo- logia MCT, fruto da filosofia e do trabalho incessante do Engº Job S. Nogami em parceria com Engº Douglas F. Villibor, com a proposição de seus ensaios e de sua classificação de solos, além de estudos apro- fundados sobre as propriedades dos solos tropicais. O livro referido apresenta, também, aplicações práticas da metodologia MCT para estudos geotécnicos dos solos tropicais, que permitiram o desenvol- vimento de critério para a escolha de materiais tropicais, visando seu uso em bases de pavimento, além de técnicas construtivas para as mesmas. Ainda constam, no livro, estudos das peculiaridades dos 23 1INTRODUÇÃO solos tropicais e de sua erodibilidade para prevenir erosão nas faixas marginais das rodovias. Ressalta-se que, devido ao ineditismo e à importância científica dos assuntos desenvolvidos, seu uso tem sido intenso no meio acadêmico como fonte de consulta e gerador de temas para diversos trabalhos em nível de Mestrado e Doutorado. O presente livro apresenta o estágio, até 2007, do conhecimento sobre o uso das bases de SAFL; embora muito do texto original do Doutorado de Villibor (1981) tenha sido mantido, nele é revisado e atualizado o conteúdo daquela Tese, visando torná-lo mais adequa- do aos técnicos que militam na área. Além disso, incorpora novos conceitos, pesquisas e informações técnicas que ocorreram após 1981, incluindo aquelas relatadas no livro de Nogami e Villibor (1995). Para um melhor entendimento são apresentados, no Anexo I, em forma de discussão de questões, os aspectos fundamentais para o uso adequado das bases de SAFL e, no Anexo II, os métodos de ensaios da Sistemática MCT cujo conhecimento, pouco divulgado, é funda- mental para os técnicos envolvidos na área de estudos geotécnicos e de laboratório. 1.2 COMPORTAMENTO DE TRECHOS EXECUTADOS COM SAFL A observação do comportamento dos pavimentos rodoviários com base de SAFL, construídos no Estado de São Paulo, mostrou que essa solução superou, em muito, as expectativas. Os primeiros trechos pavimentados em estradas, projetados para vida útil de 3 anos, apre- sentaram, após 6 anos de utilização, comportamento altamente satis- fatório, sem terem sofrido recapeamento ou recuperação maior. Há trechos, inicialmente projetados como proteção à terraplenagem (entre eles, Cambaratiba-Borborema, Ibitinga-Itápolis e Itajobi-Novo Horizonte) e construídos em 1974/75, que até meados da década de oitenta funcionaram como estradas efetivamente pavimentadas, sem apresentarem grandes problemas. Na realidade, ocorreram defeitos inerentes ao tipo de revestimento adotado (tratamento superficial delgado); entretanto, são percentualmente pequenos, considerando- se a extensão total executada. Aqueles trechos, com esbeltos recape- amentos executados posteriormente, ainda continuam em serviço. Tendo em vista o excelente comportamentoapresentado nos trechos experi-mentais, a base de SAFL começou a ser empregada como parte integrante da estrutura de pavimentos econômicos, em substituição às bases convencionais, geralmente constituídas de material britado, pedregulho ou solo cimento. Desde então, pavimentos com esse tipo de base vêm sendo utili- zados em vias urbanas, em pistas de aeródromos e em pátios de estacionamento. Dentre os trechos pioneiros de vias urbanas citam- 24 Pavimentos Econômicos se os construídos em Araraquara, Barretos, Descalvado, Presidente Prudente, São Carlos e, de pista de aeródromo, o da Base Aérea de Pirassununga, do Ministério da Aeronáutica, todos no Estado de São Paulo. Os pavimentos têm atendido, perfeitamente, aos objetivos propostos, além de serem econômicos por utilizarem, em suas bases, materiais locais de baixo custo e revestimentos esbeltos de tratamen- tos superficiais. 1.2.1 Características Gerais A tabela 1.1 reúne algumas características dos principais trechos executados, ressaltando-se o excelente comportamento do trecho experimental Pereira Barreto-Ilha Solteira, executado em 1968 e em funcionamento até o presente, o qual, na inspeção de 1981, não havia sofrido recapeamento e já tinha sido submetido a um tráfego de N>5 x 106 solicitações do eixo padrão de 80 kN, permanecendo com sua base íntegra. Vários outros trechos, com revestimento do tipo tratamento superfícial de espessura inferior a 3 cm, construídos na década de setenta, em 1981 já haviam sido submetidos a um tráfego superior a 106 solicitações. O subleito da maioria dos trechos é constituído de solos lateríticos, desde argilosos até arenosos. Há, entretanto, subtrechos sobre sublei- tos saprolíticos de basalto ou arenito, nos quais o solo foi substituído numa espessura mínima de 30 cm. A melhoria do subleito, geralmen- te, foi executada em todos os trechos numa espessura de 15 cm e com os graus de compactação a uma energia ≥ 95% do Proctor Simples. Apesar de somente terem sido executadas pequenas correções e reca- peamentos (e/ou rejuvenescimentos) esbeltos, todos os trechos conti- nuam em serviço com comportamento altamente satisfatório, o que comprova a qualidade estrutural de suas bases. As condições climáticas das regiões em que se situam os trechos