Estudo da Deformação Permanente de Alguns Solos Argilosos
Lateríticos Visando o Uso em Pavimentos de Baixo Volume de
Tráfego
Marangon, M.
Departamento de Transportes, Universidade Federal de Juiz de Fora, Minas Gerais, Brasil
Motta, L. M. G.
PEC-COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil
RESUMO: O conhecimento do comportamento dos solos quanto às deformações plásticas ou permanentes
podem fornecer informações muito mais adequadas de serem utilizadas no melhor aproveitamento das
qualidades dos materiais disponíveis visando o seu dimensionamento de uma forma mais racional, do que os
tradicionais índices empregados ainda hoje. O presente trabalho apresenta um estudo de deformação
permanente em solos finos com o objetivo de se conhecer o comportamento de alguns dos materiais argilosos
lateríticos típicos de boa parte do Estado de Minas Gerais, comumente utilizados na construção de
pavimentos de baixo volume de tráfego. São apresentados valores para a deformação permanente ou plástica
de dois latossolos e dois podzólicos, frente à carga (tensão desvio) repetida em ensaios triaxiais dinâmicos.
Os níveis de deformação se aproximam aos de materiais de boa qualidade para utilização em obras de
pavimentos. Os resultados obtidos confirmam a boa qualidade dos solos tropicais lateríticos como material
de construção de pavimentos.
PALAVRAS-CHAVE: Deformação Permanente, Solos Lateríticos, Pavimentos.
1
INTRODUÇÃO
Uma questão particular em obras de
pavimentação refere-se à natureza do
carregamento
cíclico
na
estrutura
e
conseqüentemente a necessidade de se verificar
a deformação permanente após um determinado
número de aplicações de carga no sentido de
determinar se tais deformações permanentes
podem conduzir à ruptura ou se tende à
estabilização.
Tendo em vista os valores de capacidade de
suporte, em geral, serem altos para os solos
compactados brasileiros, a capacidade de carga
quanto a ruptura por cisalhamento é sempre
atendida com a utilização de uma estrutura
mínima de pavimento, quando não se satisfaz
somente com o subleito bem compactado e de
material laterizado de boa qualidade (Motta,
1991). A espessura de um pavimento é definida
pelas condições de deformação elástica e
plástica. A deformação plástica ou permanente,
que se verifica no pavimento resulta em defeito
estrutural do pavimento conhecido como
afundamentos de trilha de roda e são
indesejáveis ao bom desempenho de um
pavimento.
Um pavimento flexível dimensionado pelo
método do DNER, com base no CBR, no que se
refere ao afundamento de trilha de roda pode
ser considerado suficientemente espesso pois a
essência do método é a construção de camadas
sobre o subleito de forma a evitar tensões
cisalhantes por ação da carga do tráfego que
ultrapassem a sua resistência ao cisalhamento
sob a carga estática de roda mais pesada.
Ressalta-se que neste método as propriedades
mecânicas do subleito são avaliadas por sua
resistência à penetração (ensaio CBR), que não
simula a condição real na qual o solo é
solicitado no campo, além da incompatibilidade
entre imersão dos CPs em água durante quatro
dias com as condições climáticas ambientais
tropicais.
Os defeitos de afundamento de trilha de
roda, nos pavimentos dimensionados pelo
método do DNER têm sido evitados pelas
restrições de plasticidade máxima e de CBR
mínimo,
impostas
pelas
especificações
brasileiras e pelo fato das camadas do
pavimento apresentarem umidades de equilíbrio
próxima ou abaixo da umidade ótima.
No entanto, quando se pretende melhor
aproveitar as qualidades dos materiais
disponíveis deve-se procurar um método mais
racional adotando um modelo adequado de
previsão para as deformações permanentes.
A deformação permanente total de um
pavimento que resulta no afundamento de trilha
de roda pode ser obtida a partir das
contribuições de todas as camadas e de parte do
subleito. Conhecendo-se as relações tensãodeformação plástica dos materiais, obtidas em
laboratório, pode-se calcular a deformação total
pelo somatório das deformações plásticas ou
permanentes de cada camada ou subcamada,
obtida pelo produto da deformação específica
plástica média da camada pela sua espessura. A
comparação com critérios aceitáveis de projeto
quanto ao afundamento de trilha de roda, para o
número N de solicitações previstas, permite
adotar a espessura arbitrada ou refazer os
cálculos para outras espessuras.
Motta (1991) descreve como critérios de
projeto mais empregados, duas maneiras de
reduzir as deformações permanentes:
- Limitar a tensão vertical máxima atuante
no subleito, considerada a camada de menor
resistência ao cisalhamento, e as deformações
plásticas; o que previne também a ruptura.
