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Universidade do Minho Escola de Engenharia Rafael Alexandre Rebelo da Silva Peixoto Avaliação de metodologias de dimensionamento de pavimentos de baixo volume de tráfego muito pesado Novembro 2014

Universidade do Minho Escola de Engenharia Rafael Alexandre Rebelo da Silva Peixoto Avaliação de metodologias de dimensionamento de pavimentos de baixo volume de tráfego muito pesado Dissertação de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Civil Trabalho efetuado sob a orientação de: Professor Doutor Joel Ricardo Martins Oliveira Novembro de 2014

iii

AGRADECIMENTOS

No meio desta panóplia de sentimentos é difícil encontrar as palavras certas para

demonstrar o meu profundo agradecimento a todas as pessoas que caminharam e

partilharam comigo o alcance deste sonho.

Ao meu orientador, Professor Doutor Joel Ricardo Martins Oliveira, pela sua

disponibilidade, pelas palavras de conforto e motivação, pelas críticas e reflexões

conjuntas que tornaram este trabalho um desafio constante, pela sua dedicação perante

o tema do meu relatório, que me ajudou a torná-lo mais simples e claro.

Aos meus pais, os meus pilares, pelos sacrifícios, pela sua presença atenta e

disponível, pelo seu amor incondicional, que tornaram possível a realização deste

sonho.

À minha avó, meu exemplo de vida, que esteve comigo em todos os instantes,

apoiando-me e dando-me força e motivação para continuar.

À Carina, minha amiga e namorada, que me ajudou e motivou de todas as formas

possíveis, pela sua disponibilidade e pela sua compreensão. Tenho a certeza que sem

ela seria mais difícil a conclusão do meu curso e respetivo relatório que culmina no

concretizar de um sonho.

Aos meus amigos e colegas do Mestrado, companheiros desta etapa que assim se

tornou um pouco mais fácil, aos meus colegas de trabalho, com o apoio e incentivo

necessário durante todo o processo de execução desta dissertação e a minha amiga

Sara Oliveira pelo seu contributo na fase determinante da minha dissertação.

v

Avaliação de metodologias de dimensionamento de pavimentos de baixo volume de

tráfego muito pesado

RESUMO

Neste projeto o principal tema a abordar são as estradas de baixo volume de tráfego e

sujeitas a cargas muito pesadas. Estas estradas são muitas vezes a última parte do sistema

viário a beneficiar das últimas ideias de engenharia. Estas vias são consideradas como

vias de menor importância, são muito numerosas, e os seus problemas são muito exigentes

para os recursos limitados da maioria das grandes agências rodoviárias do mundo. Assim,

as inovações que vão surgindo na maior parte das vezes têm que esperar até estarem

completamente integradas e comprovadas nas principais rodovias antes de serem usadas

nas estradas de baixo volume de tráfego (Irwin, 1991).

Em Portugal existe uma carência de um método específico para o dimensionamento de

estradas de baixo volume de tráfego. O MACOPAV indica que os pavimentos sujeitos a

tráfego muito reduzido como é o pretendido no projeto em estudo (Tráfego Médio Diário

Anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido de circulação e na via mais

solicitada - TMDAp <50) devem ser objeto de um estudo específico.

Posto estas condicionantes o objetivo deste projeto consiste em desenvolver um método

de dimensionamento de pavimentos destinados a baixo volume de tráfego com cargas

pesadas. Assim, pretende estudar-se quais os materiais e os métodos construtivos a

considerar nos pavimentos sujeitos a baixo volume de tráfego, quais os métodos de

dimensionamento a adotar, bem como, qual a constituição física de um pavimento sujeito

a este tipo de solicitações. Pretendeu-se ainda determinar qual é o desempenho espectável

de uma estrada sujeita a baixo volume de tráfego e comparar e criticar os resultados

obtidos no método proposto com o dimensionamento apresentado em projetos existentes,

de forma a aferir a sua capacidade de satisfazer as necessidades a nível estrutural de um

pavimento sujeito a baixo volume de tráfego com cargas pesadas.

Palavras-chave: Pavimentos de baixo volume de tráfego; Métodos empíricos; Catálogos

de dimensionamento; Ábacos de dimensionamento

vii

Evaluation of pavement design methods for low volume roads with heavy traffic

ABSTRACT

In this project the main topic to be addressed is the low traffic volume roads subjected to

very heavy loads. These roads are often the last part of the road system to benefit from

the latest engineering ideas. These roads are considered minor assets, they are numerous,

and their problems are very demanding for the limited resources of most major road

agencies in the world. Thus, the innovations that arise in most cases have to wait until

they are fully integrated and proven on major highways before being used in low traffic

volume roads (Irwin, 1991).

In Portugal, there is a lack for a specific method for the design of low traffic volume

roads. MACOPAV indicates that the pavements subjected to very low traffic, as is desired

in the project under study (Annual Average Daily Traffic of heavy vehicles in the opening

year, per direction of movement and in the most requested lane - TMDAp <50), should

be the object of a specific study.

Given these conditions the objective of this project is to develop a design method of

pavements for the low traffic volume roads with heavy loads. It is intended to study which

materials and construction methods should be considered in pavements subject to low

traffic volume, which design methods to adopt and what should be the constitution of a

pavement subjected to such loads. Another objective is to determine what is the expected

performance of a road subject to low traffic volume, and compare and criticize the results

obtained with the proposed method with the designs presented in existing, in order to

assess their ability to meet the needs at a structural level for a pavement subjected to low

traffic volume with heavy loads.

Keywords: Low traffic volume road pavements; Empirical methods; Design catalogues;

Design Charts

Índice

ix

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 1

1.1 Enquadramento do tema ..................................................................................... 1

1.2 Objetivos do trabalho ......................................................................................... 5

1.3 Estrutura da dissertação ...................................................................................... 6

2. ESTADO DA ARTE SOBRE PAVIMENTOS SUJEITOS A BAIXO VOLUME DE

TRÁFEGO ................................................................................................................... 7

2.1 Introdução ........................................................................................................... 7

2.2 Metodologias existentes para o dimensionamento de estradas de baixo volume de tráfego ............................................................................................. 14

2.3 Pavimentos especiais sujeitos a tráfego pesado ............................................... 19

3. PROPOSTA DE MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS DE BAIXO

VOLUME DE TRÁFEGO ............................................................................................ 25

3.1 Introdução ......................................................................................................... 25

3.2 Descrição da metodologia utilizada ................................................................. 26

3.2.1 Princípios básicos da metodologia .......................................................... 26

3.2.2 Método de dimensionamento por catálogo ............................................. 34

3.3 Desenvolvimento de critérios de dimensionamento para estradas não pavimentadas .................................................................................................... 40

4. ANÁLISE COMPARATIVA DE PROJETOS REAIS COM SOLUÇÕES OBTIDAS PELO

MÉTODO PROPOSTO ................................................................................................ 45

4.1 Enquadramento ................................................................................................. 45

4.2 Análise de projetos reais ................................................................................... 46

4.3 Proposta de Soluções Alternativas ................................................................... 48

4.4 Análise Comparativa das Soluções Obtidas ..................................................... 53

4.5 Análise de Sensibilidade do Dimensionamento em Função do Tráfego .......... 55

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................................... 59

Avaliação de metodologias de dimensionamento de pavimentos de baixo volume de tráfego muito pesado

x

5.1 Conclusões ........................................................................................................ 59

5.2 Trabalhos futuros .............................................................................................. 60

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 63

Índice

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Camião de 12 eixos de Cooperativas federadas Ltd. (Berthelot, 2005) .......... 3

Figura 2 - Abordagens tradicionais versus abordagens atuais .......................................... 9

Figura 3 - Diagrama esquemático do método empírico do “Manual Euroadoquín”

(ADAH, 2004) ............................................................................................... 16

Figura 4 - Diagrama esquemático do método abreviado do “Manual Euroadoquín”

(ADAH, 2004) ............................................................................................... 16

Figura 5 - Diagrama de dimensionamento segundo método “DGADR” (DGADR,

2010) .............................................................................................................. 17

Figura 6 - Distribuição do peso bruto para cada modelo de aeronave ........................... 22

Figura 7 - Gráficos espectrais de danos .......................................................................... 22

Figura 8 - Gráfico "tridimensional" de deslocamento vertical ....................................... 23

Figura 9 - Regiões climáticas dos Estados Unidos. ........................................................ 27

Figura 10 - Ábaco de dimensionamento para estradas não pavimentadas

considerando a perda de nível de serviço admissível. ................................... 31

Figura 11 - Ábaco de dimensionamento para estradas não pavimentadas

considerando a deformação (profundidade da rodeira) admissível. .............. 31

Figura 12 - Dano total Vs espessura da camada de base tendo por base o critério de

serviço (Manutenção) e deformação (Rutting) .............................................. 33

Figura 13 - Ábaco para converter a espessura de material granular da base numa

espessura equivalente de camada de sub-base. .............................................. 33

Figura 14 - Diagrama esquemático do procedimento de dimensionamento por

catálogos para pavimentos flexíveis (método A). ......................................... 36

Figura 15 - Leis de fadiga referentes ao critério da perda do nível de serviço (ΔPSI)

igual a 1,0, 2,0 e 3,0 ....................................................................................... 42

Figura 16 - Leis de fadiga referentes ao critério de deformação admissível (RD)

igual a 2 e 3 polegadas ................................................................................... 43


xii

Figura 17 - Determinação da espessura mínima a usar na base do pavimento D1,

tendo em conta o valor de CBR do solo de fundação .................................... 46

Figura 18 - Determinação da espessura mínima a usar na base do pavimento D2,

tendo em conta o valor de CBR do solo de fundação .................................... 47

Figura 19 - Secção transversal do pavimento D1. .......................................................... 48

Figura 20 - Secção transversal do pavimento D2. .......................................................... 48

Figura 21 - Estruturas-tipo para o dimensionamento dos pavimentos segundo o

“novo” método ............................................................................................... 50

Figura 22 - Nomograma referente ao “novo” método para cerca de 60 000

passagens de eixo de 100 kN ......................................................................... 51

Figura 23 - Nomograma referente ao “novo” método para cerca de 40 000

passagens de eixo de 100 kN ......................................................................... 51

Figura 24 - Comparação entre o dimensionamento utilizando o novo método e o

método polaco (sem geogrelha) para um tráfego de 60000 EP (100kN). ..... 53


método polaco (sem geogrelha) para um tráfego de 40000 EP (100KN). .... 54


método polaco (com geogrelha) para um tráfego de 60000 EP (100KN). .... 55


método polaco (com geogrelha) para um tráfego de 40000 EP (100KN). .... 55

Figura 28 - Espessura necessária tendo em conta o número acumulado de eixos-

padrão para um módulo de fundação de 50 MPa. ......................................... 56

Figura 29 - Espessura necessária tendo em conta o número acumulado de eixos-


Figura 30 - Espessura necessária tendo em conta o número acumulado de eixos


Figura 31 - Espessura necessária tendo em conta o número acumulado de eixos


Índice

xiii

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 - Classes de tráfego consideradas no MACOPAV (adaptado de JAE, 1995) ... 8

Tabela 2 - Estradas na região da SADC (Sul de Africa) ................................................ 11

Tabela 3 - Duração das estações do ano (meses) para as seis regiões climáticas dos

EUA. .............................................................................................................. 27

Tabela 4 - Cálculo do dano total do pavimento para ambos os critérios (Nível de

serviço e Deformação), com base numa espessura experimental da

camada de base. ............................................................................................. 28

Tabela 5 - Módulo resiliente sazonal do solo de fundação, MR (psi), em função da

qualidade relativa do material da fundação. .................................................. 30

Tabela 6 - Módulo resiliente efetivo sazonal do solo de fundação, MR (psi), em

função da qualidade relativa do material da fundação. ................................. 30

Tabela 7 - Catálogo de dimensionamento de pavimentos flexíveis para estradas de

baixo volume de tráfego - Nível de confiança de 50%.................................. 34

Tabela 8 - Catálogo de dimensionamento de pavimentos flexíveis para estradas de

baixo volume de tráfego - Nível de confiança de 75%.................................. 35

Tabela 9 - Níveis de tráfego considerados no dimensionamento de pavimentos

flexíveis. ........................................................................................................ 35

Tabela 10 - Níveis de qualidade do solo de fundação. ................................................... 37

Tabela 11 - Catálogo de dimensionamento de pavimentos rígidos para estradas de

baixo volume de tráfego: nível de confiança 50% e sem camada granular

de sub-base .................................................................................................... 37


baixo volume de tráfego: nível de confiança 50% e com camada granular

de sub-base .................................................................................................... 38


baixo volume de tráfego: nível de confiança 75% e sem camada granular

de sub-base .................................................................................................... 38


xiv


baixo volume de tráfego: nível de confiança 75% e com camada granular

de sub-base .................................................................................................... 39

Tabela 15 - Níveis de tráfego considerados no dimensionamento de pavimentos

com camada de desgaste em material granular ............................................. 39

Tabela 16 - Catálogo de dimensionamento de estradas não pavimentadas:

espessuras recomendadas para a base em material granular (inches) ........... 40

Tabela 17 - Coeficientes das leis de fadiga para o critério de perda do nível de

serviço ............................................................................................................ 43

Tabela 18 - Coeficientes das leis de fadiga para o critério de rodeira admissível .......... 43

Tabela 19 - Características mecânicas adotadas para as misturas com ligantes

hidráulicos com base no “MACOPAV” ........................................................ 49

Tabela 20 - Espessuras das camadas em função do tipo de pavimento, materiais e

fundação para um tráfego do projeto de 60000 EP 100kN............................ 50

Tabela 21 - Espessuras das camadas em função do tipo de pavimento, materiais e

fundação para um tráfego do projeto de 40000 EP 100kN............................ 50

Símbolos e Abreviaturas

xv

SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials

AADT - Annual Average Daily Traffic

ADT - Annual Daily Traffic

APSDS - Airport Pavement Structural Design System

BPA - British Ports Association

BE - Base estabilizada

BG - Base granular

CBR - California Bearing Ratio

Cd - Condições de drenagem

CSIR - Council for Scientific and Industrial Research

CVO - Commercial vehicle operations

Dbs - Valor médio da espessura da base

DI - Índice de dimensionamento

EBS - Módulo da camada de base

Ec - Média dos módulos de elasticidade do betão de cimento

ESAL - Carga por eixo único equivalente

ESALs - Resumo estatístico da carga de tráfego cumulativa

EUA - Estados Unidos América

GE - Granular Equivalente

GL - Perda de material granular

HCADT - Heavy Commercial Average Daily Traffic (tráfego médio diário

comercial pesado)

LVRS - Low Volume Roads

MR - Módulo resiliente

MACOPAV - Manual de Conceção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional


xvi

NPRA - Norwegian Public Roads Agency

PAWL - Port Area Wheel Load.

