Avaliação do desempenho de pavimento semirrígido: segmento monitorado da SC-390, trecho Orleans ? Pedras Grandes

Abstract

Os solos saprolíticos de origem granítico-gnáissica são materiais abundantes no litoral de Santa Catarina e frequentemente empregados na construção de rodovias de baixo e médio volume de tráfego, porém apresentam grau resiliente de intermediário a elevado. Uma das alternativas para a melhor utilização deste tipo de solo na pavimentação é a estabilização química com cimento, que além de conferir melhorias ao solo, como aumento de resistência e rigidez, reduz os custos de implantação da pavimentação. Em Santa Catarina, foi concluída em julho de 2015 a execução de um trecho de rodovia da SC-390 (km 442+436 m ao km 443+136 m), cuja camada de base foi executada com solo saprolítico de origem granítica, estabilizado com 3% de cimento. Contudo, as bases de solo estabilizado com cimento estão propensas ao desenvolvimento de trincas, causadas principalmente pela retração hidráulica e pelo fenômeno de fadiga. A falta de conhecimento a respeito do comportamento à fadiga de misturas estabilizadas quimicamente pode levar ao superdimensionamento ou ao subdimensionamento da estrutura de pavimentos nas quais são empregadas, ou até mesmo desencorajar o seu uso. Neste contexto, esta pesquisa buscou avaliar o desempenho mecânico do segmento experimental da SC-390, com base de solo estabilizado com cimento, a fim de contribuir para o entendimento do comportamento deste tipo de material e fornecer ferramentas para um melhor dimensionamento deste tipo de estrutura, a qual possui grande potencial de emprego no estado de Santa Catarina. Para isto, acompanhou-se o desempenho do pavimento através de levantamentos estruturais e funcionais realizados no segmento experimental entre os anos de 2016 e 2018. Também foram realizados ensaios de laboratório para a caracterização do solo e da mistura com 3% de cimento, propondo-se um modelo de fadiga que poderá ser utilizado no dimensionamento e na estimativa de vida útil de estruturas onde este tipo de mistura venha a ser empregada. Tanto os levantamentos estruturais quanto os funcionais mostraram um bom desempenho da estrutura ao longo do período de análise, observando-se apenas o surgimento de trincas isoladas de retração, não havendo trincas características do fenômeno de fadiga (trincas do tipo FC-1). Os ensaios de laboratório realizados neste trabalho mostraram que, com um teor de 2,5%, o solo atingiu a resistência mínima de 2,1 MPa aos 7 dias de idade (energia modificada). Aos 28 dias de idade, o solo com 3% de cimento atingiu RCS de 3,62 MPa (energia modificada) e resistência à tração na flexão de 0,86 MPa. Na retroanálise de bacias de deflexão, a camada de base estabilizada atingiu módulos de resiliência entre 900 a 1040 MPa, enquanto que a sub-base, composta pelo solo natural, atingiu módulos próximos a 130 MPa. Ao final, apresenta-se uma estimativa de vida útil do pavimento, a partir do modelo de fadiga obtido, a qual é comparada com o tráfego atuante até o momento. Futuramente, com a evolução do trincamento por fadiga, será possível a obtenção de um fator laboratório/campo relacionado com a porcentagem de área trincada do pavimento.

Abstract: Saprolitic soils originated from granites and gneisses are abundant materials in the coast of Santa Catarina. These soils are frequently used in the construction of low and medium traffic highways. However, these types in general have a low resilient performance, which means that their use in pavement structures requires special studies considering resilient deformations. The chemical stabilization with cement is an alternative for this soil application in pavement layers. Cement provides to the soil an increased strength and stiffness and reduces construction costs. In July 2015, the state of Santa Catarina concluded the construction of a road segment (SC-390 between the cities of Orleans and Pedras Grandes), whose base layer was made with saprolitic soil from granite, wich was stabilized with 3% cement. However, cement stabilized soils are prone to cracking, mainly caused by hydraulic shrinkage and fatigue. The lack of knowledge regarding the fatigue behavior of chemically stabilized soils can lead to overdesigned or underdesigned structures in which they are employed, or even discouraging its use. In this context, this research evaluated the performance of a road segment (SC-390), wich base layer was constructed with cement stabilized soil. This evaluation aimed to allow a better understanding of this material?s behavior and also to provide tools for improved desing of this type of structure. In order to achieve these objectives, the pavement performance was monitored through structural and functional surveys carried out in the road segment between the years of 2016 and 2018. Laboratory tests were also performed to characterize the soil and the mixture with 3% cement. A fatigue model was proposed to be used in the design and service life estimative of pavement structures where this type of mixture could be employed. Both structural and functional surveys showed a good performance of the structure over the analysis period, where only isolated shrinkage cracks were observed. Laboratory tests showed that with a 2,5% cement content the soil reached the minimum compressive strength of 2,1 MPa, after a curing period of 7 days (modified Proctor). After 28 days of curing, the soil with 3% cement reached a compressive strength of 3,62 MPa and flexural tensile strength of 0,86 MPa (modified Proctor). In the retroanalysis from deflection basins, the stabilized base layer reached resilience modules between 900 to 1040 MPa, while the subbase constructed with natural soil reached 130 MPa. Using the proposed fatigue model, an estimate of the pavement?s service life was presented and the service life was compared to the active traffic. In the future, with the evolution of fatigue cracking, a shift factor for semi-rigid pavement structures can be established and related to the percentage of cracked area.