USO DA GEOTECNIA NA APLICAÇÃO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM RODOVIAS

Resumo

Este artigo visa parafrasear a relevância de se estudar a Geotecnia local à pavimentação, com base nas exigências normatizadas pelo Manual de Pavimentação DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes), artigos e literatura voltados ao estudo da Geotecnia.

Será dissertado sobre a incidência do solo na qualidade do pavimento perante as normas técnicas exigidas, a classificação de cada camada que compõe a infraestrutura da pavimentação e a função respectiva destas, as intervenções estabilizadoras granulométricas e com o auxílio de aditivos de mistura com o solo para corrigir características geotécnicas.

Palavras-chave: Geotecnia; Pavimentação; Solo.

Introdução

Os solos e as rochas são um dos materiais mais importante para as obras de engenharias, suas características são as mais complexas e os mais antigos a disposição. Contudo há exigência de deter amplo conhecimento em geotecnia, para que as obras realizadas apresentam os resultados desejáveis. Visto que o custo para correção em algumas vezes ultrapasse os valores empregados na fase inicial.

Assim à realização da pavimentação de uma área, detém a necessidade de ser constituído o levantamento topográfico, investigações das características geotécnica e geológica, estudo drenagem e por fim estudo do tipo e características do pavimento que será utilizado.

O pavimento flexível é fundamentado sobre camadas de solos, dispostas através da terraplenagem, tais camadas recebem e devem distribuir todo o peso e esforço recebido através de sua faixa de rolamento. As camadas para esse tipo de pavimento devem ser capazes de trabalhar em conjunto, para assim evitar que surjam erosões à estrutura no decorre de sua vida útil.

Contudo ao longo desse artigo será elaborado um levantamento da relevância do geotecnia na execução da pavimentação flexível, e quais as características esse tipo de estrutura exige para garantia de sua funcionalidade e durabilidade.

Revisão Bibliográfica

Pavimento é uma estrutura construída sobre a superfície obtida pelos serviços de terraplanagem com a função principal de fornecer ao usuário segurança e conforto, que devem ser conseguidos sob o ponto de vista da engenharia, isto é, com a máxima qualidade e o mínimo custo. (SANTANA 1993)

Pavimento é uma estrutura construída após a terraplanagem por meio de camadas de vários materiais de diferentes características de resistência e deformabilidade. Esta estrutura assim constituída apresenta um elevado grau de complexidade no que se refere ao cálculo das tensões e deformações. (SOUZA, 1980)

Com relação aos materiais utilizados nos pavimentos flexíveis, os agregados correspondem entre 90% e 95% do revestimento, sendo responsável por suportar e transmitir as cargas aplicadas pelos veículos e resistir ao desgaste sofrido pelas solicitações. Já o material betuminoso – asfalto, corresponde entre 5% e 10% do revestimento, tendo função aglutinante e ação impermeabilizante. (BERNUCCI, 2010)

O conhecimento da aplicação dos materiais oriundos da crosta terrestre em soluções de problemas de engenharia é de responsabilidade da Geotecnia, como o comportamento do solo e das rochas e sua relação com ações antrópicas. (GEOSCAN, 2020)

O solo tem participação na construção do pavimento como material ou elemento de suporte, em diversas ocorrências o solo existente no local da execução da obra de pavimentação não se encaixa nas especificações técnicas exigidas em normas. Entre utilizar o solo local compensando sua má qualidade no projeto; eliminar o solo inadequado e substituí-lo por outro; ou modificar as propriedades do solo atual tornando-o apto; cabe aos estudos geotécnicos aos critérios para tomar a decisão mais eficiente. (MACHADO, LOPES, PEREIRA, E SANT'ANNA, 2005)

Materiais e Métodos

Esta pesquisa é do tipo exploratória e tem como maior objetivo aprimorar as ideias já existentes sobre o uso da Geotecnia na aplicação de pavimentos flexíveis em rodovias. O planejamento deste tipo de pesquisa exploratória é flexível, possibilitando a consideração dos mais variados aspectos relacionados ao fato estudado. No presente trabalho, a pesquisa foi feita por meio de levantamento bibliográfico.

A pesquisa bibliográfica foi realizada através da internet utilizando o seguinte portal “Google Acadêmico”, utilizando os seguintes descritores em português: Geotecnia na engenharia, Uso de solos em pavimentos de rodovias, e Manual de pavimentação. 