considerados são: Tipo Climático (segundo Köppen): Cwa (quente com inverno ?? seco), Aw (tropical com inverno seco) e Cwb (temperado com inverno seco). Precipitação Anual: de 1.000 a 1.500 mm.?? A análise dos dados da tabela 1.1 mostra: Reforço do Subleito:?? a espessura máxima construída foi de 30 cm para os subleitos argilosos. Nos arenosos, geralmente, não foi construída camada de reforço; no entanto, em alguns trechos foi executada a melhoria do subleito a 95% da Massa Específica Aparente Seca do Proctor Modificado (PM). Base de SAFL:?? na maioria dos casos têm sido utilizadas bases com espessura 15 cm, compactadas aproximadamente a 95% da Ener- 25 1INTRODUÇÃO gia Modificada (por volta de 100% da Energia Intermediária). Nos trechos em que o pavimento foi dimensionado (Método DER-SP), usou-se o coeficiente estrutural da base igual a um. Camada de Revestimento Betuminoso: ?? predomina a utiliza- ção de tratamento superficial de penetração invertida simples, dupla ou tripla, mas com espessura inferior a 3 cm. Somente dois trechos, Jaci-Mirassol e Potirendaba-Cedral, foram executados com tratamento invertido duplo (1,5 cm) e premisturado a quente Tabela 1.1 CARACTERÍSTICAS DE ALGUNS TRECHOS COM BASE DE SAFL NO ESTADO DE SÃO PAULO. DADOS LEVANTADOS ATÉ 1981. Trecho Data execução Ext. [km] Larg. [m] Reforço esp. [cm] Base esp. [cm] Revestimento VDM NtTipo Esp. [cm] Pereira Barreto – Ilha Solteira (SP-310) 6/68 1 14 20 15 P.t. 3 1.212 5,0x106 SP-326 – Terra Roxa (SP-353) 2/73 17,4 14 15 — P.t. 3 810 1,7x106 Cambaratiba – Borborema (SP-304) 8/74 18,4 10,4 15 — P.s. 0,5 1.180 2,6x106 Cândido Rodrigues – SP-310 6/75 13,0 14 20 15 P.s. 3 505 1,0x106 Boa Esperança do Sul – Trabiju 7/75 8,2 12,4 — 20 P.t. 3 100 1,0x106 Itápolis – Ibitinga (SP-317) 7/75 24,9 14 15 - 30 — P.d. 1,4 958 2,2x106 SP-326 – Viradouro (SP-351) 7/75 25,4 14 15 15 P.t. 3 1.179 2,9x106 Itajobi – N. Horizonte (SP-321) 7/75 31,8 16,5 15 — P.d. 1,4 1301 1,9x106 Acesso de Gavião Peixoto à SP-331 5/76 13,5 10,4 — 20 P.t. 3 500 1,0x106 N. Lusitânia – Gastão Vidigal (SP-473) 5/76 11,9 9,2 0 - 15 15 P.d. 1,4 279 8x106 Nova Aliança – Bady Bassit (SP-355) 10/76 12 9,2 0 - 15 15 P.d. C.A. 4,0 356 1,1x106 Jaci – Mirassol 1/77 8,6 9,2 0 - 15 15 P.d. C.A. 4,5 670 1,5x106 Potirendaba – Cedral 1/77 21 9,2 0 - 15 15 P.d CA 4,5 670 1,5x106 Acesso à Boracéia 5/78 17,5 9,2 0 - 15 15 P.d. 1,4 963 1,0x106 VDM e Nt – volume diário médio e número total de solicitações do eixo de 80 kN; C.A., P.s, P.d, P.t. – Concreto Asfáltico e Penetração Invertida Simples, Dupla e Tripla. Em todos os trechos o reforço e a base foram compactados a > 95 % do Proctor Modificado 26 Pavimentos Econômicos de 3 cm de espessura. 1.2.2 Apreciação do Comportamento As principais peculiaridades no comportamento dos pavimentos com base de SAFL, no Estado de São Paulo, são: Ausência de Ruptura da Base:?? a ruptura, caracterizada pela desa- gregação estrutural do revestimento, acompanhada de excessi- va deformação da superfície com expulsão lateral do material da base, somente tem ocorrido, excepcionalmente, onde o nível d’água está a menos de 1 m de profundidade e, em alguns locais, nas bordas do pavimento, quando não existem acostamentos. Isto mostra a alta capacidade de suporte da base de SAFL. Pequena Deflexão:?? as deflexões determinadas com a Viga Benkelman, apesar das esbeltas capas de rolamento utilizadas, apresentaram valores baixos, geralmente dentro do intervalo 20 a 50 centésimos de mm, quando medidas pelo Método de Ensaio 024/94 do DNIT (similar ao da Canadian Good Roads Association), sob ação da carga de 80 kN por eixo. As deflexões têm permanecido dentro daquele intervalo, ao longo do tempo, mesmo em períodos de chuvas (vide figuras 4.36 e 4.37). Contribuição Estrutural da Base: ?? “as bacias” (ou linhas de influ- ência) obtidas com o uso da Viga Benkelman têm acusado, com certa frequência, formas que indicam, teoricamente, um módulo de elasticidade maior das camadas superficiais (valor da relação de módulos: cerca de 2 a 5). Outra peculiaridade de muitas “bacias” é a de apresentarem formas semelhantes às dos pavimentos com base de solo-cimento (irregularidades de curvatura, deslocamento do ponto de máxima deformação). Módulo de Resiliência:?? determinações laboratoriais preliminares, efetudas pelo IPT sobre amostras de SAFL em 1975 (Revista DER nº 124-Maio 1977), acusaram valores bastantes altos, na faixa de 230 a 560 MPa, para o Módulo de Resiliência (MR). Alvares Neto (1997), ultilizando o FWD (Falling Weight Deflectometer), reali- zou medidas das deflexões recuperáveis em diversos trechos com base de SAFL e obteve, por retroanálise, valores ainda elevados para o MR (na faixa de 210 a 340 MPa) que, embora inferiores aos do IPT, são explicáveis por incorporarem a influência do trin- camento da estrutura da base. A revista citada mostra, também, bases de brita com valores para o MR, na faixa de 105 a 246 MPa. A comparação desses valores coloca as bases de SAFL em posição privilegiada relativamente às de brita. Recalques:?? em geral, o tráfego tem causado pequenos recalques