Avaliação dos Pavimentos Flexíveis: Condições Estruturais

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: MANUTENÇÃO DE PAVIMENTOS Avaliação dos Pavimentos Flexíveis: Condições Estruturais Prof.: Raul Lobato

2 Aula 06 Avaliação das Condições Estruturais: Métodos de Avaliação Estrutural; Equipamentos de avaliação estrutural não-destrutiva; Noções de retroanálise; Simuladores de Tráfego. AVALIAÇÃO FUNCIONAL: CONFORTO DE ROLAMENTO, CONDIÇÃO DE SUPERFÍCIE, INTERAÇÃO PNEU- PAVIMENTO, DEFEITOS E IRREGULARIDADES.

3 Avaliação das Condições Estruturais NÃO APRESENTAM RUPTURA SÚBITA DETERIORAÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL ACUMULADA CAPACIDADE DE CARGA

4 Avaliação das Condições Estruturais A avaliação estrutural, está associada ao conceito de CAPACIDADE DE CARGA, que pode ser vinculado diretamente ao PROJETO do pavimento e ao seu DIMENSIONAMENTO. Os defeitos estruturais resultam especialmente da REPETIÇÃO DAS CARGAS e vinculam-se às DEFORMAÇÕES elásticas ou RECUPERÁVEIS e plásticas ou PERMANENTES. TRINCAMENTO POR FADIGA > 20% DA ÁREA AFUNDAMENTO NAS TRILHAS DE RODA > 1,2 CM

5 Avaliação das Condições Estruturais DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS: são avaliadas por equipamentos chamados defletômetros por medirem os deslocamentos verticais nomeados como DEFLEXÃO do pavimento. As deflexões são responsáveis pelo surgimento da maioria dos TRINCAMENTOS ao longo da vida do pavimento, e que podem levar à FADIGA do revestimento. DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS: são acumulativas durante os anos de vida de um pavimento e resultam em defeitos do tipo AFUNDAMENTO localizado ou nas trilhas de roda, medidos por meio de treliça normatizada.

6 Avaliação das Condições Estruturais MÓDULO DE RESILIÊNCIA E CRITÉRIOS DE FADIGA

7 Métodos de Avaliação Estrutural A AVALIAÇÃO ESTRUTURAL PODE SER FEITA POR MEIO DOS ELEMENTOS OBTIDOS NOS LEVANTAMENTOS DOS DEFEITOS DE SUPERFÍCIE, NOS ENSAIOS DESTRUTIVOS E NÃO-DESTRUTIVOS Destrutivo; Semi-destrutivo; Não-destrutivo. DEFEITOS ACUMULADOS REALIZAÇÃO DE ENSAIOS

8 Método de Avaliação Estrutural Destrutivo Um método destrutivo é aquele que investiga a condição estrutural de CADA CAMADA que compõe o pavimento por abertura de TRINCHEIRAS ou POÇOS DE SONDAGEM, permitindo recolher AMOSTRAS de cada material até o subleito e realizar ENSAIOS de CAPACIDADE DE CARGA IN SITU. Pela sua própria natureza destrutiva só pode ser empregado em alguns POUCOS PONTOS selecionados como representativos de cada segmento a ser avaliado.

9 Método de Avaliação Estrutural Destrutivo MÉTODO DA AASHTO COEF. ESTRUTURAIS VIDA REMANESCENTE

10 Método de Avaliação Estrutural Destrutivo A realização de ensaios de laboratório em amostras indeformadas além dos inconvenientes da retiradas de amostras de pavimentos em serviço, é trabalhosa e não se consegue no laboratório SIMULAR exatamente os estados de tensões existentes no campo. As propriedades medidas no laboratório, portanto, NÃO REFLETEM O DESEMPENHO DO MATERIAL NO CAMPO. O nível de compactação e o índice de vazios das amostras de laboratório são geralmente diferentes daqueles no campo.

11 Método de Avaliação Estrutural Destrutivo Por serem bastante difundidos e fornecerem DADOS HISTÓRICOS de inventário das rodovias, os ensaios de laboratório nos moldes atuais ainda manterão larga aplicabilidade nos estudos de caracterização e classificação dos materiais constituintes das camadas dos pavimentos. Se os materiais do pavimento não estiverem demasiadamente DETERIORADOS, os resultados desses ensaios em conjunto com o INVENTÁRIO DOS DEFEITOS DE SUPERFÍCIE (PATOLOGIAS) podem ser utilizados para avaliar a ADEQUAÇÃO ESTRUTURAL do pavimento.

