Desempenho de Pavimentos

Transcrição

1 Universidade do Estado de Santa Catarina Pós-Graduação em Engenharia Civil Mestrado Acadêmico Desempenho de Pavimentos Profa. Adriana Goulart dos Santos

2 Desempenho de Pavimentos: Variação da serventia ao longo do tempo (ou do tráfego) de uso do pavimento Degradação Perda da qualidade estrutural ou funcional dos pavimentos. Umidade, calor, tensões, deformações e esforços abrasivos do tráfego consomem sua vida útil

3 Dimensionar pavimentos torna-se algo impossível se não é estabelecido o seu modo de ruptura a priori A expressão RUPTURA poderá ser usada para caracterizar a perda completa das condições funcionais e/ou estruturais do pavimento O estado ou as condições de um pavimento, pode ser caracterizado em dois aspectos: Aspecto funcional Aspecto estrutural

4 Do ponto de vista funcional o pavimento pode ser avaliado segundo o serviço ou função que está desempenhando A primeira experiência para avaliação funcional dos pavimentos foi feita na pista experimental da AASTHO (Association of State Highway and Transportation Officials), década de 60 Definição Serventia Atual: habilidade de uma seção específica do pavimento, nas condições em que está, de acomodar um tráfego misto (caminhões e automóveis), com alto volume e alta velocidade

5 Serventia: O valor de serventia atual é uma atribuição numérica compreendida em uma escala de 0 a 5, dada pela média de notas de avaliadores para o conforto ao rolamento de um veículo trafegando em um determinado trecho, em um dado momento da vida do pavimento Esta escala compreende cinco níveis de serventia, e é também adotada no país pelo DNIT 009/2003- PRO (DNIT, 2003d)

6 Variação da serventia com o tráfego ou com o tempo decorrido de utilização da via O VSA (Valor de serventia atual) do pavimento diminui com o passar do tempo por dois fatores principais: o tráfego e as intempéries

7 Período recomendável para a manutenção dos pavimentos: A manutenção de um pavimento asfáltico não deve ser realizada tão somente como correção funcional ou estrutural e próxima ao limite de aceitabilidade. ===É aconselhável um plano estratégico de intervenções periódicas, envolvendo também manutenção preventiva, de modo a garantir um retardamento do decréscimo das condições de superfície

8 Variação da serventia no tempo (desempenho do pavimento) Fonte: Balbo, (2007) A qualidade de rolamento é avaliada na escala de zero a cinco (ordenadas) Tempo decorrido ou tráfego acumulado (abscissas)

9 Os custos de manutenção crescem exponencialmente com o aumento da degradação do pavimento A restauração por recapeamento é admitida até determinada condição, e na ausência de manutenção naquele momento, o pavimento vai se degradar tão intensamente== reconstrução, parcial ou total, será inevitável A manutenção de um pavimento asfáltico não deve ser realizada tão somente como correção funcional ou estrutural e próxima ao limite de aceitabilidade ===É aconselhável um plano estratégico de intervenções periódicas, envolvendo também manutenção preventiva, de modo a garantir um retardamento do decréscimo das condições de superfície

10 Cabe nesse ponto do curso recordar alguns importantes modos de ruptura dos materiais de pavimentação

11 1. Esforços sucessivos em camadas RUPTURA POR RESISTÊNCIA: Os materiais de pavimentação, desde que adensados, apresentam resistências características a determinados tipos de esforços Caso algum ponto da estrutura do pavimento supere numericamente o valor da resistência específica do material quanto àquele tipo de esforço===ocorrerá a sua ruptura O material se rompe por esforço aplicado igual ou superior à sua resistência específica

12 RUPTURA em diversos arranjos de ensaios: Tração direta (BGTC) Resistência à compressão diametral Tração na flexão Fonte: Google imagens, 2016

13 1.Esforços sucessivos em camadas RUPTURA POR RESISTÊNCIA: Um subleito pode romper por esforço excessivo? SIM Trata-se de uma das condições de proteção quando utilizamos o Método do DNER ( ou do CBR) para dimensionar o pavimento Resistência ao cisalhamento do subleito, medida com base comparativa ao valor de resistência ao cisalhamento do material tomado como referência (brita padrão)

