Chapter 1: Starting from the top –
1.3 The puzzling Agriope
Sendo o índice de plasticidade a diferença entre o limite de liquidez (ωL), o teor em água fronteira entre o estado de comportamento semissólido e o plástico, e o limite de plasticidade (ωP), o teor em água fronteira entre o estado de comportamento plástico e o líquido:
(2.3)
E representa a dimensão da gama de teores em água na qual o solo se encontra no estado plástico.
Como é evidente, estes limites de comportamento variam consoante o tipo de solo existente, e a sua determinação é feita com recurso às normas descritas na Norma Portuguesa NP-143 [Antão, 2009].
Normalmente, para projetos de pavimentos novos, o módulo do solo de fundação é calculado como base no CBR (“Californian Bearing Ratio”) da seguinte forma [JAE, 1995]:
( ) (2.4)
2.2.3 Materiais granulares
Apesar do comportamento dos materiais granulares ser diferente do apresentado pelos solos finos, o seu comportamento mecânico, nomeadamente a avaliação das relações tensões/deformações podem ser estudadas da mesma forma, através da realização de ensaios triaxiais com cargas repetidas, constatando-se que o acréscimo da deformação permanente em cada ciclo tende para zero à medida que aumenta o número de ciclos de carga, para níveis de tensão bastante inferiores aos que introduzem [Antunes, 1993].
No caso de projetos de pavimentos novos, a estimativa do módulo de deformabilidade pode ser feita através das relações expeditas. Admite-se então, que esta grandeza depende do
módulo e da espessura da camada subjacente, uma vez que, quanto mais rígido for o apoio de uma determinada camada, mais fácil é a sua compactação adequada [Antunes, 1993].
(2.5)
(2.6)
Sendo k – coeficiente;
Ecg– Módulo de deformabilidade da camada granular [MPa];
Esf– Módulo de deformabilidade para o solo de fundação [MPa];
h – espessura da camada granular [mm].
Os materiais com esta designação são materiais naturais ou britados usados na construção das camadas base e sub-base, que podem ser tratados ou não. Podem ser de origem natural (areias, cascalheiras e rochas britadas), artificial (escorias industriais) e reciclados (resíduos de construção).
O comportamento dos materiais destas camadas depende, entre outros fatores, das suas características intrínsecas, designadamente: a natureza dos agregados (petrografia, textura); da forma dos agregados (lamelação e alongamento); das propriedades físicas dos agregados (porosidade, dureza, resistência ao desgaste, alterabilidade, etc.); da granulometria adotada (em particular, da percentagem de finos); e da quantidade de elementos britados.
Admite-se que em relação a estas características, se seja mais exigente nos materiais granulares britados destinados a camada de base (BG), relativamente às situações de utilização, seja de materiais britados (SbG) ou de materiais naturais (GN e SS), em camadas de sub-base [JAE, 1995].
O comportamento mecânico destas camadas, em particular o seu módulo de deformabilidade é ainda fortemente condicionado pelas condições de estado, nomeadamente da compacidade, o teor em água e o estado de tensão (função de estrutura de pavimento e das condições de fundação).
A fim de obter um bom comportamento mecânico, interessa que, em todo o processo construtivo se garanta a homogeneidade das propriedades, que é função não só da produção do material, bem como das operações necessárias para a sua colocação em obra (transporte, espalhamento e compactação) [JAE,1995].
Geralmente o seu processo de fabrico consiste em selecionar uma zona a explorar, seguindo-se a desmatação e decapagem, o desmonte da rocha e a carga e transporte da rocha para a central de britagem. Na central de britagem dá-se a britagem do material, seguindo-se a crivagem e posteriormente o armazenamento. Os mecanismos de britagem são consoante o aumento de energia aplicada, a abrasão (tensões localizadas), clivagem (compressão) e corte (impacto) [Costa, 2008].
A crivagem corresponde a uma seleção granulométrica e a sua qualidade e condicionada pelo estado do agregado (humidade), inclinação e frequência de vibração [Costa, 2008].
