2. ENSAIO DE RESILIÊNCIA OU TRIAXIAL DE CARGAS ...

2. ENSAIO DE RESILIÊNCIA OU TRIAXIAL DE CARGAS REPETIDAS OU DINÂMICO
2.1 Definição
O termo resiliência significa energia armazenada em um corpo deformado elasticamente,
que é desenvolvida quando cessam as tensões causadoras das deformações; ou seja, é a
energia potencial de deformação. (Medina, 1997)
2.2 Ensaios de cargas repetidas
A força aplicada atua sempre no mesmo sentido de compressão, de um valor zero até um
máximo, voltando a anular-se ou atingir um valor mínimo definido para voltar a atuar após
pequeno intervalo de repouso (fração de segundo), de maneira a reproduzir as condições
de campo.
A amplitude e o tempo de pulso dependem da velocidade do veículo e da profundidade
em que são calculadas as tensões e deformações produzidas. A freqüência representa o
volume ou fluxo de veículos (Medina, 1997).
O estado de tensões em um elemento do subleito ou de camada do pavimento varia com
a posição da carga móvel P. A aplicação de uma carga vertical leva ao surgimento de
uma tensão vertical (σv) e uma tensão horizontal(σh), conforme mostrado na figura 2.1.
PAVIMENTO
SUBLEITO
Figura 2.1 – Tensões normais e tangenciais (Medina, 1997).
P
σh
x
τhv
τvh
Os ensaio drenados são comumentes usados por simularem melhor as condições de
campo . No entanto é difícil medir a pressão negativa da água nos poros (sucção) e obterse
as pressões efetivas, pois os materiais costumam ficar parcialmente saturados, assim
sendo os resultados são expressos em termos de pressões totais (Medina, 1997).
O módulo resiliente no ensaio triaxial de cargas repetidas é definido com a tensão desvio
σd = (σ1 - σ3 ) dividido pela deformação resiliente axial (vertical) ε1 ou εr.
MR = σd / ε1
com ε1 = ∆h/ ho
onde ∆h é o deslocamento vertical máximo e ho é o comprimento inicial de referência do
corpo de prova cilíndrico.
Verifica-se na figura 7 que a cada aplicação de tensão desvio, a deformação axial tem
uma parcela pequena de natureza plástica ou permanente (εp), sendo:
σV
σV
τvh
τhv
σh
Rita Moura Fortes
5

εt = εr + εp
Tempo de 1s; freq. de 1 0,1 s
δr
δp
Referência inicial do ensaio
δr = deslocamento resiliente (recuperável);
δp = deslocamento permanente ou plástico
Σδp = deslocamento permanente acumulado
Figura 2.2 – Registro oscilográfico do ensaio de cargas repetidas (Medina, 1997).
Na determinação do módulo resiliente somente a parcela εr (recuperável) é considerada.
O ensaio é realizado com corpos de prova não saturados, geralmente em condições de
drenagem livre.
Na figura 2.3 está apresentado o equipamento de ensaio
O ensaio é realizado com corpo de prova obtido de bloco de amostra indeformada ou
compactada em laboratório, sendo que o diâmetro do molde deve ser superior ou igual a 4
vezes o diâmetro máximo das partículas de solo e sua altura guardar uma relação de
aproximadamente 2 vezes o diâmetro (DNER-ME 131/94).
O equipamento é constituído de uma célula triaxial, sistema de controle e registro das
deformações e um sistema pneumático de carregamento. A força vertical axial é aplicada
de modo alternado no topo da amostra através de um pistão, de maneira que a passagem
do ar comprimido pelo regulador de pressão atua diretamente sobre uma válvula ligada a
um cilindro de pressão. A abertura da válvula permite a pressão do ar no corpo de prova
que está envolto por uma membrana impermeável. Fechando-se a válvula, a pressão do
ar cessa. O tempo de abertura da válvula e a freqüência desta operação podem ser
controlados por um dispositivo mecânico digital. As deformações resilientes são medidas
através dos LVDTs (linear variable diferential transducers – par de transdutores necanicoeletromagnéticos)
que estão acoplados ao corpo de prova (Pinto & Preussler, 2001).
No Brasil os módulos têm sido determinados com repetição do carregamento de
aproximadamente 200; freqüência de 20 a 60 solicitações por minuto; duração de 0,10 a
0,15 segundos e intervalo entre cargas de 2,86 a 0,86 segundos.
Os resultados são apresentados na forma gráfica, sendo que na ordenada, em escala
logarítmica estão os valores dos módulos de resiliência (MR) e no eixo das abcissas,
também em escala logarítmica, os valores das tensões confinantes. Através da análise de
regressão obtêm-se equações do tipo:
MR = k1 - σ3 k2 (vide figura 2.4 (a)) para solos arenosos ou pedregulhosos ou
δr
δp
MR = k2 + k3 (k1 - σd) k1 > σd
Σδp
Rita Moura Fortes
6