Para o portal pesquisado, foram elaborados quadros de resumo de pesquisa, relacionando as palavras chave e termos de exclusão pesquisada com os resultados obtidos e os resultados utilizados.

A pesquisa exploratória foi realizada no site Google Acadêmico e elaboramos uma tabela utilizando-se os descritores apresentados na metodologia.

Tabela 1 - Resultados de pesquisa do Google Acadêmico

No final selecionamos cinco artigos, todos ligados diretamente ao tema selecionado, desta forma elaboramos uma tabela contendo o resumo da bibliografia utilizada no artigo.

Tabela 2 - Artigos utilizados na formulação do artigo

Resultados

O pavimento é construído posterior aos processos de terraplanagem composto por três camadas (base, sub-base e subleito) exercendo a função de resistir aos esforços verticais produzido pela passagem do fluxo e transmitindo-os horizontalmente às camadas de apoio que são diluídas de tal forma que a tensão vertical no subleito seja bem menor que a recebida na base, o que dita a sua durabilidade e segurança, essa tensão horizontal aplicada à superfície exige uma coesão mínima.

Camadas

O pavimento flexível exige muito das camadas estruturantes em decorrência da sua distribuição de forças uniformemente verticais, apresentando deformações elásticas significativas. Os estudos geotécnicos correntes, visa o reconhecimento do subleito, estudo de jazidas e estudos de caixa de empréstimos, reconhecimento dos solos dos subleitos para caracterização de perfil geotécnicos dos solos e das camadas (resistência, compactação, densidade etc.). Os materiais de constituição das camadas constituintes das bases do pavimento são de materiais granulares, materiais esses que são retirados ao longo do eixo rodoviário exigindo estudos de ocorrências de jazidas (areais, solo, cascalheiras etc.) e pedreiras

Figura 1 - Esquema da Seção Transversal do Pavimento

Subleitos

(DNER, 1997) SUBLEITO: Maciço teoricamente infinito que serve de fundação para um pavimento.

Para o subleito, visando a identificação das camadas do solo deve ser realizado sondagem ao longo do eixo e bordos, respeitando uma distância de 3,50 m do eixo da plataforma com espaçamento longitudinal de 100 m a 200 m (em corte ou aterro) podendo ser reduzido quando o local apresentar variados tipos de solo e nos pontos de passagem corte e aterro há necessidade de se fazer furos de sondagem. A profundidade dos furos deve ser de 0,60m a 1,00 m do greide projetado e nas proximidades do pé de talude de corte os furos deverão apresentar 1,50 m marcados a partir do greide para identificação da profundidade das camadas rochosas e o nível do lençol freáticos.

Reforço de subleito

(DNER, 1997) REFORÇO DE SUBLEITO: Camada do pavimento executada com o objetivo de reduzir a espessura da sub-base, por motivos técnicos ou econômicos. Camada em geral de 20 cm de espessura, constituintes de materiais granulares grosseiros, compactada, que se aplica no caso de o subleito de estradas de terra ter baixa capacidade de suporte, antes da aplicação do revestimento primário ou para criar condições para a execução de agulhamento. V. Revestimento Primário.

Sub-base

(DNER, 1997) Camada complementar à base, com as mesmas funções desta, e executada quando, por razões de ordem econômica, for conveniente reduzir a espessura de base.

Base

(DNER, 1997) 1) Camada destinada a resistir aos esforços verticais oriundos dos veículos, distribuindo-os ao subleito, e sobre a qual se constrói o revestimento. Esta camada pode ser constituída de brita fina, cascalho, pedra amarroada, material estabilizado, concreto asfáltico ou de cimento Portland. 2) Substrato construído de material inorgânico não metálico, sobre o qual o revestimento é aplicado.

Exigências Tecnológicas de Solos

A aplicação de técnicas de pavimentação para modificar as características geotécnicas dos solos, se torna primordial para solucionar a problemática de baixa resistência mecânica. 

Se por um lado existe a possibilidade de jazidas de materiais considerados nobres (areias, cascalho, saibro), a distâncias de transporte economicamente viáveis, por outro, existem abundantes jazidas de solos argilosos e argilo-silto-arenosos que não se prestam para a aplicação de camadas de base, sub-base, reforço do subleito e muitas vezes, subleitos de pavimentos rodoviários flexíveis.

Estes solos residuais apresentam-se com boa capacidade de suporte em seus estados naturais, mas exibem perda substancial de resistência mecânica quando úmidos.

