13/06/2014 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS PELA RESILIÊNCIA INTRODUÇÃO. Introdução. Prof. Ricardo Melo

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil e Ambiental Laboratório de Geotecnia e Pavimentação DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS PELA RESILIÊNCIA Prof. Ricardo Melo INTRODUÇÃO Por que a preocupação em se estudar a propriedades elásticas dos materiais usados em pavimentação? Introdução Por que... Até a década 70, o dimensionamento de pavimentos no Brasil enfocava, basicamente, a capacidade de suporte retratada pelo ISC ou CBR Fonte: DNIT (2006) 1

2 Introdução Por que... Até a década 70 (...) Boa parte da malha rodoviária apresentava deterioração prematura, que estava associada à fadiga dos materiais gerada pela solicitação dinâmica do tráfego atuante Fonte: DNIT (2006) Trinca por fadiga (couro de jacaré) Fonte: Melo (2003) Introdução Por que... Até a década 70 (...) Boa parte... A resiliência permitiu avaliar comportamentos estruturais não explicáveis pelos métodos tradicionais (baseado em ISC entre outros parâmetros) e efetuar uma abordagem mais realista Fonte: DNIT (2006) 2

3 Introdução Resiliência: energia armazenada num corpo deformado elasticamente, a qual é devolvida quando cessam as tensões causadoras das deformações; corresponde à energia potencial de deformação Fonte: Medina (1997); DNER (1997) Introdução Resiliência:... Rigidez (stiffnes): termo usado no estudo de misturas betuminosas, que indica a capacidade de resistir à deformação Fonte: Medina (1997); DNER (1997) Introdução Resiliência:... Rigidez (stiffnes):... Deflexão: deformação vertical reversível do pavimento em consequência de aplicação de cargas sobre o mesmo Fonte: Medina (1997); DNER (1997) 3

4 DEFORMABILIDADE DOS PAVIMENTOS Primeiros estudos: Francis Hveem e Órgão Rodoviário da Califórnia (início na década de 20) Estabilômetro de Hveem Fonte: [2011?] Fonte: Medina (1997) Deformabilidade dos pavimentos Primeiros estudos: Medição da deflexão dos pavimentos sujeito ao tráfego Fonte: Medina (1997) Deformabilidade dos pavimentos Primeiros estudos: Medição da deflexão... Uso de sensores eletromecânicos Fonte: Medina (1997) 4

5 Deflexão, mm 13/06/2014 Deformabilidade dos pavimentos Primeiros estudos: Medição da deflexão... Uso de sensores eletromecânicos Trincamento progressivo dos revestimentos asfálticos se devia à deformação resiliente (elásticas) das camadas subjacentes (em especial, o subleito) Fonte: Medina (1997) Deformabilidade dos pavimentos Primeiros estudos: Medição da deflexão... Uso de sensores mecano-eletromagnéticos Trincamento progressivo... Em 1951: definição de valores máximos admissíveis de deflexões para a vida de fadiga de diferentes pavimentos Fonte: Medina (1997) Deflexão máxima Departamento Rodoviário da Califórnia (1951) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Carga de eixo simples, klb Tratamento Superficial Mist. Asfáltica na estrada de 2,54 cm Mistura usinada, 5.08 cm Mistura usinada, 7.62 cm Mistura usinada, cm Mistura usinada, cm Fonte: adaptado de Medina (1997) 5

6 Deformabilidade dos pavimentos Seed e Fead, na década de 50, desenvolveram equipamento triaxial dinâmico Deformabilidade dos pavimentos Seed e Fead... Razões para o uso do módulo de resilência (MR): Propriedade básica do material que pode ser usada na análise mecanística de sistemas de múltiplas camadas TENSÕES E DEFORMAÇÕES EM PAVIMENTOS Fonte: Motta (2003) 6

7 Tensões e deformações em Pavimentos DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES SOB A RODA hs CONCRETO ASFÁLTICO hs compressão tração hi hi BASE Fonte: Motta (2003) Deformabilidade dos pavimentos Seed e Fead... Razões para o uso do módulo de resilência (MR): Propriedade básica... Bem aceito para caracterizar materiais para projeto e desempenho de pavimentos Deformabilidade dos pavimentos Seed e Fead... Razões para o uso do módulo de resilência (MR): Propriedade básica...; Bem aceito...; É possível determiná-lo em campo, permitindo uniformizar procedimentos de pavimentos novos e reforço de pavimentos antigos 7