12 Método de Avaliação Estrutural Destrutivo As principais desvantagens dos ensaios destrutivos podem ser assim descritas: Necessidade de INTERROMPER O TRÁFEGO da rodovia por um período de tempo significativo; Natureza destrutiva dos ensaios e a introdução de DEFEITO nas seções do pavimento; Ensaios CAROS, consomem muito TEMPO e requerem muita MÃO- DE-OBRA. Assim sendo, não podem ser realizados extensivamente; Resultados dos ensaios são representativos das condições do material em um PONTO ESPECÍFICO

13 Método de Avaliação Estrutural Semi-destrutivo Um método semidestrutivo é aquele que se vale de ABERTURAS MENORES de janelas no pavimento que permitam utilizar um INSTRUMENTO PORTÁTIL de PEQUENAS DIMENSÕES para avaliar a capacidade de carga de um pavimento, tal como uso de CONES DINÂMICOS DE PENETRAÇÃO DCP e equipamentos para avaliação expedita do módulo de elasticidade do pavimento, através de PULSOS, aplicados na superfície, e medições do retorno dos mesmo.

14 Método de Avaliação Estrutural Semi-destrutivo

15 Método de Avaliação Estrutural Semi-destrutivo

16 Método de Avaliação Não-destrutivo A avaliação mais adequada para ser feita em GRANDES EXTENSÕES de pistas e com possibilidade de INÚMERAS REPETIÇÕES no mesmo ponto, de forma a acompanhar a variação da capacidade de carga com o tempo, é a que lança mão de medidas não-destrutivas, representadas por MEDIDAS DE DEFLEXÃO. A cada passagem de roda o pavimento sofre um deslocamento total que tem duas componentes: 1. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA: flexão alternada do revestimento (principal forma de avaliação estrutural do pavimento em uso); 2. DEFORMAÇÃO PERMANENTE: afundamento da trilha de roda (critério de definição da vida útil estrutural e funcional do pavimento)

17 Método de Avaliação Não-destrutivo REPETIÇÕES DE DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS ACUMULO DE DEFORMAÇÕES PERMANENTES

18 Método de Avaliação Não-destrutivo BACIA DE DEFORMAÇÃO DEFORMADA E DEFLEXÃO RECUPERÁVEL MÁXIMA DETERMINAÇÃO DA DEFORMADA: SENTIDO LONGITUDINAL

19 Método de Avaliação Não-destrutivo ANÁLISE DA FORMA DA DEFORMADA: RAIO DE CURVATURA TIPO DE REVESTIMENTO

20 Método de Avaliação Não-destrutivo DEFLEXÃO RECUPERÁVEL ADMISSÍVEL PAVIMENTOS RÍGIDOS PAVIMENTOS FLEXÍVEIS TRATAMENTO SUP. CBUQ

21 Método de Avaliação Não-destrutivo FAIXA DE VALORES VALORES CRÍTICOS R = 10 x² 2 d 0 d X

22 Método de Avaliação Não-destrutivo Auxiliam no PROJETO DE REFORÇO estrutural; Distinguem os diferentes segmentos para efeito de projeto; Determinam as causas de defeitos e verificam locais com falta de suporte ou excesso de vazios; Indica a capacidade da estrutura do pavimento em SUPORTAR O TRÁFEGO atual e futuro; Avalia os módulos de elasticidade por RETROANÁLISE.

23 Equipamentos de Avaliação Estrutural não-destrutiva Os equipamentos utilizados em avaliações não-destrutivas (NDTnondestructive deflection testing) podem ser divididos em: Carregamento quase-estático: ensaio de placa de viga Benkelman; Carregamento vibratório: dynaflect; Carregamento por impacto: falling weight deflectometer (FWD). BRASIL: DEFLETÔMETROS (VIGA BENKELMAN E FWD) DEFLEXÃO MÁXIMA, RAIO DE CURVATURA, DEFORMADA

24 Viga Benkelman (VB) A viga Benkelman consiste de um equipamento muito simples que necessita de um caminhão com EIXO TRASEIRO SIMPLES de RODA DUPLA carregado com 8,2t, para aplicar a carga sob a qual será medida a deformação elástica. LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS: TRILHA DE RODA EXTERNA RAIO DE CURVATURA: BACIA DE DEFORMAÇÃO DNER ME 24/94 DNER PRO 175/94 DNER ME 061/94

25 Viga Benkelman (VB) O ensaio completo (DNER ME 024/94) consiste em: (i) Colocar a ponta de prova da viga Benkelman entre os pneus da roda geminada traseira do caminhão, colocando-a exatamente sob o seu eixo (POSICIONAMENTO); (ii) Fazer uma LEITURA INICIAL do extensômetro que se situa a uma distância segura para o operador sobre o braço móvel da viga leitura Li; (iii) Fazer o caminhão se AFASTAR lentamente até 10m de distância da ponta de prova ou até que o extensômetro não acuse mais VARIAÇÃO DA LEITURA; (iv) Ler o extensômetro (LEITURA FINAL) leitura Lf.