MR = k2 + k4 (σd – k1)k1 < σd para solos argilosos ou siltosos (figura 2.4(b).
onde k1, k2, k3 e k4 são parâmetros do solo ensaiado.
Figura 2.3 – Equipamento de ensaio de resiliência (ELE, 1999)
MÓDULO DE RESILIÊNCIA
1
k2
MR = k1 σ3 k2
TENSÃO CONFINANTE σ3 (kPa)
(a)
1
MR = k2 + k3 (k1 - σd) k1 >σd
MR = k2 + k4 (σd – k1) k1

Nas figuras 2.5 a 2.7 estão apresentados ensaios de resiliência de solos arenosos.
Observa-se que é uma reta e que nas abcissas está representada a tensão de
confinamento (σ3) pois os valores do módulo de resiliência não variam muito com a tensão
de desvio. Na figura 2.7 repara-se que a adição de cimento ao solo arenoso melhorou
suas características quanto ao módulo de resiliência, tornando-o menos resiliente. Na
figura 2.8 está apresentado o ensaio de módulo de resiliência de um solo argiloso, sendo
que no eixo das abcissas está a tensão de desvio. Na figura 2.9 está apresentada a
variação do módulo de resiliência em função do Mini-CBR de alguns solos lateríticos e
saprolíticos.
Figura 2.5 – Ensaio de módulo de resiliência para um solo arenoso fino laterítico na
energia normal.
Figura 2.6 – Ensaio de módulo de resiliência de solo arenoso na energia intermediária.
Rita Moura Fortes
8

Figura 2.7 Ensaio de Módulo de Resiliência de solo arenoso com 6% de cimento.
Figura 2.8 – Ensaio de Módulo de Resiliência de solo argiloso laterítico.
Fatores que afetam o módulo resiliente dos solos granulares:
Rita Moura Fortes
9

a) número de repetições da tensão-desvio: depende do índice de vazios, da
densidade do material, do grau de saturação e do valor da tensão repetida
aplicada;
b) história de tensões: deformações permanente iniciais. Os solos não coesivos
adquirem rigidez através da repetição do carregamento. Em um dado momento o
solo apresenta comportamento quase elástico com MR constante;
c) duração e freqüência do carregamento: a duração é função da velocidade dos
veículos. A freqüência é função das condições de tráfego. Até 40 aplicações por
minuto tem pouca influência;
d) nível de tensão aplicada: varia muito com a pressão confinante em solos não
coesivos e pouco com a pressão de desvio.
Fatores que afetam o módulo resiliente dos solos finos coesivos:
a) número de repetição da tensão-desvio e história das tensões: com o carregamento
repetido ocorre o rearranjo estrutural levando a um acréscimo do peso específico;
b) duração e freqüência de aplicação das cargas: para freqüências entre 20 e 60
aplicações por minuto e duração entre 0,86 e 2,86 segundos não exerce influência;
c) umidade e massa específica de moldagem: quanto maior o teor de umidade, menor
é o módulo resiliente;
d) tixotropia dos solos argilosos: após algumas repetições de carga o ganho de rigidez
não é significativo;
e) nível de tensão: no caso de solos coesivos varia muito pouco com a pressão
confinante e muito com a de desvio.
10
Rita Moura Fortes