8 Falling Weight Deflectometer Fonte:? Viga Benkelman Fonte:? Bacia de deflexão Fonte:? 8

9 MÓDULO DE RESILIÊNCIA O ensaio de módulo de resiliência determina uma relação básica entre tensão e deformação dos materiais, para uso na análise estrutural do pavimento como sistema em camadas Fonte: Motta (2003) Módulo de resiliência O ensaio de módulo... O ensaio de módulo provê uma forma de caracterização dos materiais de construção de pavimento, incluindo o solo do subleito, sob uma variedade de condições (umidade, densidade, etc) e estados de tensão que simulam as condições de um pavimento sujeito a cargas em movimento Fonte: Motta (2003) Triaxial dinâmico 9

10 Módulo de resiliência Módulo de resiliência (MR) é a relação entre a tensão desvio ( d, em MPa) aplicada repetidamente no eixo axial e a deformação específica axial resiliente (recuperável, r, em mm/mm) MR = d / r Em que: r = d r /L d r : deslocamento recuperável L: altura do corpo de prova Fonte: DNER (1997); Motta (2003) MÉTODO DE ENSAIO - TRIAXIAL DINÂMICO (DNER ME 131/94) Preparação de corpos de prova Aplicação de carregamento dinâmico Diferentes níveis de tensão 1 e 3 MÉTODO DE ENSAIO - TRIAXIAL DINÂMICO (DNER ME 131/94) Preparação de corpos de prova Aplicação de carregamento dinâmico Diferentes níveis de tensão 1 e 3 Carga: semi-semoidal por se aproximar da forma correspondente à passagem de roda Tempo de duração de aplicação total da carga é de 0,1 s e o de repouso 0,9 s Leitura das deformações 10

11 Cargas aplicadas e deslocamentos registrados no ensaio de módulo de resiliência MÉTODO DE ENSAIO Ensaio: triaxial dinâmico (DNER ME 131/94) Características do método de ensaio O material é compactado nas condições de estado representativas do projeto e da obra 11

12 Características do método de ensaio O material é compactado... Dimensões... Aplicação de carga Semi-semoidal por se aproximar da forma correspondente à passagem de roda Características do método de ensaio O material é compactado... Dimensões... Aplicação de carga Semi-semoidal... Tempo de duração de aplicação total da carga é de 0,1 s e o de repouso 0,9 s Módulo de resiliência 12

13 Módulo de resiliência COMPORTAMENTO RESILIENTE DOS SOLOS Os materiais usados na pavimentação não são elásticos COMPORTAMENTO RESILIENTE DOS SOLOS Os materiais... A teoria da elasticidade é uma aproximação 13

14 COMPORTAMENTO RESILIENTE DOS SOLOS Os materiais... A teoria da elasticidade... Alguns materiais apresentam comportamento elástico não linear COMPORTAMENTO RESILIENTE DOS SOLOS Os materiais... A teoria da elasticidade... Alguns materiais... O comportamento resiliente depende do tempo e da história de tensões COMPORTAMENTO RESILIENTE DOS SOLOS Os materiais... A teoria da elasticidade... Alguns materiais... O comportamento... Solos coesivos A deformação axial resiliente depende da tensão-desvio 14

15 Modelo clássico de comportamento de solo coesivo COMPORTAMENTO RESILIENTE DOS SOLOS Solos coesivos A deformação... Solos granulares O módulo de resiliência aumenta com a tensão de confinamento e varia muito pouco com a tensão-desvio Modelo clássico de comportamento de solo granular 15

16 MÓDULO DE RESILIÊNCIA EM MISTURAS ASFÁLTICAS DNER ME 133/94 Dosagem da mistura asfáltica Montagem do corpo de prova, frisos e LVDTs Condicionamento do corpo de prova Aplicação de carga repetida Equipamento para ensaio de compressão diametral de carga repetida ETAPAS DO MÉTODO DE RESILIÊNCIA 1) Estabelecer o número N 2) Determinar o valor de CBR do subleito 3) Classificação do solo do subleito quanto à resiliência No Brasil é comum encontrar solos finos coesivos em subleito e para camadas de reforço Classificar em função do CBR e da porcentagem de silte (S) na fração fina S = 100 (P 1/P 2)*100 P 1: % (em peso) do material com diâmetro menor que 0,05 mm P 2: % (em peso) do material com diâmetro menor que 0,074 mm 16