ao longo das rodeiras. Essas deformações provocam um aumento da densidade nas rodeiras, permanecendo as regiões contíguas 271INTRODUÇÃO com densidades inferiores. Esse fato, normalmente, não chega a produzir trincamento no revestimento, dada a sua esbeltez e flexi- bilidade. A ocorrência foi maior nos primeiros serviços de prote- ção à terraplenagem e nos cortes, onde não se utilizava reforço do pavimento e, ainda, nos locais onde a base foi mal compactada. Atualmente, com a adoção de reforço e um controle mais rígido na compactação da camada de base, tem-se conseguido minimi- zar essas ocorrências. Trincas de Reflexão:?? o desenvolvimento de trincas em bases de SAFL é uma constante e ocorre desde a fase de construção. A reflexão dessas trincas na superfície do tratamento superficial tem sido observada, com maior frequência, nos tratamentos simples e, apenas excepcionalmente, nos duplos e triplos. Susceptibilidade à Água:?? a erosão da borda do pavimento nos acostamentos tem ocorrido em alguns trechos, principalmente quando o SAFL apresenta elevada porcentagem de material (mais de 70%), passando na peneira de abertura 0,150 mm, devido à grande susceptibilidade desses solos à ação erosiva da água. Tem-se constatado que as “panelas” crescem rapidamente devido, à elevada susceptibilidade da base à ação erosiva direta da água em movimento, o qual é causado pelo trânsito de veículos. Recuperação:?? Em 2007 o DER-SP, dentro do Programa de Recu- peração de Vicinais (Pró-Vicinais), levantou 8.000 km desse tipo de rodovia e verificou que, aproximadamente 70% dos trechos pavimentados nas regiões centro, norte e oeste do Estado possuí- am base de SAFL. O levantamento confirmou também, através da avaliação dos defeitos estruturais e de superfície desses pavimen- tos, o excepcional comportamento do pavimento nos trechos com esse tipo de base. Um fato auspicioso, para a continuidade do uso da base de SAFL, foi a constatação de que, embora muitos trechos já estivessem com mais de 30 anos de uso, o custo da recupera- ção resultou muito abaixo do esperado. No Pró-Vicinais, a quase totalidade do orçamento para recuperação refere-se ao custo dos recapeamentos para melhoria da superfície e apenas um valor residual, ao custo da recuperação da parte estrutural da base, tal como ocorreu no Paraná no seu Programa de Recuperação de Vicinais com base de SAFL. Outra constatação importante foi que a recuperação das vicinais, com outros tipos de bases estabiliza- das granulometricamente (solo-brita, pedregulho, brita graduada, bica corrida, etc.), apresentou custos iguais, ou superiores aos com base de SAFL, para tráfegos similares. Cabe ressaltar que, para tráfego pesado, já foi testado um pavimen- to com base de SAFL e camada de revestimento de 10 cm (5 cm “binder” e 5 cm de concreto asfáltico) em 3 faixas adicionais da Via 28 Pavimentos Econômicos W. Luiz. Essas faixas apresentaram, durante o período de teste de 7 anos, um comportamento excepcional. Após esse período, a rodovia Washington Luiz (SP 310) foi recapeada, duplicada e as faixas experi- mentais transformadas em acostamentos. Visualmente, verifica-se na figura 1.1 o comportamento excepcional dessa base, com 20 cm, que permaneceu íntegra e sem deformações, mesmo sob essa condição extrema de tráfego. Observe-se que a régua metálica acha-se perfeitamente nivelada sobre a camada de rolamento, mostrando a inexistência de qualquer deformação transversal nas rodeiras e ausência de trincas no revestimento. Tal constatação confirma a elevada capacidade de suporte da base de SAFL, obtida tanto no campo como em laboratório, por meio dos resultados do ensaio de suporte (CBR e Mini-CBR), assim como o elevado modulo de resiliência desse tipo de base, que é confirmado pelos dados obtidos por Nogami e Villibor (1995). Isto justifica a suma importância de se dar continuidade aos estudos para utilização da base de SAFL, em rodovias de tráfego pesado. A figura 1.1, mostra o Engenheiro Fernando Custódio Corrêa, já falecido, verificando o comportamento da base da faixa adicio- nal na SP 310. Fernando, a quem os autores prestam homena- gem, foi um dos pioneiros na implantação de pavimentos com base de solos finos lateríticos, no Brasil. 1.3 OBJETIVOS Este livro tem por objetivos apresentar: O Estudo geotécnico dos SAFL para bases de pavimentos, com o ?? uso de uma sistemática não tradicional, denominada MCT. Uma série de recomendações, construtivas e de controle tecno-?? lógico, para bases de SAFL e suas imprimaduras, as quais resulta- ram, em grande parte, dos estudos efetuados com a aplicação da Sistemática MCT. Conceitos básicos e estudo geotécnico para bases de solo laterí-?? tico-agregado. Para atingir os objetivos, foram desenvolvidos os seguintes assuntos: Dificuldades e deficiências da sistemática tradicional para o ?? estudo tecnológico das bases de SAFL. Desenvolvimento da Sistemática MCT para o estudo geotécnico ?? de solos. Pesquisas desenvolvidas com o uso da Sistemática MCT.?? Estudo geotécnico de solos para bases de SAFL com o uso da ?? Sistemática MCT. Figura 1.1 Faixa adicional do Km 219 da SP 310. 