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Número 17, 2003 Engenharia Civil UM 19 Estudo dos Módulos de Resiliência de Dois Solos Tropicais no Estado Natural e Quando Estabilizados com Cimento Tiago Pinto da Trindade 1† , Carlos Alexandre Braz de Carvalho 2 , Dario Cardoso de Lima 3 , Claudio Henrique de Carvalho Silva 4 , Paulo Sérgio de Almeida Barbosa 5 Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Civil Campus UFV, CEP: 36571-000, Viçosa, Minas Gerais, Brasil RESUMO A determinação do módulo de resiliência, em laboratório, requer o emprego de um sofisticado sistema de aplicação de cargas e de aquisição de dados, além de demandar um considerável tempo para a realização do ensaio, sendo desejável o desenvolvimento de métodos mais simples para a sua estimativa. Assim, buscou-se com a realização deste trabalho, identificar as propriedades geotécnicas de dois solos comuns na região de Viçosa-MG, Brasil, para a obtenção de correlações empíricas entre o módulo de resiliência desses materiais com outros parâmetros geotécnicos de fácil determinação em laboratório. ABSTRACT The laboratory determination of the resilient modulus requires employment of relatively sophisticated systems of application of loads and data acquisition, besides demanding considerable testing time. Therefore, it is desirable to look for standard test methods that can be used to estimate this engineering parameter. This project was directed to the determination of the geotechnical engineering properties of two soils from the Region of Viçosa, Minas Gerais State, Brazil, in order to provide basic data for the deve lopment of empirical correlations between them and the soils resilient modulus. 1 Aluno do Curso de Mestrado em Geotecnia Autor para quem a correspondência deverá ser enviada ([email protected]) 2 D.Sc. EESC-USP, Professor Adjunto 3 Ph.D. Louisiana State University (USA), Professor Titular 4 Ph.D. University of Colorado (USA), Professor Adjunto 5 M.Sc. COPPE-RJ, Professor Assistente

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Número 17, 2003 Engenharia Civil • UM 19

Estudo dos Módulos de Resiliência de Dois Solos Tropicais no Estado Natural e Quando Estabilizados com Cimento

Tiago Pinto da Trindade1†, Carlos Alexandre Braz de Carvalho2, Dario Cardoso de Lima3, Claudio Henrique de Carvalho Silva4, Paulo Sérgio de

Almeida Barbosa5

Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Civil Campus UFV, CEP: 36571-000, Viçosa, Minas Gerais, Brasil

RESUMO

A determinação do módulo de resiliência, em laboratório, requer o emprego de um sofisticado sistema de aplicação de cargas e de aquisição de dados, além de demandar um considerável tempo para a realização do ensaio, sendo desejável o desenvolvimento de métodos mais simples para a sua estimativa. Assim, buscou-se com a realização deste trabalho, identificar as propriedades geotécnicas de dois solos comuns na região de Viçosa-MG, Brasil, para a obtenção de correlações empíricas entre o módulo de resiliência desses materiais com outros parâmetros geotécnicos de fácil determinação em laboratório.

ABSTRACT

The laboratory determination of the resilient modulus requires employment of relatively sophisticated systems of application of loads and data acquisition, besides demanding considerable testing time. Therefore, it is desirable to look for standard test methods that can be used to estimate this engineering parameter. This project was directed to the determination of the geotechnical engineering properties of two soils from the Region of Viçosa, Minas Gerais State, Brazil, in order to provide basic data for the deve lopment of empirical correlations between them and the soils resilient modulus.

