0

UNIVERSIDADE DO VALE DE ITAJA

ANDR LUIZ DA COSTA ANDRESSA BERTOLI RIBEIRO

KLLI CRISTINA DSTRI PEDRO ROUSSELET CRIZEL

RENATO DE SOUSA FERNANDES VANESSA ELAINE GELAIN

DIMENSIONAMENTO DE UM PAVIMENTO: Avenida Ver. Abraho Joo Francisco

ITAJA 2013

1

ANDR LUIZ DA COSTA ANDRESSA BERTOLI RIBEIRO

KLLI CRISTINA DSTRI PEDRO ROUSSELET CRIZEL

RENATO DE SOUSA FERNANDES VANESSA ELAINE GELAIN

DIMENSIONAMENTO DE UM PAVIMENTO: Avenida Ver. Abraho Joo Francisco

Trabalho apresentado como requisito parcial para a obteno da M2, na disciplina de Pavimentao, na Universidade do Vale do Itaja, do Centro de Cincias Tecnolgicas da Terra e do Mar. Professor: Jos Nuno Wendt

ITAJA

2013

2

Resumo

Neste trabalho ser realizado o dimensionamento de um pavimento na Avenida Ver. Abraho Joo Francisco, atravs do mtodo de dimensionamento de Pavimento Flexvel do Eng. Murilo Lopez de Souza, adotado pelo DNIT. Realizando-se a contagem classificatria de veculos no local, sero apurados os dados para obteno da espessura mnima de camada granular necessria para o pavimento.

Palavras-chaves: Dimensionamento, pavimento, espessura mnima.

3

Sumrio Resumo ........................................................................................................................ 2

1. INTRODUO....................................................................................................... 4

2. FUNDAMENTAO TERICA ............................................................................. 5

2.1. A determinao da capacidade de suporte do subleito e dos materiais granulares constitutivos do pavimento (CBR) ............................................................ 5

2.2. Classificao dos materiais granulares empregados no pavimento ................ 6

2.3. Trfego (nmero equivalente N de operaes de um eixo tomado como padro) ...................................................................................................................... 7

2.4. Fator climtico Regional ................................................................................. 8

2.5. Coeficiente de equivalncia estrutural K ....................................................... 8

2.6. Espessura mnima de revestimento betuminoso e espessura das camadas... 8

3. METODOLOGIA ..................................................................................................... 10

4. ANLISES E RESULTADOS .................................................................................. 16

4.1 Clculo do N ...................................................................................................... 16

4.2 Dimensionamento do pavimento ....................................................................... 18

5. CONCLUSO ......................................................................................................... 20

6. REFERNCIAS ...................................................................................................... 21

4

1. INTRODUO

O presente trabalho tem como finalidade, determinar a espessura de um

pavimento. O pavimento a estrutura construda sobre terraplenagem e destinada,

tcnica e economicamente, a:

- Resistir aos esforos verticais oriundos do trafego e distribui-los;

- Melhorar as condies de rolamento do trafego quanto ao conforto e segurana;

- Resistir as esforos horizontais, tornando mais durvel a superfcie de rolamento.

(SENO, 1997).

Dimensionar um pavimento significa determinar as espessuras das camadas

que oconstituem de forma que estas camadas (reforo do subleito, sub-base, base e

revestimento)resistam e transmitam ao subleito as presses impostas pelo trfego,

sem levar o pavimento ruptura ou a deformaes e a desgastes excessivos.

(GREGO, 2013).

Para dimensionar a espessura do pavimento, necessita-se do nmero de

solicitaes padronizadas para um eixo simples. Para obter tal dado realizou-se a

contagem de veculos na Avenida Ver. Abraho Joo Francisco, mais conhecida como

Contorno Sul, no sentido ao Centro de Itaja. Aplicando-se os dados obtidos no

mtodo de dimensionamento de Pavimento Flexvel e utilizando-se o resultado do

ensaio de CBR estabelecido na M1 ser definida a espessura a ser utilizado para

atender s solicitaes de forma adequada.

5

2. FUNDAMENTAO TERICA

Neste trabalho ser discursado sobre dimensionamento de pavimentos flexveis

pelo mtodo do DENER de autoria do Engenheiro Murillo Lopes de Souza, o mtodo

foi criado com base em dados obtidos na Pista Experimental da AASHTO e na

experincia do Corpo de Engenheiros do Exrcito dos Estados Unidos da Amrica do

Norte.