PSI - “Present Serviceability Index” (Índice de qualidade de serviço atual)

ΔPSI - Perda de qualidade de serviço atual

∆PSItráfego - Perda de qualidade de serviço atual devido ao tráfego

∆PSIsc/fh - Perda de qualidade de serviço atual devido ao congelamento dos solos

psi - Unidade de medida de pressão (força por polegada quadrada)

RD - Rodeira

R- Value - Resistance Value

SADC - Southern African Development Community

SBG - Sub-base granular

S’c - Média do módulo de rutura

SF - Soil Factor

SN - Structural Number

ST - Solo tratado

TBS - Tensar Base System

Tf - Toneladas força

Ton - Toneladas

TMD - Tráfego médio diário

TMDAp - Tráfego Médio Diário Anual de veículos pesados no ano de abertura,

por sentido de circulação e na via mais solicitada

TRB - Transportation Research Board

USACE - United States Army Corps of Engineers

Vpd - Veículos por dia

xvii

“Frase inspiradora”

"A partilha de conhecimento não é o problema, e sim a solução. A partilha de

conhecimento não divide o conhecimento, mas fá-lo crescer e multiplicar-se. Quem sabe

e divide o que sabe, não precisa temer que aquele a quem ensina "roube" o seu lugar.

Conhecimento é construção coletiva, dividi-lo é condição necessária para saber mais.”

Koïchiro Matsura

Introdução

1

1. INTRODUÇÃO

1.1 ENQUADRAMENTO DO TEMA

Um componente estrutural essencial ao transporte de veículos são os pavimentos. Os

pavimentos mais comuns são pavimentos com camadas compostas por material

betuminoso. Estas estruturas devem ser concebidas para resistir a inúmeras cargas

repetidas, sujeito constantemente às variações climáticas ao longo do seu ciclo de vida. É

necessário fazer a avaliação de desempenho do material a colocar no pavimento, sendo

este um aspeto de grande importância para qualquer projeto. Se a seleção do material de

pavimento a colocar for de desempenho estrutural adequado pode aumentar a vida útil da

estrutura, exigindo menos medidas de manutenção e reparação (Tabatabaee and Bahia,

2012).

Neste projeto o principal tema a abordar são as estradas de baixo volume de tráfego, estas

são muitas vezes a última parte do sistema viário a beneficiar das últimas ideias de

engenharia. Estas vias são consideradas como vias de menor importância, pois são muito

numerosas, e os seus problemas são muito exigentes para os recursos limitados da maioria

das grandes agências rodoviárias do mundo. Os departamentos de obras públicas são

conservativos, e as agências de estradas locais são as mais mal financiadas de todas.

Assim, as inovações que vão surgindo na maior parte das vezes têm que esperar até

estarem completamente integradas e comprovadas nas principais rodovias antes de serem

usadas nas estradas de baixo volume de tráfego. Devido à existência deste problema, em

1975 foi convocada a primeira conferência internacional de estradas com baixo volume

de tráfego em Boise, Idaho, pelo Transportation Research Council, onde Eldon Yoder da

Universidade de Purdue assumiu a liderança. Desde então, as conferências têm sido

realizadas a cada 4 anos, em locais como; Phoenix, Arizona; Ithaca, Nova Iorque;

Raleigh, North Carolina. Estas conferências foram criadas com a finalidade de terminar

com a ideia de que as estradas de baixo volume de tráfego são o parente pobre de toda a

rede viária (Irwin, 1991).

Esta dissertação pretende estudar as condições de serviço ideais ao nível da pavimentação

que servirão de base para o transporte de carga significativamente pesada, mas com uma

frequência reduzida ao longo do seu ciclo de vida. Torna-se então essencial conhecer um


2

pouco daquilo que são os métodos de dimensionamento mais utilizados mundialmente no

que respeita a esta tipologia de pavimentação.

Outro fator importante a abordar neste trabalho recai sobre a existência de veículos muito

pesados. A deterioração de uma estrada é acelerada ao longo do tempo através da

aplicação de cargas repetidas geradas pelos veículos pesados. A pesquisa mostrou que os

danos no pavimento duplicaram em relação aos danos causados devido a cargas aplicadas

por eixo, que são apenas 20 por cento em relação ao máximo permitido (Paxson e

Glickert, 1982).

O crescimento no volume de tráfego ao nível dos camiões, como observado ao longo das

últimas décadas, combinadas com o aumento do peso dos veículos comerciais e

dimensões, está a fazer com que o tempo de vida previsto de muitas estradas diminua.

Consequentemente verifica-se um aumento nos custos relativos a manutenção e

preservação das mesmas (SDHT, 2005).

A deterioração do pavimento é ainda mais intensificada por um aumento de camiões com

excesso de peso, devido a benefícios económicos de um aumento da carga útil (Cunagin

et al., 1997; Paxson e Glickert, 1982). Perante a expectativa de vida decrescente da sua

infraestrutura, as agências viárias estão a investigar métodos de baixo custo, mas de

monitorização e execução eficazes das operações de veículos pesados. Num esforço para

controlar as ocorrências de sobrecarga e para estender a vida útil da respetiva

infraestrutura viária, o Departamento de Estradas e Transportes de Saskatchewan tentou

obter uma compreensão completa dos espectros de carga dos veículos comerciais

(Pesados). Foram realizadas investigações sobre o uso de tecnologia de Pesagem em

Movimento para a recolha de dados de tráfego e fiscalização de veículos comerciais em

aplicações rurais (SDHT, 2005). No entanto, nos municípios urbanos ainda não estão

amplamente implementados programas de monitorização de peso especificamente

concebidos para estudar e aplicar na preservação da infraestrutura (Bushman e Berthelot,

2003). Embora exista muitas evidências empíricas a respeito da aplicação de peso em

pavimentos rurais, pouco trabalho tem sido feito para combater especificamente as

questões de dimensionamento e manutenção de ativos da infraestrutura urbana (Bushman

e Berthelot, 2003). Uma pesquisa recente debruçou-se no comportamento mecânico dos

materiais típicos num pavimento flexível, onde mostra que o comportamento relacionado

Introdução

3

com o desempenho pode ser altamente sensível para a tensão multi-axial induzida, assim

como a taxa de carregamento (Berthelot et al., 1999). Consequentemente, os danos podem

aparecer mais rapidamente em pavimentos urbanos em comparação com pavimentos

rurais devido a velocidades restritas na circulação, paragens frequentes e maior volume

de tráfego nos principais corredores dentro das jurisdições urbanas (Bushman e Berthelot,

2003). Dada a sensibilidade do desempenho da estrada para o tráfego de camiões, é claro

que os municípios urbanos precisam monitorar as operações de veículos pesados

comerciais (commercial vehicle operations, CVO) mais diligentemente para uma gestão

das estradas mais eficaz ao nível dos ativos estruturais.

O tráfego de camiões comerciais em muitas estradas tem vindo a aumentar nos últimos

anos, como fica evidente pelo aumento das dimensões dos veículos comerciais atualmente

em operação mostrados na Figura 1. Com base nos números relatados pela Comissão do

Transportation Research Board (TRB) para o Estudo da Capacidade de carga para o

próximo século, os volumes de tráfego comerciais são projetados para aumentar em 40

por cento até ao ano 2020 (TRB, 2003). Como a maioria dos destinos e origens de

embarque estão concentradas nos centros urbanos, o aumento previsto do tráfego

comercial pesado vai agravar ainda mais a circulação de veículo de passageiros criando

conflitos na infraestrutura urbana (TRB, 2003).

Figura 1 - Camião de 12 eixos de Cooperativas federadas Ltd. (Berthelot, 2005)

De acordo com as estatísticas de tráfego fornecidas pelo Departamento de Estradas de

Transportes de Saskatchewan, o total de eixos padrão (ESALs) nas estradas de

Saskatchewan em 2004 foram gastos cerca de quatro biliões de dólares por ano ao longo


4

de todo o sistema de 23,000 km rodovia (SDHT 2005). Os registos históricos mostram

que o número de camiões nas estradas de Saskatchewan aumentou em mais de 47 por

cento nos últimos dez anos e que o comércio com os Estados Unidos quase dobrou durante

esse mesmo período de tempo (SDHT 2005). O aumento da procura de veículos

comerciais bem como os seus requisitos no transporte estão a ocorrer devido ao abandono

de ramais ferroviários, o crescimento contínuo nas indústrias de petróleo, gás, florestal e

de mineração, bem como o sector do turismo provincial. Estes aumentos estão-se a refletir

nas estradas provinciais (SDHT, 2005). Embora venham a aumentar progressivamente ao

longo da última década, o aumento mais significativo no tráfego de camiões ocorreu no

final da década de 1990, como documentado num estudo analisando mudanças nas

tendências dos camiões norte-americanos (Hajek e Billing, 2002). Este estudo indicou um

aumento global de uma taxa de crescimento anual de 3,4 por cento para 5,8 por cento.

Eles observaram que o maior aumento da taxa de crescimento anual nos veículos

comerciais pesados ocorreu em estradas urbanas (6,5 por cento). Com base em dados

recolhidos a partir de dois postos de pesagem permanentes e quatro rotas de desvio

(monitorizados usando WIM), 19 por cento dos camiões observados ignorando as

estações de pesagem estavam acima do peso, enquanto apenas 0,8 por cento tinham

excesso de peso nos locais fixos (Cunagin et al., 1997). Ignorar estas estações juntamente

com a falta de monitorização de veículos comerciais pesados e estruturas de pavimento

mais finas em jurisdições urbanas cria um ambiente mais propício a danos graves

frequentes no pavimento devido ao carregamento exercido pelos camiões.

A nível nacional, pela análise referente à conceção de pavimentos em Portugal verifica-

se que o tipo de pavimento predominante é o dos pavimentos flexíveis, que utiliza no seu

processo de dimensionamento métodos empírico-mecanicistas, pois qualquer outro tipo

de método não tem aplicação prática simples e apresentam algumas fragilidades que

recomendam maior validação prática antes da sua aplicação generalizada (Branco et al,

2005).

Para além dos métodos empírico-mecanicistas existem alguns procedimentos mais

simplificados, ou baseados em catálogos como é o caso do “Manual de Conceção de

Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional” – MACOPAV (Branco et al, 2005). Este

manual abrange diferentes tipologias de pavimentos (flexíveis, rígidos e semirrígidos) e

apenas pode ser utilizado em fase de estudo prévio.

Introdução

5

1.2 OBJETIVOS DO TRABALHO

Este trabalho consiste em criar condições ao nível da pavimentação que permitam o

transporte de carga pesada, nomeadamente material indispensável à criação de um parque

eólico por parte de uma empresa portuguesa. Assim, serão visadas as várias componentes

de um pavimento juntamente com uma análise ao nível da metodologia que envolve um

dimensionamento adequado ao problema em questão.

Pretende-se então analisar os métodos identificados na revisão da literatura, criticá-los e

procurar propor uma metodologia para o tipo de utilização estudada: pavimentos de baixo

volume de tráfego, mas significativamente pesado.

Numa fase inicial do trabalho procede-se a uma abordagem global acerca daquilo que são

os métodos mais utilizados quando se torna necessário o dimensionamento de estradas de

baixo volume de tráfego e com um carregamento pesado. É necessário um conhecimento

aprofundado daquilo que são os métodos a utilizar na conceção de pavimentos sujeitos a

este tipo de solicitação. Este conhecimento será fundamental na medida em que servirá

de base ao desenvolvimento de um método capaz de avaliar diferentes alternativas para a

construção de pavimentos de baixo volume de tráfego, nomeadamente, pavimentos

constituídos apenas por camadas granulares. Nesta perspetiva será então necessário

estudar e responder a aspetos como:

Qual a constituição física de um pavimento sujeito a este tipo de solicitações?

Qual é o desempenho espectável de uma estrada sujeita a baixo volume de tráfego?

Quais os materiais e os métodos construtivos a considerar nos pavimentos sujeitos

a baixo volume de tráfego?

Criticar os métodos existentes, por comparação com o método a desenvolver;

Satisfazer as necessidades de um pavimento sujeito a baixo volume de tráfego com

cargas pesadas a nível estrutural.

Apresentar as principais conclusões e propostas para desenvolvimentos futuros

recorrendo a bibliografia nacional e internacional, adquirindo conhecimentos relativos à

constituição e metodologia de dimensionamento para baixo volume de tráfego pesado.


