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Faculdade de Engenharia – Departamento de Transporte s e Geotecnia TRN 032 - Pavimentação – Prof. Geraldo Luciano de Oliveira Marques
Capítulo 3
BASES E SUB-BASES FLEXÍVEIS
3.1 - Terminologia das bases
As Bases podem ser agrupadas segundo a seguinte classificação:
Rígidas Concreto de cimento Concreto Compactado com Rolo (CCR) Macadame cimentado
Semi-rígidos Solo-cimento - solo melhorado com cimento Solo-cal - solo melhorado com cal Base Granular Tratada com Cimento (BGTC)
Pela correção granulométrica Solos estabilizados Com adição de ligantes betuminosos Com adição de sais minerais Com adição de resinas Brita graduada Solo-brita Flexíveis Macadame hidráulico Macadame betuminoso Alvenaria poliédrica Paralelepípedo
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a) Base de Concreto de Cimento
Executada através da construção de placas de concreto, separadas por juntas transversais e longitudinais. O concreto é lançado e depois vibrado por meio de placas vibratórias e/ou vibradores especiais. Em um pavimento rígido esta camada tem as funções de base e revestimento e será estudada no capítulo sobre pavimentos rígidos.
b) Concreto Compactado com Rolo (CCR)
Concreto com baixo consumo de cimento, consistência seca e trabalhabilidade que permite o adensamento por rolos compressores. Suas principais vantagens são:
- Baixo consumo de cimento
- Pouco material fino
- Transporte por betoneira ou caminhão basculante (produção próxima à obra)
- Especificado pela resistência à tração na flexão ou compressão
- Consistência seca
- Adensado com rolo compressor
c) Macadame Cimentado
Uma camada de brita é espalhada sobre a pista e sujeita a uma compressão, com o objetivo de diminuir o número de vazios, tornando a estrutura mais estável. Logo após é lançada uma argamassa de cimento e areia que penetra nos espaços vazios ainda existentes. O produto assim formado tem característica de um concreto pobre.
d) Solo-Cimento
É uma mistura de solo, cimento Portland e água, devidamente compactada, resultando um material duro, cimentado e de elevada rigidez à flexão. A porcentagem de cimento varia de 5 a 13% e depende do tipo de solo utilizado. Solos argilosos exigem porcentagens maiores de cimento. O resultado da dosagem é a definição da quantidade de solo, cimento e água de modo que a mistura apresente características adequadas de resistência e durabilidade. A dosagem requer a realização de alguns ensaios de laboratório, sendo a resistência à compressão axial o parâmetro mais utilizado. Será estudado no capítulo sobre estabilização dos solos para fins de pavimentação.
A figura 15 mostra a preparação de um trecho em solo-cimento.
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ao solo é a alteração da sensibilidade à água, sem causar necessariamente uma cimentação acentuada. A porcentagem de cimento varia de 1 a 5% e o ensaio mais empregado para a definição da qualidade da mistura é o CBR. As bases feitas dessa forma são consideradas flexíveis.
g) Solo-Cal:
É uma mistura de solo, cal e água. Também pode ser acrescido a esta mistura uma pozolana artificial, chamada fly-ash, que é uma cinza volante. Geralmente, solos de granulometria que reagem com a cal, proporcionando trocas catiônicas, floculações, aglomerações, produzem ganhos na trabalhabilidade, plasticidade e propriedades de caráter expansivo. Estes fenômenos processam-se rapidamente e produzem alterações imediatas na resistência ao cisalhamento das misturas. As reações pozolânicas resultam na formação de vários compostos cimentantes que aumentam a resistência e a durabilidade da mistura. A carbonatação é uma cimentação fraca.
h) Solo Melhorado com Cal
É a mesma idéia do solo -cal, porém neste caso há predominância dos fenômenos que produzem modificações do solo, no que se refere à sua plasticidade e sensibilidade à água, não oferecendo à mistura características acentuadas de resistência e durabilidade. As bases feitas desta maneira são consideradas flexíveis.
i) Solo Estabilizado por Correção Granulométrica:
Também chamada de “estabilização granulométrica”, “estabilização por compactarão” ou “estabilização mecânica”. São executadas pela compactação de um material ou de misturas apropriadas de materiais que apresentam granulometria deferente e que são associados de modo a atender uma especificação qualquer. É o processo mais utilizado no pais.
Quando o solo natural não apresenta alguma característica essencial para determinado fim de engenharia, é usual melhorá-lo através da mistura com outros que possibilitem a obtenção de um produto com propriedades de resistência adequadas.
j) Solo Estabilizado com Adição de Ligantes Betuminosos
É uma mistura de solo, água e material betuminoso. A modalidade solo-betume engloba mistura de materiais betuminosos e solos argilo-siltosos e argilo-arenosos. A presença do material betuminoso vai garantir a constância do teor de umidade da compactação na mistura, propiciando também uma impermeabilização no material. A obturação dos vazios do solo dificulta a ação de água capilar devido à criação de uma película hidrorrepelente que envolve aglomerados de partículas finas.