A inteno do mtodo determinar a espessura das camadas de um pavimento

(reforo do subleito, sub-base, base e revestimento), para que as camadas resistam e

transmitam ao subleito das tenses de trfego, sem que haja deformaes excessivas

ou ruptura.

O mtodo possui um roteiro contendo:

A determinao da capacidade de suporte do subleito e dos materiais

granulares constitutivos do pavimento;

Classificao dos materiais granulares empregados no pavimento;

Trfego (nmero equivalente N de operaes de um eixo tomado como

padro);

Fator climtico Regional;

Coeficiente de equivalncia estrutural K;

Espessura mnima de revestimento betuminoso;

Espessura das camadas constituintes.

2.1. A determinao da capacidade de suporte do subleito e dos materiais granulares constitutivos do pavimento (CBR)

Para determinao da capacidade de suporte do subleito e dos materiais

utilizado o ensaio CBR.

Atravs deste ensaio feita uma relao entre a presso produzida na penetrao

de um pisto em um corpo de prova de solo e a presso produzida na penetrao de

uma mistura de brita granulometricamente estabilizada, onde a relao apresentada

em porcentagem.

Para maior segurana ao invs de se utilizar o CBR, pode-se utilizar o IS (ndice

de Suporte) que o valor do CBR corrigido pelo IG (ndice de Grupo).

6

O CBR mede a resistncia de solos com umidade e densidade conhecidas, assim

o ndice de capacidade de suporte no um valor constante, esta relacionado a uma

condio de moldagem do material.

O ensaio constitudo de trs etapas, compactao do solo em corpos de prova,

clculo de expanso atravs da imerso do corpo de prova em gua e ensaio de

penetrao.

2.2. Classificao dos materiais granulares empregados no pavimento O mtodo possui alguns parmetros para classificao dos materiais granulares

empregados do pavimento, ainda utilizando as informaes do ensaio CBR.

a) Materiais para reforo do subleito:

IS ou CBR maior que o subleito

Expanso 2%

b) Materiais para sub-base:

IS ou CBR 20

IG = 0

Expanso 1%

c) Materiais para base

CBR 80 N> 5x10^6

CBR 60 N 5x10^6

Expanso 0,5%

Limite de liquidez 25

ndice de plasticidade 6

Material passante pela # n 200 < 2/3 do passante pela # n 40

Desgaste Los Angeles 50

7

Figura 1 Faixas granulomtricas para base granular

2.3. Trfego (nmero equivalente N de operaes de um eixo tomado como padro)

O pavimento dimensionado em funo do nmero equivalente N de

operaes de um eixo tomado como padro, durante o perodo de projeto

escolhido (80 kN = 8,2 tf.

Para clculo do N necessrio saber os valores de:

Vm = Volume dirio mdio de trfego do ano mdio;

Vt = Volume total de trfego em um sentido durante o perodo;

FE = Fator de eixo, multiplicando pelo nmero de veculos tem-se o nmero

de eixos;

FV = Fator de veculo, multiplicando pelo nmero de veculos tem-se o

nmero de eixos equivalentes padro;

FC = Fator de carga, multiplicando pelo nmero de eixos tem-se o nmero

de eixos equivalentes ao eixo padro.

Para o clculo dos fatores necessrio fazer uma contagem de trfego na estrada

em estudo, somando-se o total de eixos em um determinado perodo.

8

2.4. Fator climtico Regional FR multiplicado pelo N, para que se leve em considerao as variaes de

umidade dos materiais durante todo o ano. Como no Brasil no se possui ainda

parmetros estudados, em favor da segurana se utiliza FR = 1.

2.5. Coeficiente de equivalncia estrutural K O valor de K depende do tipo de material utilizado no pavimento em cada camada,

que relaciona a espessura que a camada deve ter utilizando material padro (base

granular), com a espessura equivalente do material que ser utilizado.

Tipo de Pavimento Coeficiente K

Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,00

Base ou revestimento pr-misturado a quente, de graduao

densa 1,70

Base ou revestimento pr misturado a frio, de graduao densa 1,40

Base ou revestimento betuminoso por penetrao (tratamento

superficial e macadame betuminoso) 1,20

Camadas Granulares 1,00

Solo cimento com resistncia aos 7 dias > 45 kg/cm (4,5 Mpa) 1,70

Solo cimento com resist. aos 7 dias entre 45 kg/cm (4,5 Mpa)

e 35 Kg/cm (3,5 Mpa) 1,40

Solo cimento com resistncia aos 7 dias < 35 kg/cm (3,5 Mpa) 1,00

Solo cal 1,20

Tabela 1: Coeficiente K: Coeficientesde equivalncia estrutural para diferentes materiais

Fonte: Seno (1997, p.484).