6

1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Por forma a responder aos objetivos delineados para o presente trabalho, a dissertação

está distribuída em 5 capítulos. O CAPÍTULO 1 faz um breve enquadramento sobre o

tipo de pavimentos a estudar, bem como o tipo de metodologia de dimensionamento de

pavimentos a considerar e apresenta as ideias gerais sobre os objetivos do trabalho.

No CAPÍTULO 2 faz-se uma breve introdução referente aquilo que são os pavimentos

sujeitos a baixo volume de tráfego, onde são abordadas ideias base acerca dos métodos

de dimensionamento dos respetivos pavimentos, iniciando-se neste capítulo parte

fundamental do corpo principal deste trabalho, apresentando-se de uma forma resumida

as principais referências bibliográficas.

O CAPÍTULOS 3 constitui o corpo principal deste trabalho. Este capítulo aborda toda a

matéria que serviu de base a todo o processo de desenvolvimento de uma nova abordagem

ao método da AASHTO, demonstrando assim a proposta final do método que visa

dimensionar pavimentos sujeitos a baixo volume de tráfego muito pesado.

No CAPÍTULO 4 é realizada uma análise comparativa de soluções construtivas de

projetos reais com soluções obtidas pelo método desenvolvido (caracterizado no capítulo

anterior).

O CAPITULO 5 aborda as considerações finais, incluindo as conclusões retiradas de toda

a análise comparativa realizada nos capítulos anteriores.

Estado da Arte sobre Pavimentos Sujeitos a Baixo Volume de Tráfego

7

2. ESTADO DA ARTE SOBRE PAVIMENTOS SUJEITOS A BAIXO VOLUME DE TRÁFEGO

2.1 INTRODUÇÃO

Para dimensionar os pavimentos é necessário conhecer o tipo de tráfego pesado, os pesos

descarregados em cada eixo, o tipo de eixos, o número de passagens de cada eixo e a

velocidade de circulação (no caso de pavimentos com camadas betuminosas). Nem

sempre existe informação tão detalhada relativamente ao tráfego pesado. Assim, em

alternativa, poderá ser necessário recorrer a métodos de dimensionamento existentes que

são capazes de prever o número acumulado de eixos-padrão que irá solicitar o pavimento

conhecendo o número de veículos pesados por dia (considera-se veículo pesado aquele

cujo peso bruto é igual ou superior a 3 tf) (JAE, 1995).

No MACOPAV (JAE, 1995) são definidas 8 classes com as quais se caracteriza o tráfego

(Tabela 1), definidas pelo valor do tráfego médio diário anual de pesados na via de projeto

e no ano de abertura (TMDAp) às quais se associa uma taxa de crescimento anual (t) e

um “fator de agressividade” (α). Com base nos valores de TMDAp, t e α é possível então

determinar o número de eixos-padrão que solicitará o pavimento para um dado período

de serviço (p). Este Manual propõe a consideração de um período de 20 anos para os

pavimentos flexíveis e semirrígidos e de 30 anos para os pavimentos rígidos.

No entanto, o MACOPAV indica que os pavimentos sujeitos a tráfego muito reduzido

como é o pretendido no projeto em estudo (Tráfego Médio Diário Anual de veículos

pesados no ano de abertura, por sentido de circulação e na via mais solicitada - TMDAp

<50) devem ser objeto de um estudo específico. Esta situação advém da (quase)

inexistência de tráfego pesado, inviabilizando desta forma, a utilização do referido

Manual.

Devido a este tipo de limitações surge a necessidade de encontrar soluções para

pavimentos sujeitos a este tipo de solicitações. Realizando uma pesquisa mais alargada

no âmbito do tema em causa verifica-se a existência de alguns métodos distintos mas que

visam satisfazer este tipo de pavimentos.


8

Tabela 1 - Classes de tráfego consideradas no MACOPAV (adaptado de JAE, 1995)

Estradas de baixo volume, tipicamente, têm menos de 500 veículos por dia (FHWA,

1992), mas esta definição varia de acordo com a agência responsável e sua a localização.

Historicamente as estradas de baixo volume de tráfego (Low Volume Roads, LVRS) não

eram o foco principal do setor de transporte; o volume mais alto do escrutínio público e

oficial (junto com as despesas) foi concentrado nas estradas classificadas como de maior

importância, como as rodovias interestaduais e rodovias estaduais primárias. Estradas de

baixo volume locais foram tipicamente construídos usando uma secção transversal

padrão, como um revestimento superficial duplo sobre uma espessura especificada de

material de base granular. Com a degradação das estradas de baixo volume, tornou-se

evidente que estas secções "padrão" foram muitas vezes dimensionadas

inadequadamente. Em resposta, a “American Association of State Highway and

Transportation Officials” (AASHTO) desenvolveu um procedimento de projeto do

pavimento para LVRS que é semelhante ao seu processo de dimensionamento para as

estradas de maior volume, conforme detalhado no "Guia AASHTO para o projeto de

estruturas de pavimento" (AASHTO, 1993). Uma pesquisa realizada como parte desse

estudo revelou que 37 dos 48 estados continentais dos Estados Unidos projetam as suas

LVRS utilizando o método de projeto AASHTO (Hall e Bettis, 2000).

A maioria dos modelos mais antigos utilizados no processo de avaliação de estrada

contam com benefícios decorrentes da redução dos custos de utilização das rodovias

motorizadas. No entanto, muitos dos benefícios decorrentes da prestação de LVRS são

de natureza social e não económico e os beneficiários também incluem tráfego não


9

motorizado e pedestre - fatores que normalmente não são captados nos modelos

convencionais análises custo-benefício. Isso faz com que os métodos tradicionais de

avaliação económica sejam inadequados para a avaliação de LVRS. No entanto, a

evolução da tecnologia, pesquisa e conhecimento criaram uma nova plataforma para uma

abordagem mais racional e benéfica para a economia da provisão de uma estrada rural.

Métodos de avaliação melhorados, capazes de captar os benefícios sociais ou malefícios

decorrentes do fornecimento ou da ausência de infraestrutura viária adequada, devem ser

incluídos em qualquer avaliação económica de projetos de baixo volume de tráfego.

Ao adotar métodos de avaliação que são capazes de captar os benefícios não-económicos

da prestação de estrada de baixo volume (por exemplo, o modelo Road Economic

Decision, RED) (Archondo-Callao, 1999) e promovendo a utilização de materiais locais

e usando tecnologias, juntamente com abordagens de dimensionamento que trabalham

com o meio ambiente, tanto na construção inicial como a longo prazo, a necessidade de

manutenção pode ser significativamente reduzida, resultando em menores custos de ciclo

de vida. Talvez uma das mais importantes conclusões da pesquisa, combinando os

resultados de muitas inovações dos últimos anos, é que em algumas circunstâncias, a

pavimentação com asfalto de estradas de cascalho é economicamente justificável para

níveis de tráfego inferiores a 100 veículos por dia (Morusuik et al, 1999).

Isto está em contraste com os desatualizados critérios da "regra do polegar" que estipulam

níveis de tráfego em mais de 200 veículos por dia (Figura 2), números que ainda persistem

nas mentes de alguns decisores e agências de financiamento internacionais.

Figura 2 - Abordagens tradicionais versus abordagens atuais


10

Se for feita uma análise global verifica-se quais as diferenças na forma como o

dimensionamento se processa nos mais diversos locais onde pode encontrar-se estradas

sujeitas a baixo volume de tráfego. No continente Africano (SADC, 2003) muitos aspetos

da documentação sobre a prestação de estradas de baixo volume ter-se-ão originado a

partir de tecnologia e pesquisa realizada na Europa e nos EUA alguns 30-40 anos atrás,

em ambientes muito diferentes. Embora alguns aspetos desta documentação se tenham

vindo a modificar, em certa medida, nos anos seguintes, a filosofia básica de prestação da

estrada permaneceu essencialmente a mesma.

As abordagens típicas apropriadas a uma rede de estradas principais com elevado volume

de tráfego pesado são claramente inadequadas para o uso em estradas de baixo volume

de tráfego que compõem uma grande parte da rede de estradas nacionais do continente

Africano. Isso fez com que uma série de organizações internacionais de investigação, bem

como departamentos e agências governamentais locais, iniciassem pesquisas em vários

aspetos de estradas de baixo volume fechadas (Pinard, et al. 2003).

Os padrões de dimensionamento de estradas na região da SADC variam

consideravelmente, refletindo tanto a praticados países desenvolvidos com os quais os

Estados-Membros tiveram vínculos anteriores, ou as preferências dos consultores

internacionais, normalmente financiados por doadores, que trabalharam no país. Assim,

britânicos, americanos, portugueses, franceses, alemães e outros padrões deixaram a sua

marca na infraestrutura rodoviária. Em muitos casos, esses padrões têm sido inadequados

para aplicação de baixo custo na região da SADC, onde as condições geográficas,

socioeconómicas e ambientais variam enormemente das que prevalecem nos países de

origem das normas (Pinard, et al. 2003).

As estradas na região SADC são tipicamente classificados de acordo com a função, como

mostrado na Tabela 2 (Tr =Principal; P = primária; S = Secundária; Te =

Terciária/acesso).


11

Tabela 2 - Estradas na região da SADC (Sul de Africa)

Com exceção da África do Sul, e para além de algumas rotas internacionais de tráfego

intenso, a maioria das principais estradas transportam volumes modestos de tráfego, com

pouco mais de cerca de 10 por cento em relação a 2000 vpd, aproximadamente 25 por

cento dos quais consiste, muitas vezes em veículos comerciais pesados. Em estradas

rurais, os volumes de tráfego são relativamente baixos e grande parte desta rede suporta

o tráfego na faixa dos 50-200 vpd. Perto dos centros de uma aldeia o tráfego não

motorizado, incluindo bicicletas, muitas vezes compreende uma parte significativa do

tráfego total.

As características "de baixo tráfego" de grande parte das redes de estradas rurais na região

da SADC têm implicações para o desenho geométrico, pavimentação e estruturas de

drenagem, manutenção, ou seja, a maneira pela qual as avaliações de investimento são

realizadas.

Durante os últimos 20 anos, várias organizações de investigação, incluindo o “UK

Transport Research Laboratory” (TRL), o “Council for Scientific and Industrial

Research” (CSIR), a “Norwegian Public Roads Agency” (NPRA) e a “Swedish National

Road Consulting AB” (SweRoad), têm pesquisa realizada em vários aspetos de estradas

de baixo volume na região da SADC com o objetivo de reduzir custos e aumentar a

eficácia da prestação de tais estradas (Gourley e Greening, 1999; Netterberg e Paige -

Verde, 1988; Visser e Van Niekerk, 1987, Departament of State Roads, 1995).

Departamentos e agências governamentais locais na região também realizaram pesquisa

e tecnologia desenvolvida para satisfazer as suas necessidades nacionais. Foi realizado

um forte investimento. Um estudo realizado na região da SADC e em outros países em

desenvolvimento identificou muitas anomalias no entendimento anterior e questionou

alguns dos paradigmas aceites associados à prestação de estradas de baixo volume, que


12

tem mostrado que tais estradas muitas vezes podem ser dimensionadas de forma mais

barata e rentável e indicou a necessidade de repensar toda a abordagem ao

dimensionamento de estradas de baixo volume fechadas (LVSRs) (Paige - verde, 1999;

Netterberg, 1993). A pesquisa mostrou claramente uma nova abordagem na avaliação

económica, os padrões de desenho geométrico e pavimento mais adequado, melhor uso

de materiais disponíveis localmente para as camadas de pavimento de estradas e

pavimentação, métodos construtivos inovadores e maior participação local e do setor

privado na manutenção, são apenas algumas das áreas onde as grandes economias de

custos e aumento da eficiência podem ser feitas. Infelizmente, menos sucesso foi

alcançado em promover a absorção dos resultados da investigação, o que levou a uma

falta de consciência, transferência de tecnologia e implementação subsequente.

Outra abordagem passa por analisar a forma como são tratadas as estradas de baixo

volume de tráfego num outro continente. Nos Estados Unidos da América (mais

concretamente em Minnesota) os procedimentos de projeto utilizados para estradas de

baixo volume de tráfego têm evoluído ao longo de muitos anos. De acordo com Skok et

al. (1998), o “soil factor” procedimento de dimensionamento que está no manual de

auxílios estatais (Mn/DOT State Aid Manual) foi o procedimento desenvolvido na década

de 1950 e utilizado para todos os pavimentos flexíveis em Minnesota até 1970, quando

Mn / DOT começou a usar no dimensionamento o método segundo “R- Value”. O

dimensionamento segundo o “soil factor” resulta num equivalente granular (GE) de

espessura com base no tipo de solo, perante sete níveis de tráfego baseado no TMDA

(tráfego medio diário anual) e HCADT (tráfego comercial pesado médio diário). O

procedimento de dimensionamento segundo “R – Value” que está no atual manual de

dimensionamento de estradas do departamento de transportes de Minnesota (Mn/DOT

Design Manual) usa o R-Value ou é estimado com base em resultados de laboratório para

avaliar o solo. Há alguma relação entre “R- Value” e “soil factor”. Houve comparações

feitas entre as espessuras de projeto para os dois procedimentos (Mn/DOT State Aid

Manual). Geralmente o procedimento R-Value requer maiores espessuras, especialmente

em maiores níveis de tráfego. Existem dois procedimentos de projeto de espessura do

pavimento flexível agora utilizados em Minnesota. Além disso, alguns pavimentos,

especialmente a nível local, são concebidos pela experiência com base no que já se

trabalhou no passado. Os dois procedimentos formais de espessura de dimensionamento

são o “soil factor” encontradas no Manual de Mn/DOT “State Aid Manual” (Mn/DOT


13

State Aid Manual) R-Value (estabilómetro) encontrado nos manuais Mn/DOT “Design

and Geotechnical Manuals” (Mn/DOT Design Manual, Mn/DOT Geotechnical Manual).