29 1INTRODUÇÃO Recomendações construtivas e de controle tecnológico de base ?? de SAFL. Conceitos básicos e estudo geotécnico para bases de solo laterí-?? tico-agregado. Subsidiariamente são apresentados, no Anexo I, conceitos fundamen- tais para a utilização das bases em questão, por meio da discussão de quesitos de suma importância para o entendimento do assun- to. Também, no Anexo II, enfocam-se características dos ensaios da MCT, pouco difundidas no meio técnico. Os resultados das pesquisas desenvolvidas com a utilização da Siste- mática MCT deram subsídios para a proposição dos estudos geotécni- cos dos SAFL e dos solos laterítico-agregados, tanto na fase de projeto, como na elaboração das recomendações construtivas e de controle da base e sua imprimadura. Espera-se, também, que elas contribuam para um melhor conhecimento do comportamento dos solos lateríti- cos em caráter geral, mediante a obtenção de resultados mais signi- ficativos das suas características geotécnicas. Isso permitirá melhor utilização desses solos em pavimentos de rodovias com trânsito mais intenso, e/ou pesado, e em obras similares. Acredita-se que o uso da Sistemática MCT contribuirá para o desen- volvimento de uma tecnologia nacional própria, em pavimentação, além de aumentar o emprego dos SAFL em bases de pavimentos. Isto proporcionará uma economia substancial na execução de programas de pavimentação de estradas secundárias (VDM ≤1.000 veículos), que são de vital importância para o desenvolvimento do País. Para maio- res volumes de tráfego pode-se usar base de solo laterítico-agregado, cujo estudo geotécnico é apresentado no capítulo 7. Além disso, com pequenas adaptações, essa Sistemática poderá ser usada no estudo da pavimentação de aeródromos e vias urbanas, com grande economia em relação aos pavimentos convencionais. Para pavimentação urbana o livro Pavimentos de Baixo Custo para Vias Urbanas de Villibor et al. (2007), já apresenta a tecnologia adaptada para esse fim, preconizado o uso de bases constítuidas de solos com predominância de finos lateríticos. 30 2 DIFICULDADES E DEFICIÊNCIAS DA SISTEMÁTICA 31 2.1 GENERALIDADES Até o final da década de setenta, o DER-SP utilizava, para o estudo geotécnico dos SAFL para bases, praticamente a mesma sistemática tradicio- nal sugerida na dissertação de Mestrado de Villibor (1974), a qual é fundamentada no seguinte: Determinação do comportamento laterítico do solo, baseada em ?? informações pedológicas. Obtenção dos resultados de ensaios tradicionais de laboratório: ?? Granulometria por peneiramento, Limites de Consistência [Limite de Liquidez (LL) e Limite dePlasticidade (LP)] e CBR (Índice de suporte e Expansão). A partir dos valores de LL e LP, é obtido o Índice de Plasticidade: IP = (LL - LP). Para os resultados referentes a esses ensaios, eram recomendados os seguintes intervalos de valores: Granulometria por Peneiramentoa] Material que passa na peneira 0,42 mm � .................85 a 100% Material que passa na peneira 0,075 mm � .................25 a 45% Limites de Consistênciab] Limite de Liquidez (LL � .............................................20 a 30% Índice de Plasticidade (IP) � ...........................................6 a 9 % CBR (California Bearing Ratio)c] Determinados na Massa Específica Aparente Seca máxima (MEAS máx) e umidade ótima (Ho) do Método M-53-71, DER- SP, na energia Modificada (equivalente à AASHTO T-180-59). Índice de suporte California � ........................................ ≥ 80 % Expansão � ....................................................................≤ 0,1 % Quanto ao controle tecnológico da execução, exigia-se para seu recebimento: Grau de Compactação correspondente a, no mínimo, 95% da a] MEAS máx referente à energia Modificada ou 100 % da energia Intermediária (M-53-71, DER-SP). Umidade de Compactação no intervalo de umidade ótima Ho b] ± 0,10 Ho, ajustando-o após os primeiros subtrechos, a fim de conseguir-se o grau de compactação exigido. A adoção da sistemática t radicional apresenta vár ios problemas, entre os quais destacam-se: Dificuldades na determinação do comportamento geotécnico ?? laterítico dos SAFL. 32 Pavimentos Econômicos Dificuldades inerentes à metodologia dos ensaios tradicionais.?? Deficiências na previsão de importantes problemas, construtivos ?? e de comportamento, nas bases de SAFL. Apesar disso, até hoje a referida sistemática é adotada em especificações rodoviárias para o estudo de bases de SAFL, inclusive oficiais, como a DER/PR ES-P08/5 (do Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Paraná), e por muitos técnicos rodoviários. Esse fato justi- fica uma análise minuciosa dos problemas e deficiências inerentes à sua utilização. Esta análise é imprescindível, também, para o enten- dimento da evolução da tecnologia do uso das bases de SAFL e das vantagens da utilização da Sistemática MCT, ainda pouco divulgada no meio técnico, que está sendo apresentada neste livro. 