MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

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1 PAVIMENTAÇÃO: É uma estrutura constituída por camadas sobrepostas, construídas sobre a terraplenagem, que possuem espessuras e materiais determinadas por um dos inúmeros métodos de dimensionamento e que exercem a função de fundação. Funções: Resistir e distribuir de forma conveniente as solicitações de carga e esforços de carga vindas do tráfego para as camadas do subleito; Resistir a esforços horizontais ( desgaste) e tornar durável a superfície de rolamento; Proporcionar melhores condições de comodidade e segurança ao usuário; Resistir a intempéries e proteger as camadas inferiores da ação da água; Requisitos Resistir ação das intempéries: água, chuva e sol; Estabilidade; Resistir a esforços verticais, horizontais, frenagem e aceleração ; Durabilidade; Regularidade longitudinal e transversal; Finalidade do dimensionamento estrutural de pavimentos: Determinar as espessuras das camadas; Subsidiar a decisão quanto ao tipo de pavimento a ser executado; Definir os materiais constituintes; Elaborar as especificações técnicas dos materiais e camadas que compõem a estrutura. Elementos do Projeto de Pavimentação: Estudos de viabilidade técnico-econômica; Determinação das espessuras das camadas; Indicação e especificação dos materiais a serem utilizados; Projeto de Drenagem profunda e superficial Algumas considerações sobre a Pavimentação: Seu dimensionamento depende das cargas de rodas provenientes do tráfego; É necessária a especificação do material a ser utilizado nas camadas que compõem a estrutura; As condições climáticas influenciam no dimensionamento dos pavimentos; O pavimento deve ter boas condições de drenagem; O grau de compactação tem grande influencia no comportamento do pavimento: quanto maior o grau de compactação de um solo, maior resistência ele apresenta à deformação. o solos granulares : essa regra é rigorosamente válida, o solos argilosos: um excesso de compactação pode resultar em maior deformação, 1

2 A escolha de equipamento adequado ao tipo de solo e espessura da camada dará ao solo a compactação conveniente. A velocidade de aplicação das cargas também pode ter influencia no comportamento do pavimento; A manutenção do pavimento é importante para seu comportamento; O nível de serviço que solicita o pavimento influi em seu comportamento, ( está ligado a Constancia de manobras com mudanças de direção e varia ao e variações em amplos limites de velocidade; Então: - O dimensionamento do Pavimento depende: Condições do subleito, o resistência o textura, o estrutura, o composição; o velocidade de carregamento; o grau de confinamento. Propriedades das misturas constituintes; o local; o clima, variações de temperatura o vegetação; o pluviometria; o topografia; Condições climáticas e ambientais; Características do tráfego. o tipo, composição e distribuição das cargas; o número de solicitação; O projeto de um pavimento envolve duas fases distintas, que são interrelacionadas: (a) a fase do projeto da mistura ou das misturas e que constitui o que se chama de "dosagem"; (b) a fase de projeto estrutural, também chamada de "dimensionamento". Estudos Preliminares Anteprojeto Projeto Básico Projeto Executivo Para elaboração do projeto, se faz necessário: Estudo de tráfego; Estudo do subleito; Pesquisa sobre materiais a serem utilizados nas camadas. Classificação dos pavimentos quanto á função estrutural: Pavimentos flexíveis 2

3 Pavimentos rígidos Pavimentos flexíveis: São aqueles em que as Deformações, até um certo limite, não levam ao rompimento. São dimensionados normalmente à compressão; As camadas não trabalham à tração; Compostos por várias camadas que trabalham em conjunto, absorvendo parte das solicitações e transmitindo o restante às camadas de níveis inferiores; São revestidos com materiais betuminosos ou asfálticos; Tem menor custo inicial; Adaptam-se a eventuais recalques do subleito, pois deformam sob a ação das cargas Rapidez de execução e liberação ao tráfego; Reparações fáceis e rápidas. Camadas do Pavimento Subleito: É o solo natural, terreno de fundação do pavimento. Regularização do subleito o Camada com espessura variável, executada quando se faz necessária a preparação do subleito da estrada, para conformá-lo, transversal e longitudinalmente, com o projeto o Pode não ser necessária em alguns trechos o Sempre que possível deve ser executada em aterro, evitando-se: Cortes difíceis com a retirada de material já compactado pelo tráfego existente; A substituição de uma camada compactada naturalmente. Reforço do subleito o Camada com espessura constante, executada quando o subleito possui baixa capacidade de suporte 3