1 Aluno do Curso de Mestrado em Geotecnia † Autor para quem a correspondência deverá ser enviada ([email protected]) 2 D.Sc. EESC-USP, Professor Adjunto 3 Ph.D. Louisiana State University (USA), Professor Titular 4 Ph.D. University of Colorado (USA), Professor Adjunto 5 M.Sc. COPPE-RJ, Professor Assistente

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1. INTRODUÇÃO

A degradação estrutural dos revestimentos asfálticos está associada ao somatório da deformação plástica ou às deflexões elásticas repetidas. A deflexão recuperável em um pavimento de camadas múltiplas está intimamente relacionada com as propriedades elásticas de suas camadas e de seu subleito. No "AASHTO Standard Method for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Material” (1997) considera-se que o desempenho de um pavimento está associado à magnitude das deflexões superficiais, que são devidas, principalmente, às deformações do subleito. Assim, no método anteriormente citado, exige-se que se conheça o módulo de resiliência do subleito ao se projetar um pavimento flexível.

Cabe aqui destacar que os ensaios laboratoriais para a determinação do módulo de resiliência ainda são considerados especiais, exigindo equipamentos relativamente complexos e caros, o que torna a sua utilização restrita fora de instituições de ensino ou de pesquisa. Tal situação motivou vários pesquisadores a desenvolver trabalhos com a finalidade de se obter correlações que permitissem estimar o módulo de resiliência a partir de parâmetros resultantes de ensaios mais simples, tais como: CBR (Cardoso e Witczak, 1991; Medina e Preussler, 1980); coesão e ângulo de atrito interno (Zamam et al., 1994); peso específico e teor em água (Hicks e Monismith, 1971; Mohammad et al., 1995); grau de compactação e condições de ensaio (Bernucci, 1995) e parâmetros obtidos a partir de ensaios de compressão simples (Drumm et al., 1990; Lee et al., 1997; Parreira et al., 1998).

Destaca-se, porém, que estas correlações tiveram por campo de ação a realidade dos solos de regiões temperadas, sendo questionável o seu campo de aplicação em um país como o Brasil, por exemplo, que apresenta processos específicos de formação de solos. Justifica-se, então, a tentativa de se desenvolver correlações entre o módulo de resiliência e outros parâmetros geotécnicos de fácil obtenção em laboratório, para solos tropicais típicos da região de Viçosa-MG, Brasil, no estado natural e quando estabilizados com cimento.

2. MÓDULO DE RESILIÊNCIA

2.1. Definição

Para se estudar as características de deformabilidade dos materiais que compõem a estrutura dos pavimentos rodoviários em condições cíclicas, utiliza-se o módulo de resiliência. A determinação do módulo de resiliência, nas condições do ensaio tríaxial de cargas repetidas, pode ser feita por meio das Equações 1 e 2. Observa-se, nesta fórmula, que o seu valor varia inversamente com a deformação resiliente ou recuperável. Portanto, quanto mais deformável for o material, menor será o valor do seu módulo de resiliência.

r

dRM

εσ

= (1)

onde:

MR = módulo de resiliência; σd = tensão desvio aplicada repetidamente; εr = deformação axial recuperável correspondente a um determinado número de

aplicações de carga σd.

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0r h

h∆=ε (2)

onde:

∆h = deslocamento axial recuperável ou resiliente; h0 = altura inicial do corpo-de-prova.

2.2. Equipamento e Condições para Realização dos Ensaios Triaxiais de Cargas Repetidas

O equipamento para realização do ensaio triaxial de cargas repetidas desenvolvido no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa, é constituído das seguintes unidades: célula triaxial, sistema de controle e registro das deformações, sistema pneumático de carregamento, e um sistema de aquisição e tratamento dos dados (Figuras 1 e 2). A força vertical axial é aplicada alternada e rapidamente no topo da amostra por um pistão movido a ar comprimido. Este ar ao passar por um regulador de pressão atua directamente sobre duas válvulas solenóides ligadas a um cilindro de pressão. Ao abrir as válvulas, transmite-se uma pressão de ar ao corpo-de-prova envolto em uma membrana de borracha. Ao fechar as válvulas, a pressão de ar deixa de actuar. O tempo de abertura da válvula e a frequência desta operação são controlados por um par de roldanas que possuem uma rotação devidamente ajustada às condições de ensaio, como ilustrado na Figura 2b. As deformações resilientes são medidas por um par de transdutores de deslocamentos conhecidos por LVDT’s (linear variable differential transducers) acoplados ao corpo-de-prova. Dessa forma, procura-se simular o efeito da passagem de uma roda de um veículo no pavimento. Para maiores informações sobre o equipamento, recomenda-se recorrer ao trabalho de Silva (1998).

