O Módulo de Resiliência (MR) de um solo é dado pela relação entre a tensão-desvio (d) e a deformação resiliente (Ɛr), conforme apresentado na equação 3.1.
r R M d (3.1)
O comportamento resiliente das amostras analisadas no trabalho foi determinado através do ensaio triaxial de cargas repetidas, de acordo com o método preconizado na COPPE – UFRJ conforme apresentado em MEDINA e MOTTA (2005).
Os corpos-de-prova foram moldados em molde cilíndrico tripartido (o mesmo utilizado no ensaio de resistência à compressão simples), com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura. A moldagem das amostras foi realizada manualmente, utilizando-se a energia de compactação intermediária em 10 camadas, sendo aplicados 10 golpes por camada. Foram moldadas amostras de solo natural e de solo estabilizado, utilizando-se cal em pasta e cal em pó e, para cada uma destas amostras, foi moldado apenas um corpo-de-prova.
As misturas de solo-cal foram ensaiadas nos teores de 3%, 5% e 7% de cal em relação ao peso seco de solo para os períodos de cura de 0, 7, 14, 28 e 90 dias. Essas amostras permaneceram envoltas por um papel filme, assim como nos ensaios de resistência à compressão simples e compressão diametral, ao longo de todo período de cura e foram ensaiadas sem imersão prévia em água potável.
Os resultados obtidos no ensaio triaxial de cargas repetidas foram gerados a partir do uso de um sistema automatizado conhecido por SiCAEP (Sistema de Controle e Aquisição para Ensaios de Pavimentos) que foi concebido pelos engenheiros Ricardo Gil Domingues e Álvaro Augusto Dellê Vianna (ver MEDINA e MOTA, 2005). Um exemplo de registro dos resultados gráficos gerados por esse sistema e a visualização da utilização do software no momento em que uma das amostras era ensaiada encontra-se exposto nas Figuras 3.15 e 3.16.
Figura 3.15: Exemplo de resultados gráficos pelo SiCAEP após o ensaio triaxial.
Figura 3.16: Tela gerada pelo SiCAEP durante a realização do ensaio triaxial.
Já a Tabela 3.5, adaptada da bibliografia MEDINA e MOTTA (2005), apresenta o procedimento adotado para a execução do ensaio. Juntamente com essa tabela são apresentados: um desenho esquemático do equipamento utilizado para a determinação do módulo de resiliência (Figura 3.17) e algumas fotos obtidas durante a realização do ensaio triaxial (Figura 3.18 a 3.23).
Tabela 3.5: Etapas do ensaio Triaxial dinâmico.
PROCEDIMENTO DETALHADO PARA EXECUÇÃO DO ENSAIO TRIAXIAL DE CARGAS REPETIDAS
PASSO 1 Compactação do corpo-de-prova (CP) e medição da massa específica deste após a sua retirada do molde cilíndrico.
PASSO 2 Colocação do CP sobre a pedra porosa. PASSO 3 Colocação do cabeçote sobre o CP.
PASSO 4 Envolvimento do CP com a membrana de borracha (com o auxílio do encamisador). PASSO 5 Colocação de ligas (elásticos) envolvendo a membrana na altura do cabeçote situado
acima do CP.
PASSO 6 Colocação do CP sobre a base da célula triaxial.
PASSO 7 Colocação de ligas (elásticos) envolvendo a membrana na altura da base da célula triaxial.
PASSO 8 Fixação dos LVDTs ao cabeçote. PASSO 9 Colocação do cilindro da célula triaxial.
PASSO 10 Colocação das hastes de fixação da tampa da célula triaxial.
PASSO 11 Assentamento da tampa da célula triaxial, prendendo esta as respectivas hastes. PASSO 12 Colocação da conexão da haste ao pistão de carga.
PASSO 13 Encaixe dos mangotes de ar comprimido para aplicação das tensões desvio e confinante.
PASSO 14 Liberação do ar comprimido.
PASSO 15 Ligação do sitema de aquisição e reprodução dos dados.
PASSO 16 Ajuste fino dos LVDTs, com o auxílio das hastes rosqueadas, dentro do intervalo de voltagem para leitura dos deslocamentos (0,1 Volt à 0,5 Volt).
PASSO 17
Início da fase de condicionamento com o intuito de se eliminar (ou pelo menos minimizar) os efeitos da deformação plástica e da história das tensões, com a aplicação de 500 pulsos de carga em três estágios de aplicação de tensão desvio e confinante (Tabela 3.6).
