Pavimentação com Sustentabilidade PREMISSAS DE PROJETO DO PAVIMENTO DE CONCRETO

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1 Pavimentação com Sustentabilidade PREMISSAS DE PROJETO DO PAVIMENTO DE CONCRETO Ronaldo Vizzoni ENG.º MARCOS DUTRA DE CARVALHO

2 Chave do sucesso Materiais de boa qualidade Projeto correto Construção adequada 2

3 Fundamento da mecânica dos pavimentos e da ciência dos pavimentos rígidos Projetar uma estrutura que dê conforto, segurança e economia ao usuário, durante um determinado período de tempo. Determinar a espessura mínima que resulte no menor custo anual, definido como o custo inicial de construção mais os custos futuros com manutenção. 3

4 Diferenças entre os pavimentos RÍGIDOS FLEXÍVEIS BASE E REVESTIMENTO SUB-BASE SUBLEITO REVESTIMENTO BASE SUB-BASE REFORÇO DO SUBLEITO SUBLEITO 4

5 COMPARAÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DE CARGA ENTRE PAVIMENTOS EQUIVALENTES RÍGIDOS FLEXÍVEIS H R H F GRANDE ÁREA DE DISTRIBUIÇÃO DE CARGA PEQUENA ÁREA DE DISTRIBUIÇÃO DE CARGA PEQUENA PRESSÃO NA FUNDAÇÃO DO PAVIMENTO GRANDE PRESSÃO NA FUNDAÇÃO DO PAVIMENTO 5

6 CAPACIDADE DE ABSORÇÃO DE CARGA DE UMA PLACA DE CONCRETO (carga no interior, seg. PCA) 30,4 cm q c = cm 88,7 cm q t = 1 D = 3 E h 12 m ( ) (rigidez da placa) 4 l h = D k l h E = h 12 k sist 3 ( m ) 0, 25, m 6

7 TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS Concreto Simples Concreto Simples com Barras de Transferência Concreto com Armadura Distribuída Descontínua sem Função Estrutural Concreto com Armadura Contínua sem Função Estrutural Concreto Estruturalmente Armado Concreto Protendido 7

8 3 a 4 metros PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES Corte h Planta 4 a 6 metros 4 a 6 metros 8

9 3 a 4 metros PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES COM BARRAS DE TRANSFERÊNCIA Corte Barras de transferência h Planta 4 a 7 metros 4 a 7 metros 9

10 3 a 5 metros PAVIMENTO COM ARMADURA DISTRIBUÍDA DESCONTÍNUA SEM FUNÇÃO ESTRUTURAL Corte 5 cm Barras de transferência h Armadura Planta Até 30 metros Até 30 metros 10

11 3 a 5 metros PAVIMENTO COM ARMADURA CONTÍNUA SEM FUNÇÃO ESTRUTURAL Corte 5 cm h Planta Juntas de construção de fim de jornada 11

12 3 a 7 metros PAVIMENTO DE CONCRETO ESTRUTURALMENTE ARMADO Corte h Planta 9 a 30 metros 9 a 30 metros 12

13 MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO Portland Cement Association PCA 1984 American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO 1993 AASHTO (suplemento 1998) AASHTO 2002 M - EPDG 13

14 MECHANISTIC EMPIRICAL PAVEMENT DESIGN GUIDE M-E PDG 14

15 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO FUNDAÇÃO TRÁFEGO CONCRETO CBR Contagem e Classificação Resistência 15

16 MÉTODO DA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (PCA/84) 16

17 MÉTODO PCA/84 Estudos teóricos Ensaios de laboratório Pistas experimentais Pavimentos em serviço 17

18 Origens e desenvolvimento Baseia-se em análise mecanística extensa e abrangente de tensões e deflexões em juntas, cantos e bordas. Modelagem da transmissão de carga por barras de transferência e entrosagem entre os agregados. 18

19 Método de Dimensionamento (PCA/84) Modelos de Comportamento Fadiga Erosão Escalonamento 19

20 FUNDAÇÃO WESTERGAARD (1925): Fundação winkleriana TEORIA DO LÍQUIDO DENSO: deslocamento diretamente proporcional à pressão exercida pc = k x d k = pc d 20

21 MODELAGEM DO SUPORTE Modelo líquido denso Caracterização k: coeficiente de reação = pc d 21

22 FUNDAÇÃO k = coeficiente de recalque provas de carga; define a capacidade de suporte do subleito Para efeito de projeto, relacionamos k com o CBR 22

23 FUNDAÇÃO (ensaio de prova de carga) 23

24 FUNDAÇÃO (ensaio de prova de carga) 24

25 Fundação Determinação do coeficiente de recalque 1,0 0,97 0,5 ASTM D-1196/64 k = P 0,127 /0,127 k = 0,97/ 0,127 = 7,6 kgf/cm²/cm ,7 15 Deformação (10-2 cm) 20 25

26 FUNDAÇÃO (Correlação entre CBR e k) 26

27 SUB-BASES Dar suporte uniforme e constante Evitar bombeamento Controlar as variações volumétricas do subleito Aumentar o suporte da fundação 27

28 FUNDAÇÃO - AUMENTO DE k PROPORCIONADO POR SUB-BASE GRANULAR CBR subl k subl k BG 10 (%) (MPa/m) (MPa/m)

29 FUNDAÇÃO - AUMENTO DE k PROPORCIONADO POR SUB-BASE DE CR CBR subl k subl k CR 10 (%) (MPa/m) (MPa/m)

30 TRÁFEGO - VEÍCULOS DE LINHA Caminhões médios Caminhões pesados Reboques e Semi-reboques Ônibus 30

31 CARGAS MÁXIMAS LEGAIS Caminhões médios 10 tf 6 tf 31

32 CARGAS MÁXIMAS LEGAIS Caminhões médios 32

33 CARGAS MÁXIMAS LEGAIS Caminhões pesados 17 tf 6 tf 33

34 CARGAS MÁXIMAS LEGAIS Reboques e semi-reboques 6 tf 17 tf 25,5 tf 34

35 CARGAS MÁXIMAS LEGAIS Reboques e semi-reboques 35

36 SEMI-REBOQUE PESADO CÓDIGO CLASSIFICAÇÃO NÚMERO DE EIXOS TRASEIROS DIANTEIRO SIMPLES TANDEM DUPLO TANDEM TRIPLO 2C MÉDIO c C SI S S SI

37 REBOQUE SEMI-REBOQUE CÓDIGO CLASSIFICAÇÃO NÚMERO DE EIXOS TRASEIROS DIANTEIRO SIMPLES TANDEM DUPLO TANDEM TRIPLO 3 S S S C C C C

38 38

39 39

40 CONCRETO A resistência mecânica a ser especificada no projeto deve ser a de tração na flexão (f ctm,k ) (3,8 MPa a 5,0 MPa) Normalmente adota-se: f ctm,k = 4,5 MPa aos 28 dias D máx do agregado = 38mm Consumo mínimo de cimento = 350 kg/m 3 Abatimento (slump) = função do equipamento Aditivos plastificantes e incorporador de ar 40

41 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84) MODELOS DE COMPORTAMENTO FADIGA EROSÃO ESCALONAMENTO 41

42 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/66) 42

43 FADIGA DO CONCRETO 43

44 FADIGA (relação de tensões) 44

45 Relações de tensões (S) Relação de tensões e número admissível de repetições de carga - curva de fadiga (PCA-84) 1,00 0,90 PCA 66 0,80 0,70 0,60 Extensão (1984) 0,50 0, Número de aplicações de carga até a ruptura 45

46 Método de dimensionamento (PCA/84) Equações de fadiga Relação de tensões (R t ). menor que 0,45. N = ilimitado Equação. de 0,45 a 0,55. N = ( 4,2577 / R t 0,4325) 3,268. Maior que 0,55. N = (0,9718 R t )) / 0,

47 LEI DE MINER Dano linear acumulado por fadiga LEI DE MINER CONSUMO DE RESISTÊNCIA À FADIGA (C RF ) C RF = Σ i m = 1 (n i / N i adm ) C RF 100% Miner, M. A. Cumulative Damage in Fadigue - Journal of Applied Mechanics ASME, Vol 12, USA,

48 Método de dimensionamento (PCA/84) Posição de carga crítica para as tensões de tração na flexão (6% do tráfego tangenciando a borda). Junta transversal Faixa de tráfego Acostamento Borda livre 48

49 Fórmula de WESTERGAARD: cálculo da tensão de tração na parte inferior da placa = 12P 1 2 ( m ) ( - - ) 1 h y x y y cos cos m sen e m - 1- m 2 2 ( ) ( ) d Eq.41, New Formulas for Stresses on Concrete Pavements, ASCE, Proc., Jan. 1947, V.73 49

50 CARTA DE INFLUÊNCIA Nº 6, DE PICKTETT E RAY 50 PPI / 50

51 CARTA DE INFLUÊNCIA Nº 6, DE PICKTETT E RAY 51 PPI / 51

52 Carta de influência n.º 6 de Picktett e Ray Procedimentos de Cálculo Calcular o momento fletor (M) M = 10 2.q.l p2.n, em N.m/m, sendo: - M = momento fletor na origem da carta (ponto O), em N.m/m; q = pressão de contato do pneumático, em MPa; l p = raio de rigidez relativa do pavimento, em metros; N = número total de blocos de influência 52 PPI / 52

53 Carta de influência n.º 6 de Picktett e Ray Procedimentos de Cálculo Calcular a tensão de tração na flexão ( tf ) tf = M/h 2, em MPa, sendo: tf = tensão de tração na flexão, em MPa; h = espessura de placa, em metros. Observação: Caso as áreas de contato extrapolem as dimensões da carta, utilizar os fatores de correção apropriados. 53 PPI / 53

54 ÁBACOS (PCA/66) EIXOS SIMPLES 54

55 ANÁLISE DE FADIGA

56 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84) (substitui o método de 1966) EROSÃO POTÊNCIA, TAXA DE TRABALHO OU FATOR DE EROSÃO (P) P = poder de uma carga de produzir deformação vertical na placa 56

57 Método de dimensionamento (PCA/84) Posição de carga crítica para as deformações Junta transversal Faixa de tráfego Acostamento Borda livre 57

58 Método de dimensionamento (PCA/84) Erosão P = 268,7. p 2 / h. k 0,73 p = k. W = pressão na fundação, no canto da placa (psi); W = deslocamento vertical no canto da placa (in); k = coeficiente de recalque (pci); h = espessura da placa (in). 58

59 ANÁLISE DE EROSÃO

60 FOLHA DE CÁLCULO - PCA/84 Espessura: cm Juntas com BT: k sist. : MPa/m Acostamento de concreto: f ctm,k : MPa Período de projeto (anos): Fsc: ANÁLISE DE FADIGA ANÁLISE DE EROSÃO CARGAS CARGAS NÚMERO NÚMERO CONSUMO NÚMERO DANOS POR POR EIXO POR EIXO PREVISTO DE ADMISSÍVEL DE DE FADIGA ADMISSÍVEL DE EROSÃO (kn) x Fsc SOLICITAÇÕES SOLICITAÇÕES (%) SOLICITAÇÕES (%) EIXOS SIMPLES Tensão Eq.: Fator de erosão: Fator de fadiga: EIXOS TANDEM DUPLOS Tensão Eq.: Fator de erosão: Fator de fadiga: EIXOS TANDEM TRIPLOS Tensão Eq.: Fator de erosão: Fator de fadiga: TOTAL TOTAL 60

61 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84) MODELOS DE COMPORTAMENTO FADIGA EROSÃO ESCALONAMENTO 61

62 ESCALONAMENTO/EFICIÊNCIA DAS JUNTAS e = 2 d ' 100 d d ' x ( ) % d = d = deslocamento vertical do lado carregado da junta idem, do lado descarregado da junta 62

63 Eficiência de junta P Junta transversal d d 63

64 EFICIÊNCIA DE JUNTA P Junta transversal Barra de transferência Sub-base estabilizada com cimento d = d 100 % eficiente 64

65 Sistemas artificiais de melhoria da eficiência de juntas Placas curtas Barras de transferência Sub-base estabilizada com cimento 65

66 PROJETO GEOMÉTRICO DE DISTRIBUIÇÃO DE PLACAS Combate: Restrição à retração volumétrica do concreto Empenamento restringido: fissuras longitudinais e transversais 66

67 ASPECTO SUPERFICIAL PROVÁVEL DE PAVIMENTO DE CONCRETO SEM JUNTAS TRANSVERSAIS DE CONTRAÇÃO Fissuras transversais de contração Planta 67

68 EMPENAMENTO TEÓRICO DIURNO E NOTURNO Tração Quente Compressão Fissura Compressão Frio Tração Compressão Frio Tração Fissura Tração Quente Compressão 68

69 ASPECTO SUPERFICIAL DE PAVIMENTO DE CONCRETO SEM JUNTAS Fissuras transversais de contração Planta Fissura longitudinal devida ao empenamento restringido Fissuras transversais adicionais devidas ao empenamento restringido 69

70 Disposição das armaduras de transferência e ligação BT BL 70

71 TIPOS DE JUNTAS Junta longitudinal Junta transversal Juntas de expansão 71

72 TIPOS DE JUNTAS LONGITUDINAIS Junta de articulação Junta de construção 72

73 Junta longitudinal de articulação, de seção enfraquecida, sem barras de ligação 0,6 1,2 h/3 Selante h OBS: cotas em cm 73

74 Junta longitudinal de articulação, de seção enfraquecida, com barras de ligação 0,6 Selante 1,2 h/3 h/2 h/2 Barra de ligação OBS: cotas em cm 74

75 Junta longitudinal de construção, de encaixe macho-fêmea, sem barras de ligação 0,6 Selante 1,2 0,4h 0,2h h 0,4h 0,1h OBS: cotas em cm 75

76 Junta longitudinal de construção, de encaixe macho-fêmea, com barras de ligação 0,6 Selante 1,2 0,4h 0,05h 0,1h 0,05h h 0,4h Barra de ligação 0,1h OBS: cotas em cm 76

77 TIPOS DE JUNTAS TRANSVERSAIS Junta de retração Junta de retração com barras de transferência Juntas de construção 77

78 Junta transversal de retração, de seção enfraquecida, sem barras de transferência Detalhe A h/4 h OBS: cotas em cm 78

79 Junta transversal de retração, de seção enfraquecida, com barras de transferência Detalhe A h/4 0,5h h 0,5h 0,5lb 0,5lb Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada e engraxada) OBS: cotas em cm 79

80 Junta transversal de construção planejada, de topo, com barras de transferência Selante h/2 h/2 Barra de transferência 80

81 JUNTA DE EXPANSÃO 1 a 2,5cm Selante Estrutura 1 a 2,5cm h isopor ou similar OBS: cotas em cm 81

82 JUNTA DE EXPANSÃO Selante 2 cm Material compreensível 2 cm h/2 h/2 h Capuz de material duro Barra de transferência OBS: cotas em cm 82

83 BARRAS DE TRANSFERÊNCIA Bitola, comprimento e espaçamento de barras de transferência (aço CA-25) (Fonte: PCA) Espessura da Placa (cm) Bitola ( ) Comprimento (mm) Espaçamento (mm) até 17,0 17,5 a 22,0 22,5 a 30,0 > 30,

84 BARRAS DE TRANSFERÊNCIA São barras de aço liso (CA 25)que têm a função de transferir cargas verticais de uma placa para outra contígua, evitando-se com isso a aplicação brusca dos esforços verticais aplicados pelas rodas dos veículos e a ocorrência de degraus entre estas placas. 84

85 Barras de transferência 85

86 Barras de transferência 86

87 EXECUÇÃO DAS JUNTAS O momento correto para o primeiro corte é função da resistência do concreto nas primeiras idades e das condições climáticas do dia. 87

88 SERRAGEM DE JUNTAS TRANSVERSAIS 88

89 SERRAGEM DE JUNTAS TRANSVERSAIS 89

90 JUNTA LONGITUDINAL DE ARTICULAÇÃO, SERRADA, COM BARRAS DE LIGAÇÃO 90

91 JUNTAS INDUZIDAS Junta induzida 91

92 Junta transversal de retração e longitudinal de construção 92

93 Execução das juntas longitudinais de articulação 93

94 Juntas longitudinais serradas 94

95 Junta longitudinal de construção, de encaixe macho fêmea, com barras de ligação 95

96 Juntas de Construção com Barras de Transferência Conferir o nivelamento do concreto acabado As barras de transferência deverão estar colocadas em plano horizontal paralelo à sub-base e alinhadas entre si 96

97 Junta transversal de construção, de topo, com barras de transferência 97

98 EXEMPLO PROJETO GEOMÉTRICO 98

99 EXEMPLO DE PROJETO GEOMÉTRICO 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 J2 J1 J3 J3 J2 J2 J1 J2 J2 J2 J1 J1 J2 J1 J2 J1 J2 J1 JL com bl J2 JT com bt J3 JE com bt placa com armadura distribuída descontínua, de malha quadrada J1 J1 99

100 TIPOS DE JUNTAS 0,6 Selante a frio 1,2 8, ,5 21 obs: cotas em cm 2 Junta Tipo 1 - Junta longitudinal de construção, de encaixe, com barras de ligação 100

101 TIPOS DE JUNTAS detalhe a 10,5 10, obs: cotas em cm Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada e engraxada) Ø 25 mm a cada 30 cm - lb = 46 cm Junta Tipo 2 - junta transversal de retração, serrada, com barras de transferência. 101

102 TIPOS DE JUNTAS 2 cm Material compressível 2 cm 10,5 10,5 21 Capuz de material duro obs: cotas em cm Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada e engraxada) Ø 25 mm a cada 30 cm - lb = 46 cm Junta Tipo 3 - junta de expansão, com barras de transferência. 102

103 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 103

104 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 104

105 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 105

106 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 106

107 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 107

108 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 108

109 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 109

110 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 110

111 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 111

112 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 112

113 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 113

114 SERRA DE SÃO VICENTE EXECUÇÃO DA OBRA 2º SEGMENTO 114

115 SERRA DE SÃO VICENTE - WHITETOPPING VISTA GERAL 115

116 SERRA DE SÃO VICENTE - WHITETOPPING PAVIMENTO EM SERVIÇO 116

117 SERRA DE SÃO VICENTE - WHITETOPPING PAVIMENTO EM SERVIÇO 117

118 American Concrete Pavement Association (ACPA) Pavement History Through the years, since 1923, pavement design has gradualy, but steadily transformed to be closer to a science than an art. Analytical models have vastly improved and are still improving and extensive data banks on pavement performance are finally being built. 118

119 American Concrete Pavement Association (ACPA) Pavement History Even so, successful pavement design will always largely depend on the good judgement and experience of the designer 119

120 Pavimento de Concreto Feito para durar Uma tendência mundial Uma Realidade Nacional RODOANEL MÁRIO COVAS 120