O procedimento “soil factor” é um extravasamento do procedimento Mn/DOT usado

antes do R-Value, foi adotada no início dos anos 1970. Nesta secção os dois

procedimentos são apresentados juntamente com os fatores necessários para a

determinação da espessura (Skok et al., 1999).

Na Índia as estradas têm desempenhado um papel muito importante no cumprimento dos

requisitos estratégicos e de desenvolvimento na Índia. O progresso técnico em

planeamento e tecnologia de construção de estradas manteve o ritmo com mudanças

rápidas no campo do desenvolvimento de infraestruturas. O mundo tem assistido ao

excelente desempenho de obras de engenharia da Índia em diversas áreas de Engenharia

Civil, incluindo a construção de estradas, e a capacidade dos seus engenheiros em adotar

uma abordagem científica para a resolução de problemas desafiadores. A Índia detém a

segunda maior rede de estradas do mundo, ao lado de EUA. O comprimento total das

estradas no país no momento é de mais de 3,3 milhões km, o que dá a densidade rodoviária

espacial de cerca de 1 km/km2 de área. Estradas de baixo volume são, principalmente, as

estradas rurais na Índia que transportam tráfego diário inferior a 450 veículos comerciais

por dia. As estradas de baixo volume servem como uma das infraestruturas essenciais

para o desenvolvimento rural integrado, que se tornou uma questão de urgência crescente

para as considerações de justiça social, integração nacional e crescimento económico das

áreas rurais (Gupta, Kumar et al. (2010)).

Após uma análise intercontinental aos pavimentos de baixo volume de tráfego

verificaram-se diferenças nos métodos a executar na construção ou reabilitação dos

respetivos pavimentos. Percebe-se que neste tipo de pavimento há um conhecimento e

um trabalho mais desenvolvido referente aos métodos utilizados na conceção ou

reabilitação por parte de países pertencentes ao continente Americano. Em Portugal existe

ainda algumas limitações nesse aspeto que obriga a um esforço maior quando chamados

a intervir a este nível. No continente Africano realizam-se conferências no intuito de

aproximar os métodos de dimensionamento à forma como se executa em países onde já

existe informação sólida no que toca a este tipo de pavimentos, mais respetivamente EUA,

daí ser um aspeto importante a ter em conta, pois são este tipo de pavimentos que

permitem uma expansão ao nível social, estrutural e económico de determinadas


14

localidades no acesso aos centros urbanos. Devem ser criadas condições para que este

tipo de pavimentos sejam dimensionados por forma a responder com sucesso às

necessidades dos diversos utentes e localidades.

2.2 METODOLOGIAS EXISTENTES PARA O DIMENSIONAMENTO DE ESTRADAS DE

BAIXO VOLUME DE TRÁFEGO

Nos E.U.A, o manual da AASHTO (AASHTO 1993), de natureza empírica, ajuda a

compreender melhor este tema, uma vez que o manual utilizado em Portugal

(MACOPAV) se encontra limitado neste capítulo de estradas com baixo volume de

tráfego. Recorrendo ao manual da AASHTO verifica-se a existência de um capítulo

referente a este tipo de estradas, apresentando a estrutura de um pavimento referente a

baixo volume de tráfego dividindo-a em três categorias: pavimentos flexíveis, pavimentos

rígidos, pavimentos com camada de desgaste em material granular (não pavimentadas).

O manual utiliza procedimentos baseados em dois métodos distintos: método de projeto

através de ábacos e métodos de projeto através de catálogos.

A metodologia dos ábacos apenas será abordada para os pavimentos com camada de

desgaste em material granular (estradas não pavimentadas) pelo facto de estes serem

específicos do tipo de estradas em análise. Este método permite determinar a espessura

de material granular da camada de base e posteriormente converter esta espessura numa

espessura equivalente para a camada de sub-base, através de um conjunto de ábacos. No

método de dimensionamento por catálogos abordar-se-ão as 3 tipologias de pavimentos

referidas anteriormente porque se trata de uma metodologia que é apresentada neste

manual especificamente para o tipo de estradas em análise (“baixo volume de tráfego”).

Para pavimentos flexíveis e pavimentos com camada de desgaste em material granular, o

catálogo de dimensionamento é função da zona climática, da qualidade relativa do solo

de fundação e do nível de tráfego. O resultado final é o número estrutural (SN) e a

espessura da camada de base granular no caso de pavimentos flexíveis e de pavimentos

com camada de desgaste em material granular, respetivamente. No que se refere aos

pavimentos rígidos, o catálogo apresenta espessuras mínimas a considerar na laje do

pavimento em betão de cimento Portland que variam com o nível de tráfego, com a

qualidade relativa do solo de fundação e com a existência ou não de elementos de

transferência de carga.


15

A principal limitação do procedimento de dimensionamento do pavimento da AASHTO

é a natureza empírica do processo de decisão de espessura, que é derivado de um ensaio

de estrada realizado há quase 45 anos atrás, num único local, em Ottawa, Illinois (EUA).

Esta abordagem empírica não pode ser aplicada a sistemas de pavimentos atuais com

aumentos de volumes do tráfego, condições climáticas diferentes, de diferentes áreas de

construção do pavimento, entre outros (Kim, Ceylan et al. 2005).

No “Manual Euroadoquín” (ADAH, 2004) são abordados pavimentos de baixo volume

de tráfego sujeitos a diferentes tipos de utilizações: vias urbanas; parques de

estacionamento; zonas de paragem de autocarros; estações de serviço e espaços pedonais

com camada de desgaste em blocos de betão. Nesse manual são propostos dois métodos

de dimensionamento: o empírico (Figura 3) e o abreviado (Figura 4). Para o primeiro

método são propostos dois modelos. No modelo baseado em critérios de deformação do

pavimento, o cálculo da espessura da camada de base/sub-base (granular) é em função da

espessura dos blocos, da deformação admissível (dependente do tipo de utilização da via)

e do índice CBR que caracteriza a fundação do pavimento. No modelo baseado em níveis

de tráfego, o cálculo da espessura da camada de base/sub-base (granular ou tratada com

cimento) é função da classe de tráfego (a variar de C0 a C4) e do índice CBR da fundação.

No caso do método abreviado são indicadas estruturas de pavimento em função da

natureza da base (em betão ou granular e em betão pobre), do grupo de tráfego (a variar

de C0 a C4) e da classe de fundação (E1, E2 ou E3).

O documento de “Orientação para Elaboração de Projetos de Caminhos Rurais e

Agrícolas” (DGADR, 2010) apresenta espessuras indicativas de camadas de pavimento a

considerar no dimensionamento de caminhos rurais e agrícolas. O modelo de

dimensionamento proposto baseia-se no método empírico do CBR. Este método permite

determinar a espessura do pavimento através de um ábaco, em função do tráfego (rural,

agrícola tipo I, tipo II e tipo III) e da capacidade de suporte do solo de fundação. A

espessura do pavimento assim determinada diz respeito a um solo padrão, o que significa

que com quaisquer outros materiais, poder-se-ão obter espessuras equivalentes à do solo

padrão, mediante uma relação de equivalência.


16

Figura 3 - Diagrama esquemático do método empírico do “Manual Euroadoquín” (ADAH, 2004)

Figura 4 - Diagrama esquemático do método abreviado do “Manual Euroadoquín” (ADAH, 2004)


17

Figura 5 - Diagrama de dimensionamento segundo método “DGADR” (DGADR, 2010)

O método da “National Crushed Stone Association” (NCSA, 1973) é basicamente uma

adaptação do procedimento do USACE (U.S. Army Corps of Engineers) baseado no valor

de CBR. Este procedimento considera apenas uma camada betuminosa sobre uma boa

base granular ao longo da rede viária. Este é um procedimento relativamente simples de

quatro etapas. Em primeiro lugar, o apoio do solo de fundação deve ser avaliado de acordo

com a classificação de solos (AASHTO ou métodos Unificados) e capacidade de carga

aproximada (CBR). Ao solo é atribuída uma categoria de suporte com a designação:

excelente, bom, regular ou fraco. Em seguida, a intensidade de tráfego provável deve ser

avaliada. O Índice de Dimensionamento (DI) é classificado atribuindo uma categoria à

estrada em questão. A maioria das estradas rurais locais correspondem às categorias DI-

1 ou DI-2, mas como o tráfego de camiões pesados tem sido realizado através de estradas

de baixo volume de tráfego surge a necessidade de considerar outras categorias para o

Índice de dimensionamento. A terceira etapa do processo de dimensionamento consiste

em selecionar uma espessura de projeto básico de uma Tabela de projeto de pavimento

flexível, que é baseado no valor do CBR. A decisão de usar uma camada delgada

superficial com betume ou uma camada de betão betuminoso é normalmente baseada na

experiência e custo locais. O tratamento da superfície tem um custo inicial mais baixo,

mas deve ser reabilitada ou sobreposta com novas camadas com mais frequência; a

superfície de betão betuminoso tem um custo inicial mais elevado, mas a necessidade de

reabilitação é menos frequente do que a do tratamento da superfície. A etapa final deste

procedimento é verificar a espessura do projeto básico para condições graves, como danos


18

causados pelo congelamento dos solos e problemas de drenagem. Para um grupo de solo

de fundação “congelado” é determinada uma “nova” espessura a partir de uma tabela de

dimensionamento de pavimentos flexíveis. A secção mais espessa do passo 3 ou o passo

4 é a utilizada na construção do pavimento.

O procedimento de dimensionamento do “Asphalt Institute” é um procedimento de

projeto mecanicista-empírico com base na análise de camadas com comportamento

elástico (Asphalt institute, 1991). Este método implica dois requisitos de entrada para o

dimensionamento, o módulo de resiliência do subleito e o tráfego, em termos de eixos-

padrão (ESALs 18 Kip). Considera pavimentos asfálticos na sua profundidade total,

pavimentos com asfalto sobre camadas estabilizadas com ligantes betuminosos,

pavimentos com camadas estabilizadas com emulsões sobre bases granulares. São

fornecidos métodos simplificados para calcular o número de ESALs 18 kip e o módulo

de resiliência. Este procedimento é relativamente simples de usar, mas é limitado por não

permitir o uso de outras camadas estabilizadas ou camadas sub-base.

Outro método a considerar é o método “R-Value”. Este tem como primeiro fator a

considerar a carga do tráfego, o qual é expresso como Sigma N-18. Esta é uma

identificação conveniente do efeito dos danos cumulativos de veículos pesados durante a

vida útil de um pavimento flexível. Sigma N-18 é o equivalente a uma passagem de uma

carga padrão de 18 Kip. As tabelas de dimensionamento ilustram o processo de

combinação de dados para calcular o valor total de Sigma N-18, que é posteriormente

corrigido por um fator de ajuste sazonal, fatores de crescimento. O “R-Value” para o solo

é, em seguida, determinado para o dimensionamento. Este é um passo crítico no

dimensionamento do pavimento; os requisitos estruturais são consideravelmente

influenciados por uma pequena mudança no R-Value. Uma vez que ambos os valores de

entrada são conhecidos (R-Value e Sigma N-18), o dimensionamento é então realizado

através de uma tabela de projeto para obter o fator de Equivalência Granular (GE)

apropriado e uma figura (dimensionamento) para estimar as espessuras das camadas

estruturais.

Para o dimensionamento segundo o método do “Soil Factor” verifica-se que desde 1954

alguns pavimentos em Minnesota foram projetados usando um gráfico onde estão

descriminados valores de entrada para o respetivo dimensionamento (Ton, SF, GE). Esta


19

é a versão de 1998, que utiliza as unidades métricas. O método disponibiliza um gráfico

que usa sete categorias de tráfego e alguns tipos de aterro para determinar a espessura em

termos de Equivalente Granular (GE). Cada projeto tem também uma carga especificada

máxima por eixo em toneladas (1,1 toneladas). Os fatores de dimensionamento são o

Tráfego Médio Diário (TMD) e o correspondente valor de veículos comerciais pesados

(HCADT). Os valores normalmente usados para o projeto são valores bidirecionais

previstos para 20 anos no futuro. As condições locais devem ser consideradas e o valor

previsto pode ser aumentado ou diminuído, com base no uso futuro previsto da estrada.

2.3 PAVIMENTOS ESPECIAIS SUJEITOS A TRÁFEGO PESADO

Outras possibilidades de dimensionamento de pavimentos que não fazem parte de uma

estrada foram igualmente abordadas, por se tratar de pavimentos sujeitos a cargas

significativas de veículos pesados. Muitos aspetos dos métodos de dimensionamento para

pavimentos rodoviários não são adequados para o dimensionamento de pavimentos

flexíveis sujeitos a pesados para aplicações tais como portos e terminais de contentores.

Tradicionalmente, os pavimentos portuários foram concebidos utilizando, métodos

empíricos baseados em ábacos como o método da British Ports Association (BPA, 1996).

Em tempos mais recentes, os engenheiros projetistas combinaram a gama completa de

veículos e contentores num único número de repetições de um “eixo-padrão equivalente”.