2.2 DIFICULDADES NA DETERMINAÇÃO DO COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO LATERÍTICO DOS SAFL Cientificamente, os solos são considerados lateríticos se apresentarem uma série de peculiaridades, tais como: Resultam de um processo pedológico inerente aos perfis de solos ?? bem drenados, desenvolvidos em climas quentes e úmidos. Permanência da caolinita como argilo-mineral exclusivo, ou ?? predominante, e fração argila caracterizada pela riqueza em óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio. Associadas a essa constituição química e mineralógica, os solos apresentam, ainda, macroestrutura e microestrutura porosas características, sobretu- do, em sua parte argilosa. Morfologia peculiar dos perfis naturais, caracterizada pela grande ?? espessura do horizonte pedológico, camadas (horizontalizadas) cons- tituintes pouco nítidas, cores típicas, macrofábrica aglomerada. O critério pedológico acima referido nada diz, especificamente, sobre o comportamento geotécnico dos solos lateríticos. Entretanto, na década de setenta, no DER-SP, recorria-se à identificação de campo com base nos dados do Levantamento de Reconhecimento dos Solos do Estado de São Paulo, 1960. Consideravam-se de comportamento geotécnico laterítico, para utilização em bases, os solos integrantes das classes pedológicas discriminadas a seguir: LEa: Latosol Vermelho Escuro – Fase Arenosa LVa: Latosol Vermelho Amarelo – Fase Arenosa PLn: Podzolizados Lins e Marília – Variação Lins Pml: Podzolizados Lins e Marília – Variação Marília RPV-RLV: Regosol Intergrade para Podzólico Vermelho Amarelo e Intergrade para Latosol Vermelho Amarelo. 33 2DIFICULDADES E DEFICIÊNCIAS DA SISTEMÁTICA TRADICIONAL A aplicação prática desse procedimento apresentava sérias dificuldades pela subje- tividade dos critérios adotados, pelo aumento crescente dos trechos a estudar e por exigir, dos engenheiros e técnicos, conhecimento especializado em pedologia (não exigido no tipo de formação deles). Atualmente, as referidas classes foram abandonadas e substituídas por outras, conforme consta no Capítulo 5. Critérios, aparentemente menos subjetivos, têm sido propostos para a determinação do comportamento geotécnico laterítico, como: a razão sílica/sesquióxidos, o grau de petrificação segundo o Labora- tório Nacional de Engenharia Civil de Lisboa (LNEC), a microfábrica revelada pelo microscópio eletrônico de varredura e a análise mine- ralógica da fração argila. Esses critérios não se têm revelado adequa- dos, ou por envolverem ensaios altamente especializados (difíceis de serem realizados em laboratórios geotécnicos rodoviários), ou por não estarem diretamente relacionados com o comportamento dos solos na estrutura do pavimento. 2.3 DIFICULDADES INERENTES À METODOLOGIA DOS ENSAIOS TRADICIONAIS 2.3.1 Limites de Consistência Dos limites de consistência, são considerados relevantes, para a finalidade em vista, o LL e o IP. Com a ampliação dos estudos, para atender uma grande demanda por projeto e construção de pavimentos econômicos com uso de bases de SAFL, ficaram patentes as deficiências da utilização de LL e IP devido à pequena reprodutibilidade dos resultados dos ensaios, o que tem sido confirmado em relatos de diversos trabalhos genéricos sobre solos tropicais. Entre outros, podem ser citados: Gidigasu (1976) em a] Lateritic Soil Engineering, no capítulo 10, página 32, cita: “Outra fonte de dificuldade na obtenção da repro- dutibilidade dos resultados dos ensaios de plasticidade de alguns solos lateríticos é a tendência de apresentarem aumento de plas- ticidade com o grau de misturação ou moldagem da amostra, antes do ensaio”. Programa Interlaboratorial Brasileiro desenvolvido pelo IPT-SP. b] Alguns dos resultados obtidos pelo programa, para 3 amostras, estão apresentados na figura 2.1. Sua análise revela a grande varia- ção dos valores de LL e IP, obtidos por diversos laboratórios, em ensaios executados segundo as NBR 6459/84 e 7180/84 da Asso- ciação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Comparação de Resultados de LL e IP obtidos pelo DER-SP e IPT, c] para SAFL, em ensaios executados conforme as normas acima. A tabela 2.1 mostra a grande variação dos resultados, de 5 amos- 34 Pavimentos Econômicos tras de SAFL utilizados em bases, confirmando o que havia sido constatado no programa do IPT. No que se refere aos SAFL, as dificuldades ficam aumentadas pois os valores limites considera- dos na especificação proposta correspondem a valores bastante baixos, próximos do limite de exequibilidade dos ensaios envolvidos. Devido a esses fatos, têm surgido vários proble- mas, tanto na fase de projeto como na cons- trutiva. No projeto, várias jazidas de SAFL, satisfatórias por um laboratório, podem não ser consideradas como tais por outros, gerando sérias controvérsias. Na construção, várias jazi- das aceitas como satisfatórias no projeto têm sido abandonadas por não serem aceitas pelo laboratório de controle, onerando de maneira imprevista o custo das obras, pelo aumento da distância de transporte. 