Geotechnical Characterisation of Subgrade and Sub-Base Materials for Road Pavement Design in Kasese District, Western Uganda

As estradas são mais do que apenas faixas de asfalto; são estruturas complexas construídas sobre uma fundação viva e pulsante de terra. No mundo da engenharia civil, o solo sob uma estrada é conhecido como subleito, e a camada de material colocada diretamente sobre ele é chamada de sub-base. Essas camadas atuam como a rocha fundamental de todo o sistema de pavimentação, distribuindo o peso pesado dos veículos para que a superfície não rache ou afunde. No entanto, a terra não é uniforme. Em alguns lugares, o solo é seco e forte, enquanto em outros, é úmido, macio e propenso a inchar quando fica encharcado. Se os engenheiros construírem uma estrada sem compreender o comportamento específico do solo local, a estrada falhará prematuramente, transformando-se em um caminho acidentado e perigoso que exige reparos constantes e caros. Isso é particularmente crítico em regiões com chuvas intensas e inundações sazonais, onde a água pode transformar o solo sólido em uma lama fraca e instável.

No Distrito de Kasese, em Uganda Ocidental, uma equipe de pesquisadores partiu para entender exatamente o que se encontra sob as estradas que conectam esta vibrante região. Kasese é um centro de atividade, atraindo turistas para as proximidades das Montanhas Rwenzori e do Parque Nacional Queen Elizabeth, ao mesmo tempo em que serve como um corredor vital para a mineração e o comércio transfronteiriço com a República Democrática do Congo. Apesar de sua importância, as estradas aqui sofrem frequentemente de falhas precoces. O distrito experimenta chuvas significativas e é propenso a inundações de rios como o Nyamwamba e o Mubuku, que frequentemente inundam as fundações das estradas. Para resolver isso, os pesquisadores precisavam ir além de suposições e estimativas gerais. Eles conduziram uma investigação detalhada para mapear o perfil do solo e medir sua resistência, visando fornecer um guia claro e baseado na ciência para projetar estradas que possam resistir ao ambiente local.

A equipe começou seu trabalho cavando trinta buracos de teste em todo o distrito, atingindo profundidades de dois metros para ver quais materiais jaziam abaixo da superfície. Eles coletaram amostras de solo em intervalos regulares e as levaram para um laboratório para realizar uma série de testes. Esses testes mediram quanta água o solo retinha, quão pesado ele era e como se comportava quando pressionado ou encharcado. Eles também analisaram o tamanho das partículas do solo, distinguindo entre argila fina, silte, areia e cascalho. Esse processo permitiu que construíssem um quadro claro da composição do solo. Eles descobriram que a camada superior, estendendo-se da superfície até cerca de 0,45 metros, consistia em argila orgânica marrom escura. Esta camada é inadequada para a construção de estradas porque é muito macia e instável. Abaixo disso, de 0,45 metros a 1,2 metros, encontraram uma camada de argila siltosa com plasticidade de baixa a média. Finalmente, de 1,2 metros a 2,0 metros de profundidade, o solo mudou para uma areia mal graduada misturada com cascalho, que drena a água bem, mas carece da viscosidade necessária para manter a estrada unida.

A análise desses materiais revelou detalhes preocupantes sobre o subleito, a camada que suporta diretamente a estrada. O solo nesta área é predominantemente argila siltosa e retém uma quantidade surpreendentemente alta de umidade natural, com média de 28,1 por cento. Para uma construção de estrada estável, os engenheiros geralmente preferem níveis de umidade entre 5 e 15 por cento. Como o solo é tão úmido, ele é mais fraco do que o ideal. Os pesquisadores classificaram o solo usando sistemas de engenharia padrão e descobriram que 62 por cento das amostras foram avaliadas como pobres a médias, o que significa que teriam dificuldade em suportar o tráfego pesado sem ajuda. Apenas 38 por cento foram avaliadas como boas a excelentes. Um fator chave para essa fraqueza é a presença de argilas expansivas. Estas são solos que incham significativamente quando absorvem água e encolhem quando secam, fazendo com que o solo rache e se deforme. O estudo descobriu que a capacidade de expansão do solo era bastante alta, com algumas amostras mostrando um potencial de expansão que poderia facilmente danificar uma estrada construída diretamente sobre ela.