No Brasil, o módulo de resiliência tem sido rotineiramente determinado para as seguintes condições (DNER, 1994): repetição do carregamento de aproximadamente 200 vezes; frequência de 20 a 60 solicitações por minuto; duração do carregamento de 0,10 a 0,15 segundo; intervalo entre cargas de 0,86 a 2,86 segundo. ü Ensaios de solos arenosos ou cascalhetos

• Fase de condicionamento dos corpos-de-prova – antes de se fazer as medições de deformação, são aplicados os seguintes níveis de carregamento: tensão confinante σ3 = 70 kPa e razões de tensões principais σ1/σ3 = 2 e 4; σ3 = 105 kPa e razão de tensões principais σ1/σ3 = 4. Para cada uma dessas combinações, a tensão desvio é aplicada 200 vezes, a uma frequência 20 aplicações por minuto, com duração de 0,10 segundos.

• Medição das deformações – a fim de se obter o módulo de resiliência, aplicam-se as seguintes tensões confinantes: σ3 = 21 – 35 – 52,5 – 70 – 105 e 140 kPa; para cada uma delas são aplicadas tensões desvios nas seguintes razões: σ1/σ3 = 2, 3 e 4.

ü Ensaios de solos argilosos e siltosos

Tanto o condicionamento como o registro das deformações, são feitos à tensão confinante de 21 kPa. No condicionamento a tensão desvio é de 70 kPa e para medição das deformações, aplicam-se as tensões desvios: σd = 21 – 35 – 52,5 – 70 – 105 – 140 e 210 kPa.

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Cada tensão desvio é aplicada 200 vezes, a 20 ciclos por minuto, com duração de 0,10 segundos.

CILINDRO DE PRESSÃO

AR COMPRIMIDO

CÉLULA TRIAXIAL

LVDT's

Figura 1 - Esquema de um equipamento convencionalmente utilizado para realização de

ensaios triaxiais de cargas repetidas.

2 a

2 b

2 c

2 d

Figura 2 - Detalhes do equipamento para realização de ensaios triaxiais de cargas repetidas

desenvolvido no Laboratório de Engenharia Civil da UFV por Silva (1998).

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3. MATERIAIS E MÉTODOS

As duas amostras de solo utilizadas neste estudo representam solos residuais característicos da região de Viçosa-MG, Brasil. Um deles possui avançada evolução pedológica e é classificado como latossolo vermelho-amarelo, proveniente do intemperismo de gnaisse, de ocorrência nas encostas mais suavizadas. Nele predomina a composição mineralógica presente nos argilominerais 1:1 e sesquióxidos de ferro e alumínio. O outro de característica arenoso, e de origem saprolítica, essencialmente quartzoso, horizonte C profundo, de textura arenosa e coloração acinzentada. Nas Tabelas 1, 2 e 3 estão apresentados respectivamente, a descrição das amostras de solo e a profundidade de amostragem em campo, os parâmetros físicos e as classificações dos solos de acordo com os sistemas: HRB (Highway Research Board), USC (Unified Soil Classification) e metodologia MCT (Miniatura, Compactado e Tropical) preconizada por Nogami e Villibor (1995).

Tabela 1 - Descrição das amostras.

Solos Formação Pedológica Horizonte Profundidade de

Coleta (m) Argiloso Latossolo vermelho-amarelo B 6,00 Arenoso Saprolítico C 11,20

Tabela 2 - Distribuição granulométrica (AASHTO) e limites de Atterberg.

Solos Argila (%<0,005 mm)

Silte (0,074<%≤0,005mm)

Areia (2<%≤0,074mm)

LL (%)

LP (%)

IP (%)

Argiloso 54 24 22 68 35 33 Arenoso 7 18 75 30 19 11

Tabela 3 - Sistemas de classificação de solos: HRB, USC, e MCT (Nogami e Villibor, 1995).