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Nas chamada “areia betume” a função do material betuminoso é gerar força de natureza coesiva, uma vez que as areias não possuem estas características. Também encontramos designações como Solo-alcatrão e Solo-asfalto.
k) Solo Estabilizado com Adição de Sais Minerais
Assim como o cimento, a cal e o betume, a adição de sais minerais faz parte dos estudos de estabilização química. O cloreto de sódio e o de cálcio podem ser misturados ao solo com o objetivo de modificar alguns índices físicos, melhorando suas características resistentes. No Brasil é utilizado o cimento com uma proporção de até 5% , conforme visto anteriormente.
l) Solo Estabilizado com Adição de Resinas
Nestes casos é adicionada ao solo uma resina para fazer a função de material ligante. Como exemplo pode-se citar a lignina que é proveniente da madeira, utilizada na fabricação do papel. A utilização de resinas, assim como de sais minerais para fins de estabilização são de pouco uso no Brasil.
m) Brita Graduada
Também chamada de brita corrida. É uma mistura de brita, pó de pedra e água. São utilizados exclusivamente produtos de britagem que vem preparado da usina (figura 16). Este tipo de material substituiu o macadame hidráulico.
Também encontramos a designação “bica corrida” que é uma graduação da brita corrida, porém todo o material proveniente da britagem é passado através de uma peneira com malha de um diâmetro máximo, sem graduação uniforme.
Figura 16 – Foto de uma pedreira em atividade produzindo materiais para
execuç ão de base de brita graduada
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preenchimento dos espaços vazios deixados pela brita. Para facilitar a penetração do material de preenchimento, molha-se o pó de pedra (também pode ser usado solo de granulometria e plasticidade apropriado) e promove-se outra compactação. Esta operação é repetida até todos os vazios serem preenchidos pelo pó de pedra.
Este tipo de procedimento foi substituído pela pedra britada, que já vem preparada da usina. (figura 18).
Figura 18 – Execução de trecho em macadame hidráulico
p) Macadame Betuminoso
O macadame betuminoso por penetração consiste do espalhamento do agregado, de tamanho e quantidades especificadas, nivelamento e compactação. Em seguida é espalhado o material betuminoso que penetra nos vazios da agregado, desempenhando a função de ligante. Todas estas operações são executadas na própria pista. A base feita por meio de macadame betuminoso é chamada de “base negra” e será vista no capítulo sobre revestimentos.
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q) Alvenaria Poliédrica ou Paralelepípedo
São pedras irregulares ou paralelepípedos assentados num colchão de areia sobre uma sub-base. Podem funcionar como base, quando um outro revestimento é usado sobre sua superfície. Também são usados como revestimento final, desempenhando, as funções de revestimentos.
3.2 - Construção das camadas do pavimento
3.2.1 – Operações preliminares
a ) Regularização do sub-leito
São operações de corte ou aterro para conformar transversal e longitudinalmente a estrada. Engloba pista e acostamento com movimentos de terra máximo de 20 cm de espessura.
Os principais serviços a serem executados são a busca da umidade ótima e a compactação até atingir 100% de densidade aparente máxima seca.
b) Reforço do sub-leito
O reforço do sub-leito é executado sobre o sub-leito regularizado. As características do material a ser utilizado devem ser superiores ao do subleito e largura de execução desta camada é igual à da regularização ou seja ( pista + acostamento ).
3.2.2 - Operação de construção de sub-bases e bases
As operações aqui descritas podem ser aplicadas para construção de sub-bases e bases estabilizadas granulometricamente, solo-brita, brita graduada, havendo alguns pequenos detalhes que diferem para cada caso em particular. As bases em cimentadas (solo-cimento, BGTC, CCR) serão consideradas separadamente
a) Escavação, carga e descarga
Os tratores produzem o material na jazida e armazenam numa praça. As carregadeiras
retiram o material da praça e carregam os caminhões. Estes últimos transportam o material da jazida até a pista, descarregando em pilhas.
