A Influência da Variação da Umidade na Análise dos Pavimentos da Região Metropolitana de Fortaleza

A Influência da Variação da Umidade na Análise dos Pavimentos da Região...

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• Compactação de solos (DNER-ME 129/94);

• Índice de Suporte Califórnia (DNER- ME 049/94);

• Determinação do módulo de resiliência de solos e materiais agregados de acordo com o método preconizado pela COPPE – UFRJ e apresentado em Medina e Motta (2005).

Na modelagem da variação do MR com o estado de tensão foram avaliados os desempenhos de quatro modelos, com expressões que levam em conta o efeito da tensão confinante (Equação 3), da tensão desvio (Equação 4), do primeiro invariante de tensão (Equação 5) e das tensões confinante e desvio simultaneamente (Equação 6). Os modelos analisados são descritos abaixo:

Onde:

k1, k2 e k3 - parâmetros de regressão; θ=(σ +σ#+σ ).

Adotou-se o valor do coeficiente de determinação (R2) obtido dos modelos como critério para a medida de adequação de cada um deles na representação da variação do MR com o estado de tensão. Nos ensaios de compactação, CBR e MR utilizaram-se energia normal para moldagem dos corpos de prova com solos do subleito e energia intermediária na moldagem dos corpos de prova com solos da jazida.

Os ensaios triaxiais cíclicos foram compactados em condições de umidade diferentes das preconizadas pela COPPE – UFRJ. No qual foram ensaiados: (i) na umidade ótima; (i) 2% acima da umidade ótima e (ii) 2% abaixo da umidade ótima.

5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

5.1 Ensaios de Compactação e CBR

O peso específico aparente seco máximo obtido nas amostras 01 e 02 foram 2,05 g/cm³ e 2,01 g/cm³, associados à 9,4%, e 8,2% de umidade ótima, respectivamente.

Os resultados encontrados para o ensaio de

CBR forneceram valores de 6,8% para o solo de subleito (amostra 01) e 39,8% para o solo da jazida (amostra 02).

5.2 Ensaio Triaxial em Diferentes Umidades

A Tabela 1 apresenta os valores dos parâmetros de regressão e os coeficientes de determinação (R2) para os ensaios realizados na umidade 2% abaixo da ótima, na umidade ótima e na umidade 2% acima da ótima.

Em todos os casos, o modelo representado pela Equação (6), conhecido como modelo composto, foi o que melhor representou o MR dos solos dentre os quatro modelos analisados.

Tabela 1: Equações do MR dos solos e coeficientes de determinação para diferentes teores de umidade.

Amostra MR wótima -2% (MPa) R²

Amostra MR wótima (MPa) R²

Amostra MR wótima +2% (MPa) R²

O modelo composto foi o que apresentou melhor capacidade de representação do comportamento dos solos do subleito e da jazida, mesmo submetidos a umidades de compactação diferentes das preconizadas.

É verificado que o módulo de resiliência do solo do subleito (amostra 01) varia consideravelmente em função do teor de água, conforme mostra a Figura 3. Percebe-se que valores menores de umidades resultaram em módulos de resiliência maiores e estes diminuiuram à medida que o teor de umidade foi maior. Verificou-se que variações de umidade iguais a -2% e +2%, resultaram, respectivamente, em aumento de 1% e redução de 36% dos valores do módulo de resiliência obtidos na umidade de compactação. Estes resultados também foram obtidos por Parreira e Gonçalves (2000).

O módulo de resiliência do solo da jazida analisado nesta pesquisa (amostra 02) variou menos com o teor de umidade de compactação. As variações de umidade iguais a -2% e +2%, resultaram, respectivamente, em aumento de 1,4% e redução de 0,3% nos valores do módulo de resiliência típico, mantendo-se praticamente constante com a variação do teor de água.

A Figura 3 mostra a relação entre o valor médio do módulo de resiliência com o teor de água.

Figura 3: Relação - módulo de resiliência x teor de água.

5.3 Análises Mecanísticas com Programa Computacional CAP3D

Conforme comentado anteriormente, as análises mecanísticas foram efetuadas utilizando o programa computacional CAP3D, considerando o valor médio de módulo de resiliência. Em

Módulo de Resiliência

Teor Água (%) amostra 01amostra 02 função das características físicas do subleito, as espessuras das camadas do pavimento foram dimensionadas pelo método empírico do DNIT para um número N=106 . Este dimensionamento foi adotado para realização da análise do pavimento em diferentes umidades.

Adotou-se como revestimento, um tratamento superficial duplo (TSD), tendo em vista a redução de custos e a conseqüente viabilidade econômica de empreendimentos rodoviários na região de Caucaia com este tipo de solução. Seguindo Marangon (2004) admitiu o valor de 500 MPa para o TSD. Os coeficientes de Poisson adotados nesta pesquisa foram: revestimento ν= 0,35; base

O carregamento considerado foi composto por uma pressão uniforme (-50 N/m²) aplicada em uma área de formato circular com raio de 0,108 m, cuja resultante corresponde à carga de uma roda do eixo simples padrão.

Os dados de entrada no programa para realização da análise considerando os materiais de subleito e de base em diferentes umidades encontram-se na Tabela 2.

Tabela 2: Dados de entrada para análise no CAP3D.

Composição do pavimento Espessura (m) MR (Pa)

* Espessura do subleito só é usada para análise de EF.

A malha empregada em cada análise foi gerada automaticamente pelo programa PMG (Pavement Mesh Generator) (Coutinho et al., 2009), onde foi realizada a geração de uma malha mista, mesclando elementos finitos com elementos infinitos. Neste caso a camada de revestimento asfáltico, assim como a camada de base, foi modelada apenas com elementos finitos (Q8), enquanto o subleito é composto de elementos finitos (Q8) e infinitos (L6). Em seguida foi realizada a análise no CAP3D.

Nos resultados de saída estão os valores de interesse imediato no dimensionamento:

deslocamento vertical, tensão horizontal e tensão vertical. Admitindo que estes resultados sejam máximos no eixo vertical do carregamento.

O deslocamento vertical da superfície (para verificar a deformação permanente) foi obtido nas três umidades estudadas neste trabalho, como mostram as Figuras 4, 5 e 6.

Figura 4: Deslocamento vertical da superfície – solos com umidade 2% abaixo da ótima.

Figura 5: Deslocamento vertical da superfície – solos na umidade ótima.

Figura 6: Deslocamento vertical da superfície – solos com umidade 2% acima da ótima.

As variações de umidade iguais a +2%, resultaram, respectivamente, em redução de 10,5% e aumento de 9,3% nos valores dos deslocamentos verticais da superfície relação ao deslocamento vertical do analisado na umidade ótima.

A Figura 7 mostra os resultados das tensões verticais com a profundidade.

Figura 7: Tensões verticais x profundidade negativo se refere a esforços de compressão.

Verificando o resultado das tensões verticais com a profundidade é possível perceber que maiores tensões verticais atuam na superfície, ou seja, as regiões de concentrações destas tensões localizam-se nas proximidades do carregamento. Percebe-se, ainda, que a maior parte destas tensões é absorvida superficiais, minimizando as tensões atuantes no topo do subleito.

As tensões verticais no topo do subleito são superiores quando se utiliza os materiais com umidade 2% abaixo da ótima ótima, como mostra a Tabela 3.

Tabela 3: Tensões verticais no subleito para diferentes umidades. O sinal negativo se refere a esforços de compressão.

Posição Tensões verticais (N/m²)

Topo do subleito wótima -2% wótima

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