Este eixo equivalente seria aplicado em dimensionamento de camadas elásticas usando

ferramentas como Circly (Wardle, 2004) e APSDS (Airport Pavement Structural Design

System) (Wardle, 1999). Alternativamente, muitos engenheiros projetistas preferem usar

as configurações reais de carga dos rodados dos veículos e estes podem ser usados

diretamente nos programas Circly e APSDS. Embora estes tenham sido usados com

sucesso para o dimensionamento de pavimentos industriais sujeito a tráfego pesado, a

entrada de dados referentes aos veículos pesados faz com que seja difícil modelar mais

de uma ou duas cargas por veículo.

Para minimizar esse problema surge então o HIPAVE (método de dimensionamento de

pavimentos industriais pesados), que se baseia nos programas Circly e APSDS.

O HIPAVE foi concebido para lidar com todos os pormenores dos veículos de

movimentação de carga e as características de distribuição da carga útil para cada veículo,


20

facilitando a análise dos efeitos de uma gama de diferentes carregamentos (MINCAD

Systems, 2009a).

HIPAVE é uma consequência das ferramentas de dimensionamento bem estabelecidas

para multicamadas em pavimentos flexíveis, designadas Circly e APSDS. O método

HIPAVE (dimensionamento de pavimentos industriais pesados) é para a análise

mecanicista e dimensionamento de pavimentos flexíveis submetidos a cargas

extremamente pesadas associadas a veículos de movimentação de carga em instalações

industriais, em particular, os terminais de contentores intermodais. É projetado para

modelar convenientemente cada combinação de modelo do veículo e da carga do

recipiente e para combinar os danos utilizando o conceito de “factor de danos

acumulados”. Este recurso permite otimizar até três camadas. Combinando isso com um

recurso de análise de custos, permite o ajuste fino de espessuras de camadas para

minimizar os custos de construção e manutenção. HIPAVE faz uma análise espectral

integral do dano do pavimento, utilizando o conceito de danos cumulativos para somar o

dano de vários modelos de veículos e casos de carga útil. O procedimento tem em conta:

As repetições de dimensionamento de cada eixo de cada combinação modelo do

veículo/carga;

As propriedades de desempenho dos materiais utilizados no modelo de

dimensionamento.

Esta abordagem permite que as análises possam ser realizadas diretamente usando uma

mistura de modelos de veículos.

O Circly é um pacote poderoso, fácil de usar baseado no Windows que automatiza e

analisa dimensionamento de pavimento seguindo um método mecanicista. Este sistema

projetado na Austrália esteve em uso regular em todo o mundo por mais de duas décadas

provando o seu rendimento em milhares de aplicações de dimensionamento. Desde 1987

que formou uma parte integrante da “Austroads Pavement Design Guide”, o padrão para

o dimensionamento de estradas na Austrália e Nova Zelândia. Circly implementa uma

metodologia de dimensionamento rigorosa para pavimentos flexíveis, que incorpora

propriedades de materiais, pavimentos e modelos de desempenho. Calcula o dano

cumulativo induzido por todo o espectro de tráfego. O Circly acumula a contribuição de


21

cada carga no espectro de tráfego em cada ponto de análise, usando a hipótese de Miner.

O procedimento tem em conta (MINCAD Systems, 2009b):

As repetições de cada dimensionamento modelo do veículo / combinação de

carga;

O desempenho das propriedades do material utilizado na conceção modelo.

Esta abordagem oferece benefícios para todas as partes envolvidas na conceção,

construção, propriedade e utilização de pavimentos. Os utilizadores beneficiam da

inclusão de funções automatizadas e análises mais rápidas, o material fornecido provoca

alterações significativas na economia, porque os custos e os perigos do excesso de

especificação devido a informações imprecisas são significativamente reduzidos, os

benefícios do proprietário na gestão mais eficiente de materiais, fará obter benefícios a

longo prazo, porque torna-se possível mudar os padrões de tráfego em projetos propostos.

O APSDS (Airport Pavement Structural Design System) foi desenvolvido a partir do

Circly especificamente para pavimentos sujeitos a cargas pesadas, nomeadamente,

pavimentos aeroportuários. A análise inclui o efeito da variação lateral da aplicação das

cargas, o que pode reduzir a probabilidade de sobredimensionamento de pavimentos o

que seria mais dispendioso. A variação lateral da posição dos veículos é a variação

estatística dos caminhos tomados por movimentos sucessivos de veículos em relação aos

eixos da via. O APSDS 5.0 implementa o método de "reservatório", para lidar com cargas

complexas, para calcular de forma consistente os danos da sobreposição de várias cargas

devido a trens de aterragem de vários eixos. A versão anterior do APSDS só poderia

calcular danos com base em dois extremos: múltiplas pressões curtas distintas resultantes

de cada um dos eixos (para pequenas profundidades) e uma única pressão que reflete mais

a carga global sobre a engrenagem (para grandes profundidades). Como o APSDS 4.0, o

APSDS 5.0 acumula a contribuição de cada carga no espectro de tráfego em cada ponto

de análise, usando a hipótese de Miner. O procedimento leva em conta: as repetições de

dimensionamento de cada combinação de peso bruto / modelo do veículo, e as

propriedades de desempenho dos materiais utilizados no modelo de dimensionamento

(Mincad, 2014). Novo no APSDS 5.0 é a maneira de poder definir uma distribuição de

peso bruto para cada modelo de aeronave num espectro de tráfego, como mostra o

exemplo abaixo da Figura 6.


22

Figura 6 - Distribuição do peso bruto para cada modelo de aeronave

Além dos gráficos usuais de danos em função da distância, o APSDS 5.0 gera gráficos

espectrais de danos como o exemplo da Figura 7. Aqui há um ponto de dados para cada

combinação de modelo de aeronave e peso bruto.

Figura 7 - Gráficos espectrais de danos

APSDS 5.0 utiliza o seu próprio criador de gráficos integrados para desenhar gráficos no

ecrã quase instantaneamente. Os gráficos podem ser personalizados, exportadas e

impressos. Na maioria dos casos, os resultados para as diferentes camadas ou Z-

profundidades num sistema de camadas pode ser criado sem reanálise do sistema.

A Figura 8 representa um exemplo gráfico "tridimensional" de deslocamento vertical sob

a ação de uma carga.


23

Figura 8 - Gráfico "tridimensional" de deslocamento vertical

O manual de BPA (1990) oferece um método realista de avaliar o efeito prejudicial de

equipamentos de movimentação de contentores, que reflete os parâmetros especiais para

pavimentos terminais de contentores como (a) cargas por roda muito elevadas (até 25

toneladas), (b) vasta área de operação, (c) dinâmicas graves, (d) ampla gama de tipos e

tamanhos de equipamentos. Este método é aplicável para pavimentos betuminosos,

pavimentos em blocos de betão, pavimentos em betão rígido e pavimentos em betão

armado. Para cada roda, o efeito nocivo é calculado a partir da Equação 1 proposta por

Heukelom e Klomp (1978):

,

.

.

.

(1)

Onde:

D= dano do pavimento;

W= carga da roda (kg);

P= pressão dos pneus (N/mm2);

Esta equação resulta no dano do pavimento, “D”, na unidade (PAWL).

A abordagem de dimensionamento do pavimento para carga pesada consiste no cálculo

das tensões resultantes de um regime de carga definido e na determinação das tensões

admissíveis que a construção do pavimento (materiais) pode suportar. Um pavimento é


24

considerado corretamente projetado quando as tensões reais e as admissíveis são

semelhantes. A extensão vertical permitida é dada pela Equação 2.

.

(2)

Onde:

N = o número de repetições de carga aplicadas

O valor admissível para a extensão horizontal de tração é dada pela Equação 3.

. . (3)

Onde:

Fc = resistência à compressão característica do material base (N/mm2);

Eb = 16800 x Fc0,25 (N/mm2);

Proposta de Método de Dimensionamento de Pavimentos de Baixo Volume de Tráfego

25

3. PROPOSTA DE MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS DE BAIXO

VOLUME DE TRÁFEGO

3.1 INTRODUÇÃO

Neste capítulo é realizada uma nova abordagem aos métodos de dimensionamento de

pavimentos de baixo volume de tráfego, tendo por base toda a informação proveniente da

avaliação realizada no capítulo anterior. Os métodos apresentados ajudam a compreender

melhor a complexidade e crescimento daquilo que são as metodologias desenvolvidas

respeitantes a estradas sujeitas a baixo volume de tráfego, mais concretamente tráfego

pesado. Surge então neste trabalho a necessidade de desenvolver um método capaz de

satisfazer aquilo que são as necessidades exigidas no tratamento de pavimentos

destinados a baixo volume de tráfego, tendo por base análises feitas nos métodos

antecedentes.

O método a desenvolver deverá satisfazer determinadas condições respeitantes à

composição e estrutura do pavimento, no caso, pavimentos com camada de desgaste em

material granular (estradas não pavimentadas) e/ou fundação estabilizada com ligantes

hidráulicos. Neste desenvolvimento houve a preocupação na escolha dos métodos que

funcionaram como base para todo este processo. Como não poderia deixar de ser e após

a análise dos diversos métodos verifica-se que o método da AASHTO surge muito bem

conceituado e com grande aplicabilidade num continente muito forte (Americano) no que

diz respeito ao crescimento das vias de comunicação, bem como, por todos os meios que

têm à disposição para testar os métodos por eles desenvolvidos. Atualmente são muitas

vezes a base dos projetistas que executam obras de dimensionamento de vias de

comunicação no continente americano. É nesta base que se desenvolve todo este processo,

uma vez que este método satisfaz as exigências referentes ao pavimento em questão. A

principal inovação do método agora proposto consiste na eliminação da necessidade de

consultar ábacos para obter o dimensionamento do pavimento para um determinado

tráfego. Para isso é utilizada uma ferramenta que permite determinar o estado de

tensão/deformação de um sistema multiestratificado, designada “JPAV”. Esta ferramenta

foi desenvolvida pelo Professor Doutor Jorge Pais do Departamento de Engenharia Civil

da Universidade do Minho.


26

3.2 DESCRIÇÃO DA METODOLOGIA UTILIZADA

3.2.1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA METODOLOGIA

A principal motivação para o desenvolvimento da metodologia proposta neste trabalho

está relacionada com a inexistência de um método de dimensionamento de pavimentos

apropriado para estradas sujeitas a um número reduzido de passagens de veículos pesados

com cargas significativamente elevadas. Como exemplo deste tipo de situações pode

referir-se as estradas de acesso a parques eólicos, que devido às restrições ambientais não

são normalmente pavimentadas e cujo tráfego de veículos pesados se resume

essencialmente ao tráfego de obra durante a construção dos referidos parques. Assim, a

primeira opção recai sobre a utilização de pavimentos compostos por camada de desgaste

em material granular, uma vez que se verifica como uma boa opção, quer

economicamente quer estruturalmente no que respeita a pavimentos sujeitos a este tipo

de carregamento. Em seguida e após uma análise aos vários métodos abordados no

Capítulo 2, faz-se uma descrição mais aprofundada daquele que será a base para todo o

desenvolvimento do novo método, o método da AASHTO, o qual disponibiliza um

capítulo apenas para os pavimentos sujeitos a baixo volume de tráfego, com um

subcapítulo destinado a pavimentos com camada de desgaste em material granular.

O manual da AASHTO, de natureza empírica, ajuda a compreender melhor este tema,

uma vez que o manual utilizado em Portugal (MACOPAV) se encontra limitado neste

capítulo de estradas com baixo volume de tráfego. Recorrendo ao manual da AASHTO

verifica-se a existência de uma estrutura de um pavimento referente a baixo volume de

tráfego dividindo-a em três categorias:

-pavimentos flexíveis;

-pavimentos rígidos;

-pavimentos com camada de desgaste em material granular (não pavimentadas);

O manual utiliza procedimentos baseados em dois métodos distintos: método de projeto

através de Ábacos e métodos de projeto através de catálogos.

Nos ábacos são abordados pavimentos com camada de desgaste em material granular (não

pavimentadas) pelo facto de estes serem específicos do tipo de estradas em análise. Este


27

método permite determinar a espessura de material granular da camada de base e, se for

o caso, converter posteriormente parte desta espessura numa espessura equivalente para

a camada de sub-base.

O método de dimensionamento por ábacos permite uma maior flexibilidade no

dimensionamento de pavimentos para qualquer valor de tráfego, sendo por isso possível

obter pavimentos específicos para um determinado conjunto de materiais e solicitações.

Para um melhor entendimento do método que serviu de base à nova abordagem agora

realizada, apresenta-se neste capítulo algumas figuras que ajudam na determinação e

conclusão do método em causa.

A Figura 9 demonstra as regiões climáticas nos E.U.A., com implicações ao nível da

capacidade resistente dos solos de fundação e, por consequência, das camadas granulares

sobrejacentes. Na Tabela 3 apresenta-se a duração das estações do ano para cada uma das

regiões climáticas.

Figura 9 - Regiões climáticas dos Estados Unidos.

Tabela 3 - Duração das estações do ano (meses) para as seis regiões climáticas dos EUA.


28

O método de dimensionamento por ábacos para este tipo de pavimentos resulta na

combinação de vários procedimentos, tais como:

Selecionar quatro espessuras experimentais para a camada de base, DBS (em

polegadas); para tal será necessário recorrer ao cálculo do dano total do pavimento

(nível de serviço (critério ∆PSI) + deformação (Rodeira)). Para isso é necessário

recorrer à Tabela 4.