- Limitar a deformação resultante do
somatório das deformações permanentes de
cada camada, do que seria o afundamento da
trilha de roda admissível.
Guimarães (2001) descreve em sua revisão
da literatura a adoção de diferentes modelos de
previsão da deformação permanente em solos
assim como diversas expressões com a
finalidade de se determinar a deformação
permanente admissível em um pavimento.
Guimarães (2001) investigou particularmente,
para que níveis de tensões, variando o estado de
tensões, tem-se a ocorrência do chamado
“Shakedown”,
ou
acomodamento
da
deformação plástica
Os ensaios de deformação permanente
permitem traçar as curvas de variação da
deformação permanente específica com o
número de aplicações de carga, N e da
deformação permanente acumulada com N,
conforme pode ser visto em Medina, J. e Motta,
L. M. G. (2005).
2
ESTUDO
DA
DEFORMAÇÃO
PERMANENTE DE ALGUNS SOLOS
ARGILOSOS LATERÍTICOS
Do estudo desenvolvido por Marangon (2004),
visando a proposição de estruturas típicas de
pavimentos, com a utilização de solos
lateríticos locais, procurou-se verificar o
comportamento
tensão
x
deformação
permanente de quatro dos seus solos, que
apresentaram deformações significativas em
ensaios de módulo de resiliência, de um
conjunto de 33 amostras pesquisadas.
Ressalta-se que há a necessidade de se
verificar o comportamento dos materiais de um
pavimento, principalmente no caso de estruturas
de pavimentos esbeltos, em que as solicitações
do carregamento cíclico incidem diretamente na
estrutura de solo do subleito, induzindo ao
surgimento de deformações plásticas que
podem levar à ruptura da estrutura de fundação
ou a sua estabilização, dependendo do
dimensionamento e da natureza do material.
2.1
Materiais pesquisados
Procurou-se desenvolver um estudo de
deformação permanente em solos finos com o
objetivo de se conhecer o comportamento de
alguns dos materiais argilosos típicos da região
do Estado de Minas Gerais, comumente
utilizados na construção de pavimentos de
baixo volume de tráfego, com subleito “tratado”
em solo laterítico argiloso, do local da obra.
Procurou-se escolher para serem submetidas
ao ensaio de deformação permanente aquelas
amostras que, submetidas ao ensaio triaxial
dinâmico para a obtenção do módulo de
resiliência,
apresentaram
as
maiores
deformações totais. Assim estaríamos prevendo
a deformação permanente acumulada, a um
número expressivo de solicitações repetidas,
para os “piores” materiais do conjunto total de
33 diferentes solos estudados por Marangon
(2004).
As quatro amostras selecionados, que
apresentaram maiores valores para a
deformação permanente, foram coletadas em
jazidas nas proximidades dos municípios de
Dona Euzébia, Maripá de Minas e Goianá na
Zona da Mata Mineira e da localidade de
Murtinho, junto à BR040, na macroregião das
Vertentes, cujas características pedológicas,
geotécnicas e químicas são apresentadas na
tabela 1.
Tabela 1. Localização, caracterização
geotécnica e química dos solos estudados.
pedológica,
Amostra
Localização da Coleta
ZM04
ZM08
ZM09
MV08
Dona Euzébia
UTM S 7646218 O 726484
Maripá de Minas UTM S 7600898 O 714382
Goianá
UTM S 7618845 O 688928
Murtinho
UTM S 7726154 O 622028
Amostra
ZM04
ZM08
ZM09
MV08
ZM08
C
-
Nomenclatura
tradicional
Amostra
ZM04
Horizontes
B
50-210+
10-220+
40-240+
40-180+
A
0-50
0-10
0-40
0-40
Coleta da
Amostra (m)
1,50 - 2,00
1,70 - 2,20
1,40 - 1,90
1,20 - 1,70
Nomenclatura
atual
Podzólico Vermelho –
Amarelo
Latossolo Vermelho –
Amarelo
Argissolo Amarelo
Latossolo Amarelo
ZM09
Latossolo Bruno
Latossolo Amarelo
MV08
Podzólico Vermelho –
Escuro
Argissolo
Vermelho
Eutrófico
Ped.
(%)
0,0
0,0
0,5
0,1
Areia
(%)
26,0
30,5
26,5
11,4
Arg.