4 o Pode ser utilizado para redução da espessura da sub-base; o Possui características técnicas superiores ao material do subleito original e inferiores ao material que vier acima Sub-base; o Camada complementar à base, com espessura variável, executada quando por motivos técnicos ou financeiros não for possível construir somente a camada de base sobre a regularização ou reforço ou subleito; o Pode ser utilizada para reduzir a espessura da base o Exerce as mesmas funções da base, sendo complementar a esta; o Tem como funções básicas resistir às cargas transmitidas pela base, drenar infiltrações e controlar a ascensão capilar da água, quando for o caso. Base o É a camada estruturalmente mais importante do pavimento. o Sua capacidade estrutural é dada pelas propriedades de resistência e rigidez de cada material nela empregado; o Tem como função resistir e distribuir os esforços provenientes da ação do tráfego, atenuando a transmissão destes esforços às camadas subjacentes. o Geralmente é construída com materiais estabilizados granulometricamente ou quimicamente, através do uso de aditivos (cal, cimento, betume etc) Pavimentos rígidos: Revestimento ( capa de rolamento ou capa ) o Melhora a superfície de rolamento quanto às condições de conforto e segurança, além de resistir ao desgaste; o Recebe diretamente a ação do tráfego; o Camada tanto quanto possível impermeável; o Constituído por uma combinação de agregado mineral e material betuminoso; o Em todos os métodos de dimensionamento de pavimento, a espessura do revestimento é adotada, em função de critérios técnicos ou em função do tráfego. Para vias simples( duas faixas ) adota-se habitualmente espessuras entre 3 e 5 cm. Para auto estradas chega-se a espessuras entre 7,5 e 10,0cm. São aqueles pouco deformáveis, constituídos basicamente por placas de concreto de Cimento Portland (CCP) que praticamente absorve toda a solicitação, distribuindo-a em uma grande área. As placas trabalham essencialmente ä tração; Rompem por tração quando sujeitos à flexão; Eventualmente podem ser reforçados por telas ou barras de aço, que são utilizadas para aumentar o espaçamento entre as juntas usado geralmente ou promover reforço estrutural. Podem frequentemente atender adequadamente de 20 a 40 anos, com quase nenhuma manutenção. Mais frequentes em áreas de tráfego urbanas e de maior intensidade São pouco deformáveis com uma vida útil maior. Camadas do Pavimento: 4

5 Subleito: É o solo natural, terreno de fundação do pavimento. Regularização do subleito ( Se necessário) Reforço do subleito( Se necessário) Sub-base; Métodos de Dimensionamento: PCA ( 1966 ) Fundação: CBR Tráfego Resistência do Concreto. AASHTO ( 1993) MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS Principais parâmetros e grandezas utilizadas no dimensionamento: a) A carga de roda sobre a estrutura. b) A pressão de contato sobre a estrutura. Quanto melhor a qualidade dos materiais de base, menor pressão é exercida sobre o subleito c) As especificações dos materiais que irão compor as camadas do pavimento. 5