2.6. Espessura mnima de revestimento betuminoso e espessura das camadas

A espessura mnima fixada para proteger a camada de base das tenses

exercidas pelo trfego, e evitar a ruptura do prprio revestimento.

9

N R mn (cm) Tipo de Revestimento

At 10 0 a 3 (adotar 0) Tratamento Superficial

10 a 510 5 Revestimento Betuminoso

510 a 10 7,5 Concreto Betuminoso

10 a 510 10 Concreo Betuminoso

Mais de 510 12,5 Concreto Betuminoso

Tabela 2: Valores de R em funo de N.

Fonte: Souza, 1979, p.16.

A espessura total do pavimento e das camadas constituintes dada a partir de

grficos experimentais, onde a metodologia de clculo ser apresentada a seguir.

10

3. METODOLOGIA

No dia 04 de novembro de 2013, foi realizada a contagem classificatria de

veculos na Avenida Ver. Abraho Joo Francisco, mais conhecida como Contorno

Sul, no sentido Centro de Itaja.

A contagem de veculos foi realizada no intervalo compreendido entre 16:00 at

17:00. Como o volume de trfego contabilizado foi referente a 1 hora, foi necessrio

expandir essa contagem para 24 horas, tendo como base o fator de expanso horrio

(FH) da rodovia SC 470.

Horrio Mdia Veculos %

Incio Trmino

13 14 735,79 5,911

14 15 824,39 6,622

15 16 837,5 6,728

16 17 930,39 7,474

17 18 997,43 8,012

18 19 940,14 7,552

Tabela 3: Mdias de trfego horrio na rodovia SC 470, trecho Blumenau-Gaspar, no

bairro Bela Vista, em abril de 1995.

Fonte: DEINFRA/SC.

Para o fator dia (FD) foi considerado, a pedido do professor, que a mdia do

trfego semanal era igualmente distribuda em todos os dias da semana, sejam eles

dias teis ou feriados. Utilizou-se FD = 1.

Para o fator ms, utilizou-se o valor 1. Adotou-se, a pedido do professor, que

no existe variao do volume de trfego conforme a poca do ano.

Para o fator climtico regional (FR), desprezou-se o efeito do clima da regio

no dimensionamento. Adotou-se FR = 1.

Calculou-se o FVi para os eixos dos veculos contabilizados. Considerou-se as

seguintes cargas mdias por eixo:

11

Veculo Carga mdia por eixo

(tonelada)

Eixos simples de veculos leves (automveis,

camionetes, vans) 1 t

Eixo simples dianteiro de caminhes e nibus 6 t

Eixo simples traseiro (4 pneus) de caminhes e nibus 10 t

Eixo duplo traseiro de caminhes e nibus 17 t

Eixo triplo traseiro de caminhes e nibus 26 t

Tabela 4

Calculou-se o fator veculo (FV) com as porcentagens de veculos

contabilizadas.

=() (Equao 1)

= (Equao 2)

Onde:

FEO o fator de equivalncia das operaes de carga (ver tabela abaixo);

pv a porcentagem da categoria de veculos no trfego.

Eixos simples cargas por

eixo (t)

Fator de equivalncia

das operaes

1 t 0,0004

2 t 0,004

3 t 0,020

4 t 0,050

5 t 0,100

6 t 0,200

7 t 0,500

8 t 1,000

9 t 2,000

10 t 3,000

Tabela 5: Fatores de equivalncia de operaes para eixos simples.

12

Eixos duplo cargas por

eixo (t)

Fator de equivalncia

das operaes

15 4,000

16 6,000

17 7,000

18 10,000

19 15,000

Tabela 6: Fatores de equivalncia de operaes para eixos duplos.

Eixos triplo cargas por

eixo (t)

Fator de equivalncia

das operaes

22 5,59

24 6,11

26 9,88

28 14,82

30 20,80

Tabela 7: Fatores de equivalncia de operaes para eixos triplos.

Para encontrar o volume de trfego na entrega da obra (Vi), empregou-se a

frmula abaixo:

= (1 + ) (Equao 3)

Onde:

Vo o volume de projeto;

tg a taxa de crescimento geomtrica.

Para encontrar o volume de trfego no sentido mais solicitado (Vt), utilizou-se a

frmula abaixo:

= 365(1 + ) 1

(Equao 4)

Onde:

Vi o volume de trfego na entrega da obra;

P o perodo de projeto.

