TEC: Mecânica dos Pavimentos Introdução

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Setor de Tecnologia - Departamento de Transportes Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Construção Civil TEC: Mecânica dos Pavimentos Introdução Profª. Daniane F. Vicentini vicentini@ufpr.br O pavimento é um sistema de várias camadas sobre sobre um semiespaço finito, cuja finalidade dos materiais constituintes decresce com a profundidade. Qualidade dos RÍGIDO materiais FLEXÍVEL (De: Pavimentação Asfáltica, 2010) 1

2 Exigências do Século XXI: Dimensionamento de pavimentos asfálticos Métodos Empíricos - DNER - AASHTO - CBR - IG Métodos Mecanísticos - Modelos Analíticos - Modelos Numéricos Semi-empíricos - Método da Resiliência 2

3 Dimensionamento de pavimentos asfálticos Métodos Empíricos - Procedimentos práticos (ábacos, tabelas, etc.) - Procedimentos consolidados Métodos Mecanísticos - Dimensionamento otimizado - Procedimento racional - Admite novas tecnologias - Metodologia universal (globalização) Dimensionamento de pavimentos asfálticos Métodos Empíricos - P/ tecnologias novas, é preciso criar novos procedimentos - Superestimação do projeto - Valores e procedimentos copiados de normativas estrangeiras - Não consideram os efeitos da fadiga Métodos Mecanísticos - Dificuldade na calibração dos modelos - Requer conhecimento aprofundado 3

4 Rev Onde: B SL: terreno de fundação; SB Reforço de SL: camada complementar de espessura constante. Funciona como SL estrutura do pavimento e transição entre este e a fundação. Seu CBR debe ser que o do SL; SB: correção do SL, complementa a finalidade estrutural da base. Nos pavimentos rígidos,tem pouca contribuição estrutural,ajudando a controlar o bombeamento, expansão e a contração; B: distribuir os esforços e serve de leito para o revestimento; Rev: resiste e distribui esforços, rolamento suave e seguro, impermeabilização; CCP: desempenha o papel de base e revestimento ao mesmo tempo Distribuição de tensões nos pavimentos O pavimento asfáltico é uma estrutura COMPLEXA, pois é composto por várias camadas de materiais de comportamentos distintos, além de que sua análise depende de muitas variáveis: - Materiais - Cargas dinâmicas, variáveis e estimadas - Fundação - Clima e condições ambientais - Vida útil curta, quando comparado com outras estruturas - Coeficiente de segurança baixo e indefinido - Investimento caro a longo prazo, a pesar de que inicialmente o custo é baixo 4

5 1.2. Materiais e modelos (complexidade) - Sólido multifásico - Anisotrópico - Materiais granulares multiescala, de formato irregular e orientação aleatória - Presença de não-linearidade: MA comportamento visco-elástico Granulares não-lineares Representação dos principais esforços atuantes no pavimento (flexível) pav. rígido (De: Pavimentação Asfáltica, 2010) 5

6 1.3. Principais ações consideradas nas análises - Flexão - Confinamento horizontal - Compressão vertical - Cisalhamento das camadas - Fadiga Flexão: Modelo de viga FPB: P/2 P/2 P/2 P/2 L/3 L/3 L/3 M PL/6 6

7 Confinamento horizontal: Compressão vertical: p1 z p2 p3 p4 h1 h2 h3 7

8 Cisalhamento: Esquema longitudinal - Placa absorve maior parte das tensões - Distribuição sobre uma área relativamente maior - Pouco deformável e mais resistente à tração - Qualidade do SL interfere pouco no comportamento estrutural (De: Notas Pavimentação UFPR) - Carga se distribui proporcionalmente com a rigidez das camadas - Camadas sofrem def. elásticas significativas - Def. até um certo limite não deveriam ocasionar a ruptura - Qualidade do SL é importante (submetido a altas tensões e absorve maiores deflexões) 8

9 Fadiga: Alguns dados (aspecto funcional) de referência admitidos no Brasil Estradas Aeroportos Fadiga é apontada como um dos principais causantes de fissuras em pavimentos (R. Rocha, 2009) Carga/roda 5000 (kgf) (kgf) S Nº repetições 1x10e06 a 1x10e09 1x10e04 a 5x10e04 (De: Notas Pavimentação UFPR) N Fadiga: N 9

10 1.4. Modelos de análise - Elástico multicamadas (analítico) - Mecânica dos meios contínuos: a) Método das Diferenças Finitas b) Método dos Elementos Finitos c) Método dos Elementos de Contorno - Meios descontínuos e heterogêneos: Método dos Elementos Discretos DISCRETIZAR MEF DIVIDIR MEC PROBLEMA REAL NE n

11 1.4. Modelos de análise Método dos Elementos Finitos: Bastante difundido, softwares potentes permitem incluir: - Efeitos de viscosidade - Temperatura - Multimateriais - Anisotropia - Leis de comportamento diversificadas - etc. Ex.: ABAQUS, ANSYS (disponível em: ), Plaxis (2D e 3D), FACE, FEPAVE (Berkley + COPPE), SisPavBR, etc. Ex.: ANSYS 11

12 Ex.: ANSYS Ex.: ANSYS - utilização 12

13 Ex.: SisPav (mecanístico-empírico: TCE) (Tese de Filipe Proença Franco, 2007) Ex.: SisPav (mecanístico-empírico: TCE) Ex. Resultado: deslocamento vertical ( m) (Tese de Filipe Proença Franco, 2007) 13