Introduzir os dados relativos à perda do nível de serviço ∆PSI (polegadas)

(momento durante a vida útil do pavimento de serviço, a irregularidade é o fator

dominante na estimativa do PSI), assim como da deformação admissível RD

(polegadas) nas quatro tabelas. Para ∆PSI (∆PSI=∆PSItráfego - ∆PSIsc/fh, Perda total

de serviço que resulta da diferença entre a perda de serviço devido ao tráfego e a

perda de serviço devido ao inchaço provocado pelo congelamento dos solos) este

manual indica o valor de 7,62 cm (3,0 polegadas) e para RD indica o intervalo

entre 2,54 e 5,08 cm (1 e 2 polegadas).

Tabela 4 - Cálculo do dano total do pavimento para ambos os critérios (Nível de serviço e Deformação),

com base numa espessura experimental da camada de base.

Introduzir o módulo resiliente (MR) da fundação (em função da qualidade relativa

do material da fundação, Introduzir o tráfego projetado em número acumulado de

eixos-padrão de 80 kN (18- kip ESAL), w18, na coluna 4 da Tabela 4. Admitindo

que o tráfego de veículos pesados é distribuído uniformemente ao longo do ano,

os comprimentos das estações devem ser utilizados para prever o tráfego de cada

estação, caso contrário será necessário calcular o tráfego tendo em conta os


29

seguintes parâmetros: tráfego corrente, fatores de crescimento, tráfego de

dimensionamento, fator ESAL, dimensionamento ESAL). Nota: Se a estrada é

restrita a cargas durante certos períodos críticos, o tráfego pode ser distribuído

apenas entre os períodos em que a circulação de tráfego pesado é permitida.

Tabela 5 e da Tabela 6, ou através de ensaios que reflitam o comportamento

(humidade) das estações) e do material granular da camada de base EBS

(determinado através de ensaios ou a partir de correlações com outros parâmetros)

nas colunas 2 e 3 da Tabela 1.4, respetivamente. Devido à falta de equipamento

por parte de várias agências para realizar o ensaio de módulo resiliente (MR), este

pode ser obtido a partir de um CBR padrão, R-Value ou através de resultados dos

testes de índices de solo. O desenvolvimento destes fatores é baseado nas

correlações de conhecimento.

Assim o MR pode ser obtido usando as seguintes expressões: MR (psi) = 1500 x

CBR (dados a partir do qual esta correlação foi desenvolvida variou de 750 a 3000

vezes CBR), MR (psi) = A + B x (R-Value) (onde, A = 772 – 1155, B = 369 –

555, desenvolvido pelo Asphalt Institute), para a AASHTO verifica-se MR (psi)

= 1000 + 555 (R-Value). O módulo do material da base pode considerar-se

proporcional ao módulo resiliente do solo de fundação do pavimento durante uma

determinada estação.

Introduzir o tráfego projetado em número acumulado de eixos-padrão de 80 kN

(18- kip ESAL), w18, na coluna 4 da Tabela 4. Admitindo que o tráfego de

veículos pesados é distribuído uniformemente ao longo do ano, os comprimentos

das estações devem ser utilizados para prever o tráfego de cada estação, caso

contrário será necessário calcular o tráfego tendo em conta os seguintes

parâmetros: tráfego corrente, fatores de crescimento, tráfego de

dimensionamento, fator ESAL, dimensionamento ESAL). Nota: Se a estrada é

restrita a cargas durante certos períodos críticos, o tráfego pode ser distribuído

apenas entre os períodos em que a circulação de tráfego pesado é permitida.


30

Tabela 5 - Módulo resiliente sazonal do solo de fundação, MR (psi), em função da qualidade relativa do

material da fundação.

Tabela 6 - Módulo resiliente efetivo sazonal do solo de fundação, MR (psi), em função da qualidade

relativa do material da fundação.

Em cada tabela deve ser estimado o tráfego admissível em eixos-padrão de 80 kN

(18- kip ESAL) para cada estação utilizando o ábaco da Figura 10 referente ao

nível de serviço ((W18)PSI) e introduzido na coluna 5 e o ábaco da Figura 11

referente à deformação ((W18)RUT) e introduzido na coluna 7. Nota: Se o módulo

resiliente do solo de fundação do pavimento (durante a estação gelada) é tal que

o tráfego admissível excede o limite superior do ábaco, poder-se-á assumir o valor

de 500000 eixos de 80 kN (18-kip ESAL).


31

Figura 10 - Ábaco de dimensionamento para estradas não pavimentadas considerando a perda de nível de

serviço admissível.

Figura 11 - Ábaco de dimensionamento para estradas não pavimentadas considerando a deformação

(profundidade da rodeira) admissível.


32

Calcular os valores dos danos para as quatro tabelas pelo critério do nível de

serviço, dividindo o tráfego sazonal projetado (coluna 4) pelo tráfego admissível

nessa estação (coluna 5). Este valor é introduzido na coluna 6 da Tabela 4,

correspondente ao critério do nível de serviço. As mesmas instruções devem ser

seguidas para o critério da deformação, isto é, divide-se a coluna 4 pela coluna 7

e introduzem-se os valores na coluna 8.

Calcular o valor total do dano pelos dois critérios referidos anteriormente,

adicionando os danos referentes a cada estação. Após o cálculo destes valores para

as quatro tabelas (correspondentes às quatro espessuras experimentais da camada

de base), deve ser construído um gráfico (dano total vs espessura da camada de

base). O valor médio da espessura da base, DBS, é determinado através do gráfico

para um valor total do dano de 1,0. A espessura é controlada pelo critério que

conduzir a uma espessura superior.

A espessura da camada de base determinada no último passo deve ser utilizada

quando os efeitos da perda de agregado não forem significativos, caso contrário,

esta espessura deve ser majorada tendo em consideração a perda de material

granular estimada GL (polegadas) durante o período de dimensionamento. A

equação é a seguinte:

O último passo do processo de dimensionamento de estradas não pavimentadas

consiste em converter parte da espessura de material granular da camada de base

numa espessura equivalente para a camada de sub-base, através do ábaco da

Figura 13. Para tal são necessários os dados relativos à espessura desejada final

da base, DBSf, ao módulo do material da camada de sub-base, ESB, à redução da

espessura da base (DBSi - DBSf) e ao módulo do material da camada de base, EBS.


33

Figura 12 - Dano total Vs espessura da camada de base tendo por base o critério de serviço

(Manutenção) e deformação (Rutting)

Figura 13 - Ábaco para converter a espessura de material granular da base numa espessura equivalente de

camada de sub-base.


34

3.2.2 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO POR CATÁLOGO

Para este processo de dimensionamento para estradas de baixo volume de tráfego

utilizam-se os catálogos apresentados prescindindo de uma análise mais detalhada. Este

método pode ser usado então para as diferentes tipologias de pavimento:

Flexível;

Rígido;

Pavimento com camada de desgaste em material granular.

No caso dos pavimentos flexíveis, o dimensionamento é realizado determinando o

número estrutural (SN) que garante uma capacidade de carga adequada. Para isso, é

necessário consultar umas tabelas que foram desenvolvidas para níveis de confiança na

ordem do 50% e 75%, conforme se apresenta, respetivamente, na Tabela 7 e na Tabela 8.

Tabela 7 - Catálogo de dimensionamento de pavimentos flexíveis para estradas de baixo volume de

tráfego - Nível de confiança de 50%.

O intervalo de valores do número estrutural apresentado para cada condição é função da

região climática, da qualidade do solo de fundação e do nível de tráfego (Tabela 9).


35

Tabela 8 - Catálogo de dimensionamento de pavimentos flexíveis para estradas de baixo volume de

tráfego - Nível de confiança de 75%.

Tabela 9 - Níveis de tráfego considerados no dimensionamento de pavimentos flexíveis.

Após a seleção do número estrutural (resistência estrutural mínima), deve-se proceder a

uma combinação adequada para as espessuras das camadas constituintes do pavimento

flexível. Para tal deve ser utilizado o critério dos coeficientes das camadas (valores ai,

determinados em função das características dos materiais de cada camada). A expressão

geral para o número estrutural (SN) é dada pela Equação 5.

(5)

Onde:

a1, a2, a3 - coeficientes das camadas de superfície (a1 = 0,42), base (a2 = 0,14) e sub-base (a3 = 0,08). D1, D2, D3 - espessuras (polegadas) das camadas de superfície, base e sub-base, respetivamente.


36

Na Figura 14 apresenta-se toda a descrição do método de dimensionamento.

Figura 14 - Diagrama esquemático do procedimento de dimensionamento por catálogos para pavimentos

flexíveis (método A).

No que diz respeito aos pavimentos rígidos, o dimensionamento é realizado através das

Tabelas 10, 11, 12, 13 e 14. As espessuras apresentadas representam os valores mínimos

aceitáveis, variando com o nível de tráfego e a qualidade do solo de fundação. Os

pressupostos considerados para a elaboração destes catálogos foram os seguintes:

As espessuras das lajes aplicam-se às seis regiões climáticas identificadas nos

Estados Unidos;

Caso se utilize camada de sub-base, a mesma consiste numa espessura de 10 e 15

cm (4 a 6 inches) de material granular de alta qualidade;

A média dos módulos de rutura (S’c) do betão de cimento Portland é 4,1 ou

4,8 MPa (600 ou 700 psi);

A média dos módulos de elasticidade (Ec) do betão de cimento Portland é

34,5 GPa (5000000 psi);

As condições de drenagem (humidade) são razoáveis (Cd=1,0);

Os níveis de tráfego em número acumulado de eixos-padrão de 80kN (18-kip

ESAL) são os apresentados na Tabela 9;


37

Os níveis de qualidade do solo de fundação e os correspondentes intervalos dos

módulos efetivos da reação da fundação (k) (1 pci = 271 kPa/m) são os que se

encontram indicados na Tabela 10.

Tabela 10 - Níveis de qualidade do solo de fundação.

Tabela 11 - Catálogo de dimensionamento de pavimentos rígidos para estradas de baixo volume de

tráfego: nível de confiança 50% e sem camada granular de sub-base


38


tráfego: nível de confiança 50% e com camada granular de sub-base


tráfego: nível de confiança 75% e sem camada granular de sub-base


39


tráfego: nível de confiança 75% e com camada granular de sub-base

Para dimensionamento de pavimentos com camada de desgaste em material granular, a

espessura proposta no catálogo é função da zona climática, da qualidade relativa do solo

de fundação e do nível de tráfego (Tabela 15).

Tabela 15 - Níveis de tráfego considerados no dimensionamento de pavimentos com camada de desgaste

em material granular

O dimensionamento para este tipo de pavimento processa-se através da Tabela 16,

adotando um módulo de elasticidade efetivo do material granular da camada base de

206,9 MPa (30000 psi) independentemente da qualidade do solo de fundação.

A principal limitação do procedimento AASHTO para o dimensionamento do pavimento

é a natureza empírica do processo de decisão de espessura, que é derivado de um ensaio

de estrada realizada há quase 45 anos atrás, num único local, em Ottawa, Illinois (EUA),

o que pode reduzir a sua aplicabilidade a sistemas de pavimentos diferentes, com

condições climáticas e de carregamento distintos (Kim, et al. (2005)).


40

Tabela 16 - Catálogo de dimensionamento de estradas não pavimentadas: espessuras recomendadas para a

base em material granular (inches)

3.3 DESENVOLVIMENTO DE CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO PARA ESTRADAS NÃO

PAVIMENTADAS

Para o desenvolvimento do método que visa satisfazer pavimentos sujeitos a baixo

volume de tráfego seguiu-se determinados critérios com o objetivo de atingir uma base

que permitisse avaliar de uma forma direta qual o impacto causado no pavimento aquando

da sua utilização, onde se irá expor a baixo volume de tráfego pesado.

Partindo do princípio que todo este processo de desenvolvimento de um novo método tem

por base o método da AASHTO abordado anteriormente, na sua variante de consulta de

ábacos de dimensionamento, seguiram-se determinados critérios tendo em vista satisfazer

da melhor maneira as necessidades presentes em todo este processo relativo a estradas

sujeitas a baixo volume de tráfego.

O primeiro passo consistiu em definir valores para o critério referente ao nível de serviço

(∆PSI), bem como, o critério referente à deformação RD (polegadas). Dado o tipo de

utilização dos pavimentos em análise, numa primeira fase considerou-se adequados os

valores de 3.0 e 2.0 respetivamente para ambos os critérios, tendo posteriormente (após


41

consulta dos critérios utilizados em projetos reais de pavimentos de acesso a parques

eólicos) sido considerados os valores de 3.0 e 3.0, respetivamente.

Após definir este primeiro critério seguiu-se a escolha das espessuras referentes à camada

de base. Nesta fase definiu-se 5 espessuras no intuito de perceber melhor qual o

comportamento do pavimento em causa, ficando essas espessuras fixadas nos valores de

6, 8, 10, 12, 14 polegadas (aproximadamente, 15, 20, 25, 30 e 35 cm).

Definidos estes critérios avançou-se para o passo seguinte na qual foram selecionados de

forma criteriosa alguns valores referentes aos módulos das camadas que compõe o

pavimento, nomeadamente, fundação e camada base. Para a camada de fundação e após

algumas iterações selecionou-se os seguintes valores de módulo de deformabilidade:

34.4738 MPa (5000 psi), 68.9476 MPa (10000 psi), 55.1581 MPa (8000 psi),

13.7895 MPa (2000 psi), 103.421 MPa (15000 psi), para a camada de base optou-se pelos

valores: 68.9476 MPa (10000 psi), 103.4214 MPa (15000 psi), 137.8952 MPa (20000

psi), 206.843 MPa (30000 psi), 275.7904 MPa (40000 psi), 344.738 MPa (50000 psi) e

413.686 MPa (60000 psi). Estes valores foram propostos no intuito de obter maior número

de valores para posteriormente gerar os critérios de dimensionamento (vulgarmente

designados de “leis de fadiga”) para uma utilização empírico-mecanicista em programas

de cálculos de pavimentos.

Após a definição destes valores torna-se possível prosseguir para o próximo passo rumo

ao desenvolvimento do novo método. Com os valores definidos anteriormente torna-se

possível a obtenção de valores como a extensão vertical de compressão no topo do solo

de fundação e a deformação à superfície. Estes parâmetros podem ser relacionados com

o comportamento em serviço dos pavimentos e dessa forma representar o efeito da

aplicação repetida das cargas dos veículos na diminuição da qualidade de serviço (∆PSI)

e da formação de uma rodeira superficial (RD). Para tal foi indispensável o recurso à

ferramenta designada JPAV. Esta ferramenta permite calcular as extensões/tensões e

deformações em diferentes localizações de uma determinada estrutura do pavimento.

De seguida, foi estabelecida uma base de dados com os resultados de várias simulações

no JPAV, onde se determinou o valor das extensões verticais na camada de fundação e

deformações verticais superficiais. Nessa base de dados relacionam-se os valores dos


42

módulos da fundação e da camada base para diferentes espessuras da camada base, com

o tráfego admissível (em eixos padrão de 80 kN) obtido pelos ábacos do método da

AASHTO para cada critério de dimensionamento, perda do nível de serviço (Figura 10)

ou critério profundidade da rodeira (Figura 11).

Com a informação da base de dados tornou-se possível a criação de gráficos referentes

aos critérios de dimensionamento ∆PSI e rodeira (RD), nos quais se relacionam,

respetivamente, os parâmetros extensão vertical no topo da fundação e deformação

vertical superficial com o número admissível de eixos padrão. Estes gráficos permitem

assim atingir um dos principais objetivos deste trabalho que se prende com a obtenção

das equações das Leis de fadiga para cada critério de dimensionamento, que servem de

base a todo o trabalho realizado no Capítulo 4.

Na Figura 15 encontram-se definidas três retas representativa do nível de serviço esperado

para um ΔPSI=1,0, ΔPSI=2,0 e ΔPSI=3,0, onde se obtém as novas leis de fadiga para esse

critério de dimensionamento, de acordo com a Equação 6.

Figura 15 - Leis de fadiga referentes ao critério da perda do nível de serviço (ΔPSI) igual a 1,0, 2,0 e 3,0

(6)

Onde:

a, b - coeficientes determinados numericamente para cada critério de dimensionamento; εz – extensão vertical de compressão no topo da fundação.


43

Os valores dos coeficientes a e b apresentam-se na Tabela 17.

Tabela 17 - Coeficientes das leis de fadiga para o critério de perda do nível de serviço

Coeficiente ΔPSI = 1,0 ΔPSI = 2,0 ΔPSI = 3,0

a 0,0259 0,0325 0,00751

b 2,247 2,246 2,134

Na Figura 16, encontram-se representadas duas retas referentes às leis de fadiga obtidas

partindo do critério da deformação (rodeira) admissível. O gráfico mostra resultados para

uma rodeira admissível de 2,0 e 3,0 polegadas (aproximadamente 5 e 7,5 cm) obtendo-se

as leis de fadiga de acordo com a Equação 7.

Figura 16 - Leis de fadiga referentes ao critério de deformação admissível (RD) igual a 2 e 3 polegadas

(7)

Onde:

c, d - coeficientes determinados numericamente para cada critério de dimensionamento; dz – deformação vertical superficial.

Os valores dos coeficientes c e d apresentam-se na Tabela 18.

Tabela 18 - Coeficientes das leis de fadiga para o critério de rodeira admissível

Coeficiente RD = 2,0 RD = 3,0

c 5E-10 4E-08

d 4.737 4.145

Análise Comparativa de Projetos Reais com Soluções Obtidas pelo Método Desenvolvido

45

4. ANÁLISE COMPARATIVA DE PROJETOS REAIS COM SOLUÇÕES OBTIDAS PELO

MÉTODO PROPOSTO

4.1 ENQUADRAMENTO

Neste capítulo serão analisados projetos reais que respondem às necessidades da

construção a executar. Estes projetos são uma das soluções que poderão ser utilizadas no

dimensionamento do pavimento em causa. A criação do novo método permite avaliar

alternativas de dimensionamento em relação às soluções propostas nos projetos

existentes. Assim, foram analisados projetos de dimensionamento de estradas de acesso

a parques eólicos construídos em Jędrzychowice - śarska Village, na Polónia por uma

empresa Portuguesa (CJR Wind), nos quais se utilizou um sistema construtivo que

envolve a utilização de uma geogrelha Tensar Base System (TBS), que reforça a

capacidade de carga do pavimento, construído apenas com materiais granulares.

Todos os elementos do sistema TBS têm certas propriedades físicas e mecânicas, que

foram incluídas no dimensionamento original dos pavimentos. Estes elementos formam

um material compósito caracterizado por um reforço efetivo da capacidade de carga do

pavimento. Além deste sistema foi utilizado uma camada de separação designada camada

de geotêxtil de separação.

A análise destes projetos é importante no intuito de tentar perceber quais as possibilidades

de competir diretamente com o método desenvolvido, através de um conjunto de

alternativas de pavimentação com materiais granulares e/ou estabilizados. Estas

geogrelhas triaxiais são um elemento em forma de grelha com funções predominantes de

reforço, cujas aberturas permitem uma eficaz interação com o meio, especialmente

quando este é granular, proporcionando confinamento. É constituída por elementos

resistentes à tração, sendo considerada unidirecional quando apresenta elevada resistência

à tração apenas em uma direção, e bidirecional quando apresenta uma elevada resistência

à tração nas duas direções principais.

Tendo em conta estes pressupostos entende-se que seria interessante perceber qual a

importância da aplicação deste material no desempenho do pavimento quando sujeito à


46

passagem de pouco tráfego pesado comparativamente aos pavimentos dimensionados

segundo o método desenvolvido.

4.2 ANÁLISE DE PROJETOS REAIS

Neste subcapítulo realiza-se uma análise de projetos reais construídos na Polónia. São

abordados dois projetos com os quais se procedeu à análise comparativa com o novo

método abordado anteriormente. Nestes projetos existe o dimensionamento de um

pavimento designado D1 e um outro pavimento D2.

O dimensionamento das estradas de acesso ao local da obra, bem como, o próprio local

(praça) de montagem das torres eólicas foi feito inicialmente com o recurso ao programa

TensarWinPave. O programa baseia-se na correlação de dados de cálculo e de medição

entre a espessura da camada de agregado, a deformação das camadas e da quantidade de

eixos padrão que lá irão passar. Com base nos nomogramas apresentados na Figura 17

(pavimento D1) e na Figura 18 (pavimento D2), é determinada a espessura da camada de

base granular com ou sem reforço (geogrelhas) para garantir que a deformação da

estrutura não deve exceder o valor assumido após a passagem de um certo número de

eixos padrão, em função das características de resistência do solo de fundação. No caso

do projeto para o pavimento D1 foi adotado o valor de 60 000 viagens de um eixo-padrão

de 100 kN e um critério de ruína de uma profundidade da rodeira de 75 mm.

Figura 17 - Determinação da espessura mínima a usar na base do pavimento D1, tendo em conta o valor

de CBR do solo de fundação


47

A Figura 17 mostra que a espessura mínima designada para a alternativa com a utilização

de geogrelhas da Tensar na construção D1 é de aproximadamente 260 mm. Por razões

técnicas, a estrutura adotada como espessura mínima foi de 300 mm.

Para o pavimento D2 foi considerado um tráfego de projeto de cerca de 40 000 viagens

de um eixo-padrão de 100 kN e uma profundidade da rodeira de 75 mm.

Figura 18 - Determinação da espessura mínima a usar na base do pavimento D2, tendo em conta o valor

de CBR do solo de fundação

No caso do pavimento D2 é possível concluir que a espessura mínima designada para a

alternativa com geogrelhas da Tensar é de aproximadamente 460 mm.

Os valores apresentados em ambos os nomogramas são valores de espessura para um

determinado valor de CBR, em condições normais e quando existe o reforço do

pavimento através das geogrelhas.

Assim para a obtenção destes valores foi necessário perceber a constituição de cada tipo

de pavimento: D1 e D2. A construção D1 é constituída por: fundação com um módulo de

deformabilidade E ≥ 50 MPa e com um CBR ≥ 4%; Geotêxtil Tipptex BS13; Geogrelhas

triaxiais com nós rígidos do tipo Triax TX150; camada de agregados estabilizada

mecanicamente com 20 cm espessura; outra camada de agregados com 10 cm espessura,

ou seja, um total de 30 cm de camada de agregado, conforme se apresenta

esquematicamente na Figura 19.


48

Figura 19 - Secção transversal do pavimento D1.

A construção D2 é constituída por: fundação com capacidade E ≥ 25 MPa e com um

CBR ≥ 1,6%; Geotêxtil Tipptex BS13; Geogrelhas triaxiais com nós rígidos do tipo Triax

TX150; camada de agregados estabilizada mecanicamente com 36 cm espessura; outra

camada de agregados com 10 cm espessura, ou seja, um total de 46 cm de camada de

agregado, tal como ilustra a Figura 20.

Figura 20 - Secção transversal do pavimento D2.

4.3 PROPOSTA DE SOLUÇÕES ALTERNATIVAS

No “novo” método houve a preocupação de dimensionar um pavimento capaz de

satisfazer as condições de tráfego que estão dispostas nos projetos referentes à obra em

causa.

Após a obtenção das leis de fadiga, processo já frisado no capítulo anterior, iniciou-se o

dimensionamento do pavimento capaz de satisfazer as necessidades da obra em causa.

Abordou-se os vários tipos de solos (diferentes CBR) fazendo variar a espessura das

camadas que constituem o pavimento com a finalidade de perceber qual o comportamento

Geogrelha “TriAx160”

Geotêxtil “tipptex BS13”

Geogrelha “TriAx150”

Geotêxtil “tipptex BS13”

SbG 0/63

BG 0/31,5

SbG 0/63

BG 0/31,5


49

do pavimento quando sujeito a um carregamento de 40 000 e 60 000 eixos-padrão de

100 kN.

Outra possibilidade passa por abordar pavimentos com solos e camadas granulares

estabilizadas. Nesse caso, a opção recai por usar o cimento como ligante. Tendo por base

os valores adotados no MACOPAV (Tabela 19), o valor a adotar para o módulo de

deformabilidade de um solo estabilizado com cimento seria de 2000 MPa. No entanto,

como este parâmetro pode ser influenciado pelas características do solo e de modo a

utilizar valores mais conservativos considerou-se adequado utilizar um módulo igual a

dez vezes o módulo do solo natural em causa. Assim, para um solo com um módulo de

cerca de 50 MPa, que é um valor relativamente comum, seria considerado um módulo de

deformabilidade de cerca de 500 MPa para esse solo estabilizado com cimento.

Na alternativa em que se considerou a utilização de uma base estabilizada considerou-se

esta teria um módulo de deformabilidade de 2000 MPa (valor bastante conservativo, por

comparação com os valores apresentados no MACOPAV), fazendo variar o módulo da

fundação sob a base estabilizada e a espessura desta.

Tabela 19 - Características mecânicas adotadas para as misturas com ligantes hidráulicos com base no

“MACOPAV”

Assim apresentam-se em forma de resumo na Tabela 20 e na (a) Sub-base Granular, (b)

Base Granular, (c) Base estabilizada, (d) Solo tratado com cimento

Tabela 21 os resultados respeitantes ao dimensionamento do pavimento recorrendo ao

“novo” método desenvolvido, onde estão abordadas as várias possibilidades/tipos de

pavimento. Nestas tabelas os valores de espessura estão apresentados em centímetros.


50

Tabela 20 - Espessuras das camadas em função do tipo de pavimento, materiais e fundação para um

tráfego do projeto de 60000 EP 100kN

Tipo de estrutura

Número de camadas e

materiais da fundação à

camada superficial

Tp (60000 EP 100kN) Fa (25 MPa) Fb (30 MPa) Fc (40 MPa) Fd (50 MPa)

a b c d a b c d a b c d a b c d

Tipo 1 SBG(a) +

BG(b) 40 (1)

40 (1)

35(1)

30(1)

30(1)

20(1)

20 (1)

15 (1)

Tipo2 BE (c)

(2000 MPa)

20(2)

15(2)

15(2)

15 (2)

Tipo 3 ST (d)

(10 x Fi)

50(3)

35(3)

25 (3)

25(3)

(a) Sub-base Granular, (b) Base Granular, (c) Base estabilizada, (d) Solo tratado com cimento

Tabela 21 - Espessuras das camadas em função do tipo de pavimento, materiais e fundação para um

tráfego do projeto de 40000 EP 100kN

Tipo de estrutura

Número de camadas e

materiais da fundação à

camada superficial

Tp (40000 EP 100kN) Fa (25 MPa) Fb (30 MPa) Fc (40 MPa) Fd (50 MPa)

a b c d a b c d a b c d A b c d

Tipo 1 SBG(a) +

BG(b) 35 (1)

35 (1)

30(1)

30(1)

20(1)

20(1)

20 (1)

15 (1)

Tipo2 BE (c)

(2000 MPa)

15(2)

15(2)

15(2)

15 (2)

Tipo 3 ST (d)

(10 x Fi)

40(3)

35(3)

25 (3)

20(3)

(a) Sub-base Granular, (b) Base Granular, (c) Base estabilizada, (d) Solo tratado com cimento

Na Figura 21 apresenta-se esquematicamente a constituição de cada uma das estruturas-

tipo consideradas neste trabalho.

Figura 21 - Estruturas-tipo para o dimensionamento dos pavimentos segundo o “novo” método


51

Na Figura 22 e na Figura 23 encontram-se representadas, respetivamente, as espessuras

necessárias para um tráfego de 60000 e 40000 EP 100kN, obtidas através do “novo”

método para cada uma das estruturas-tipo consideradas.

Figura 22 - Nomograma referente ao “novo” método para cerca de 60 000 passagens de eixo de 100 kN

Figura 23 - Nomograma referente ao “novo” método para cerca de 40 000 passagens de eixo de 100 kN

Analisando o dimensionamento dos projetos Polacos (D1 e D2) verifica-se o uso de duas

camadas granulares, sendo a camada de sub-base e a camada de base dimensionadas com

20 cm e 10 cm de espessura no pavimento D1 e com 36 cm e 10 cm no pavimento D2,

respetivamente. Aliado a esta estrutura está também o recurso às geogrelhas


52

dimensionadas e colocadas entre o solo fundação (50 MPa de módulo no caso D1 e 25

MPa no caso D2) e a camada de sub-base.

Neste “novo método” verifica-se que para um tráfego de 60000 EP (100kN) e um módulo

de fundação de 50 MPa (equivalente ao do pavimento D1) para um pavimento composto

por duas camadas granulares (sub-base + base) será necessária uma espessura total de

35 cm para satisfazer a condição em causa. No caso de se optar por um solo estabilizado

com cimento a espessura necessária reduz para 25 cm. Para um pavimento com camada

de base estabilizada a 2000 MPa pode-se observar que serão apenas necessários 15 cm

para cumprir os limites impostos pelo critério de ruína em causa. No caso de se tratar de

um solo com 25 MPa (equivalente ao do pavimento D2), para um pavimento composto

por duas camadas granulares (sub-base + base) será necessária uma espessura total de

80 cm para satisfazer a condição em causa. No caso de se optar por um solo estabilizado

com cimento a espessura necessária reduz para 50 cm. Para um pavimento com camada

de base estabilizada a 2000 MPa pode-se observar que serão apenas necessários 20 cm.

Para o dimensionamento de um pavimento sujeito a um tráfego de 40000 EP (100kN) e

um módulo de fundação de 50 MPa para um pavimento composto por duas camadas

granulares (sub-base + base) será necessária uma espessura total de 35 cm para satisfazer

a condição em causa. No caso de se optar por um solo estabilizado com cimento a

espessura necessária reduz para 20cm. Para um pavimento com camada de base

estabilizada a 2000 MPa pode-se observar que serão apenas necessários 15 cm para

cumprir os limites impostos pela condição em causa. No caso de se tratar de um solo com

25 MPa a espessura para um pavimento composto por duas camadas granulares (sub-base

+ base) será necessária uma espessura total de 70 cm para satisfazer a condição em causa.

No caso de se optar por um solo estabilizado com cimento a espessura necessária reduz

para 40 cm. Para um pavimento com camada de base estabilizada a 2000 MPa pode-se

observar que serão apenas necessários 15 cm.

Para o dimensionamento em causa utilizou-se para definir os módulos das várias

possibilidades de fundação, bem como das camadas base e sub-base as Equações 8 e 9.

Ef= 17,6 × CBR0,64 (8)


53

Ei= Ei-1 × (0,2 × H0,45), H em milímetros; (9)

4.4 ANÁLISE COMPARATIVA DAS SOLUÇÕES OBTIDAS

Através dos nomogramas referentes ao novo método procedeu-se à análise comparativa

propriamente dita. Na Figura 24 verifica-se a comparação entre o dimensionamento

utilizando o novo método e o dimensionamento apresentado nos projetos reais, onde a

escolha recai num pavimento composto com duas camadas granulares (base + sub-base)

sobre o solo fundação.

Pode-se observar que para um pavimento sujeito a um tráfego de 60000 EP (100kN)

existe uma proximidade entre os valores da espessura verificando-se apenas uma ligeira

alteração entre solos compreendidos nos 40 MPa a 50 MPa onde se verifica maior

espessura no método utilizado pelos Polacos.

Figura 24 - Comparação entre o dimensionamento utilizando o novo método e o método polaco (sem

geogrelha) para um tráfego de 60000 EP (100kN).

Para um tráfego de 40000 EP (100kN) verifica-se uma variação no dimensionamento

(Figura 25), sendo que para o novo método a espessura necessária é maior para solos entre

os 25 MPa e os 30 MPa e menor para solos com módulos de maior valor, nomeadamente

para 30, 40 e 50 MPa. Apesar disso, os valores obtidos para ambos os tráfegos de projeto

são relativamente próximos dos apresentados nos projetos reais para camadas não

40 + 40

30+35

20+30

15+20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

20 25 30 35 40 45 50 55

Espessura (cm

)

Módulo da Fundação (MPa)

Camadasgranulares(Sub‐base +Base)

Camadasgranulares semreforço(polacos)


54

reforçadas, o que permite concluir que os valores obtidos pelo novo método são

adequados.

Figura 25 - Comparação entre o dimensionamento utilizando o novo método e o método polaco (sem


As outras soluções em estudo no dimensionamento do pavimento através do novo método

passam pela utilização de um solo estabilizado e de uma base estabilizada (com 2000 MPa

de módulo). Comparando com o dimensionamento dos polacos onde utilizam geogrelhas

como reforço para o dimensionamento do pavimento verifica-se que, no geral a

alternativa de estabilização do solo de fundação apresenta espessuras próximas das

obtidas com a solução de reforço com a geogrelha (Figura 26). Os valores são

ligeiramente superiores para solos com módulo de fundação superiores a

aproximadamente 28 MPa, e inferiores para solos com módulo fundação inferiores a 28

MPa. Outra conclusão é o facto de as espessuras serem muito inferiores para qualquer

composição do solo quando se dimensionam pavimentos com base estabilizada a 2000

MPa. Estas conclusões verificam-se para os dois tráfegos de projeto (40000 e 60000 eixos

padrão de 100kN), apesar de se verificar uma ligeira inversão da tendência se for

comparada a solução de reforço com geogrelha com a de solo estabilizado, conforme se

apresenta na Figura 27.

35 + 35

30+30

20+2015+20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

20 25 30 35 40 45 50 55

Espessura (cm

)



Camadasgranulares semreforço(polacos)


55

Figura 26 - Comparação entre o dimensionamento utilizando o novo método e o método polaco (com


Figura 27 - Comparação entre o dimensionamento utilizando o novo método e o método polaco (com


4.5 ANÁLISE DE SENSIBILIDADE DO DIMENSIONAMENTO EM FUNÇÃO DO TRÁFEGO

Uma outra possibilidade a verificar em todo este processo de dimensionamento será

perceber qual a variação da espessura quando se faz variar o número acumulado de eixos

padrão para um determinado módulo da fundação.

O gráfico da Figura 28 demonstra o resultado obtido em termos de espessura quando se

está perante pavimentos sujeitos a 20000, 40000 e 60000 EP (100kN) para um solo de

0

10

20

30

40

50

60

20 25 30 35 40 45 50 55

Espessura (cm

)


pavimento comreforço(polacos)

Fundaçãoestabilizada

Baseestabilizada(2000 MPa)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

20 25 30 35 40 45 50 55

Espessura (cm

)


pavimento comreforço(polacos)




56

fundação de 50MPa. Verifica-se que para esses valores de tráfego de projeto, a espessura

necessária para as camadas granulares será de aproximadamente 23 cm, 32 cm e 35 cm,

respetivamente. Na Figura 29 verifica-se que para um solo com modulo de 25 MPa se o

tráfego a que o pavimento está sujeito for de 20000, 40000 ou 60000 EP (100kN), a

espessura necessária para as camadas granulares será de aproximadamente 59 cm, 69 cm

e 79 cm, respetivamente.

Figura 28 - Espessura necessária tendo em conta o número acumulado de eixos-padrão para um módulo

de fundação de 50 MPa.

Figura 29 - Espessura necessária tendo em conta o número acumulado de eixos-padrão para um módulo


0

5

10

15

20

25

30

35

40

20 40 60

Espessura (cm

)

Número acumulado de eixos‐padrão (milhares)


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

20 40 60

Espessura (cm

)

Número acumulado de eixos‐padrão (milhares)



57

Na Figura 30 e na Figura 31 apresenta-se a análise da sensibilidade do dimensionamento

das alternativas estudadas para fundações e bases estabilizadas com cimento à variação

do tráfego de projeto.

Figura 30 - Espessura necessária tendo em conta o número acumulado de eixos padrão para um módulo


Figura 31 - Espessura necessária tendo em conta o número acumulado de eixos padrão para um módulo


Com este tipo de resultados é possivél abordar a questão do dimensionamento com mais

precisão e objetividade, pois torna-se possível perceber a espessura exata ao

dimensionamento de um pavimento sujeito a um determinado nível de tráfego nas

0

5

10

15

20

25

20 40 60

Espessura (cm

)

número acumulado de eixos‐padrão (milhares)



0

10

20

30

40

50

60

20 40 60

Espessura (cm

)

número acumulado de eixos‐padrão (milhares)




58

diversas modalidades de pavimentos aqui referidas, nomeadamente, solos constituidos

por sub-base + base granulares, fundação estabilizada ou base estabilizada.

Considerações Finais

59

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

5.1 CONCLUSÕES

O dimensionamento de um pavimento tem como principais obrigações a definição dos

materiais e da espessura das camadas que o constituem, otimizando a secção estrutural

resistente, minimizando o custo global, o qual engloba os custos de construção,

conservação e reabilitação no denominado período de projeto.

Na atualidade existem vários métodos para o dimensionamento da espessura de

pavimentos, nomeadamente os métodos empíricos, empírico-mecanicistas e

mecanicistas. Os métodos empíricos são baseados em experimentação e observação,

apresentando correlações válidas, não sendo necessário o recurso a uma base científica.

Os métodos empírico-mecanicistas recorrem a uma análise mecanicista para a

determinação dos esforços gerados pelo carregamento do material, relacionando

empiricamente esses esforços com o comportamento real da estrutura (baseado no

acompanhamento de trechos experimentais sujeitos a tráfego real). Os métodos

puramente mecanicistas, onde intervêm as características mecânicas dos materiais, bem

como as solicitações de variada ordem, ainda não estão completamente estudados, devido

à dificuldade em definir modelos de comportamento que representem adequadamente os

materiais utilizados nas diferentes situações.

De referir será o facto de não existir em Portugal nenhum método que aborde

particularmente o dimensionamento de pavimentos sujeitos a baixo volume de tráfego

pesado (neste trabalho e com base no MACOPAV considerou-se como sendo o tráfego

médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido e na via mais

solicitada inferior a 50).

Neste trabalho foram analisados e posteriormente descritos alguns métodos

desenvolvidos para responder ao dimensionamento sujeito a este tipo de tráfego. Não

existindo um grande esclarecimento sobre o dimensionamento conclui-se que a maioria

dos métodos de dimensionamento é baseada na experiência (resultados obtidos do

comportamento dos pavimentos ao longo dos anos quando sujeitos a esta especificidade

de tráfego).


60

Para a elaboração do “novo” método foram analisados pormenorizadamente todos os

métodos encontrados. Perante as soluções analisadas conclui-se que o método que

responde com mais precisão às exigências deste tipo de pavimentos é o método da

AASHTO.

A nova abordagem ao método da AASHTO apresentada no presente trabalho pretende

constituir uma ferramenta útil para a análise e conceção de soluções de pavimentação

quando sujeitos a este tipo de condicionantes, sem a necessidade de recorrer a ábacos de

leitura por vezes difícil e sujeita a maiores erros.

Esta solução permite adequar o dimensionamento de pavimentos às condições do solo,

bem como, às condições de tráfego que estará sujeito, otimizando as espessuras das

camadas e respetivos materiais em conformidade com as suas necessidades de acordo

com as condicionantes existentes (capacidade do solo e o número acumulado de eixos

padrão).

Relativamente à análise comparativa com os projetos existentes de pavimentos de

estradas de acesso a parques eólicos na Polónia, este trabalho permitiu concluir que os

resultados obtidos pelo “novo” método estão relativamente próximos dos valores

apresentados nos referidos projetos para a aplicação de camadas exclusivamente

granulares. Foi também possível concluir que existem diferentes alternativas de

pavimentação com resultados equivalentes ou até superiores à utilização de geogrelhas

de reforço da capacidade de carga de pavimentos granulares.

5.2 TRABALHOS FUTUROS

Numa ótica de trabalhos futuros, será interessante perceber através de uma análise de

programas de elementos finitos se os resultados obtidos com o programa JPAV, que

considera um modelo elástico e linear para o comportamento dos materiais, são

equivalentes aos que se poderiam obter com modelos de comportamento não linear (que

representam mais adequadamente os materiais granulares).

Para além disso seria interessante analisar as diferentes alternativas do ponto de vista

económico para se poder concluir acerca da sua viabilidade. Dessa forma seria possível a

Considerações Finais

61

inclusão de outras soluções que se revelem determinantes na prática do dimensionamento

deste tipo de pavimentos.

Este tipo de trabalho necessitaria também de algum tipo de validação com a construção

de trechos experimentais monitorizados ao longo do tempo, ou a realização de ensaios

acelerados em pistas à escala real, de modo a validar as leis de fadiga determinadas.

Referências Bibliográficas

63

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