Sistema de classificação de solo s Solos HRB USC MCT

Argiloso A-7-5 (20) MH LG’ Arenoso A-2-4 (0) SM-SC NA’

O cimento usado como estabilizante químico foi do tipo CPII-E-32, no teor de 11%

em relação ao peso de solo seco para o solo argiloso e no teor de 5% em relação ao peso de solo seco para o solo arenoso. Esses valores foram determinados previamente por meio da dosagem solo-cimento dos solos, realizada segundo a Norma Geral e/ou Simplificada adotada pelo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (Ferraz, 1994). As etapas de moldagem, armazenamento até o início dos ensaios e a realização dos ensaios de compressão simples e triaxial de cargas repetidas compreenderam as seguintes etapas:

• Determinação dos pesos específicos aparentes secos máximos e dos teores em água óptimos dos solos e das misturas de solo-cimento, na energia de compactação intermediária do ensaio AASHTO;

• Moldagem de corpos-de-prova na energia anteriormente citada para a realização dos ensaios de compressão simples e triaxiais de cargas repetidas, segundo o método descrito por Trindade et al. (2001), nos seguintes teores em água: Wot -2%, Wot e Wot +2%. Sendo que, os limites fixados na moldagem dos corpos-de-prova

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foram os que seguem: dimensões: 10 ± 0,05 x 5 cm; teor em água: teor em água desejado Wi ± 0,3%; grau de compactação: 100 ± 0,3%;

• Envolvimento do corpo-de-prova numa embalagem plástica para evitar perda de umidade e, em seguida, colocação do mesmo na câmara úmida, até início dos ensaios;

• Realização dos ensaios de compressão simples até a ruptura dos corpos de prova dos solos e das misturas solo-cimento, com velocidade de carregamento de 1mm/min. Os corpos-de-prova dos solos no estado natural foram levados a ruptura logo após a moldagem dos mesmos e, para as misturas de solo-cimento, foi obedecido um tempo de cura de 7 dias. Para cada ensaio, romperam-se três corpos-de-prova e foram obtidos os valores médios da tensão de ruptura (Su) e do módulo tangente inicial (E0);

• Realização dos ensaios triaxiais de cargas repetidas obedecendo a: (i) assentamento do corpo-de-prova na base da câmara com a pedra porosa e colocação do cabeçote e da membrana envolvente na amostra; (ii) colocação do par de alças presas lateralmente ao corpo-de-prova para fixação dos transdutores de deslocamentos, como se visualiza na Figura 2c; (iii) medição e anotação das distâncias verticais entre as alças e posicionamento correto do conjunto pistão, placa de topo e corpo-de-prova a fim de se obter melhores resultados; (iv) realização dos ensaios triaxiais de cargas repetidas, segundo o DNER (1994).

4. ANÁLISE DOS RESULTADOS

4.1. Compactação

Na Tabela 4 apresentam-se os resultados de teor em água óptimo (Wot) e peso específico aparente seco máximo (γdmáx) dos dois solos no estado natural e quando estabilizados com cimento, para a energia de compactação intermediária do ensaio AASHTO.

Os resultados dos ensaios de compactação mostraram que a inclusão de cimento não causou variações significativas nos valores do peso específico aparente seco máximo e dos teores em água óptimos das misturas de solo-cimento, em comparação com os valores determinados para os dois solos. Verificou-se uma ligeira tendência de aumentos dos teores em água óptimos e uma pequena queda nos valores do peso específico aparente seco máximo das misturas de solo-cimento.

Tabela 4 - Resultados dos ensaios de compactação.