(%)
67,0
66,5
68,0
66,5
LL
(%)
79,0
66,0
74,2
64,6
LP
(%)
30,4
28,9
31,9
33,9
Ki
Kr
1,44
1,28
1,32
1,09
1,03
1,00
PH
(H2O
)
4,75
4,39
4,53
SiO2
(%)
22,2
19,1
20,1
Al2O3
(%)
26,20
25,40
25,80
Fe2O3
(%)
12,90
9,70
13,20
1,47
0,97
5,86
22,0
25,40
20,50
Amostra
ZM04
ZM08
ZM09
MV08
ZM04
ZM08
ZM09
MV0
8
Silte
(%)
7,0
3,0
5,0
23,5
2.2
Métodos Utilizados
Os corpos de prova cilíndricos na dimensão 10
x 20 cm foram moldados nas condições de teor
de umidade e energia correspondente a 10
golpes do ensaio Mini-MCV, que corresponde
aproximadamente ao Proctor Normal. Os
ensaios de deformação permanente foram
realizados no setor de Ensaios Dinâmicos do
Laboratório da COPPE/UFRJ.
A tabela 2 apresenta um resumo das
informações das amostras utilizadas e as
condições obtidas na compactação dos corpos
de prova ensaiados.
Tabela 2. Resumo das condições obtidas na compactação
dos corpos de prova ensaiados.
Teor de Umidade
(%)
Amostra
Ensaio
Ótima Moldagem
(mol)
(ens)
(ót)*
ZM04
28,0
27,42
27,68
ZM09
27,4
26,70
26,49
MV08
28,8
28,49
27,18
ZM08
26,0
26,99
25,99
ZM08a
26,0
27,21
27,65
Peso Específico
Aparente Seco
Amostra
(kN/m3)
Máxima Moldagem Diferença
(mol)
máx-mol
(máx)*
ZM04
15,0
14,69
0,31
ZM09
14,8
14,76
0,04
MV08
15,2
14,65
0,55
ZM08
15,3
14,96
0,34
ZM08a
15,3
15,06
0,24
* 10 golpes do ensaio Mini-MCV
Observa-se que para a amostra ZM08 foram
realizados dois ensaios. Estes foram feitos
tendo em vista que o primeiro CP (ZM08a)
ensaiado apresentou um desvio de umidade
entre a ótima e a umidade de moldagem acima
de 1%, além de possibilitar uma avaliação da
influência que este desvio de umidade poderia
implicar em termos de valor para a deformação
permanente para esta amostra típica e
representativa de grande parte dos materiais
estudados.
Foi utilizado o mesmo equipamento triaxial
dinâmico usado para os ensaios de módulos de
resiliência, monitorado por um sistema de
aquisição de dados especialmente desenvolvido
na COPPE/UFRJ, para este tipo de ensaio
(Vianna, 2002). A foto 1 mostra a imagem da
tela de registro das informações e gráfico
parcial das deformações permanentes que
poderão ser acompanhadas pelo operador
durante o ensaio.
ensaios, tendo sido considerado a ordem de
grandeza de 105 como um número significativo
para projetos de pavimentos de baixo volume
de tráfego, para um período de 10 anos. Desta
forma a execução de cada ensaio durou cerca de
2,3 dias.
A tabela 3 apresenta os números de
solicitações alcançadas em cada um dos ensaios
e os valores finais obtidos para a deformação
plástica e para a deformação plástica específica.
Tabela 3. Número de solicitações em cada ensaio de
deformação permanente e valores finais obtidos para a
deformação plástica e deformação plástica específica.
Amostra
Foto 1. Imagem da tela de registro das informações e
gráfico parcial das deformações permanentes, produzidos
pelo sistema de monitoramento e de aquisição de dados
utilizado nos ensaios.
3
RESULTADOS DOS ENSAIOS
ZM04
1,63 x 105
0,251mm
0,001256
ZM09
2,00 x 10
5
0,297mm
0,001488
MV08
1,95 x 105
0,422mm
0,002117
ZM08
2,00 x 10
5
0,561mm
0,002815
2,00 x 10
5
1,078mm
0,005419
ZM08a
Os gráficos da evolução das deformações
plásticas específicas ao longo das solicitações
das cargas (N), nos corpos de prova submetidos
ao ensaio de deformação permanente, para
todas as amostras ensaiadas, estão apresentados
na figura 1.
Ensaio de Deformação Permanente
0,006
Deformação Plástica Específica
A deformação permanente total de um
pavimento esbelto, como concebido para baixo
volume de tráfego, resulta muito mais da
contribuição do material de subleito. Sendo
assim, para a execução dos ensaios foi adotado
o par de tensões desvio e de confinamento,
igual a 0,70 kgf/cm2, disponível na versão atual
do equipamento utilizado e considerado
inicialmente como coerente com os níveis de
tensões, sob o eixo padrão, esperados para os
pavimentos a serem estudados. Os autores deste
trabalho reconheceram, posteriormente a
realização destes estudos em laboratório, que o
nível de tensões poderia ter sido superior ao
usado nos ensaios, devido aos valores
encontrados
para
as
tensões,
no
dimensionamento
de
pavimentos
desta
natureza. Considerou-se, por fim, que este valor
não ficou, contudo, distante da ordem de
grandeza obtida.