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Figura 19 – Esquema de Espalhamento de Material na Pista
Para o caso de dois ou mais materiais (mistura) a espessura solta pode ser calculada da seguinte forma:
M (^) M = ecM × γc M (1)
M M
X M = × 100
1
(2)
M M
Y M = × 100
2
(1) ⇒ (2) M 1 = X / 100 x ecM x γcM ⇒ esM1 x γsM1 = X / 100 x ecM x γcM
M 2 = Y / 100 x ecM x γcM ⇒ esM2 x γsM2 = Y / 100 x ecM x γcM
Então :
1
1 (^100) M
M M M s
c ec
X es γ
γ = × ×
2
2 (^100) M
M M M s
c ec
Y es γ
γ = × ×
O volume de material solto ( Vs ) a ser importado para a pista é calculado da seguinte maneira:
Vs = es x L ?x E
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Onde : E → extensão do trecho L → largura da pista
es → espessura solta
O número de viagens necessárias ( N ) para transportar o material para a pista é assim determinado:
N = Vs / q
Onde q = capacidade de cada caminhão.
O espaçamento das pilhas ( d ) (Figura 20) é determinado da seguinte maneira:
d = E / N
Figura 20 – Esquema do Espalhamento de Pilhas
As operações de mistura e espalhamento podem ser executadas por Pulvimisturadoras e Usinas Móveis onde os materiais empilhados são carregados, pulverizados, misturados e espalhados diretamente na estrada, na espessura solta desejada. A figura 05 mostra um esquema destas operações.
Também podem ser utilizadas Usinas Fixas, onde as misturas de materiais, as proporções corretas, a granulometria, a adição de água e aditivo são controladas e permitem a produção de volumes maiores de materiais misturados.
d) Pulverização
Esta operação normalmente é utilizada em materiais de natureza coesiva. Podem ser usados escarificadores, grades de disco, arados, ou mesmo uma pulvimix.
As funções principais da pulverização são:
- destorroar o material sem promover quebra de partículas.
- Mistura de água ou aditivo ao solo (solo cimento).
- Fazer aeração do solo quando a hcampo encontra-se acima da hot
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possibilidade de compactação de espessuras maiores devido ao efeito das ondas de propagação de energia. A grande desvantagem é a possibilidade de se causar danos ao equipamento quando se compacta um solo já compactado. São utilizados os seguintes rolos:
- Rolo Liso vibratório
- Rolo Pé-de-carneiro vibratório
- Placas vibratórias
A execução da compactação deve ser conduzida de forma adequada, observando-se o formato da superfície a ser compactada:
- Trechos em tangente a compactação deve ser feita dos bordos para o eixo. Este procedimento é justificado pelo acúmulo de material que se dará no centro da pista.
- Nos trechos em curva a compactação deve ser feita do bordo interno para externo. O controle da compactação é feito em duas etapas:
Ao se iniciar um serviço de compactação, controla-se preliminarmente o número de passadas, a espessura das camadas e o teor de umidade (método de campo). Ao se definir estes parâmetros experimentalmente passa-se a controlar o grau de compactação (GC).
O grau de compactação é encontrado através da seguinte relação:
GC = γd campo x 100% ⇒ (método do frasco de areia é o mais usado) γd max
Este controle é feito, normalmente de 100 em 100m, alternando-se o local de verificação, ou seja, o controle é feito na sequência: bordo direito, eixo, bordo esquerdo, eixo, bordo direito, ...
Quando o GC encontrado é menor que o especificado (p.e GC < 100%), deve -se abrir todo o trecho compactado, escarificando-o, e repetindo-se todas as operações de compactação novamente.
A espessura de compactação mínima é de 10cm e a máxima é de 20cm. O teor de umidade deve ser controlado de 100 em 100m, tolerando-se uma variação de ± 2% em relação ao valor da umidade ótima do solo.
g) Controles
Controle tecnológico (Recomendações do DNIT)
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⇒ Para regularização e reforço do sub-leito
Ensaios de caracterização : de 250 em 250m ou 2 ensaios por dia. ISC ou CBR : de 500 em 500m ou 1 ensaio para cada 2 dias. GC : de 100 em 100m ( massa esp. aparente in situ )
⇒ Para sub-base e base :
Ensaios de caracterização : de 150 em 150 m CBR : de 300 em 300 m GC : de 100 em 100 m EA : de 100 em 100 m. Se LL > 25 e/ou IP > G ( base)
Controles Geométricos (Recomendações do DNIT)
⇒ Para regularização e reforço do sub-leito
- 3 cm em relação às cotas do projeto
- 10 cm em relação à largura da plataforma até 20% na flecha de de abaulamento
⇒ Para sub -base e base
- 2 cm em relação às costas de projeto idem anterior idem anterior
Aceitação ( Análise Estatística)
Os parâmetros especificados para as variadas fases da construção de sub-bases e bases (granulometria, LL, IP, CBR, GC, etc) devem ser submetidos a uma análise estatística para aceitação.
Os valores máximos e mínimos decorrentes da amostragem a serem confrontados com os valores especificados serão calculados pelas fórmulas de controle estatístico recomendadas pelo contratante.
h) Acabamento
São feitos os ajustes finais, com pequenos serviços de acabamento, limpeza, correções da seção transversal, varredura, etc.