2.3.2 Ensaio de CBR A ava l iação da capac idade de supor- te e da expansão do solo para base é reali- zada, em geral, pelo CBR tradicional. Os valores do índice de suporte ≥ 80% e expansão ≤ 0,1% recomendados correspondem aos encontrados nos solos das pistasexperimentais, construí- das pelo DER-SP, que apresentaram comporta- mento satisfatório. Esses valores correspondem, também, aos limites fixados pelo DNIT para bases estabilizadas granulometricamente. A utili- zação do ensaio CBR tradicional apresenta uma série de problemas, destacando-se: Grande Dispersão de Resultadosa] Essa dispersão foi motivo de considerações em vários trabalhos: Peltier (1953), Souza Pinto e outros (1964) e Nogami (1972). Um resumo dos resultados obtidos nesses trabalhos é apresentado na tabela 2.2, a qual mostra que o valor máximo obtido nos ensaios, para uma mesma amostra, chega a ser de 2 a 3 vezes maior que o mínimo. Para os SAFL, a dispersão é ainda maior devido à grande varia- ção do índice de suporte com o teor de umidade de moldagem dos corpos de prova. Variação de 1% de umidade em torno da Tabela 2.1 COMPARAÇÃO DE RESULTADOS DE LL, LP E IP (%) EM ENSAIOS DE 5 AMOSTRAS DE SAFL. Laboratório Amostra IPT-SP DER-SP (Araraquara) LL LP IP LL LP IP A 24 16 8 19 14 5 B 37 19 18 30 22 8 C 26 15 11 20 15 5 D 34 20 14 24 17 7 E 28 16 12 27 21 6 Figura 2.1 Programa Interlaboratorial: valores de LL e IP de 3 amostras. 35 2DIFICULDADES E DEFICIÊNCIAS DA SISTEMÁTICA TRADICIONAL ótima pode ocasionar, em certos solos, uma diminuição de 50% ou mais no valor do índice de suporte (Villibor, 1974). Assim, o ensaio de CBR em um único corpo de prova, moldado para o teor de umidade correspondente à ótima, não é confiável; isto porque não apenas é difícil acertar o teor de umidade de molda- gem com a necessária precisão, como também esse teor não fica bem caracterizado na curva de compactação. Necessidade de uma Grande Quantidade de Material b] Como visto acima, apesar de o CBR ser exigido apenas nas condi- ções de Massa Específica Aparente Seca máxima e Umidade ótima, tal exigência é difícil de ser satisfeita com apenas um corpo de prova. Há necessidade de se construir a curva de variação do CBR em função de vários teores de umidade diferentes, com a molda- gem de, pelo menos, 3 corpos de prova com teores de umidade em torno da ótima. Na prática, devido à dispersão dos resulta- dos, é sempre desejável aumentar para 5 o número de corpos de prova. Esse procedimento encarece consideravelmente os custos da amostragem do material, de seu transporte e dos ensaios neces- sários. 2.4 DEFICIÊNCIAS NA PREVISÃO DE PROBLEMAS CONSTRUTIVOS E DE DESEMPENHO NAS BASES DE SAFL Na fase de construção e na etapa seguinte (relativa ao desempenho do pavimento em serviço), surgiram problemas específicos das bases de SAFL, impos- síveis de serem previstos com a sistemática tradicional, a saber: Dificuldades encontradas, em alguns tipos de SAFL para a obten-a] ção do grau de compactação exigido no projeto. Amolecimento da borda do pavimento, durante e após sua cons-b] trução, devido à penetração d’água, resultando excessiva defor- mação e eventual rompimento do revestimento e, ainda, intensa erosão na borda do pavimento. Tabela 2.2 VARIAÇÃO DO CBR SEGUNDO PELTIER, SOUZA PINTO E NOGAMI. Trabalho Normas de ensaio Amostra Nº de ensaios Valor CBR [%] Desvio padrãoMin. Máx. Med. Peltier (53) Método Americano Areia argilosa 21 10,5 33,0 17,8 6,20 Souza Pinto ABPv (64) DPT-M-48-64 (DNER) Energia Intermediaria D E 12 12 26,4 17,3 38,6 45,8 29,5 34,6 6,55 9,40 Nogami (72) M-53-71 (DER-SP) Energia Normal SP-310 km 254 8 11 28 17,3 6,28 36 Pavimentos Econômicos Trincamento excessivo da base, por contração provocada pela c] perda de umidade, refletindo, em alguns casos, na camada de revestimento, com consequente redução da vida útil do pavimen- to e da sua serventia. Comportamento inadequado da imprimadura betuminosa, que d] dá origem ao escorregamento do revestimento, e à exsudação do asfalto na superfície do mesmo. Discrepância entre a capacidade de suporte pretendida e a real, e] nas condições tropicais e com base na referida sistemática, o que pode ocasionar rejeição de jazidas mais próximas, onerando o custo do pavimento. As pesquisas realizadas para a elaboração da Sistemática MCT, apresentada neste livro, permitiram agrupar as principais causas das deficiên- cias da sistemática tradicional, a saber: Granulometria?? A consideração de apenas duas peneiras (0,42 mm e 0,075 mm) não permite distinguir, de maneira adequada, os solos que apre- sentam os problemas citados em itens a] e c]. Há necessidade, como será visto mais adiante, da inclusão da peneira de 0,150 mm e, em alguns casos, da determinação da fração argila (diâme- tro equivalente dos grãos inferior a 5 μm). Sabe-se, atualmente, que essa deficiência pode ser detectada pelo uso da Classificação Geotécnica MCT, principalmente pelas peculiaridades da curva de deformabilidade na compactação laboratorial. Capacidade de Suporte?? O conhecimento de dados de bases de trechos, já submetidos à ação do tráfego, mostra a inconveniência de se adotar as condi- ções estabelecidas na sistemática tradicional para a avaliação da capacidade de suporte em termos de CBR, ou seja, suporte obtido após imersão por 4 dias. Os dados obtidos em bases de trechos em uso por vários anos mostraram ser mais condizente com a realidade a utilização de novas condições para determinação da capacidade de suporte, como será enfocado posteriormente. Propriedades Hídricas?? Os problemas citados no subitem b] estão intimamente ligados às propriedades hídricas das bases estudadas, não tratadas na siste- mática tradicional. Contração?? Os problemas relacionados com o trincamento referido no item c] estão relacionados com a contração da base, devido, sobretudo, à perda do teor de umidade. Essa propriedade não era considerada na sistemática tradicional. 