_Dimensionamento2

Pavimentos Rodoviários

Trabalho Prático n.º 3

Dimensionamento de uma camada de

Reforço de um Pavimento flexível

Í ndice

1 Introdução ................................................................................................................. 3

2 Objetivos ................................................................................................................... 4

3 Dados do Problema ................................................................................................... 4

4 Análise do Pavimento Flexível ................................................................................... 6

4.1 Determinação dos Módulos de Deformabilidade ............................................. 6

4.2 Temperatura de Serviço Equivalente................................................................. 8

4.3 Correção do Módulo de Deformabilidade Para a Temperatura de Serviço

Equivalente ................................................................................................................... 8

4.4 Cálculo da Vida Útil Restante do Pavimento Flexível ........................................ 9

5 Dimensionamento da Camada de Reforço ............................................................. 11

6 Conclusão ................................................................................................................ 15

7 Bibliografia .............................................................................................................. 16

Í ndice de figuras

Figura 1 - Deflectograma representativo ......................................................................... 5

Figura 2 - Deflectograma representativo e tentativas ..................................................... 6

Figura 3 -Deflectograma representativo e 4º Tentativa .................................................. 7

Figura 4 - Camadas e Características da 4ª tentativa ....................................................... 7

Figura 5 - Camadas e Características do Pavimento Flexível ........................................... 9

Figura 6 - Camadas e Características do Pavimento Flexível com camada de reforço de

7 cm ................................................................................................................................ 13

Figura 7 - Camadas e Características do Pavimento Flexível com camada de reforço de

6 cm ................................................................................................................................ 14

Í ndice de tabelas

Tabela 1 - Deflectograma representativo ao grupo 3 ...................................................... 5

Tabela 2 - Quadro das tentativas para a estimação do módulo de deformabilidade...... 6

Tabela 3 - Parâmetros e coeficiente de correlação do modelo de previsão da TE .......... 8

1 Introdução

Nas últimas décadas a rede rodoviária sofreu um crescimento acentuado na sua

extensão, volume de tráfego, qualidade e importância estratégica no desenvolvimento

do País. Hoje, a construção é cada vez menor e assiste-se, sistematicamente, a uma

redução dos períodos de vida útil no dimensionamento de pavimentos. A política atual

incide sobretudo por estratégias de conservação ou reabilitação da rede existente, de

forma a garantir não só as características superficiais e estruturais das vias, mas

também as condições de segurança e conforto dos seus utilizadores.

As entidades responsáveis pela gestão das vias de comunicação, deparam-se

atualmente, com o desafio de conservar e reabilitar o património rodoviário existente,

contemplando-se cada vez mais com orçamentos reduzidos e níveis de exigências de

qualidade e tráfego elevados. Por outro lado, seguindo as outras vertentes da

engenharia civil, a questão da sustentabilidade e do ambiente são pontos que não

estão esquecidos pelas entidades gestoras das redes viárias, pelo que cada vez mais

privilegia-se, não só os critérios clássicos de exequibilidade técnica e económica, como

também a minimização dos impactos ambientais. A junção dos fatores sócio-

económicos com os ambientais tem conduzido ao aparecimento de novas técnicas de

conservação e de reabilitação, privilegiando a economia de matérias-primas e o

reaproveitamento de materiais para a conceção de pavimentos, respondendo assim

aos atuais níveis de exigência (Batista 2004).

O uso de novas soluções para a conservação e reabilitação de pavimentos, em

detrimento das soluções ditas tradicionais são cada vez mais comuns. No entanto,

muitas das técnicas já hoje utilizadas na reabilitação de pavimentos apresentam ainda

algumas limitações quanto às especificações de uso corrente e sobretudo no

desempenho a médio/longo prazo, dependendo não só dos materiais e técnicas

construtivas, mas também do estado dos pavimentos, da sua constituição, do tráfego

utente e das condições climáticas (Batista 2004).