13

O nmero de aplicaes da carga padro (N) foi obtido a partir da equao

abaixo:

= (Equao 5)

Onde

Vt o volume de trfego no sentido mais solicitado;

Fv o fator veculo;

Fr o fator climtico regional.

Adotou-se o mtodo de dimensionamento de Pavimento Flexvel do

Engenheiro Murilo Lopez de Souza, adotado pelo DNIT. Atravs do grfico abaixo,

obteve-se a espessura da camada acima da sub-base (H20), em funo do nmero N

e do CBR.

Grfico X: Dimensionamento de pavimentos flexveis.

Fonte: Seno, 1997.

14

A espessura da base (B), sub-base (h20) e reforo do sub-leito (href) so

obtidos pela resoluo sucessiva das equaes abaixo:

! + "!# %20' (Equao 6)

! + "!# + )#!)# %* (Equao 7)

! + "!# + )#!)# + +,!+, %- (Equao 8)

Onde:

R a espessura mnima do pavimento betuminoso;

B a espessura mnima da base;

hsb a espessura mnima da sub-base;

href a espessura mnima do reforo;

Kr o coeficiente estrutural do revestimento betuminoso;

Kb o coeficiente estrutural da base;

Ksb o coeficiente estrutural da sub-base;

Kref o coeficiente estrutural do reforo do sub-leito;

C um fator de correo, adota-se:

c = 1,2 para N >10

c = 0,8 quando N 10 e o CBR da sub-base for 40

c = 1 para os demais casos.

Figura 2.

Fonte: UFMG.

Para o dimensionamento do pavimento, utilizou-se sub-leito com CBR

especificado conforme ensaio de solo no LATEC, sub base granular de CBR 20 e base

granular de CBR 80.

Os coeficientes de equivalncia estrutural em funo do tipo de pavimento so

obtidos a partir da tabela 1.

15

A espessura mnima (R mn) para o revestimento betuminoso tem como

objetivo proteger a camada de base do reforo e evitar a ruptura do prprio

revestimento. As espessuras recomendadas seguem na tabela 2, e so funo do

nmero N.

As especificaes do DNIT e DEINFRA/SC estipulam uma espessura mnima

de camada granular para as rodovias, de 15 cm, assim, caso a espessura calculada

seja menor que este valor, ser adotado 15 cm, ou recalcula-se o dimensionamento,

considerando a possibilidade de excluir-se a camada delgada com o reforo da

anterior.

16

4. ANLISES E RESULTADOS

4.1 Clculo do N

O primeiro passo para o clculo do N foi a contagem de veculos, realizada em

campo, compilando-se os dados registrados na tabela abaixo.

Tipo de veculo Qtde. %

Veculos leves 848 93,91%

nibus/Caminho Simples-Simples

40 4,43%

Caminho Simples-Duplo

8 0,89%

Caminho Simples-Triplo

1 0,11%

Caminho Simples-Simples-Duplo

6 0,66%

Tabela 8: Quantidade e porcentagem de veculos por tipo de veculo.

Em seguida, calculou-se os valores do fator veculo para cada um dos tipos de

veculos(Fvi), atravs das somas dos FEOs para cada tipo de eixo, conforme a tabela

a seguir:

Tipo de veculo Eixo dianteiro Eixo traseiro Eixo traseiro

Fvi Peso (t)

FEO Peso (t)

FEO Peso (t)

FEO

Veculos leves 1 0,0004 1 0,0004 - - 0,0008

nibus/Caminhes Simples-Simples

6 0,2 10 3 - - 3,2000

Caminho Simples-Duplo

6 0,2 17 7 - - 7,2000

Caminho Simples-Triplo

6 0,2 26 9,88 - - 10,0800

Caminho Simples-Simples-Duplo

6 0,2 10 3 17 7 10,2000

Tabela 9: Fator veculo por tipo de veculo

A partir, destes dados, foi ento possvel calcular o fator veculo (FV) a ser

utilizado para o clculo de N, utilizando-se das porcentagens de cada tipo de veculos

e dos valores de Fvi.

17

Tipo de veculo Qtde. pv Fvi Fvi.pv

Veculos leves 848 93,91% 0,0008 0,0008

nibus/Caminhes Simples-Simples

40 4,43% 3,2000 0,1417

Caminho Simples-Duplo 8 0,89% 7,2000 0,0638

Caminho Simples-Triplo 1 0,11% 10,0800 0,0112

Caminho Simples-Simples-Duplo

6 0,66% 10,2000 0,0678

FV 0,2852

Tabela 10: Determinao do fator veculo FV.