14 1.Esforços sucessivos em camadas RUPTURA POR RESISTÊNCIA: Uma camada cimentada (BGTC, Solo-cimento, CCR, etc) trabalha notavelmente à flexão Caso um esforço momentâneo de tração na flexão supere a capacidade do material resistir a ele Fissura imediata Ruptura por resistência

15 RUPTURA POR RESISTÊNCIA: Qualquer ruptura motivada por esforços solicitantes superiores à resistência típica do material quanto àquela forma de solicitação A literatura nacional Quando se refere à ruptura do pavimento por resistência Associa o critério do CBR, relacionado ao subleito e demais camadas granulares

16 Fonte: Pavimentação asfáltica formação básica para engenheiros (2008) 2. Fissuração de materiais DANIFICAÇÃO POR FADIGA: FAFIGA === deve-se ao fato que muitos materiais, sendo sucessivamente solicitados em níveis de tensão inferiores àqueles de ruptura, pouco a pouco desenvolvem alteração em sua estrutura interna Perda de características estruturais originais Processo de microfissuração excessiva ==desenvolvimento de fraturas=== rompimento do material

17 2.Fissuração de materiais DANIFICAÇÃO POR FADIGA: Os níveis de deformação aplicados ao material não são suficientes para levá-lo instantaneamente à ruptura Cada deformação aplicada vai causando um acúmulo de zonas de plastificação Ao longo do tempo de uso do pavimento===planos de fratura e descontinuidades===prejudicando as respostas estruturais inicialmente apresentadas

18 MECANISMO DE FRATURA: Zonas de gradientes uniformes de paralelos de tensões Zonas em que, pela existência de uma fissuração microscópica, surgem locais de concentração de tensões nas extremidades de fissuras Nessas regiões, o excesso de esforço é responsável pela continuidade e progressão da abertura da fissura até a ocorrência da fratura do material Fonte: Balbo (2007)

19 Três causas principais do processo de FADIGA: Vazios iniciais em misturas, ou pelo menos presença de fissuras iniciais nos materiais; Deformação plástica excessiva, prematura ou a longo prazo, na estrutura do material, seja composta por ligantes dúcteis, seja por frágeis cristais de silicatos de cálcio hidratado, gera as primeiras fissuras dos materiais; Ocorrências de zonas de concentração de tensões na superfície (como ranhuras ou sulcos)===concentração de tensões que podem provocar as primeiras fissuras===que tendem à progressão

20 Recordar que FADIGA é um processo: Associado a misturas com ligantes hidráulicos ou asfálticos, em geral, e pavimentos muito solicitados Exemplos de equipamentos de ensaios de fadiga: Fonte: Pavimentação asfáltica formação básica para engenheiros (2008)

21 3. Contaminação dos materiais BOMBEAMENTO DE FINOS: Impregnação de material fino nos interstícios de grãos do material original, o que também é relacionado ao processo de bombeamento de finos do subleito para estratos superiores do pavimento Fenômeno que ocorre quando: Camadas inferiores de solos se encontram saturadas, seja por drenagem inadequada do pavimento, seja por percolação de água pluvial da superfície para o fundo do pavimento, pelas fissuras existentes nas camadas inferiores

22 3. Contaminação dos materiais BOMBEAMENTO DE FINOS: Com a passagem de cargas sobre o pavimento, nas camadas inferiores, com água em excesso Motiva-se a ocorrência do: BOMBEAMENTO DE FINOS Resultante do alívio de pressão neutra na estrutura, com lançamento de água ascencional

23 3. Contaminação dos materiais BOMBEAMENTO DE FINOS: Tal fenômeno resulta na contaminação de bases granulares ou até mesmo a ocorrência de pequenos vazios na estrutura de pavimento em virtude da perda de material A estrutura passa a apresentar elevada deformação Gerando: Processos de afundamentos, de fissuração e de desagregação, que culminam em buracos, em pavimentos asfálticos, ou perda de suporte nas placas de concreto (próximos às juntas)

24 3. Contaminação dos materiais BOMBEAMENTO DE FINOS: Ocorrência de bombeamento de finos do subleito para as bases granulares e revestimento === são notáveis manchas (cor de solo) expelidas pelas fissuras presentes nos revestimentos asfálticos Rápida degradação da estrutura do pavimento Bases contaminadas constituem um problema estrutural de difícil solução