17 M R Classificação de solos quanto à resiliência I CBR 10 % silte a I II III III II 6 a 9 2 a 5 II II III III III III Solo Tipo I: baixo grau de resiliência bom comportamento como subleito e reforço, possibilidade de uso em sub-base Solo Tipo II: grau de resiliência intermediário comportamento regular como subleito. Seu uso como reforço de subleito requer estudos e ensaios especiais (triaxial dinâmico e análise mecânística) Solo Tipo III: grau de resiliência elevado não aconselhável para uso em camadas de pavimento. Como subleito requer estudos especiais. 3 Fonte: Adaptado de Motta (2003) Método da Resiliência (cont.) 4) Cálculo da espessura equivalente do pavimento Depende de CBR e N Supõe-se material granular K=1 Ht = 77,67*N 0,0482 *CBR -0,598 5) Calcular deflexão prevista na superfície do revestimento (D em 0,01mm) LogD = 3,148 0,188*logN Método da Resiliência (cont.) 6) Determinar a espessura mínima do revestimento betuminoso, Hcb (cm) Hcb = -5, ,961/D + 0,972*I 1 + 4,101*I 2 I 1 e I 2: constantes relacionadas às características resilientes do subleito Tipo I: I 1 = 0, I 2 = 0 Tipo II: I 1 = 1, I 2 = 0 Tipo III: I 1 = 0, I 2 = 1 17

18 Método da Resiliência (cont.) 7) Determinar o valor estrutural do revestimento betuminoso (Ve), em função do número N e solo do subleito Solo de subleito N I 4,0 4,0 3,4 2,8 2,8 II 3,0 3,0 3,0 2,8 2,8 III 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 Método da Resiliência (cont.) 8) Calcular a espessura da camada granular (Hcg = B + SB + Rsub) Tipos: materiais arenosos, solo-brita, brita graduada, macadame, solo estabilizado granulometricamente % (em peso) que passa na peneira 200 < 35% Hcg 35 cm Hcb*Ve + Hcg = Ht Método da Resiliência (cont.) 9) Espessuras das camadas de base, sub-base e reforço a) Espessura total da camada granular é adotada como camada de base, Hcg = B (B > 10cm) b) A camada granular é dividida em duas: base e sub-base, B = Hcg/2 e SB = Hcg/2 (Sub-base: CBR 20% e expansão < 1%); B > 10 cm c) Sub-base ou reforço com solo fino de CBR < 20% classificado como solo tipo I ou tipo II. Opção adequada quando o subleito for do tipo III 18

19 9) cont... Método da Resiliência (cont.) Caso c): redimensionar o pavimento a partir da etapa 3, considerando o valor do CBR e tipo de solo quanto à resiliência correspondente à camada de sub-base ou reforço, Rsub = (Ht1 Ht2)/0,70 Ht1: espessura equivalente correspondente ao CBR do subleito Ht2: espessura equivalente correspondente ao CBR da sub-base ou reforço Rsub 30cm Método da Resiliência (cont.) 10) Revestimento Betuminoso em Camadas Integradas Composição de CBUQ + pré-misturados Considera-se a deformabilidade das misturas e igualdade das deflexões Hpm = (Hcb Hca)/µ 1/3 µ = Mpm/Mca Hpm : espessura do pré-misturado Hcb : espessura total do revestimento Hca : espessura do concreto asfáltico Mpm : módulo de resiliência do pré-misturado Mca : módulo de resiliência do concreto asfáltico Método da Resiliência (cont.) 10) cont... Hca e Hpm devem satisfazer as condições: Hcb = Hpm + Hca Hpm > Hca Hpm = 1,4 a 1,6*Hca Hpm = 0,60*Hcb 19

20 que é muito difícil você vencer a Mas é possível vencer a injustiça! injustiça secular, que dilacera o Brasil em dois países distintos: o país dos privilegiados e o país dos despossuídos. Ariano Suassuna 20