Cada vez mais se torna necessário desenvolver ações de manutenção,

reabilitação e/ou requalificação destas vias. Os objetivos gerais destas intervenções

passam pela manutenção ou melhoria das condições de segurança para os utilizadores,

pela diminuição de custos de utilização, pelo aumento do tempo de vida útil das

estruturas e pela adequação de vias com capacidade vencida às novas condições de

utilização (Picado-Santos et al. 2006b).

2 Objetivos

Os objetivos deste trabalho são:

Avaliar a capacidade de carga, em termos de vida restante, dum trecho de

pavimento rodoviário flexível;

Estabelecer a espessura da camada de reforço a realizar de modo a garantir a

adequada capacidade de carga do pavimento.

3 Dados do Problema

Parte 1

O pavimento está localizado na região de Beja;

O solo de fundação é caracterizado por um CBR de 12%;

O betume original de misturas era do tipo 35/50;

O pavimento analisado apresenta a seguinte estrutura:

A carga utilizada nos ensaios de carga com defletómetro de Impacto foi de 60

kN;

(25 cm)

A placa de carga com 30 cm de diâmetro;

A temperatura no pavimento era de 180C;

Os resultados dos ensaios, realizados em finais de Março, conduziram ao

defletograma representativo indicado na Tabela 1:

Distância ao ponto de carga (m) 0,0 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0

Deflexão (µm) 481 356 289 236 177 117 86

Tabela 1 - Deflectograma representativo ao grupo 3

Figura 1 - Deflectograma representativo

Parte 2

Admitindo que o trafego previsto para os próximos 10 anos é de 40 milhões de

eixos-padrão de 80 kN na via mais solicitada.

0

100

200

300

400

500

0 0,5 1 1,5 2

De

fle

xão

[µ

m]

distância ao ponto de carga [m]

Deflectograma

Deflectogramarepresentativo

4 Análise do Pavimento Flexível

4.1 Determinação dos Módulos de Deformabilidade

Através do EXCEL e do BISAR 3.0 determinou-se os módulos de deformabilidade

das camadas por aproximação ao defletograma representativo do pavimento. Foram

efetuadas várias tentativas de modo a encontrar os valores dos módulos de

Deformabilidade das várias camadas consideradas para obter valores semelhantes de

deslocamento vertical (deflexão).

0 0,3 0,5 0,7 1 1,5 2

Defl. Representativo

481 356 289 236 177 117 86 Esf E sub-base E betuminoso

1ª Tentativa 389,2 292,3 239,3 196 147,2 97,4 70,65 120 240 3000

2ª Tentativa 408,2 310,6 256,3 211,3 160 106,6 77,35 110 240 3000

3ª Tentativa 440,3 336,1 278,4 230,4 175,3 117,4 85,29 100 240 2800

4ª Tentativa 480,3 356,1 289,8 236,2 176,6 116,6 84,62 100 200 2300

Tabela 2 - Quadro das tentativas para a estimação do módulo de deformabilidade

Figura 2 - Deflectograma representativo e tentativas

0

100

200

300

400

500

0 0,5 1 1,5 2

De

fle

xão

[µ

m]


Deflectograma

Deflectogramarepresentativo1º Tentativa

2º Tentativa

3º Tentativa

4º Tentativa

Figura 3 -Deflectograma representativo e 4º Tentativa

Como se pode verificar através da Tabela 2 e Figura 2, na 4ª tentativa

atingiram-se os valores muito próximos aos pretendidos para os deslocamentos

verticais, logo os valores dos Módulos de Deformabilidade são os apresentados na

Tabela anterior.

Como o Módulo de Deformabilidade do Solo de Fundação foi de 100 MPa, a

classe de fundação mantém-se como F3.