Amostras

Parâmetros Solo argiloso

Solo argiloso Estabilizado com 11% de Cimento

Solo arenoso Solo arenoso

Estabilizado com 5% de Cimento

γdmáx (kN/m3) 14,61 14,58 19,02 18,86 Wot (%) 29,30 30,51 11,04 13,05

4.2. Compressão Simples

A avaliação do módulo tangente inicial envolve deformações muito pequenas, da ordem de 10-6, e os equipamentos convencionais de medida usados em laboratório, na sua maioria, não dispõem dessa precisão. Para contornar este problema, optou-se pelo método

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proposto Duncan e Chang (1970), que considera uma hipérbole a curva tensão x deformação, descrita segundo a Equação 3.

aa

a ba εσε

⋅+= (3)

onde:

σa = tensão axial; εa = deformação axial.

Os parâmetros a e b da Equação 3 são obtidos a partir dos coeficientes da reta que melhor se ajusta aos resultados experimentais. Assim, por meio da Equação 4, pode-se estimar o módulo tangente inicial.

a1

E0 = (4)

A Figura 3 contém os resultados dos ensaios de compressão simples, a partir dos quais pode-se verificar que os solos estabilizados com cimento apresentaram elevados incrementos nos valores de tensão de ruptura e módulo tangente inicial. No entanto, devido à textura das amostras, notou-se que o solo argiloso exigiu um maior consumo de cimento do que o solo arenoso.

8 10 12 14 16

TEOR DE UMIDADE (%)

0

600

1200

1800

2400

3000

S u (

kPa)

8 10 12 14 16

TEOR DE UMIDADE (%)

0

100

200

300

400

E 0 (

MP

a)

26 28 30 32 34

TEOR DE UMIDADE (%)

0

150

300

450

600

E 0 (

MP

a)

26 28 30 32 34

TEOR DE UMIDADE (%)

0

800

1600

2400

3200

4000

S u (

kPa)

SOLO ARENOSOSOLO ARENOSO ESTABILIZADO COM 5% DE CIMENTO

SOLO ARGILOSOSOLO ARGILOSO ESTABILIZADO COM 11% DE CIMENTO

LEGENDA

Figura 3 - Resultados dos ensaios de compressão simples.

O teor em água mostrou-se um fator de grande importância para a definição da

resposta mecânica dos solos e das misturas solo-cimento. Para a amostra do solo argiloso no estado natural e quando estabilizada com cimento, foram determinados máximos de tensão de ruptura e módulo tangente inicial para os corpos-de-prova moldados no teor em água óptimo.

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Por outro lado, para a amostra do solo arenoso no estado natural e quando estabilizada com cimento, esses máximos se associaram ao ramo seco da curva de compactação.

4.3. Módulo de Resiliência

O valor do módulo de resiliência é muito variável, sendo que um grande número de fatores pode influenciá- lo, tais como: condição de carregamento, estado de tensão, natureza do solo, estado físico, etc. (Seed et al., 1962; Thompson e Robnett, 1979; Parreira et al., 1998). Com relação ao estado de tensão, foram propostos modelos que permitem representar a variação do módulo de resiliência em função do estado de tensão. Esses modelos, na sua maioria, foram desenvolvidos levando-se em consideração a natureza do solo. Por exemplo, existem modelos propostos especialmente para solos arenosos ou argilosos, onde o aspecto que tem maior influência é a tensão confinante ou a tensão desvio, respectivamente.

Tomando-se os resultados dos ensaios triaxias de cargas repetidas realizados segundo a metodologia descrita no item 2.2., procurou-se avaliar o desempenho dos modelos sugeridos e dispostos na norma DNER-ME 131/94 para obtenção do módulo de resiliência em função do estado de tensão. Optou-se então pelos modelos descritos pelas Equações 5 e 6, respectivamente para os solos argilosos e arenosos no estado natural e quando estabilizados com cimento:

2Kd1R KM σ⋅= (5)

2K31R KM σ⋅= (6)

onde:

MR = módulo de resiliência (MPa); σd = tensão de desvio (kPa); σ3 = tensão de confinamento (kPa); K1 (kPa) e K2 são parâmetros que variam segundo cada material.