Para atender às exigências mínimas dos órgãos normativos rodoviários brasileiros, os materiais a serem empregados como parte da estrutura do pavimento das estradas devem apresentar valores que se enquadram nas especificações técnicas do Departamento Nacional de Estradas e Rodagem (DNER), os quais são:

1. Materiais para reforço do subleito – Deve apresentar um C.B.R. superior ao do subleito;

2. Materiais para sub-base – Deve apresentar um CBR igual ou superior a 20%, expansão igual ou menor que 1% e Índice de Grupo (IG) igual a 0.

3. Materiais de base – Deve apresentar: C.B.R >. 80%; Expansão < 1,0%; Limite de Liquidez (LL) > 25%; Índice de Plasticidade (IP) < 6% e, se o LL > 25% e IP > 6%, então o equivalente de areia (EA) deve ser maior que 30%. Admite-se o emprego de materiais com C.B.R = 40% desde que haja carência de materiais e o período de projeto corresponda a um número de operações de eixo padrão igual ou inferior a 106

Classificação do Pavimento Flexível

(DNIT, 2006). Flexível: aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas. Exemplo típico: pavimento constituído por uma base de brita (brita granulada, macadame) ou por uma base de solo pedregulhos, revestidas por uma camada asfáltica.

Figura 2 - Classificação das bases e sub-bases flexíveis e semirrígidas

Estabilização Granulométrica

(DNIT, 2006) Estabilização granulométrica base e sub-base:

• Estabilização Granulométrica

São as camadas constituídas por solos, britas de rochas, de escória de alto forno, ou ainda, pela mistura desses materiais. Estas camadas, puramente granulares, são sempre flexíveis e são estabilizadas granulo metricamente pela compactação de um material ou de misturas de materiais que apresentem uma granulometria apropriada e índices geotécnicos específicos, fixados em especificações.

Quando esses materiais ocorrem em jazidas, com designações tais como “cascalhos”, “saibros”, etc., tem-se o caso de utilização de “materiais naturais” (solo in natura). Muitas vezes, esses materiais devem sofrer beneficiamento prévio, como britagem e peneiramento, com vista ao enquadramento nas especificações.

Quando se utiliza exclusivamente produtos de britagem tem-se as sub-bases e bases de brita graduada ou brita corrida

• Macadames hidráulico e 29000

Consiste de uma camada de brita de graduação aberta do tipo especial (ou brita tipo macadame), que, após compressão, tem os vazios preenchidos pelo material de enchimento, constituído por finos de britagem (pó de pedra) ou mesmo por solos de granulometria e plasticidade apropriadas; a penetração do material de enchimento é promovida pelo espalhamento na superfície, seguido de varredura, compressão (sem ou com vibração) e irrigação, no caso de macadame hidráulico. O macadame seco ou macadame a seco, ao dispensar a irrigação, além de simplificar o processo de construção evita o enchimento, sempre indesejável, do subleito.

Estabilização com aditivos

(DNIT, 2006) Base e Sub-Bases Estabilizadas (com aditivos)

Estas camadas têm, quase todas, processos tecnológicos e construtivos semelhantes às granulares por estabilização granulométrica, diferente apenas em alguns detalhes.

• Solo-cimento

É uma mistura devidamente compactada de solo, cimento Portland e água; a mistura solo-cimento deve satisfazer a certos requisitos de densidade, durabilidade e resistência, dando como resultado um material duro, cimento, de acentuada rigidez à flexão. O teor de cimento adotado usualmente é da ordem de 6% a 10%.

• Solo Melhorado com Cimento.

Esta modalidade é obtida mediante a adição de pequenos teores de cimento (2% a 4%), visando primordialmente à modificação do solo no que se refere à sua plasticidade e sensibilidade à água, sem cimentação acentuada, são considerados flexíveis.

• Solo-cal

É uma mistura de solo, cal e água e, às vezes, cinza volante, uma pozolona artificial. O teor de cal mais frequente é de 5% a 6%, e o processo de estabilização ocorre.

- Por modificação do solo, no que refere à sua plasticidade e sensibilidade à água;

- Por carbonatação, que é uma cimentação fraca;

- Por pozolanização, que é uma cimentação forte.

Quando, pelo teor de cal usado, pela natureza do solo ou pelo uso da cinza volante, predominam os dois últimos efeitos mencionados, tem-se as misturas solo-cal, consideradas semirrígidas.