6 O material de Base deverá ser mais nobre que o da sub-base, que deverá ser mais nobre que o do reforço do subleito. d) As condições climáticas Maiores precipitações pluviométricas e maiores variações anuais de temperatura exigem cuidados especiais para manutenção das propriedades que levaram à escolha dos materiais. e) O sistema de Drenagem no pavimento. Solos granulares, apresentam menos problemas. Solos finos, podem variar de volume devido à umidade provocando a instabilidade. Solos finos que, secos, apresentam grande capacidade de suporte sofrem quedas sensíveis nessa capacidade por influência da umidade. f) O grau de compactação Quanto maior o grau de compactação de um solo, maior resistência ele apresenta à deformação. Para solos granulares, essa regra é rigorosamente válida, Para solos argilosos, um excesso de compactação pode resultar em maior deformação. g) A velocidade de aplicação das cargas sobre o pavimento. Nos solos granulares, velocidade de aplicação das cargas pode significar muito pouco. Nos solos finos, a velocidade de aplicação das cargas pode provocar pequenos recalques ou perda de capacidade de suporte. h) O nível de serviço Constância de manobras com mudanças de direção e variações em amplos limites de velocidade. i) Vida Útil do Pavimento Deverá ser estimada na fase de projeto. Classificação dos Métodos de Dimensionamento Métodos Empíricos Métodos teóricos 6

7 Métodos Empíricos: Baseiam-se em fórmulas; Baseiam-se em experiências; Restritos a pavimentos submetidos à condições idênticas; As aplicações limitam-se ao clima, materiais e condições de carga a que são submetidos. Tipos: Métodos empíricos que não empregam ensaios de resistência dos solos; Método do Índice de Grupo ( IG ) Método do HRB ( Highway Research Board ) Tem por base os resultados dos ensaios de caracterização,ou seja, os ensaios do Limite de Liquidez, Limite de Plasticidade e ensaios de Granulometria. Relaciona propostas de espessuras de camadas com dois grupos de solos: solos granulares e solos finos Métodos empíricos que empregam ensaios de resistência dos solos. Método do CBR (Califórnia Bearing Ratio) (Índice Suporte Califórnia); relaciona a capacidade de suporte do subleito (CBR) e a intensidade do tráfego com a espessura mínima necessária ao pavimento; Método de Hveem.O dimensionamento através deste método considera: O efeito destrutivo de deformação do tráfego; A Resistencia à deformação plástica do solo do subleito; A resistencia à tração das camadas constituintes do pavimento; Para a utilização deste método, é necessária a adaptação dos valores de equivalência utilizados em sua formulação para a região em estudo. Este Método utiliza em seu ensaio, equipamentos especiais para a reprodução da compactação. Método do DNER: Método empírico Proposto por Murillo Lopes de Souza adaptado do Método de dimensionamento de aeroportos do Corpo de Engenheiros dos Estados Unidos (USACE) Baseado em critério de resistência/ ruptura ao cisalhamento Visa a proteção do pavimento das deformações plásticas excessivas durante a vida útil do projeto; Facilidade de aplicação, Comprovada eficácia quando aplicados à realidade brasileira. Considera alguns estudos da pista experimental da AASHO ( American Association of state Higway Officials ) : Coeficiente de equivalência estrutural das camadas (K). Caracterização dos solos do subleito pelo ensaio de CBR e pelo Índice de Grupo. Os pavimentos projetados através deste método apresentam grande resistência à ocorrência de deformações permanentes prematuras. Este método, roteiriza o dimensionamento de pavimentos flexíveis em função da capacidade do subleito (CBR) e índice de grupo IG e do número equivalente de operações do eixo padrão (N) e espessura total do pavimento durante um período de projeto. 7

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9 Com base na espessura total determinam-se as espessuras das camadas constituintes, multiplicando-se as espessuras obtidas para o material padrão (base granular) pelos coeficientes estruturais ( K ) parciais correspondentes a cada tipo de material. Método da Resiliencia Método atribuído aos engenheiros Ernesto Pressler e Salomão pinto. Resiliencia ou deformação resiliente é a deformação elástica ou recuperável de solos e estrutura de pavimentos sob a ação de cargas repetitivas. o Ensaio de Expansibilidade no caso de solos lateríticos. o Ensaio da Resiliência ou Triaxial Justificativa da criação do Método: 1) O Método do DNER / CBR: 9