A tipologia adotada para os materiais granulares empregues em camadas de pavimentos, a que se associa os códigos estabelecidos nas rubricas de trabalhos rodoviários indicam-se no Quadro 2.3.
No Quadro 2.4 indicam-se as propriedades dos materiais, os ensaios utilizados para validação das mesmas e o objetivo de garantir estas propriedades.
Quadro 2.3 Tipologia adotada para os materiais granulares [JAE,1995]
Símbolo Principais características
BGr
Material britado recomposto em central Granulometria extensa
Dimensão máxima: 25 mm Equivalente de areia mínimo: 70 %
Los Angeles máximo: 30 % (granulometria G)
BG
Material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de base
Granulometria extensa Dimensão máxima: 37,5 mm Equivalente de areia mínimo: 50 %
Los Angeles máximo: 35 % (granulometria F)
SbG
Material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de sub-base
Granulometria extensa Dimensão máxima: 50 mm Equivalente de areia mínimo: 50 %
Los Angeles máximo: 40 % (granulometria B)
GN
Material não britado Granulometria extensa Dimensão máxima: 75 mm Equivalente de areia mínimo: 30 %
Los Angeles máximo: 40 % (granulometria B)
SS
Solo selecionado
Índice de plasticidade ≤ 6 % Limite de liquidez ≤ 25 %
CBR> 10 % (grau de compactação = 95 %; Proctor modificado) Equivalente de areia mínimo: 25 %
Quadro 2.4 Propriedades dos materiais granulares, ensaios e objetivos [Neves, 2007, citado por Costa, 2008]
Propriedades Ensaio Objetivo
Granulometria Peneiração Obter compacidade adequada
Forma das partículas Índice de forma Obter atrito interno elevado e
boa resistência ao corte
Plasticidade dos finos Limites de consistência Obter atrito interno elevado e
boa resistência ao corte
Resistência mecânica ao choque Los Angeles Partículas resistentes
Resistência à fragmentação Micro-Deval Partículas resistentes
Durabilidade Sulfato de sódio
Sulfato de magnésio
Partículas não alteráveis
Dureza Los Angeles Partículas resistentes
Limpeza do material Equivalente de areia
Azul de metileno
Material não contaminado por finos nocivos
Os materiais para camadas não ligadas incluem agregados britados (naturais e reciclados) de granulometria extensa, agregado fino e material drenante com agregado britado.
No caso dos materiais anteriormente referidos, para além dos requisitos definidos na NP EN 13242 Agregados para materiais ligados ou tratados com ligantes hidráulicos em trabalhos de engenharia civil e na construção rodoviária, devem ser considerados os requisitos definidos na EN 13285 Unbound mixtures – Specification.
Em camada de base são usualmente aplicados: o agregado britado recomposto em central (BGr) e o agregado britado sem recomposição de granulometria extensa (tout-venant) (BG).
Em camada de sub-base utiliza-se: o agregado britado sem recomposição de granulometria extensa (tout-venant) (SbG); o agregado não britado (material aluvionar) (GN) e o solo selecionado (SS).
Todos os ensaios laboratoriais para caracterização destes materiais estão devidamente normalizados e em obra estes têm de obedecer a determinadas condições referidas no caderno de encargos aplicável.
Para efeitos de verificação do dimensionamento de pavimentos novos, são geralmente consideradas características mecânicas aproximadas para as camadas granulares como de indica a seguir no Quadro 2.5 [JAE,1995].
Quadro 2.5 Características de deformabilidade dos materiais granulares [JAE, 1995]
Código Módulo de deformabilidade (E) Coeficiente de Poisson (ν)
BGr ≈ 2,5 × E camada inferior 0,35
BG ≈ 2 × E camada inferior 0,35
SbG ≈ 2 × E camada inferior 0,35
GN ≈ 1,5 × E camada inferior 0,35
SS ≈ 1,2 × E camada inferior 0,40