100 200 400806040

TENSÃO DESVIO (kPa)

100

1000

200

400

600

800

2000

4000

6000

8000

80

60

MR

(MP

a)

LEGENDA

SOLO ARGILOSO - Wot -2%SOLO ARGILOSO - WotSOLO ARGILOSO - Wot +2%SOLO ARGILOSO ESTABILIZADO COM 11% DE CIMENTO- Wot -2%SOLO ARGILOSO ESTABILIZADO COM 11% DE CIMENTO- WotSOLO ARGILOSO ESTABILIZADO COM 11% DE CIMENTO- Wot +2%

MODELO UTILIZADO MR = K1 σdK2 (DNER 131/94)

EQUAÇÕES

MR = 20.836,10 σd-0,3065 ; R2 = 0,9952

MR = 38.364,62 σd-0,4505 ; R2 = 0,9641 MR = 35.757,53 σd-0,5146 ; R2 = 0,9743

MR = 47,557,11 σd-1,0597 ; R2 = 0,9757MR = 278.269,19 σd-1,5128 ; R2 = 0,9966 MR = 728,33 σd-0,4552 ; R2 = 0,8481

Figura 4 - Módulo de resiliência x tensão desvio para os solos com e sem estabilização com

cimento.

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100 200806040

TENSÃO CONFINANTE (kPa)

100

1000

200

400

600

800

2000

4000

80

60

40

MR (

MP

a)

LEGENDA

SOLO ARENOSO - Wot -2%SOLO ARENOSO - WotSOLO ARENOSO - Wot +2%SOLO ARENOSO ESTABILIZADO COM 5% DE CIMENTO - Wot -2%SOLO ARENOSO ESTABILIZADO COM 5% DE CIMENTO - WotSOLO ARENOSO ESTABILIZADO COM 5% DE CIMENTO - Wot +2%

MODELO UTILIZADO MR = K1 σ3K2 (DNER 131/94)

EQUAÇÕES

MR = 488,66 σ30,3691 ; R2 = 0,8634

MR = 408,92 σ30,3823 ; R2 = 0,9623MR = 100,55 σ30,6572 ; R2 = 0,9136

MR = 17,80 σ30,4415 ; R2 = 0,8888 MR = 10,99 σ30,5078 ; R2 = 0,8925 MR = 3,99 σ30,7086 ; R2 = 0,9739

Figura 5 - Módulo de resiliência x tensão confinante para os solos com e sem estabilização

com cimento.

Os valores dos parâmetros K1 e K2 obtidos a partir dos resultados dos ensaios triaxiais de cargas repetidas, para cada um dos materiais em diferentes condições de umidade e os respectivos coeficientes de determinação (R2), são apresentados nas Figuras 4 e 5. A maioria das regressões apresentou coeficientes de determinação elevados, mostrando que os resultados fornecidos pelo equipamento triaxial de cargas repetidas da Universidade Federal de Viçosa são altamente cofiáveis e reproduzem com qualidade as propriedades resilientes dos materiais.

4.4. Correlações Obtidas entre o Módulo de Resiliência e o Módulo Tangente Inicial

Parreira et al. (1998) realizaram ensaios triaxias de cargas repetidas em seis solos arenosos e um argiloso, provenientes de pavimentos em serviço, com o objetivo de se estabelecer correlações entre os valores do módulo de resiliência e módulo tangente inicial destes materiais. O modelo apresentado pela Equação 7 foi o que melhor estimou os valores dos módulos de resiliência dos sete solos estudados, sendo o coeficiente de determinação (R2) encontrado igual a 0,67. Procedendo-se a uma nova análise em que apenas os solos arenosos foram considerados, obteve-se a Equação 8 com um coeficiente de determinação (R2) igual a 0,82.

( )0,3436

d

0,43930,31580

R )()(E40,04

θ⋅⋅= (7)

( )0,86300,45590R 1,15)(E,821M θ⋅+⋅= 9 (8)

onde:

MR = módulo de resiliência (MPa); E0 = módulo tangente inicial (MPa); θ = primeiro invariante das tensões (kPa). θ = σ1+σ2+σ3; σd = tensão desvio (kPa). σd = σ1 - σ3.