Figura 4 - Camadas e Características da 4ª tentativa

0

100

200

300

400

500

0 0,5 1 1,5 2

De

fle

xão

[µ

m]


Deflectograma

Deflectogramarepresentativo

4º Tentativa

4.2 Temperatura de Serviço Equivalente

Localização: Beja;

Tipo de Pavimento: Pavimento Flexível de Base Betuminosa;

Temperatura Ponderada do Local: TPOND = 29,60C (Baptista e Picado-Santos,

Estradas 2002);

Classe de Fundação: F3 (Quadro 4.1, Manual Conceção de Pavimentos)

Tabela 3 - Parâmetros e coeficiente de correlação do modelo de previsão da TE

Temperatura de serviço equivalente:

CBTAT PONDE

082,29025,116,29635,0

Betume 35/50: mmpen 11050,422

5035

mmrpen 1106,2750,4265,025

4.3 Correção do Módulo de Deformabilidade Para a Temperatura

de Serviço Equivalente

Em(18ºC) = 2300 MPa;

Em(29,82ºC) = ? MPa.

CTT

rpenE

ET 0

25

25,25

log)151,1251218,0(1

CTT

rpenE

ET 0

25

25,25

log)200,3250308,0(1

T = 250C

CTrpenE

E 0

25

18 25,18

25log)151,1251218,0(1

18

25log)151,16,271218,0(1

2300

25E

MPaE 140025

T = 29,820C

CTrpenE

E0

25

82,2925,

82,29

25log)200,3250308,0(1

82,29

25log)200,36,270308,0(1

1400

82,29E

MPaE 97082,29

4.4 Cálculo da Vida Útil Restante do Pavimento Flexível

De modo a calcular a fadiga e deformação, são colocados no programa BISAR 3

os dados relativos ao número de camadas, as suas espessuras, o módulo de

deformabilidade e coeficiente de Poisson das várias camadas.

Figura 5 - Camadas e Características do Pavimento Flexível

Extensões (Bisar 3.0)

z = 367,8x10-6mm (Fadiga);

t = 194,6x10-6mm (Deformação Permanente).

Método da Shell

Fadiga (εt) = 1,95E-04mm

Deformação permanente (εz) = 3,68E-04mm

Em= 970 Mpa

TVB= 11 %

K= 21000

Distribuição lat. de rodados = 2,5

Repouso entre carregamentos = 5

Lei de Fadiga:

tm

fadE

TVBN

36.0

08,1856,0

fad

fadigaN

ND 80

Fadiga(εt)

Nfad = 2,28E+08

N80 = 4,00E+07

DFad= 17,53%

Lei de Deformação Permanente:

4

z

def

KN

def

pdefN

ND 80

.

Deformação permanente(εz)

Ndef.p = 1,06E+07

N80 = 4,00E+07

Ddef.p= 376,38%

Onde:

εt – Extensão de tração (mm);

εz – Extensão vertical de compressão (mm);

K1 – 2,1×104, para probabilidade de sobrevivência de 85%;

TVB – Teor volumétrico de betume (%);

Em – Módulo de deformabilidade (Pa).

A resistência do pavimento em termos de passagens de eixos-padrão é

condicionada ao menor valor e é de 10,6E+06.

5 Dimensionamento da Camada de Reforço

Admitindo que o tráfego admitido para os próximos dez anos é de 40x106

passagens de eixos-padrão necessitamos de camada de reforço visto que:

66

10 106,101040 anosN

O dimensionamento da camada de reforço será feito como se tratasse do

dimensionamento de um pavimento flexível novo, pelo método da Shell, com as

seguintes características:

porosidade (ɳ) = 4 %

Volume de vazios no esqueleto de agregado (VMA) = 16 %

Teor volumetrico de betume (TVB) = 12 %

Percentagem volumétrica de agregados (Va) = 84 %

Betume = 50/70

Temperatura de serviço do material (T) = 29,82 ºC

Velocidade (Km/h) (V) = 50 Km/h

Penetração do betume a 25 ºC (pen25) = 42,5 x 10^-1mm

Penetração de betume a 25 ºC recuperado (pen25r) = 27,6 x 10^-1mm

Temperatura de anel e bola recuperado (tabr) = 61,15 ºC

Tempo de carregamento (tc) = 0,02 s

Índice de penetração do betume (IP) = -0,109

Rigidez de betume (Sb) = 16,43 Mpa

Método da SHELL

Sm108 = 9,984

Sm3109 = 10,596

S68 = 0,671

S89 = 0,465

K = 9,457

Em = 2870 Mpa

Para as características acima mencionadas e através do método de Shell, foi

calculado um Módulo de Elasticidade = 2870 MPa.