• Solo Melhorado com Cal

A mistura que se obtém quando há predominância do primeiro dos efeitos citados em 6.3.2.3, é considerada flexível.

• Solo-betume

É uma mistura de solo, água e material betuminoso. Trata-se de uma mistura considerada flexível.

• Bases Betuminosa Diversas

Estas camadas serão descritas nos itens referentes a revestimentos betuminosos, pois as técnicas construtivas e os materiais empregados são idênticos.

Discussões

Como citado nos resultados acima, a pavimentação é antecedida pela primeira etapa denominada terraplanagem, onde o solo recebe um tratamento de planificação separado em três camadas (base, sub-base e subleito) compostas por solo e partículas de rocha.

Estas três camadas são responsáveis por suportar as tensões verticais provocadas pelo tráfego de veículos, essas tensões são distribuídas horizontalmente devido ao movimento dos esforços físicos. Dito isso, fica explicito a importância dessas 3 camadas para uma boa qualidade do pavimento por um tempo mais duradouro.

O Subleito é composto pelo terreno natural, para corrigir as irregularidades do terreno é aplicado o Reforço do Subleito que também serve como fundação do pavimento, é a camada com menor exigência em relação a qualidade do solo. A norma do DNER exige que o ensaio CBR deste solo seja maior que 2%, e a expansibilidade obtida pelo mesmo ensaio seja menor que 2%.

A Sub-base deve apresentar um CBR igual ou superior a 20%, e expansão menor que 1%. Esta camada tem função complementar a Base e é executada no intuito de reduzir o custo da obra evitando uma maior espessura da Base, cujo material exigido é de maior valor agregado.

A Base é destinada a sofrer os maiores esforços verticais e distribuir ao subleito de modo uniforme, esta camada tem maior exigência em relação ao seu material. O ensaio CBR deve representar um valor superior a 80%, e a expansão menor que 1%, nessa última etapa de solo também é exigido o ensaio de Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade, em que o resultado deve ser maior que 25% e menor que 6% respectivamente.

Uma das formas de estabilizar a base e a sub-bases é a granulométrica, em que as camadas são constituídas por solos e britas, estas camadas são flexíveis e estabilizadas pela compactação ou mistura de um material que represente a granulometria apropriada. Outra forma de estabilização é com uso de aditivos, com solo cimento em que a mistura tem como finalidade satisfazer os requisitos de densidade, durabilidade e resistência; outra mistura é a solo-cal com o intuito de aumentar a plasticidade e a sensibilidade do solo à água; e também o solo-betume com o objetivo de aumentar a flexibilidade da mistura.

Conclusão

A pavimentação das estradas é responsável por elevar a qualidade das mais importantes vias de acesso aos munícipios, viabilizando o transporte de pessoas em viagens, o tráfego de produtos e insumos necessários para o pleno saneamento das necessidades básicas dos munícipes de uma cidade. Todavia, devido ao aumento da frota de veículos, bem como do aumento da tonelagem ou carga transportada, tornou-se indispensável melhoria nos padrões construtiva das rodovias. 

A falta de materiais de qualidades geotécnicas que atendam às exigências do DNER para camadas de reforço do subleito, base e sub-base de pavimentos flexíveis, tem sido considerada um dos fatores de condições de adversidade nos projetos de pavimentação de estradas. Assim, torna-se importante o conhecimento prévio das características dos solos que compõe as estradas, possibilitando a tomada de decisões na busca de melhorias na sua qualidade, com vistas a propiciar o tráfego de veículos durante todo o ano, redução de danos à frota de veículos, aumento da vida útil das estradas e redução dos custos de produção.

Referências

BERNUCCI. (2010). Pavimentação Asfáltica - Formação Básica para Engenheiros (3° Edição ed.). Rio de Janeiro: Imprinta.

DNIT, D. (2006). Manual de Pavimentação. Rio de Janeiro: IPR - Instituto de Pesquisas Rodoviárias.

MACHADO, LOPES, PEREIRA, E SANT'ANNA. (2005). CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DE SOLOS PARA PAVIMENTOS DE ESTRADAS FLORESTAIS: ESTUDO DE CASO. ResearchaGate.

SANTANA. (1993). PRÉ-MISTURADO A FRIO. IBP - Comissão de Asfalto.

SOUZA. (1980). MÉTODO DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. IPR 3 ed.

Autores:

Claudio Junior Camargo;

Dayani Larissa Gomes dos Santos.