37 2DIFICULDADES E DEFICIÊNCIAS DA SISTEMÁTICA TRADICIONAL Efeito da Imprimadura Betuminosa?? Os problemas relacionados em d] são devidos ao complexo fenô- meno de interrelacionamento entre a base compactada e o mate- rial betuminoso usado na imprimadura. A sistemática tradicional não considerava nenhum dos aspectos relacionados com esse fenômeno, de vital importância, como será enfocado no Capí- tulo 4. 2.5 CONSIDERAÇÕES COMPLEMENTARES As dificuldades e deficências apresentadas e comentadas, quanto à utilização da sistemática tradicional para o estudo tecnológico das bases de SAFL, estão presentes no meio rodoviário, até hoje, para o estudo tecnológico de outros tipos de base. Assim, bases granulares (elevada porcentagem retida na # 2,0 mm) de solos-agregados, ou de materiais naturais (lateritas, pedregulhos, etc.), utilizam os ensaios tradicio- nais para a obtenção dos limites de consistência (LL e LP), que são determinativos para a aceitação de um material para sua execução; isso conduz, frequentemente, a um aumento do custo das mesmas, pelos motivos: Escolha inadequada desses materiais para base, causando proble-?? mas de comportamento. Abandono de materiais de alta qualidade que ocorrem nos trópi-?? cos e não atendem os limites de consistência preconizados. Para contornar as deficiências referidas, uma linha promissora é aplicar a meto- dologia MCT, sobre a fração que passa na # 2,00 mm, para obter suas propriedades mecânicas e hídricas e verificar se elas estão dentro de intervalos admissíveis que a qualifiquem para a finalidade em vista; além disso, usar o ensaio de suporte CBR tradicional e requi- sitos granulométricos sobre o material integral. A conjunção desses procedimentos permite propor especificações mais adequadas para os materiais constituintes desses tipos de base, conforme preconizado por Nogami e Villibor em (1995) e (2007). 383 DESENVOLVIMENTO DA SISTEMÁTICA MCT PARA ESTUDO GEOTÉCNICO 39 3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Detectadas as dificuldades e deficiências da sistemática vigente na década de 70 no DER-SP, a Tese de Doutoramento de Villibor (1981) veio trazer soluções com a apresentação de uma nova sistemática para o estudo tecnológico dos SAFL. A mesma é baseada numa diretriz que tornou possível a obtenção de dados esclarecedores sobre as propriedades de maior interesse para o desempenho deste tipo de solo como base de pavimentos, nas condições climáticas brasileiras. Embora o enfoque principal da pesquisa tenha sido o SAFL, o desenvolvimento da nova Sistemática (MCT) permitiu um amplo estudo geotécnico dos solos finos (100% passando na peneira de 2,00 mm), que são de interesse para diversas aplicações rodoviárias. Após 1981, ocorreram alterações tanto na designação dos ensaios como na sua técnica executiva; por essa razão, julgou-se útil apresentá-los de acordo com os procedimentos agora recomendados e utilizando a terminologia vigente. Além disso, estão sendo introduzidos novos ensaios objetivando, sobretudo, a Classificação Geotécnica MCT. Alterou-se, também, a forma de redação para proporcionar uma melhor idéia dos objetivos dos ensaios. Ressalta-se que as referidas alterações são compatíveis com o conteúdo do livro Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos (Nogami e Villibor,1995) e que foram, ainda, introduzidas novas alterações sugeridas por informações obtidas após sua publicação. A série de ensaios da nova Sistemática, que engloba os ensaios classificatórios da MCT (M5, M8 e M9), constitui o elenco de Ensaios da Sistemática MCT, a saber: M1 – Ensaio de Compactação Mini-Proctor M2 – Ensaio Mini-CBR e Expansão M3 – Ensaio de Contração M4 – Ensaios de Infiltrabilidade e Permeabilidade M5 – Ensaio de Compactação Mini-MCV M6 – Ensaio de Penetração da Imprimadura Betuminosa M7 – Ensaio Mini-CBR de Campo - Procedimento Dinâmico M8 – Ensaio da Perda de Massa por Imersão M9 – Classificação Geotécnica MCT. 40 Pavimentos Econômicos As propriedades mecânicas e hídricas da base de SAFL, consideradas na metodologia MCT, estão diretamente relacionadas com o desem- penho do pavimento que utiliza este tipo de base. Muitos dos defei- tos dos pavimentos podem ser atribuídos a valores inadequados de uma ou mais de suas propriedades, e/ou a problemas na técnica construtiva da base. A tabela 3.1 mostra os ensaios e determinações da Sistemática MCT e, também, suas associações com as propriedades físicas das bases de SAFL e com os principais problemas e defeitos construtivos das mesmas. Ressalta-se que essa filosofia, de procurar ensaios que retratem de perto as propriedades e o comportamento do pavimento, representa um passo avante quando comparada com a abordagem tradicional, base- ada na granulometria e nos limites de liquidez (LL) e índice de plas- ticidade (IP), cujas limitações foram comentadas no Capítulo 2. 