Para medir o quão forte o solo realmente é, a equipe realizou um teste conhecido como Razão de Suporte Califórnia (CBR), que simula quanta pressão o solo pode suportar antes de falhar. Eles testaram o solo tanto em seu estado natural quanto após ser encharcado por 48 horas para mimetizar condições de inundação. Os resultados mostraram que o solo encharcado era bastante fraco, com valores de resistência variando de 5 por cento a 32 por cento, com uma média de apenas 8,6 por cento. Isso está bem abaixo do limite normalmente exigido para estradas não pavimentadas, indicando que, sem intervenção, a estrada provavelmente afundaria ou criaria trilhos sob o peso dos veículos. Os pesquisadores também calcularam a rigidez do solo, descobrindo que era relativamente macio, o que confirma ainda mais a necessidade de um projeto robusto.

No entanto, a história não é inteiramente de fraqueza. A equipe também procurou materiais que pudessem ser usados para construir a sub-base, a camada colocada acima do subleito fraco para distribuir a carga. Eles examinaram o solo de pedreiras de empréstimo aprovadas em áreas como Kilembe e Hima. Esses materiais mostraram-se muito mais adequados para a construção. Eram compostos principalmente de areia com um pouco de cascalho e uma quantidade moderada de finos, classificando-os como excelentes a bons para a construção de estradas. Quando testados, esses materiais mostraram uma resistência encharcada de 18 a 42 por cento, o que atende aos requisitos mínimos para uma sub-base. No entanto, mesmo esses bons materiais tinham uma vulnerabilidade: quando encharcados, perdiam entre 12 e 58 por cento de sua resistência. Isso destaca um ponto crucial: mesmo os melhores materiais locais falharão se a água for deixada parada neles por muito tempo.

Com base nessas descobertas, os pesquisadores propuseram um design específico para futuras estradas no distrito. Eles recomendaram uma espessura total de pavimento entre 350 e 400 milímetros. Esta estrutura incluiria uma fina camada de asfalto no topo, seguida por uma camada espessa de pedra britada e, depois, uma sub-base granular feita com os melhores materiais locais. Crucialmente, eles aconselharam remover totalmente os 0,45 metros superiores de solo orgânico e substituí-los por uma camada de aterro selecionada para garantir que a estrada se assente sobre uma fundação estável. Para lidar com a alta pluviosidade e o risco de inundação, o design enfatiza a drenagem. A sub-base deve ser feita de materiais granulares grossos que permitam que a água flua através deles rapidamente, em vez de ficar retida. Os pesquisadores também sugeriram a instalação de drenos de borda e bueiros de travessia em intervalos regulares para manter a água longe da fundação da estrada. Para as áreas mais fracas, onde o solo é muito macio ou muito expansivo, recomendaram tratar o solo com cal ou cimento para fortalecê-lo e reduzir sua tendência de expansão.

O estudo conclui que as estradas no Distrito de Kasese falharam no passado não por falta de esforço, mas por falta de conhecimento específico sobre o solo local. Ao caracterizar o solo em detalhes, os pesquisadores forneceram um caminho claro a seguir. Os dados mostram que, embora o solo natural seja frequentemente muito fraco e úmido para suportar uma estrada diretamente, ele pode ser gerenciado com a combinação certa de espessura, drenagem e seleção de materiais. A abordagem recomendada de usar um pavimento mais espesso com camadas granulares grossas e sistemas de drenagem aprimorados oferece uma solução prática para os desafios de inundação da região. Este trabalho garante que as futuras estradas sejam construídas sobre uma fundação que compreenda o solo sobre o qual se apoia, levando a uma infraestrutura mais segura e duradoura para o povo de Uganda Ocidental.