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Após determinar os valores dos módulos tangentes iniciais para o solo argiloso e para o solo arenoso, no estado natural e quando estabilizados com cimento, buscou-se estabelecer correlações entre estes valores e os módulos de resiliência correspondentes, considerando-se também as variações dos níveis de tensão. Por meio de uma análise estatística, foram analisadas correlações envolvendo valores dos módulos de resiliência com o módulo tangente inicial, tensão desvio, primeiro invariante das tensões e combinações de algumas destas variáveis.

Procedendo-se a uma análise envolvendo o solo argiloso com e sem estabilização com cimento formando um único grupo, determinou-se um modelo para estimativa do módulo de resiliência. A Equação 9 foi a que melhor estimou o módulo de resiliência em função do módulo tangente inicial e do primeiro invariante das tensões, obtendo-se um coeficiente de determinação (R2) igual a 0,96. Para o solo arenoso com e sem estabilização com cimento, a Equação 10 foi a que melhor representou a relação entre o módulo de resiliência, o módulo tangente inicial, a tensão desvio e o primeiro invariante das tensões, com coeficiente de determinação (R2) igual a 0,93. Vale ressaltar que o modelo para determinação do módulo de resiliência de solos arenosos ilustrado na Equação 10 é muito semelhante ao modelo descrito pela Equação 7, onde a análise foi realizado utilizando-se seis solos arenosos e apenas um solo argiloso.

( )( )0,9779

1,0109

RE1112,67

0⋅= (9)

( ) ( )( )0,4044

d

1,07540,9110

RE0,17

θ 0⋅⋅= (10)

A Figura 6 mostra os valores dos módulos de resiliência previstos pelas Equações 9 e 10 e os valores destes mesmos módulos por meio dos ensaios triaxiais de cargas repetidas realizados.

0 2000 4000 6000 8000

MR - CALCULADOS PELA EQUAÇÃO 9 (MPa)

0

2000

4000

6000

8000

MR

- E

NS

AIO

S (M

Pa)

0 1000 2000 3000 4000

MR - CALCULADOS PELA EQUAÇÃO 10 (MPa)

0

1000

2000

3000

4000

MR

- E

NS

AIO

S (M

Pa)

SOLO ARGILOSO SOLO ARENOSO

Figura 6 - Módulo de resiliência: valores determinados em laboratório x valores estimados

pelas Equações 9 e 10.

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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Indubitavelmente, o número de solos e misturas ensaiados no presente trabalho é pequeno para que se estabeleçam conclusões definitivas, motivo pelo qual se recomenda, utilizando-se a mesma metodologia deste trabalho, pesquisar um maior número de solos e outros agentes químicos de estabilização. Contudo, numa fase preliminar, e com base nos resultados obtidos neste trabalho, são apresentadas as seguintes considerações:

• Para os materiais estudados, foi possível estabelecer correlações envolvendo o módulo de resiliência com o módulo tangente inicial e os níveis de tensão utilizados na realização dos ensaios triaxiais de cargas repetidas, com coeficientes de determinação significativos;

• Mesmo para tensões de pequena magnitude, como é o caso dos níveis de tensão sugeridos no método de ensaio da norma DNER 131/94, o módulo de resiliência de ambos os solos estabilizados, mostrou-se variável para os diferentes níveis de tensão aplicados durante os ensaios triaxiais de cargas repetidas, ao contrário do preconizado na literatura especializada.

AGRADECIMENTOS

Os autores desejam expressar os seus agradecimentos à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais – FAPEMIG, pelo apoio financeiro através do projeto TEC 2431/97, à Universidade Federal de Viçosa - UFV, onde foi realizado o presente trabalho, e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, pela concessão de bolsa de iniciação científica ao primeiro autor.

REFERÊNCIAS

AASHTO, Standard Method for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Material, AASHTO Designation TP46-94, Revised in 1996-1997, Edition 1B, June, Washington, D.C., 33p (1997).