Em seguida, foram observados os valores do fator horrio (FH) e do fator faixa

(FF). Para os fatores dia, ms e climtico regional, adotou-se o valor de 1,0, conforme

orientados pelo professor. Para o FF, observou-se a distriubuio dos carros entre as

2 faixas da via, observando-se que 55% (44 de 80) dos mesmos circulavam pela faixa

da esquerda. J para o FH, utilizou-se as mdias de trfego para o horrio da medio

(entre 16h e 17h).

% =100

7,474 % = 13,3797

=44

80 = 0,55

Desta forma, procedeu-se com os clculos dos volumes de referncia, inicial e ,

utilizando-se taxa geomtrica de 2% ao ano, perodo inicial de 2 anos e perodo de

projeto de 12 anos.

Volume de referncia (Vo):

= +'45)/%7%7

= 903713,379770,55

= 6645,04/8

Volume inicial (Vi):

= 6645,04(1 + 2%):

= 6913,50/8

Volume total (Vt):

= 3656913,50(1 + 2%);: 1

2%

= 33.844.414,44+'45)

18

Com os valores j calculados, pde obter-se, ento, o valor de N:

=

= 33844414,440,28521,0

= 33844414,440,28521,0

= 9,6510

4.2 Dimensionamento do pavimento

Com o valor de N encontrado, parte-se para o dimensionamento das camadas

do pavimento, utilizando-se os valores de CBR arbitrados para base e sub-base, e o

CBR do solo ensaiado no LATEC para o sub-leito.

N 9,65E+06

CBR sub-leito (ensaio M1) 2

CBR sub-base 20

CBR base 80 Tabela 11: Valores de N e CBR dos materiais do pavimento.

A partir do N foi dimensionado o revestimento (R), adotando-se para o mesmo

o mnimo recomendado de 7,5 cm e concreto betuminoso como seu material. O fator

de correo C apresentado abaixo foi obtido a partir de seu valor de N, enquanto Kr,

Kb e Ksb, so valores tabelados em funo do material utilizado em cada uma das

camadas. H20 e Hx foram encontrados aplicando-se o N e cada CBR, no baco para

dimensionamento de pavimentos flexveis.

R 7,50 cm

C 1

Kr 2

Kb 1

Ksb 1

H20 27,00 cm

Hx = H2 111,00 cm Tabela 12: Valores para o dimensionamento das camadas da base e sub-base.

19

- Clculo da espessura da base:

! + "!# %20'

7,52 + "1 271

" 12'-

Como o DNIT normatiza que, para camadas granulares, no devem ser usadas

camadas com espessura inferior a 15cm, adotou-se:

"=8 = 15'-

- Clculo da espessura da sub-base:

! + "!# + )#!)# %*

7,52 + 151 + )#1 111

)# 81'-

)#=8 = 81'-

Teve-se como resultados do dimensionamento, os valores abaixo para as

camadas que formam o pavimento:

= 7,5'-(>*'+"+4-*))

" = 15'-

)# = 81'-

Cabe ressaltar que foi necessrio adotar espessura de 15 cm para a base,

visando atender a normatizao do DNIT, que exige ao menos 15 cm para camadas

formadas por materiais granulares. J o elevado valor da espessura da sub-base

justifica-se pelo baixo valor de CBR do solo que compe o sub-leito, podendo-se

considerar como alternativa a execuo de uma camada de reforo entre o sub-leito e

a sub-base.

20

5. CONCLUSO Com base nos dados analisados para o dimensionamento da Avenida

Vereador Abraho Joo Francisco, considerando o material analisado no LATEC

referente ao ensaio de CBR feito na mdia anterior, asub-base dever ter uma grande

espessura, porm, para que este valor possa ser mais prximo ao real dever ser

realizado um ensaio com o material referente localidade onde dever ser aplicado a

pavimento. Para espessura da base do pavimento se adotou a mnima, pois os valores

calculados ficaram abaixo do mnimo exigido por norma.

Portanto, se pode dizer que este trabalho foi de grande valia tanto no mbito

prtico como terico no que se diz a respeito a dimensionamento de pavimentos pelo

mtodo adotado atualmente pelo DNIT.

21

6. REFERNCIAS

WENDT, Jos Nuno Amaral. Notas de aula sobre pavimentao.

SANTANNA-GRECO, J. A. Construo de Estradas e Vias Urbanas:

Dimensionamento de Pavimentos Flexveis - Mtodo Emprico do DNIT

Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia