MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

1

PAVIMENTAÇÃO: É uma estrutura constituída por camadas sobrepostas, construídas sobre a terraplenagem, que possuem espessuras e materiais determinadas por um dos inúmeros métodos de dimensionamento e que exercem a função de fundação.

Funções:

• Resistir e distribuir de forma conveniente as solicitações de carga e esforços de carga vindas do tráfego para as camadas do subleito;

• Resistir a esforços horizontais ( desgaste) e tornar durável a superfície de rolamento;

• Proporcionar melhores condições de comodidade e segurança ao usuário;

• Resistir a intempéries e proteger as camadas inferiores da ação da água; Requisitos

Resistir ação das intempéries: água, chuva e sol; Estabilidade; Resistir a esforços verticais, horizontais, frenagem e aceleração ; Durabilidade; Regularidade longitudinal e transversal;

Finalidade do dimensionamento estrutural de pavimentos:

Determinar as espessuras das camadas; Subsidiar a decisão quanto ao tipo de pavimento a ser executado; Definir os materiais constituintes; Elaborar as especificações técnicas dos materiais e camadas que compõem a estrutura.

Elementos do Projeto de Pavimentação:

Estudos de viabilidade técnico-econômica; Determinação das espessuras das camadas; Indicação e especificação dos materiais a serem utilizados; Projeto de Drenagem profunda e superficial

Algumas considerações sobre a Pavimentação:

Seu dimensionamento depende das cargas de rodas provenientes do tráfego; É necessária a especificação do material a ser utilizado nas camadas que compõem a estrutura; As condições climáticas influenciam no dimensionamento dos pavimentos; O pavimento deve ter boas condições de drenagem; O grau de compactação tem grande influencia no comportamento do pavimento: quanto maior o grau de compactação de um solo, maior resistência ele apresenta à deformação.

o solos granulares : essa regra é rigorosamente válida, o solos argilosos: um excesso de compactação pode resultar em maior

deformação,

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

2

A escolha de equipamento adequado ao tipo de solo e espessura da camada dará ao solo a compactação conveniente. A velocidade de aplicação das cargas também pode ter influencia no comportamento do pavimento; A manutenção do pavimento é importante para seu comportamento; O nível de serviço que solicita o pavimento influi em seu comportamento, ( está ligado a Constancia de manobras com mudanças de direção e varia ao e variações em amplos limites de velocidade;

Então:

- O dimensionamento do Pavimento depende:

Condições do subleito, o resistência o textura, o estrutura, o composição; o velocidade de carregamento; o grau de confinamento.

Propriedades das misturas constituintes;

o local; o clima, variações de temperatura o vegetação; o pluviometria; o topografia;

Condições climáticas e ambientais; Características do tráfego.

o tipo, composição e distribuição das cargas; o número de solicitação;

O projeto de um pavimento envolve duas fases distintas, que são interrelacionadas:

(a) a fase do projeto da mistura ou das misturas e que constitui o que se chama de "dosagem"; (b) a fase de projeto estrutural, também chamada de "dimensionamento".

Estudos Preliminares Anteprojeto Projeto Básico Projeto Executivo

Para elaboração do projeto, se faz necessário:

Estudo de tráfego; Estudo do subleito; Pesquisa sobre materiais a serem utilizados nas camadas.

Classificação dos pavimentos quanto á função estrutural:

Pavimentos flexíveis

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

3

Pavimentos rígidos Pavimentos flexíveis:

São aqueles em que as Deformações, até um certo limite, não levam ao rompimento.

São dimensionados normalmente à compressão; As camadas não trabalham à tração; Compostos por várias camadas que trabalham em conjunto, absorvendo parte das solicitações e transmitindo o restante às camadas de níveis inferiores; São revestidos com materiais betuminosos ou asfálticos; Tem menor custo inicial; Adaptam-se a eventuais recalques do subleito, pois deformam sob a ação das cargas Rapidez de execução e liberação ao tráfego; Reparações fáceis e rápidas.

Camadas do Pavimento

Subleito: É o solo natural, terreno de fundação do pavimento.