Bernucci L.L.B., Considerações Sobre o Dimensionamento de Pavimentos Utilizando Solos Lateríticos para Rodovias de Baixo Volume de Tráfego, São Paulo, Tese (Doutorado), Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, 237p (1995).

Cardoso, S.H. e Witczak, M.W., Permanent Deformation for Flexible Airfield Pavement Design, Transportation Research Record, Washington, DC, no 1307, pp. 111-121 (1991).

Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, DNER-ME 131/94, Solos - Determinação do Módulo de Resiliência - Método de Ensaio, Rio de Janeiro, Norma Rodoviária, 8p (1994).

Drumm, E.C.; Boateng-Poku, Y. e Pierce, T.J., Estimation of Subgrade Resilient Modulus from Standard Tests, ASCE, Journal of Geotechnical Engineering, no 116(5), pp. 774-789 (1990).

Duncan, J.M. e Chang, C.Y., Nonlinear Analysis of Stress and Strain in Soils, Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol. 96, No SM5, pp. 1629-1653 (1970).

Ferraz, R.L., Contribuição à Estabilização dos Solos para Fins Rodoviários e Habitacionais, Viçosa-MG, Tese (Mestrado), Universidade Federal de Viçosa, Imprensa Universitária, 174p (1994).

Page 12: Estudo dos Módulos de Resiliência de Dois Solos Tropicais ... 19-30.pdf · considerável tempo para a realização do ensaio, sendo desejável o desenvolvimento de métodos mais

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Hicks, R.G. e Monismith, C.L., Factors Influencing the Resilient Response of Granular Materials, Highway Research Record, Vol. 345, pp. 15-31 (1971).

Lee, W.; Bohra, N.C.; Altschaeffl, A.G. e White, T.D., Resilient Modulus of Cohesive Soils, ASCE, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, no 123(2), pp. 131-136 (1997).

Medina, J. e Preussler, E.S., Características Resilientes de Solos em Estudos de Pavimentos, Revista Solos e Rochas, ABMS, Rio de Janeiro, vol. 3, pp. 3-26 (1980).

Mohammad, L.N.; Puppala, A.J. e Alavilli, P., Resilient Properties of Laboratory Compacted Subgrade Soils, Transportation Research Record, Vol. 1504, pp. 87-102 (1995).

Nogami, J.S. e Villibor, D.F., Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos, Villibor, São Paulo-SP, Brasil, 213 p (1995).

Parreira, A.B., Cunto, F.J.C., Carmo, C.T., Rodrigues, J.K.G., O Módulo de Resiliência de Alguns Materiais de Pavimentação e sua Estimativa a Partir de Ensaios de Compressão Simples, In: XI Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, Anais, Brasília, 5 a 10 de Novembro, vol. 1, pp. 149-155 (1998).

Seed, H.B., Chan, C.K. e Lee, C.E., Resilience Characteristics of Subgrade Soil and their Relation to Fadigue Failures in Asphalt Pavements, In: International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavement, University of Michigan, pp. 611-636 (1962).

Silva, W.R., Comportamento de Pré-misturado a Frio Denso Reforçado com Fibras Sintéticas, Viçosa-MG, Tese (Mestrado), Universidade Federal de Viçosa, Imprensa Universitária, 91p (1998).

Thompson, M.R. e Robnett, Q.L., Resilient Properties of Subgrade Soils, Transportation Engineering Journal, ASCE, Vol. 105(1), pp. 71-89 (1979).

Trindade, T.P., Carvalho, C.A.B. e Lima, D.C., Comportamento Resiliente de um Solo Arenoso da Região de Viçosa-MG no Estado Natural e Estabilizado com Cimento, In: 33ª Reunião Anual de Pavimentação, Anais, Florianópolis-SC, 20 a 23 de novembro, Vol. 1, pp. 369-382 (2001).

Zaman, M.M., Chen, D.H., Laguros, J.G., Resilent Moduli of Granular Materials, Journal of Transportation Engineering, Vol. 120(6), pp. 967-988 (1994).