26 Viga Benkelman (VB) O ensaio completo (DNER ME 024/94) consiste em:

27 Viga Benkelman (VB) A leitura final corresponde ao descarregamento do pavimento e todo o deslocamento recuperado é associado à deformação elástica do pavimento (deflexão). Calcula-se a deflexão d0 pela expressão: d 0 = (L i L f ) K Sendo K a constante da viga dada pela relação entre o braço maior e o braço menor, articulados

28 Viga Benkelman (VB) d 0 = (L i L f ) A B

29 Viga Benkelman (VB): Bacia de deflexão É um procedimento TRABALHOSO E DE POUCA PRECISÃO quando realizado com a VIGA CONVENCIONAL. Na maioria das vezes medem-se somente a deflexão máxima d0 e mais um ponto, em geral a 25 cm do inicial (d25), para cálculo do chamado raio de curvatura, que representa um arco de parábola que passa pelos dois pontos.

30 Viga Benkelman (VB): Bacia de deflexão R = d 0 d 25

31 Defletógrafo La Croix

32 Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD) Os equipamentos mais atuais de medida dos deslocamentos elásticos de um pavimento são os de impacto por QUEDA de um peso suspenso a certa altura, sobre amortecedores que comunicam o choque a uma placa metálica apoiada sobre o pavimento no ponto de leitura da deflexão máxima ASTM D 4695 DNER PRO 273 ASTM 4694

33 Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD) O equipamento é totalmente automatizado, sendo rebocado por um veículo utilitário leve que carrega parte do sistema de aquisição de dados feito por computador, conectado aos sensores instalados na PARTE REBOCADA, que é o defletômetro propriamente dito. O ensaio consiste em aplicar a CARGA DE IMPACTO e ler os deslocamentos em VÁRIOS SENSORES colocados ao longo de um suporte em posições convenientemente escolhidas para se obter a linha de deslocamentos

34 Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD)

35 Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD)

36 Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD)

37 Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD) As VANTAGENS do FWD em relação à VB convencional são: ACURÁCIA nas medições; Possibilidade de aplicação de vários níveis de carga; Maior PRODUTIVIDADE (mais pontos levantados por dia); Ensaio não influenciado pelo OPERADOR; Registro automático de temperatura e de distâncias dos pontos de ensaio. Algumas DESVANTAGENS do FWD são: CUSTO do equipamento; Necessidade de calibrações mais sofisticadas; Diferenças de resultados entre marcas.

38 Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD) A ordem de grandeza das deflexões dos pavimentos asfálticos VARIA muito com as características da estrutura, o tipo de revestimento, o nível de trincamento, as condições climáticas etc. Mas como valor típico pode-se indicar de 30 a 50 ( 10 2 mm) para um pavimento com revestimento de CONCRETO ASFÁLTICO e base granular em boa condição estrutural, e da ordem de 80 ( 10 2 mm) para um pavimento com revestimento de TRATAMENTO SUPERFICIAL

39 Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD) A vantagem de se poder medir com acurácia a BACIA DEFLECTOMÉTRICA do pavimento é utiliza-la para ESTIMAR OS MÓDULOS DE ELASTICIDADE das camadas, o que permite uma AVALIAÇÃO ESTRUTURAL mais adequada de cada segmento e o CÁLCULO DO REFORÇO ESTRUTURAL, se necessário, pelo princípios da mecânica dos pavimentos. Isto é possível através da técnica chamada de RETROANÁLISE.

40 Noções de Retroanálise O entendimento do pavimento como uma estrutura que forma um sistema em camadas que trabalham solidariamente, permite COMPATIBILIZAR os materiais em termos de RIGIDEZ. Aplicando-se os princípios da mecânica dos pavimentos é possível fazer uma avaliação estrutural mais adequada de todas as camadas e do subleito. Para se aplicar o CÁLCULO DE TENSÕES E DEFORMAÇÕES para um dimensionamento apropriado do REFORÇO DO PAVIMENTO, é necessário se conhecer a RIGIDEZ DE TODAS AS CAMADAS DO PAVIMENTO E DO SUBLEITO.

41 Noções de Retroanálise MÉTODO DO CBR VARIAÇÃO DO MÓDULO DE RESILIÊNCIA AO LONGO DO TEMPO AVALIAÇÃO DESTRUTIVA? BACIAS DE DEFORMAÇÃO!