• Regularização do subleito o Camada com espessura variável, executada quando se faz necessária a

preparação do subleito da estrada, para conformá-lo , transversal e longitudinalmente, com o projeto

o Pode não ser necessária em alguns trechos o Sempre que possível deve ser executada em aterro, evitando-se:

• Cortes difíceis com a retirada de material já compactado pelo tráfego existente;

• A substituição de uma camada compactada naturalmente. Reforço do subleito

o Camada com espessura constante, executada quando o subleito possui baixa capacidade de suporte

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

4

o Pode ser utilizado para redução da espessura da sub-base; o Possui características técnicas superiores ao material do subleito original e

inferiores ao material que vier acima Sub-base;

o Camada complementar à base, com espessura variável, executada quando por motivos técnicos ou financeiros não for possível construir somente a camada de base sobre a regularização ou reforço ou subleito;

o Pode ser utilizada para reduzir a espessura da base o Exerce as mesmas funções da base, sendo complementar a esta; o Tem como funções básicas resistir às cargas transmitidas pela base, drenar

infiltrações e controlar a ascensão capilar da água, quando for o caso. Base

o É a camada estruturalmente mais importante do pavimento. o Sua capacidade estrutural é dada pelas propriedades de resistência e rigidez

de cada material nela empregado; o Tem como função resistir e distribuir os esforços provenientes da ação do

tráfego, atenuando a transmissão destes esforços às camadas subjacentes. o Geralmente é construída com materiais estabilizados granulometricamente

ou quimicamente, através do uso de aditivos (cal, cimento, betume etc)

Revestimento ( capa de rolamento ou capa ) o Melhora a superfície de rolamento quanto às condições de conforto e

segurança, além de resistir ao desgaste; o Recebe diretamente a ação do tráfego; o Camada tanto quanto possível impermeável; o Constituído por uma combinação de agregado mineral e material

betuminoso; o Em todos os métodos de dimensionamento de pavimento, a espessura do

revestimento é adotada, em função de critérios técnicos ou em função do tráfego. Para vias simples( duas faixas ) adota-se habitualmente espessuras entre 3 e 5 cm. Para auto estradas chega-se a espessuras entre 7,5 e 10,0cm.

Pavimentos rígidos:

São aqueles pouco deformáveis, constituídos basicamente por placas de concreto de Cimento Portland (CCP) que praticamente absorve toda a solicitação, distribuindo-a em uma grande área.

As placas trabalham essencialmente ä tração; Rompem por tração quando sujeitos à flexão; Eventualmente podem ser reforçados por telas ou barras de aço, que são utilizadas para aumentar o espaçamento entre as juntas usado geralmente ou promover reforço estrutural. Podem frequentemente atender adequadamente de 20 a 40 anos, com quase nenhuma manutenção. Mais frequentes em áreas de tráfego urbanas e de maior intensidade São pouco deformáveis com uma vida útil maior.

Camadas do Pavimento:

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

5

Subleito: É o solo natural, terreno de fundação do pavimento.

• Regularização do subleito ( Se necessário)

• Reforço do subleito( Se necessário)

• Sub-base;

Métodos de Dimensionamento:

PCA ( 1966 ) • Fundação: CBR • Tráfego • Resistência do Concreto.

AASHTO ( 1993)

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS

Principais parâmetros e grandezas utilizadas no dimensionamento:

a) A carga de roda sobre a estrutura. b) A pressão de contato sobre a estrutura.

Quanto melhor a qualidade dos materiais de base, menor pressão é exercida sobre o subleito

c) As especificações dos materiais que irão compor as camadas do pavimento.

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

6

O material de Base deverá ser mais nobre que o da sub-base, que deverá ser mais nobre que o do reforço do subleito.

d) As condições climáticas Maiores precipitações pluviométricas e maiores variações anuais de temperatura exigem cuidados especiais para manutenção das propriedades que levaram à escolha dos materiais.

e) O sistema de Drenagem no pavimento. Solos granulares, apresentam menos problemas. Solos finos, podem variar de volume devido à umidade provocando a instabilidade. Solos finos que, secos, apresentam grande capacidade de suporte sofrem quedas sensíveis nessa capacidade por influência da umidade.

f) O grau de compactação Quanto maior o grau de compactação de um solo, maior resistência ele apresenta à deformação. Para solos granulares, essa regra é rigorosamente válida, Para solos argilosos, um excesso de compactação pode resultar em maior deformação.

g) A velocidade de aplicação das cargas sobre o pavimento. Nos solos granulares, velocidade de aplicação das cargas pode significar muito pouco. Nos solos finos, a velocidade de aplicação das cargas pode provocar pequenos recalques ou perda de capacidade de suporte.

h) O nível de serviço Constância de manobras com mudanças de direção e variações em amplos limites de velocidade.

i) Vida Útil do Pavimento Deverá ser estimada na fase de projeto.

Classificação dos Métodos de Dimensionamento

Métodos Empíricos

Métodos teóricos

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

7

Métodos Empíricos:

Baseiam-se em fórmulas; Baseiam-se em experiências; Restritos a pavimentos submetidos à condições idênticas; As aplicações limitam-se ao clima, materiais e condições de carga a que são submetidos.

Tipos:

Métodos empíricos que não empregam ensaios de resistência dos solos;

� Método do Índice de Grupo ( IG ) � Método do HRB ( Highway Research Board )

• Tem por base os resultados dos ensaios de caracterização ,ou seja, os ensaios do Limite de Liquidez, Limite de Plasticidade e ensaios de Granulometria. Relaciona propostas de espessuras de camadas com dois grupos de solos: solos granulares e solos finos

Métodos empíricos que empregam ensaios de resistência dos solos.

� Método do CBR (Califórnia Bearing Ratio) (Índice Suporte Califórnia);

– relaciona a capacidade de suporte do subleito (CBR) e a intensidade do tráfego com a espessura mínima necessária ao pavimento;

� Método de Hveem .O dimensionamento através deste método considera:

• O efeito destrutivo de deformação do tráfego; • A Resistencia à deformação plástica do solo do subleito; • A resistencia à tração das camadas constituintes do pavimento; Para a utilização deste método, é necessária a adaptação dos valores de equivalência utilizados em sua formulação para a região em estudo. Este Método utiliza em seu ensaio, equipamentos especiais para a reprodução da compactação .

Método do DNER:

Método empírico Proposto por Murillo Lopes de Souza adaptado do Método de dimensionamento de aeroportos do Corpo de Engenheiros dos Estados Unidos (USACE)

Baseado em critério de resistência/ ruptura ao cisalhamento Visa a proteção do pavimento das deformações plásticas excessivas durante a vida útil do projeto; Facilidade de aplicação, Comprovada eficácia quando aplicados à realidade brasileira. Considera alguns estudos da pista experimental da AASHO ( American Association of state Higway Officials ) : Coeficiente de equivalência estrutural das camadas (K). Caracterização dos solos do subleito pelo ensaio de CBR e pelo Índice de Grupo. Os pavimentos projetados através deste método apresentam grande resistência à ocorrência de deformações permanentes prematuras. Este método, roteiriza o dimensionamento de pavimentos flexíveis em função da capacidade do subleito (CBR) e índice de grupo IG e do número equivalente de

operações do eixo padrão (N) e espessura total do pavimento durante um período de projeto.

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

8

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

9

Com base na espessura total determinam-se as espessuras das camadas constituintes, multiplicando-se as espessuras obtidas para o material padrão (base granular) pelos coeficientes estruturais ( K ) parciais correspondentes a cada tipo de material.

Método da Resiliencia

Método atribuído aos engenheiros Ernesto Pressler e Salomão pinto.

Resiliencia ou deformação resiliente é a deformação elástica ou recuperável de solos e estrutura de pavimentos sob a ação de cargas repetitivas.

o Ensaio de Expansibilidade no caso de solos lateríticos. o Ensaio da Resiliência ou Triaxial

Justificativa da criação do Método:

1) O Método do DNER / CBR:

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

1

0

a) Preocupa-se somente com as questões estruturais relacionadas com a compatibilização dos esforços atuantes frente à resistência ao cisalhamento das camadas;

b) Conduz a estruturas com grandes espessuras de materiais granulares ( muito deformáveis);Pavimentos muito deformáveis solicitam muito as camadas mais rígidas;

c) Verifica-se rupturas por fadiga nos pavimentos dimensionados com esse método ( fissuração progressiva);

d) Não considera no dimensionamento do pavimento: A Resiliencia; A compatibilização de deformações das várias camadas do pavimento e do subleito; A fadiga.

Critérios adotados no Método da resiliência:

Considera a ruptura por Cisalhamento no subleito: - Deformações permanentes ou elásticas - Afundamentos plásticos ( flecha na trilha da roda) Utiliza modelos baseados no CBR Leva em consideração o comportamento elástico não linear dos solos e materiais granulares; Os materiais de base e sub-base devem ter uma capacidade de carga definida no ensaio CBR superior a 80% e 20% respectivamente; Considera a ruptura por fadiga sobrecarga repetida no revestimento asfáltico: - Deformações resilientes e ou elásticas - Deflexões na superfície ( D )

Etapas de dimensionamento:

Determinar o número N Determinar o valor de CBR do subleito; Calcular S (porcentagem de silte na fração fina que passa na peneira nº 200 (0,075mm))

S = 100 – (P1/P2) x 100

P1 : % (em peso) do material cujas partículas tenham com diâmetro inferior a 0,05mm, determinada na curva granulométrica; P2 : % (em peso) do material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,075mm, determinada na curva granulométrica.

Classificar o solo do subleito quanto à resiliencia, em função do CBR e de (S) - (Tipo I, II ou III - ver tabela)

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

10

• Determinação da espessura total do pavimento Ht:

� Depende de CBR e N � Supõe-se material granular K=1 ( coeficiente de Equivalencia Estrutural)

Ht = 77 67 x N0 ,0482 x CBR -0 ,598 ( ver ábaco)

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

11

• Calcular a deflexão prevista na superfície do revestimento (D em 0,01mm)

Log D = 3,148 – 0,188 logN

• Determinar a espessura mínima do revestimento betuminoso, HCB (cm)

HCB = -5,737 + 807,961/D + 0,972 x I1 + 4,101 x I2

• I1 e I2: constantes relacionadas às características resilientes do subleito

• Determinar o coeficiente estrutural do revestimento betuminoso (VE), É determinado em função do número N e do solo do subleito: Este coeficiente depende da qualidade da mistura betuminosa e da constituição da estrutura do pavimento como um todo.

• Calcular a espessura da camada granular HCG ( base ou base + sub-base ou reforço)

HCB x VE + HCG = Ht

HCB espessura mínima do revestimento betuminoso

VE coeficiente estrutural do revestimento betuminoso

Ht espessura total do pavimento

HCG ≤ 35 cm ( limitação da espessura baseada nos estudos de resiliência desenvolvidos )

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INFRAESTRUTURA

Fontes: Introdução aos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Manual de Técnicas de

Pavimentação W.de Senço – Manual de Pavimentação DNIT

12

Considera-se como camadas granulares, camadas de bases, sub-bases e/ou reforço do subleito constituídas por solo arenoso, pedregulhoso, solo estabilizado granulométrica mente, solo brita, brita graduada e macadames desde que contenham menos de 35% em peso, passando na peneira 200 ( 0,075mm)

• Espessuras das camadas de base, sub-base e/ou reforço

a ) Espessura total da camada granular adotada como camada de base :

HCB = HB (HB > 10cm )

b ) A camada granular dividida em duas :

base e sub -base , HB = HCG/2 e HSB = HCG/2

Sub -base : CBR ≥ 20% e expansão < 1% ; HB > 10 cm

c ) Sub-base ou reforço do subleito constituída de solo fino de CBR < 20% classificado como solo tipo I ou tipo II é uma opção vantajosa no caso do subleito tipo III:

• Redimensionar considerando o valor do CBR e tipo de solo quanto à resiliência correspondente à camada de sub-base ou reforço:

HR = (Ht1 – Ht2)/0,70

- Ht1 : espessura equivalente correspondente ao CBR do subleito

- Ht2 : espessura equivalente correspondente ao CBR da sub--base ou reforço

- HR ≥ 30cm