Deformação Plástica
Número de
solicitações de
Total (mm) Específica
carga (N)
0,005
Amostra ZM04
Amostra ZM09
Amostra MV08
0,004
Amostra ZM08
Amostra ZM08a
0,003
0,002
0,001
0
0,00E+00
5,00E+04
1,00E+05
1,50E+05
2,00E+05
2,50E+05
Solicitações de Carga (N)
Iniciado o ensaio a amostra é solicitada à tensão
desvio por 0,1 segundo com repetição a cada 1
segundo. O número total de solicitações da
tensão desvio (carga) adotado para os ensaios
foi superior a 160.000 (1,6 x 105), para todos os
Figura 1. Gráficos de deformação plástica específica por
número de solicitações das cargas (N), para todas as
amostras deste estudo ensaiadas no triaxial dinâmico.
Marangon (2004) inicialmente imaginou que
a determinação dos gráficos de deformação
permanente para estes materiais poderia ser
utilizado para estabelecer um critério para
limitar estas deformações (afundamento de
trilha de roda admissível). Seria então
estabelecido um critério de projeto para o
dimensionamento dos pavimentos do seu
estudo, visando à proposição de estruturas
típicas de pavimentos de baixo volume de
tráfego com a utilização de solos lateríticos
locais,
a
partir
da
verificação
do
comportamento
tensão
x
deformação
permanente de alguns solos, considerados mais
deformáveis. Os bons resultados obtidos,
contudo, indicam um nível de deformação
muito baixo, impossibilitando a determinação
de um valor máximo admissível a partir destes
ensaios.
4
CONCLUSÕES
O conhecimento do comportamento os solos
quanto
às
deformações
plásticas
ou
permanentes podem fornecer informações
muito mais adequadas de serem utilizadas no
melhor aproveitamento das qualidades dos
materiais
disponíveis
visando
o
seu
dimensionamento de uma forma mais racional,
do que os tradicionais índices empregados ainda
hoje.
O presente trabalho investigou os valores
para a deformação permanente ou plástica de
dois latossolos e de dois podzólicos frente à
carga (tensão desvio) repetida em ensaios
triaxiais dinâmicos em laboratório. Foram
apresentados resultados de deformação plástica
total e específica, tendo sido obtidas as
principais conclusões neste estudo:
Como pode ser observado, os valores obtidos
para as deformações plásticas nos CPs
ensaiados, na condição abaixo ou muito
próximo da umidade ótima, apresentaram-se
muito baixas (até cerca de 0,002 de deformação
plástica específica), para um nível de 2,0 x 105
repetições de carga. Este valor é maior para a
amostra ZM08a, moldada com um teor de
umidade superior à ótima (ramo úmido da
compactação), chegando a 0,0054 de
deformação
plástica
específica,
reconhecidamente ainda um valor baixo para a
deformação permanente.
Os níveis de deformação se aproximam de
materiais de boa qualidade para utilização em
obras de pavimentos. Os resultados obtidos
confirmam a boa qualidade dos solos tropicais
lateríticos como material de construção de
pavimentos.
AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de agradecer ao Geólogo
Cícero Pereira Batista Júnior pelo apoio dado no
desenvolvimento deste trabalho.
REFERÊNCIAS
Guimarães, A. C. R. (2001) Estudo de Deformação
Permanente em Solos e a Teoria do Shakedown
Aplicada a Pavimentos Flexíveis. Dissertação de
Mestrado. PEC. COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro/RJ.
Marangon, M. (2004) Proposição de Estruturas Típicas
de Pavimentos de Região de Minas Gerais Utilizando
Solos Locais a partir da Pedologia, Metodologia
MCT e Resiliência. Tese de Doutorado
COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro/RJ. 477 pags.
Medina, J. e Motta, L. M. G. (2005) Mecânica dos
Pavimentos. 2a. Edição. Editora da UFRJ. Rio de
Janeiro/RJ.
Motta, L. M. G. (1991) Método de Dimensionamento de
Pavimentos Flexíveis; Critério de Confiabilidade e
Ensaios de Cargas Repetidas. Tese de Doutorado.
Programa de Engenharia Civil. COPPE/UFRJ. Rio de
Janeiro/RJ.
Vianna, A. A. D.
(2002) Contribuição para o
estabelecimento de um material padrão e de
metodologia para a calibração de equipamentos de
ensaios dinâmicos. Dissertação de Mestrado. PEC,
COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil.