Dimensionamento de pavimentos

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1 Dimensionamento de pavimentos Recolha de dados Concepção do pavimento Modelo de comportamento estrutural. Cálculo/ε. Alterar geometria Alterar materiais Análise dos modos de degradação. Avaliação de resistência Critérios de dimensionamento Não, ε satisfaz critério? Sim Análise do projecto 1

2 Manual de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional (JAE, 1995) Recolha e sistematização dos dados Definição das estruturas de pavimento possíveis 2

3 Tráfego Veículo pesado: Veículo de peso bruto igual ou superior a 3 tf Classes: F, G, H, I, J e K (IEP) 3

4 (TMDA) (TMDA) p tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de p tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, abertura, por por sentido sentido e e na na via via mais mais solicitada solicitada Quadro 2.1 Classes de tráfego Quadro 2.2 Percentagem de tráfego na via mais solicitada Quadro 2.3 Período de dimensionamento Quadro 2.4 Taxa média de crescimento anual 4

5 Quadro 2.5 Factores de agressividade do tráfego Quadro 2.6 Elementos relativos ao tráfego 5

6 Consideração do tráfego no dimensionamento Estudo de tráfego TMDA Percentagem de pesados Tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido de circulação, na via mais solicitada (TMDA) p Período de dimensionamento (p) Taxa média de crescimento anual (t) Número acumulado de veículos pesados NAVP Factor de agressividade (α) Número acumulado de passagens do eixo padrão N dim = α NAVP NAVP = 365 ( TMDA) p C p Factor de crescimento de tráfego: C = ( 1 + t) p 1 p t 6

7 Temperatura - Método da Shell 7

8 Fundação do pavimento Quadro 4.1 Classes de fundação Quadro 4.2 Classes de terrenos de fundação 8

9 Quadro 4.3 Características das classes de terrenos de fundação 9

10 Quadro 4.5 Classes de solos tratados Quadro 4.6 Camada de leito em materiais não ligados Quadro 4.7 Camada de leito em materiais tratados com ligantes hidráulicos (As espessuras são dadas em cm) 10

11 Materiais: BD betão betuminoso em camada de desgaste MB macadame betuminoso em camada de regularização MBD mistura betuminosa densa em camada de regularização BG material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de base SbG material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de sub-base 11

12 Composição das misturas betuminosas M V M b M a V v V b V a + V ba M a massa do agregado M b massa do betume V a volume do agregado V b volume do betume efectivo V ba volume do betume absorvido V v volume dos vazios Relações gravimétricas: M = M a + M b P P Mb = M Ma = M b a 100% 100% Pa + Pb = 100% Relações volumétricas: V V V V' = V V' = V V' = V a a b b v v 100% 100% 100% Va + Vb + Vv = 100% 12

13 Características de deformabilidade Betumes Modelos reológicos Modelo de Hooke elástico E Modelo de Newton viscoso K E 1 ε = E ε ε = ε p K ε K=3η 13

14 Características de deformabilidade Betumes Modelos reológicos Modelo de Maxwell visco-elástico E m K m ε p 1 ε = + E ε K 14

15 Características de deformabilidade Misturas betuminosas Modelos reológicos Modelo de Kelvin E K K K = E K ε K + K K ε K 15

16 Características de deformabilidade Misturas betuminosas Modelos reológicos Modelo de Maxwell + Modelo de Kelvin E m EK t = + + K K ε t 1 e E m Km EK K m Extensão elástica (ε r ) Extensão elástica retardada Extensão viscosa (ε p ) E K K K 16

17 Características de deformabilidade Misturas betuminosas F = F A carga descarga tempo ε Extensão elástica retardada ε r ε r ε p tempo 17

18 Características de deformabilidade Método da Shell Materiais granulares E n+1 = k E n k 0,45 = 0,2 h 2 < k mg < 4 E n+1 módulo de deformabilidade da camada superior n+1 E n módulo de deformabilidade da camada inferior n h mg espessura da base, em mm Misturas betuminosas E mb = E b 1+ 2,5 Cv n 1 C n = 083, log S b Va Cv = Va + Vb v n E b = ( T ) 5 7 0,368 I Pr 1, t 2,718 ABr T t = 1 velocidade (km / h) (segundos) P r IP r logp = 50 logp T = 065, P T = 98, 4 26, 4 log P i r ABr r AB r 20 T AB 120,1 r r 18

19 Características de deformabilidade Método da JAE Materiais granulares Código Módulo de deformabilidade (E) Coeficiente de Poisson (ν) BGr BG SbG GN SS 2,5 E camada inferior 2 E camada inferior 2 E camada inferior 1,5 E camada inferior 1,2 E camada inferior 0,35 0,35 0,35 0,35 0,40 Quadro 5.2 do Manual de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional (JAE, 1995) Tipologias: Material britado recomposto em central (BGr) Material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de base (BG) Material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de sub-base (SbG) Material não britado (GN) Solo seleccionado (SS) 19

20 Análise estrutural Método das camadas finitas Modelo de Burmister r p h 1, E 1, ν 1 h 2, E 2, ν 2 Camadas elásticas Interface: aderência ou deslizamento E n, ν n Simetria de revolução z θ r Ex: Programa ELSYM5 (Universidade de Berkeley) 20

21 Representação das acções Eixo padrão de 80 kn Eixo padrão de 130 kn 226 mm 150 mm 226 mm 250 mm 125 mm 250 mm F F F F Carga F = 20 kn Pressão de contacto = 500 kpa Carga F = 32,5 kn Pressão de contacto = 662 kpa 21

22 Critérios de dimensionamento Pavimentos flexíveis A passagem repetida dos veículos nos pavimentos conduz a dois tipos de extensões nos solos de fundação e nas misturas betuminosas: extensões reversíveis que se traduzirão em esforços de tracção na base das camadas betuminosas responsáveis pelo fenómeno de fadiga e, consequentemente, pela degradação por fendilhamento extensões permanentes que evoluem no tempo com a passagem do tráfego e contribuem para o aumento da profundidade das rodeiras 22

23 Critérios de dimensionamento Estados limites de ruína: Fadiga das misturas betuminosas Extensão horizontal de tracção e t na base das camadas betuminosas Deformações permanentes Extensão vertical de compressão e z no topo dos solos de fundação Modelos de degradação: log ε ε = a b N log N ε valor da extensão ε t - ε z - extensão horizontal de tracção na base das camadas betuminosas (fendilhamento por fadiga) extensão vertical de compressão no topo dos solos de fundação (deformações permanentes) N número de aplicações de carga a, b parâmetros característicos dos materiais 23

24 Critérios de dimensionamento Método da Shell Fendilhamento por fadiga ε t 0,36 0, 2 ( 0,856 V + 1,08) S = N b mist S mist módulo de rigidez da mistura betuminosa (N/m 2 ) V b teor volumétrico em betume (%) Deformações permanentes ε z = a N b Fiabilidade a ( 10-2 ) b 85% 2,1-0,25 95% 1,8 24