PASSO 18
Após o condicionamento, os transdutores são novamente ajustados e, em seguida, da-se início ao ensaio triaxial, com 18 ciclos de carga e 10 aplicações de carga por ciclo (Tabela 3.7).
PASSO 19
Após a aplicação do último ciclo de carga são verificados os valores e gráficos gerados pelo software e, caso todos resultados tenham sido devidamente computados sem a verificação de nenhuma anomalia, o ensaio é encerrado.
PASSO 20 O CP é retirado do equipamento e, posteriormente, seco em estufa (até a constância de peso) para obtenção da umidade do ensaio.
Tabela 3.6: Tensões de condicionamento do corpo-de-prova para o ensaio de módulo de resiliência.
Ciclos Tensão confinante (σ3) – Mpa Tensão desvio (σd) – Mpa
1 0,07 0,07
2 0,07 0,21
Tabela 3.7: Tensões de carregamento aplicadas no ensaio de módulo de resiliência.
Ciclos Tensão confinante (σ3)
– Mpa Tensão desvio (σd) – Mpa
1 0,021 0,021 0,041 0,062 2 0,034 0,034 0,069 0,103 3 0,051 0,051 0,103 0,155 4 0,069 0,069 0,137 0,206 5 0,103 0,103 0,206 0,309 6 0,137 0,137 0,275 0,412
Figura 3.17: Figura esquemática de um equipamento utilizado no ensaio triaxial dinâmico (MEDINA e MOTTA, 2005).
Figura 3.18: Colocação do corpo-de- prova (CP) sobre a pedra porosa.
Figura 3.19: Colocação do cabeçote sobre o CP.
Figura 3.20: Fixação dos LVDTs ao cabeçote (vista superior).
Figura 3.21: Fixação dos LVDTs ao cabeçote (vista frontal).
Figura 3.22: Colocação do cilindro da célula triaxial.
Figura 3.23: Liberação do ar comprimido.
Após a realização dos ensaios e obtenção dos resultados, gerados pelo sistema SiCAEP, foi realizada uma classificação através das propriedades resilientes dos solos das misturas analisadas. Essa classificação, apresentada pelo manual de pavimentação do DNIT (2006), é dividida em duas classes de materiais: a dos solos granulares e a dos solos finos.
No caso específico desse trabalho, que analisa solos tipicamente finos, foi utilizada a classificação especifica para esses solos (ver Figura 3.24). De acordo com esta classificação o solo pode enquadrar-se em três tipos distintos:
a) tipo I: solos apresentando bom comportamento no que se refere ao módulo de resiliência como materiais de subleito, reforço do subleito e sub-base;
b) tipo II: solos que apresentam comportamento regular quanto a resiliência como materiais de subleito e reforço de subleito;
c) tipo III: solos de comportamento ruim quanto à resiliência. Não devem ser empregados em camadas de pavimentos e para subleito, requerendo estudos e cuidados especiais;
Com relação aos modelos resilientes, foram analisados quatro modelos distintos: o primeiro analisando o efeito da tensão desvio (equação 3.2), o segundo analisando o efeito da tensão confinante (equação 3.3), o terceiro analisando o efeito do primeiro invariante de tensão (equação 3.4) e o quarto analisando o efeito da tensão desvio e da tensão confinante (modelo composto-ver equação 3.5).
MR = k1. dk2 (3.2)
MR = k1. 3k 2 (3.3)
MR = k1. k2 (3.4)
MR = k1. 3k2. d k 3 (3.5)
Onde: MR é o Módulo de Resiliência, 1 e 3 são as tensões principais, maior e menor (respectivamente), d é a tensão desvio, (1 + 2 + 3) é o primeiro invariante de tensão e os valores de k são constantes obtidas através da realização do ensaio triaxial dinâmico.
3.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo foram apresentadas características peculiares da região originária dos solos estudados, bem como os critérios adotados para seleção dos materiais utilizados nos ensaios laboratoriais. Além disso, foi apresentado o programa experimental para amostras de solos naturais e estabilizadas pela cal (em pó e em pasta). Ao longo desse programa foram mencionados os ensaios desenvolvidos durante a pesquisa e as variáveis analisadas para cada um desses ensaios, assim como a precisão adotada na obtenção dos resultados gerados a partir da execução destes. No próximo capítulo serão apresentados os resultados obtidos através da realização do programa experimental aplicado.