10 a) Preocupa-se somente com as questões estruturais relacionadas com a compatibilização dos esforços atuantes frente à resistência ao cisalhamento das camadas; b) Conduz a estruturas com grandes espessuras de materiais granulares ( muito deformáveis);pavimentos muito deformáveis solicitam muito as camadas mais rígidas; c) Verifica-se rupturas por fadiga nos pavimentos dimensionados com esse método ( fissuração progressiva); d) Não considera no dimensionamento do pavimento: A Resiliencia; A compatibilização de deformações das várias camadas do pavimento e do subleito; A fadiga. Critérios adotados no Método da resiliência: Considera a ruptura por Cisalhamento no subleito: - Deformações permanentes ou elásticas - Afundamentos plásticos ( flecha na trilha da roda) Utiliza modelos baseados no CBR Leva em consideração o comportamento elástico não linear dos solos e materiais granulares; Os materiais de base e sub-base devem ter uma capacidade de carga definida no ensaio CBR superior a 80% e 20% respectivamente; Considera a ruptura por fadiga sobrecarga repetida no revestimento asfáltico: - Deformações resilientes e ou elásticas - Deflexões na superfície ( D ) Etapas de dimensionamento: Determinar o número N Determinar o valor de CBR do subleito; Calcular S (porcentagem de silte na fração fina que passa na peneira nº 200 (0,075mm)) S = 100 (P1/P2) x 100 P1 : % (em peso) do material cujas partículas tenham com diâmetro inferior a 0,05mm, determinada na curva granulométrica; P2 : % (em peso) do material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,075mm, determinada na curva granulométrica. Classificar o solo do subleito quanto à resiliencia, em função do CBR e de (S) - (Tipo I, II ou III - ver tabela) 1

11 Determinação da espessura total do pavimento H t : Depende de CBR e N Supõe-se material granular K=1 ( coeficiente de Equivalencia Estrutural) Ht = x N 0,0482 x CBR -0,598 ( ver ábaco) 10

12 Calcular a deflexão prevista na superfície do revestimento (D em 0,01mm) Log D = 3,148 0,188 logn Determinar a espessura mínima do revestimento betuminoso, H CB (cm) H CB = -5, ,961/D + 0,972 x I 1 + 4,101 x I 2 I 1 e I 2 : constantes relacionadas às características resilientes do subleito Determinar o coeficiente estrutural do revestimento betuminoso (V E ), É determinado em função do número N e do solo do subleito: Este coeficiente depende da qualidade da mistura betuminosa e da constituição da estrutura do pavimento como um todo. Calcular a espessura da camada granular H CG ( base ou base + sub-base ou reforço) H CB x V E + H CG = H t H CB V E H t espessura mínima do revestimento betuminoso coeficiente estrutural do revestimento betuminoso espessura total do pavimento H CG 35 cm ( limitação da espessura baseada nos estudos de resiliência desenvolvidos ) 11

13 Considera-se como camadas granulares, camadas de bases, sub-bases e/ou reforço do subleito constituídas por solo arenoso, pedregulhoso, solo estabilizado granulométrica mente, solo brita, brita graduada e macadames desde que contenham menos de 35% em peso, passando na peneira 200 ( 0,075mm) Espessuras das camadas de base, sub-base e/ou reforço a ) Espessura total da camada granular adotada como camada de base : H CB = H B (H B > 10cm ) b ) A camada granular dividida em duas : base e sub -base, H B = H CG /2 e H SB = H CG /2 Sub -base : CBR 20% e expansão < 1% ; H B > 10 cm c ) Sub-base ou reforço do subleito constituída de solo fino de CBR < 20% classificado como solo tipo I ou tipo II é uma opção vantajosa no caso do subleito tipo III: Redimensionar considerando o valor do CBR e tipo de solo quanto à resiliência correspondente à camada de sub-base ou reforço: H R = (H t1 H t2 )/0,70 - H t1 : espessura equivalente correspondente ao CBR do subleito - H t2 : espessura equivalente correspondente ao CBR da sub--base ou reforço - H R 30cm 12