3.2 SISTEMÁTICA MCT Esta Sistemática, cujos métodos de ensaio são apresentados no anexo II, caracteriza-se pela utilização de corpos de prova (cp) cilíndricos, de dimensões reduzidas, com diâmetro de 50 mm e de altura igual ou próxima dessa medida; por isso foram designados de “Miniatura”, com abreviação (M). Como, basicamente, são obtidos em laboratório por compactação (C) e a Sistemática foi desenvolvida para solos tropi- cais (T), isso justifica o uso da abreviatura MCT. Esses cp também podem ser indeformados ou executados no campo in situ. A Sistemática MCT é recomendada para o estudo de solos tropicais que passam integralmente, ou têm pequena fração retida (menos de 10%), na peneira de malha quadrada de abertura 2,00 mm. Os solos predomi- nantes no Estado de São Paulo, e em outras áreas das regiões tropi- cais, em sua quase totalidade satisfazem essa condição. Isso contrasta com a abundância de solos de granulação grosseira, no hemisfério Norte, de onde provêm os ensaios considerados tradicionais. A compactação dos corpos de prova é feita de acordo com o procedimento desenvolvido na Iowa State University (Lafleur et al; 1956) e no DER-SP (Nogami,1972), que utiliza basicamente o processo dinâmi- co. A determinação da capacidade de suporte e expansão é, também, baseada no procedimento desenvolvido pela referida Instituição. Várias modificações foram introduzidas nos detalhes executivos e, além disso, foram desenvolvidos métodos de ensaios apropriados, com cp espe- cíficos, para determinação dos valores de outras propriedades como: infiltrabilidade d’água, permeabilidade, contração por secagem, pene- tração da imprimadura betuminosa, etc. Cabe ressaltar que alguns dos ensaios, ora apresentados, foram utilizados por Nogami e Villibor com outras finalidades como em: “Mapeamento Geotécnico” (Villibor e 41 3DESENVOLVIMENTO DA SISTEMÁTICA MCT Nogami, 1979), “Diferenças de Propriedades entre Solos Lateríticos e Saprolíticos Compactados” (Nogami e Villibor, 1979) e “Caracteriza- ção e Classificação Gerais de Solos” (Nogami e Villibor, 1980). Tabela 3.1 ENSAIOS DA MCT E FENÔMENOS FÍSICOS CORRELACIONADOS - ASSOCIAÇÃO COM OS DEFEITOS CONSTRUTIVOS NA BASE. 42 Pavimentos Econômicos No Anexo II são apresentados os métodos para realização dos ensaios, devidamente atualizados e acrescidos de novos métodos, que constituem a Siste- mática MCT. Alguns desses novos diferem, em detalhes, daqueles originalmente utilizados por Villibor (Villibor,1981) no desenvolvi- mento das pesquisas constantes deste livro, executadas na segunda metade da década de setenta. Sendo os ensaios básicos da Sistemática MCT ainda pouco conhecidos no meio rodoviário brasileiro, seus aspectos essenciais serão expostos nos subi- tens a seguir. Para a compactação dos corpos de prova e determina- ção da capacidade de suporte e expansão, será dada maior ênfase às adições e alterações efetuadas relativamente à metodologia original de Iowa. Ressalta-se que toda citação de energia Normal (EN) ou de energia Intermediária (EI) refere-se às dos ensaios do Mini-Proctor da Sistemática MCT. Além dos aspectos expostos, são encontrados no Anexo II os métodos de ensaios detalhados (M1 a M9) da Sistemática MCT. 3.2.1 Ensaio de Compactação Mini-Proctor (M1) Utiliza-se somente a fração do solo que passa na peneira de 2,00 mm. Todas as amostras devem ser secadas previamente ao ar. Utilizam-se, sempre, amostras virgens para cada ponto da curva de compactação. A unifor- mização do teor de umidade de compactação, através da misturação e homogeinização, é feita após a adição da água em cada alíquota de solo; antes de iniciar a compactação, conserva-se a mesma em repou- so, pelo menos por 12 horas, em recipiente hermético. Para a compactação usam-se dois tipos de soquete: o leve (2,27 kg) e o pesado (4,50 kg). Para reproduzir as condições próximas da energia dita Normal (ASTM-D-698 ou AASHTO-99), aplicam-se 5 golpes de cada lado do corpo de prova, com soquete leve, em apenas uma camada e, para a energia conhecida como Intermediária adotada no Brasil (DNER-ME-129-94), aplicam-se 6 golpes de cada lado, com soquete pesado. Foi necessária a fixação do número de golpes, em cada ener- gia, para possibilitar a obtenção de curvas de compactação (designa- da Mini-Proctor), próximas às obtidas pelos métodos que se deseja reproduzir; na prática, as discrepâncias encontradas têm sido pouco significativas. Os corpos de prova são moldados de maneira que sua altura atinja 50 ± 1 mm, sem arrasamento. Tal exigência implica em que se despreze pelo menos um corpo de prova, para se conseguir a altura requerida. Para a obtenção da altura de cada corpo de prova, utiliza-se um dispo-