42 Noções de retroanálise Tendo-se o conhecimento da carga externa aplicada para a qual foi obtida a bacia deflectométrica e, conhecendo-se as CARACTERÍSTICAS básicas dos tipos de materiais presentes em cada camada e suas ESPESSURAS, é possível inferir os módulos de elasticidade a partir das deflexões obtidas. Esta especificação é feita considerando-se uma determinada COMBINAÇÃO DE MÓDULOS das camadas de modo a fazer coincidirem a bacia TEÓRICA CALCULADA e a bacia DE CAMPO DETERMINADA.

43 Noções de Retroanálise MÉTODOS TRADICIONAIS CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DE UM PAVIMENTO A PARTIR DOS VALORES INDIVIDUAIS DE DEFLEXÃO MÁXIMA

44 Noções de Retroanálise A sistemática de retroanálise se justifica por permitir: Inferir os módulos de elasticidade nas CONDIÇÕES DE CAMPO; Eliminar ou minimizar COLETA DE AMOSTRAS; Caracterizar com RAPIDEZ as camadas em termos de elasticidade; Verificar a condição estrutural de cada camada e subleito.

45 Noções de Retroanálise As desvantagens de obtenção dos módulos de elasticidade por retroanálise são: A SENSIBILIDADE DO CÁLCULO dos valores dos módulos de elasticidade aos valores das bacias deflectométricas que possuem uma IMPRECISÃO inerente aos levantamentos de campo; A confiabilidade dos instrumentos e dos procedimentos operacionais de medição das deflexões deve ser continuamente verificada (CALIBRAÇÃO); MÓDULOS EQUIVALENTES HIPÓTESES, AJUSTES

46 Noções de Retroanálise O procedimento consiste inicialmente em se LEVANTAR DEFORMADAS (bacias de deformação) representativas de um certo segmento homegêneo, com o uso da VIGA BENKELMAN ou do FWD, devidamente aferidas e calibradas. Buscam-se adicionalmente informações a respeito das ESPESSURAS DAS CAMADAS integrantes da estrutura, por meio de PESQUISA histórico-cadastral ou, preferencialmente, SONDAGENS diretas. A seguir busca-se determinar por tentativas sucessivas, com o auxílio de um PROGRAMA COMPUTACIONAL que permita o cálculo de tensões, deformações e deslocamentos em pavimentos, o conjunto de valores de módulos das camadas do pavimento que reproduza a deformada levantada em campo. Os valores encontrados são assumidos como módulos para as condições de campo de cada camada, podendo ser utilizados em análises mecanísticas da estrutura existente.

47 Noções de Retroanálise MODELO DE HOGG d0 e d25

48 Noções de Retroanálise MODELO SIMPLIFICADO d0 e d25 DETERMINAÇÃO DE SN E SNC

49 Número Estrutural Corrigido (SNC) Medida de resistência do pavimento que resume as INTERAÇÕES COMPLEXAS entre tipos de materiais, módulos de elasticidade, espessuras das camadas e condição da superfície. SNC = n i=1 a i H i + SNSG SNSG = 3,51 logcbr 0,85 logcbr 2 1,43 ai: MÓDULO RESILIENTE E CBR

50 Simuladores de Tráfego Os simuladores de tráfego são grandes EQUIPAMENTOS DE CAMPO que permitem fazer importante AVALIAÇÃO ESTRUTURAL de seções de pavimento, para determinação de VIDA DE FADIGA em condições muito próximas da SITUAÇÃO REAL de condições de tráfego e de materiais do que os ENSAIOS DE LABORATÓRIO. Existem vários tipos desses equipamentos que consistem de forma geral em fazer atuar uma ou duas rodas de caminhão sobre uma curta seção do pavimento a ser testado, por CICLOS DE CARGA CONTÍNUOS durante várias horas por dia. Assim, reproduz-se em curto espaço de tempo o NÚMERO DE PASSAGENS DE EIXOS previstos no projeto da estrutura ensaiada.

51 Simuladores de Tráfego TESTE DE NOVOS MATERIAIS MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO ENTENDER O COMPORTAMENTO DE DISTINTOS PERFIS DE PAVIMENTOS EFICIÊNCIA DE TÉCNICAS DE RESTAURAÇÃO

52 Simuladores de Tráfego

53 Simuladores de Tráfego

54 Simuladores de Tráfego SIMULAÇÃO ACELERADA DO COMPORTAMENTO DE UM PAVIMENTO AO LONGO DE SUA VIDA DE SERVIÇO COM A CONSTRUÇÃO DE UM PEQUENO TRECHO DE PAVIMENTO NUMA FAIXA ADICIONAL COLOCADA AO LADO DO PAVIMENTO

55 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: MANUTENÇÃO DE PAVIMENTOS Avaliação dos Pavimentos Flexíveis: Condições Estruturais raul.lobatto@hotmail.com