25 3. Contaminação dos materiais BOMBEAMENTO DE FINOS: Durante o movimento ascensional, a água carrega as partículas finas dos solos do subleito === mistura de água+solo percorre as camadas granulares de sub-base e base O solo, em forma de lama, se posiciona entre os grãos do material granular Diminuição da capacidade de os agregados compactados resistirem às ações por meio de atrito e contato entre os grãos do material granular

26 3. Contaminação dos materiais BOMBEAMENTO DE FINOS: Queda na resistência do material (valor de CBR) e Módulo de Resiliência Situação não prevista no dimensionamento Trata-se de um fenômeno importante para as camadas regulares Na fase de projeto é difícil prever a ocorrência desse modo de ruptura da estrutura do pavimento

27 4. Degradação Funcional Perda da condição operacional adequada: Função primordial do pavimento Proporcionar condições de rolamento confortável, seguro e econômico Inúmeros fatores contribuem para a perda do conforto e suavidade do rolamento do ponto de vista do usuário: Surgimento de deformações plásticas em trilhas de rodas, que geram: Irregularidades transversais e longitudinais na superfície

28 4. Degradação Funcional Perda da condição operacional adequada: Nível de atendimento funcional ou da qualidade de rolamento Parâmetro que se destaca na avaliação: Valor de Serventia Atual (VSA) É o primeiro dos indicadores a ser estabelecido para a aferição do atendimento funcional do pavimento

29 4. Degradação Funcional Perda da condição operacional adequada: O VSA não permite a consideração das condições de aderência pneu-pavimento Serventia=== conceito de ruptura afeto somente à questão de conforto ao rolamento e à economia do transporte rodoviário A perda de serventia está associada a processos de degradação estrutural dos pavimentos Que ocorrem de maneira progressiva devido a: Infiltração de água, bombeamento de finos, perda de resistência, desenvolvimento de fissuras, degradação do revestimento asfáltico

30 Superfícies deformadas e irregulares Fonte: Google imagens, 2016 Em vias não atendidas por manutenção planejada, o processo de degradação ocorre de maneira progressiva

31 4. Degradação Funcional Perda da condição operacional adequada: Outra forma de ruptura é aquela por falta de segurança A superfície do pavimento não propicia, por meio de sua macrotextura, condições adequadas de rolamento A fim de garantir Níveis ideais de aderência pneu-pavimento Ruptura por segurança

32 4. Degradação Funcional Perda da condição operacional adequada: Viscoplanagem e Hidroplanagem Não são previstos na fase de projeto de um pavimento, em países em desenvolvimento Onde se buscaria projetar Um concreto ou uma mistura asfáltica para o revestimento Superfície altamente aderente

33 5. Deformação plástica das camadas Solos, misturas estabilizadas granulometricamente, pedras britadas e pedregulhos A cada aplicação de carga Apresentam uma componente de deformação residual, que, de forma cumulativa, no decorrer da vida de serviço do pavimento Contribuirá para: Manifestações de deformações permanentes Trilhas de roda

34 5. Deformação plástica das camadas Condição de ruptura associada à ruptura funcional Perda da qualidade de rolamento, mais evidente em situações onde há baixa resistência das camadas inferiores (critério do CBR) Quando fluxo de veículos comerciais é muito canalizado em faixas de rolamentos estreitas

35 5. Deformação plástica das camadas Em relação aos solos: a) Quando as solicitações de carga passam de um determinado limite (elástico), a deformação plástica cresce muito=== aparecem deformações permanentes significativas Exemplo: Subleito fraco com pavimento de espessura insuficiente As tensões impostas pelo tráfego chegam ao subleito com um intensidade tal, que, a cada aplicação da carga, a deformação permanente é considerável

36 5. Deformação plástica das camadas Em relação aos solos: b) Mesmo abaixo do limite elástico os solos podem acumular deformações permanentes pelo efeito do grande número de aplicações de carga Embora em cada aplicação a parcela de deformação não recuperável seja pequena===ao fim de um grande número de aplicações o montante acumulado pode ser considerável Efeito = formação das trilhas de roda

37 Referências bibliográficas: Balbo, J. T. Pavimentação Asfáltica: materiais, projeto e restauração. Oficina de Textos, São Paulo, BERNUCCI, L. L. B; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J. A. P.; SOARES, J. B. Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros. Programa Asfalto na Universidade. Petrobrás, Abeda. Rio de Janeiro, Sória, M.H.A. Projeto de Pavimentos. Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Transportes, São Carlos-SP, 1987.