Figura 2.9 – Variação do módulo de resiliência em função do Mini-CBR de alguns solos
lateríticos e saprolíticos (Franzoi, 1990)
11
Rita Moura Fortes

Classificação dos solos finos quanto à resiliência
Os solos finos coesivos que com freqüência é encontrado em subleito ou em camadas de
reforço do subleito são classificados, de acordo com os parâmetros de resiliência
determinados em ensaios triaxiais em:
• solos tipo I: solos com baixo grau de resiliência – apresentam bom comportamento
como subleito e reforço de subleito, com possibilidade de utilização em camadas de
sub-base;
• solos tipo II: solos com grau de resiliência intermediário – apresentam comportamento
regular como subleito. Sua utilização como reforço de subleito requer estudos e
ensaios especiais;
• solos tipo III: solos com grau de resiliência elevado – não é aconselhável seu emprego
em camadas de pavimentos. Como subleito requerem cuidados e estudos especiais.
No quadro 2.1 está apresentada a classificação do solo em função da porcentagem de
silte na fração fina (S), ou seja, da fração que passa na peneira de abertura nominal
0,075 mm e o valor da capacidade de suporte (CBR) correspondente (Pinto & Preussler,
2001).
Quadro 2.1 – Classificação do solo em função da fração passada na peneira nº 200 (pinto
& Preussler, 2001)
S (%)
CBR (%) < 35 35 a 65 > 65
> 10 I II III
6 a 9 II II III
2 a 5 III III III
Onde:
S = 100 – (P1/P2) x 100
S = porcentagem de silte na fração fina que passa na peneira número 200 (0,075 mm);
P1 = porcentagem em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,05
mm determinada na curva de distribuição granulométrica;
P2 = porcentagem em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,075
mm, determinada na curva de distribuição granulométrica.
Na figura 2.10 está apresentado o modelo de comportamento resiliente de solos fiinos, de
acordo com a classificação I, II e III.
MR
4000
3000
2000
1000
II
III
I
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 σd
Figura 2.10 - Modelo de comportamento resiliente de solos finos (Pinto & Preussler,
2001).
12
Rita Moura Fortes

Características resilientes dos solos
É a parcela da deformabilidade resiliente das camadas do pavimento e do subleito que
condiciona a vida de fadiga das camadas superficiais mais rijas, como o revestimento de
concreto asfáltico, base de solo cimento, etc., sujeitas a flexões sucessivas.
O módulo de resiliência de solos depende de sua natureza (constituição mineralógica,
textura, plasticidade da fração fina) umidade, densidade e estado de tensões.
Na figura 2.11 estão apresentados alguns modelos de comportamento resiliente de solos
(observados no Brasil)
Figura 2.11 – Modelos de comportamento resiliente de solos observados no Brasil
(Medina, 1997).
Os solos saprolíticos siltosos micáceos e/ou caolínicos caracterizam-se por baixos valores
de MR, independentemente da tensão de confinamento e da tensão de desvio. Valores de
MR menores que 500 kgf/cm 2 são comuns nesse solos quando ensaiados nas condições
de teor de umidade ótimo e massa específica aparente máxima da energia normal.
(Nogami e Viilibor, 1995).
Devido à complexidade do ensaio para determinação do módulo de resiliência, são
utilizadas diversas correlações com o valor da capacidade de suporte (CBR).
A proposta por Henukelon e Foster (1960) é a mais utilizada quando os valores de CBR
são menores que 10%.
MR = 100 x CBR (em kgf/cm 2 )
Medina e Mota (1989) apresentaram várias fórmulas que permitem avaliar as constantes
de alguns modelos de comportamento resiliente de solos brasileiros.
13
Rita Moura Fortes

O PRO 269/94 – Tecnapav foi desenvolvido para considerar o módulo de resiliência na
avaliação estrutural de pavimentos flexíveis, assim como no dimensionamento de reforço
dos mesmos.
14
Rita Moura Fortes