Serão realizadas várias tentativas com diferentes espessuras, de modo a

verificar os requisitos da camada de reforço com os dados a serem inseridos, e

posteriormente retirados do programa BISAR 3.0:

1ª Tentativa (7 cm)

Figura 6 - Camadas e Características do Pavimento Flexível com camada de reforço de 7 cm

Método da Shell

h= 7cm

Camada de reforço

Camada betuminosa

Fadiga (εt) = 8,81E-05mm 1,32E-04mm


Em = 2870 Mpa 970 Mpa

TVB = 12 % 12 %

K = 21000 21000

Distribuição lat. De rodados = 2,5 2,5

Repouso entre carregamentos = 5 5

Fadiga (εt)

Nfad = 2,52E+09 1,77E+10

N80 = 4,00E+07 4,00E+07

Dfad = 1,59% 0,23%

Deformação permanente (εz)

Ndef.p = 5,23E+07

N80 = 4,00E+07

Ddef.p = 76,55%

2ª Tentativa (6 cm)

Figura 7 - Camadas e Características do Pavimento Flexível com camada de reforço de 6 cm

Método da Shell

h= 6cm

Camada de reforço

Camada betuminosa

Fadiga (εt) = 7,94E-05mm 1,39E-04mm


Em = 2870 Mpa 970 Mpa

TVB = 12 % 12 %

K = 21000 21000

Distribuição lat. De rodados = 2,5 2,5

Repouso entre carregamentos = 5 5

Fadiga (εt)

Nfad = 2,52E+09 1,77E+10

N80 = 4,00E+07 4,00E+07

Dfad = 1,59% 0,23%

Deformação permanente (εz)

Ndef.p = 4,36E+07

N80 = 4,00E+07

Ddef.p = 91,70%

O dano por Deformação Permanente está muito perto do limite dos 100%,

além disso a execução de camadas betuminosas de reforço com menos de 7cm teria

de ser conseguida através de um micro betão, o que encareceria a solução. Sendo

assim optou-se pela 1ªsolução com uma camada betuminosa de reforço de 7cm.

6 Conclusão

Como podemos concluir, a vida útil do pavimento flexível é aproximadamente

10 milhões de eixos-padrão, ou seja, um valor reduzido tal com era esperado

inicialmente. Com isto, face ao trafego previsto nos 10 anos seguintes, a capacidade do

pavimento flexível não é suficiente devido aos danos por Deformação Permanente e

danos por Fadiga, embora estes não representem um problema para a capacidade

resistente. Portanto, conclui-se que seria necessário dimensionar uma camada de

reforço.

No dimensionamento desta camada de reforço foram utilizadas duas

espessuras diferentes (7 e 6 cm), concluindo-se que apenas a camada de reforço com 7

cm de espessura tornaria a capacidade resistente do pavimento flexível adequada.

Apesar de os valores ideais de dano de Fadiga e Deformação Permanente serem

próximos de 100%, tal não foi possível. Logo, optámos pela 1ª solução para a camada

de reforço após correr o programa BISAR 3.0.

7 Bibliografia

(A) Branco, F., Ferreira, P., & Santos, L. P. (2008). Pavimentos Rodoviários.

Coimbra: Edições Almedina.

(B) (1995). Manual de Pavimentos Rodoviários Para a Rede Rodoviária

Nacional, JAE.

(C) Batista, A. M., Santos, L. P. (2002). Estruturas de Pavimento Rodoviário

Flexível.

(D) Apontamentos fornecidos pelo docente da cadeira.

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