ESTRADAS DE RODAGEM II

PAVIMENTAÇÃO

2009

ESTRADAS DE RODAGEM II

Docente(s): Fernando Nogueira

Carga horária teórica: 60 horas

Crédito: 4

Ementa:

Introdução. Construção da Superestrutura de Rodovias. Noções dePavimentos Rígidos. Materiais para Pavimentação. Dimensionamento doPavimento Flexível. Noções sobre Drenagem.

Bibliografia básica:

- Bernucci, L.B.; Motta, L.M.G.; Ceratti, J.A. P.; Soares, J.B. Pavimentação Asfaltica:Formação

Básica para Engenheiros. Petrobrás. ABEDA. RJ. 2006.

- Senço, W. - Manual de Técnicas de Pavimentação. Vol. 1. Ed. Pini. 2000.

Bibliografia Complementar:

- DNIT. Ministério dos Transportes. Publicação IPR 719. Manual de Pavimentação.2006.

- DNIT. Ministério dos Transportes. Publicação IPR 724. Manual de Drenagem. 2006.

- SENÇO, W. - Manual de Técnicas de Pavimentação. Vol. 2. Ed. Pini. RJ. 2001.

- DNIT. Ministério dos Transportes. Manual de Implantação Básica. 1996.

- SANTANA, H. Manual de Pré-Misturados a Frio. I.B.P.-Comissão de Asfalto. 1a Ed. RJ. 1992.

- Informações Básicas sobre Materiais Asfalticos. I.B.P. 4a Edição. RJ. 1990.

- FRAENKEL, B. B. - Engenharia Rodoviária. Ed. Guanabara Dois. RJ . 1980.

- BATISTA, C. N. - Pavimentação . Vols. 1, 2, 3. Editora Globo. Porto Alegre. 1979.

- SOUZA, M. L. - Pavimentação Rodoviária. MT – DNER - IPR. RJ. 1976.

CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

I – CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DOS PAVIMENTOS

1.1 Definição. Cargas. Distribuição das pressões

1.2 Classificação dos Pavimentos

1.3 Composição do pavimento

1.4 Noções sobre pavimento rígido

1.5 Pavimento flexível.

II –MATERIAIS PARA PAVIMENTAÇÃO

2.1 Solos e Agregados. Ensaios.

2.2 Materiais betuminosos.

2.3 Ensaios e Especificações.

2.4 Usinas

III - ESTUDO DO SUBLEITO

2.1 Estudos de campo e Laboratório.

2.2 Áreas de empréstimos.

IV - DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS

5.1 Métodos de dimensionamento

5.2 As cargas rodoviárias.

5.3 Dimensionamento pelo Método do DNIT.

5.4 Projeto de Pavimento

V – NOÇÕES SOBRE DRENAGEM

6.1 Estudos hidrológicos.

6.2 Tipos de Drenagem.

6.3 Dimensionamento de dispositivos superficiais

6.4 Drenagem Subterrânea

I – CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DOS PAVIMENTOS

Introdução : Origem dos caminhos

O Homem pré-histórico: busca de alimentação e água – deixar os

caminhos entre caverna e campos de caça ou poços de água – condições de

permitir sua passagem o mais rápido possível.

Estava assim, atendendo ao principio fundamental do transporte:

“Melhorar o caminho por onde devia passar, quando tinha

necessidade de se deslocar periodicamente entre pontos extremos

e intermediários.”

– Uso do animal: deram um passo adiante nessa evolução- rendimento

das viagens – melhorias que teve que introduzir nos caminhos.

– Atrelou um rústico veículo a esse animal: melhorando o rendimento

das viagens – melhorando ainda mais os caminhos – invenção mais

importante no ramo dos transportes: a RODA.

– Ataque à natureza – o homem era inteiramente condicionado pelo meio

ambiente e pela topografia dos terrenos por onde circulava. Maiores volumes

e maiores cargas a serem transportadas com maior freqüência a distancias

cada vez maiores, obrigou o homem a procurar exercer controle sobre o

meio, alterando os caminhos, cortando, aterrando e construindo obras de

passagem sobre cursos d’água.

- Vias duráveis : Com o aumento da freqüência das viagens os caminhos

e estradas precisavam ser transitáveis em qualquer época do ano.

– Revestimento do leito carroçável : dar estabilidade a via inclusive na

época de chuvas.

Regra básica:

-Terrenos arenosos: oferecem boas condições nas chuvas e excessiva poeira

nas secas;

- Terrenos argilosos: oferecem boas condições nas secas e lama nas chuvas;

Introdução

Estabilização – misturar areias e argilas, em proporções

tais que as argilas evitem o aparecimento de poeira nos

terrenos arenosos, nas secas, e as areias evitem o

aparecimento de lama nos terrenos argilosos, nas chuvas.

A busca de melhores materiais para a estabilização

levou a utilização de revestimentos de pedras, de misturas

betuminosas ou de concreto de cimento – a

PAVIMENTAÇÃO – atendendo assim outro principio

fundamental na evolução dos transportes:

A necessidade de que os deslocamentos sejam

possíveis em qualquer época do ano –

estabilização do leito das estradas.

A estrutura que se constrói sobre o leito de terra

pode variar quer no que se refere a espessura, aos materiais

utilizados, em consonância não só com as solicitações, mas,

também com a própria função que a estrada está exercendo

ou deverá exercer.

ESTRUTURA construída

após a terraplenagem e

destinada, econômica e

simultaneamente, em seu

CONJUNTO, a:

Resistir e distribuir ao

subleito os esforços

verticais produzidos

pelo tráfego;

Melhorar as condições

de rolamento quanto a

comodidade e

segurança;

Resistir aos esforços

horizontais que nela

atuam, tornando mais

durável a superfície de

rolamento.

O que é um pavimento ?

Transmissão das cargas ao pavimento

a

Qq

2/

2ra

2

2/

r

Qq

2/1

2/

q

Qr

Q = Carga transmitida

pelo eixo

q = pressão de contato

r = raio da área circular

de contato

Exemplo 1: Adotando uma pressão de contato de q = 7 Kgf

/ cm2 e uma carga de roda Q / 2 = 5000 Kgf, que é o limite

máximo permitido pela Legislação Brasileira, calcular o raio da

área circular de contato.

5000 ½

r = ---------- r = 15 cm

3,14 x7

Distribuição das Pressões

2

.1

1

tgr

zqZ

z = pressão no subleito (Kqf / cm2);

q = pressão de contato (Kgf / cm2);

z = espessura do pavimento (cm);

r = raio da área circular de contato

(cm);

= ângulo de distribuição de pressão

Rs = Resistência do Subleito

Rs Z Estável

Condição de equilibrio:

Q/2 = q . . r2 = z . . (r + s)2

Exemplo 2 - Considerando uma carga por eixo simples Q

= 10 tf, aplicada segundo um círculo de raio r = 15 cm,

resultando numa pressão de contato q = 7 Kqf / cm2 em

um pavimento de espessura Z = 20 cm, a pressão aplicada

no subleito será. Adotar = 45 º.

2

45.15

201

17

tg

Z

2/3,1 cmkgfZ

Tipos de pavimentos

Rígidos: placas

de concreto de

cimento Portland

Flexíveis:

revestido de

camada asfáltica e

com base de brita

ou solo

Semi-rígidos: são

estruturas mistas

revestidas de camada

asfáltica e com base

estabilizada quimicamente

(cal, cimento)

Ex: uma camada de solo

cimento revestida por

uma camada asfáltica.

Pavimento Rígido

Constituído por uma placa de concreto de cimentoPortland (PCCP), que pode ser simples, armado ouprotendido.

Possui elevada rigidez em relação às camadasinferiores, absorvendo praticamente todas as tensõesprovenientes do tráfego.

A laje de concreto desempenha simultaneamenteo papel de revestimento e de base, resistindo àabrasão do tráfego, diluindo as tensões de tal maneiratornando-a compatível com a resistência do subleito.

Rompem por tração na flexão, quando sujeitos adeformações.

A sub-base, geralmente 10 cm de materialgranular ou solo-cimento, garante um suporte uniformee evita o fenômeno do bombeamento (“pumpking)

Calçamentos de pedra

• Pedra poliédrica regular (Paralelepipedos-cerâmica ou madeira).

• rejuntados com produtos asfálticos ou argamassa de cimento

• Pedra poliédrica irregular -

assentados manualmente

sobre um colchão de areia,

sem base.

Distribuição das cargas

Er

T

- Alta dissipação das pressões

- Alto modulo de rigidez:

- Tensão de tração na flexão

Er 350.000 kgf/cm2

Variações volumétricas do concreto

o Reação química do cimento

o Temperatura

o Umidade

Expansão e Contração da Placa Trincas ou

Fissuras

Juntas transversais

• Construídas no sentido da largura da placa de concreto.

• de retração (ou contração)

• de retração com barras de transferência

• de construção

• de expansão ou dilatação

Barras de transferência ou passadores

São barras de aço comum,

dispostas em toda extensão da

junta, para que haja

transferência da carga para a

placa contígua.

= ¾” a 1”

Comprimento da barra = 60 cm.

Seção Transversal Típica de Pavimento

Rígido

Seção Transversal Típica de Pavimento

Rígido

PCA - Portland Cement Association

PCA/66 - utiliza a tensão de tração na flexão como

parâmetro para o dimensionamento do pavimento de

concreto através da resistência do concreto à fadiga

PCA/84 - leva em consideração além dos critérios do

PCA/66, a existência de acostamento de concreto, barras de

transferência, o tamanho das placas e a resistência a

erosão.

AASHTO /1993

DIMENSIONAMENTO

FUNDAÇÃO CBR

TRÁFEGO Contagem e Classificação

CONCRETO Resistência

Pavimento - Estrutura construída sobre a terraplenagem e

destinada, técnica e economicamente, a resistir aos

esforços oriundos do tráfego e a melhorar as condições de

rolamento.

Pavimento Flexivel

Camada de Terraplenagem

Aplicação de

Revestimento

Processo de

Aplicação

Comportamento Estrutural do

Pavimento Flexível

Pavimento solicitado por uma roda pneumática com

carga Q/2, se deslocando com velocidade V, recebe

uma tensão vertical de compressão (q) e uma tensão

horizontal de cisalhamento ().

A tensão q é diluída pelo pavimento, de modo que

o subleito recebe uma tensão bem menor “p1 “- que

deve ser compatível com a resistência do mesmo.

A tensão de cisalhamento ( o ) agindo na superfície

do pavimento exige que a mesma apresente uma

coesão mínima (cp).

Comportamento Estrutural do

Pavimento Flexível

Deformação excessiva as tensões de tração e

cisalhamento podem levar a ruptura do pavimento. O atrito interno

e a coesão do ligante não são mais suficientes para garantir a

estabilidade. O pavimento se rompe e as deformações se tornam

permanente nas diferentes camadas.

As tensões geradas no subleito, por efeito das cargas, podem

romper o pavimento.

O aparecimento das bacias de deformações sob as rodas dos

veículos levam a estrutura a deformar-se permanentemente e ao

rompimento por fadiga.

Assim, os pavimentos são dimensionados a compressão e a

tração na flexão.

Seção Transversal típica

Camadas constituintes

(Reforço; Subbase, Base;

Revestimento)

Regularização:

Camada irregular sobre o subleito.

Corrige falhas da camada final de

terraplenagem ou de um leito

antigo de estrada de terra.

Reforço do Subleito:

Quando existente, trata-se de uma

camada de espessura constante

sobre o subleito regularizado.

Tipicamente um solo argiloso de

qualidades superiores a do

subleito.

Sub-base:

Entre o subleito (ou camada de

reforço deste) e a camada de

base. Material deve ter boa

capacidade de suporte. Previne

o bombeamento do solo do

subleito para a camada de base.

Base:

Abaixo do revestimento,

fornecendo suporte

estrutural. Sua rigidez alivia

as tensões no revestimento

e distribui as tensões nas

camadas inferiores.

Exemplos:

brita graduada ou corrida (tratada ou não com cimento),

macadame hidráulico ou betuminoso,

solo estabilizado granulometricamente, solo-brita,

solo-cimento,

solo-cal

Camadas constituintes

Base e Sub-base

Nos pavimentos asfálticos a camada de base é de grande

importância estrutural. As bases podem apresentar uma das

seguintes diversas constituições:

Granular

Sem Aditivo

Solo; Solo-brita; Brita graduada.

Com aditivo

Solo melhorado com cimento; Solo melhorado com cal.

Coesiva

Com ligante ativo

Solo-cimento; Solo-cal; Concreto rolado.

Com ligante asfáltico

Solo-asfalto; Macadame asfáltico; Mistura asfáltica.

Base Granular: Não tem

coesão, não resiste à

tração, dilui as tensões de

compressão, principalmente

devido a sua espessura.

Base Coesiva: Dilui as

tensões de compressão

também devido a sua

rigidez, provocando uma

tensão de tração em sua

face inferior.

Brita graduada

Pedra poliédrica Solo-Cal Solo-Cimento

Base e Sub-base

Revestimentos flexíveis

Constituídos por associação de agregados e materiais betuminosos.

Concreto betuminoso: -Mistura de agregados, satisfazendo rigorosas especificações, e o

betume devidamente dosado.

-Feita em usina, com rigoroso controle de granulometria, teor de

betume, temperaturas do agregado e do betume, transporte,

aplicação e compressão.

Pré-misturado a quente: Mistura, obtida em usina, de agregados e asfalto.

As especificações são menos rigorosas do que as do concreto

betuminoso

Pré-misturado a frio:Mistura de agregado e asfalto, onde o agregado é empregado à

temperatura ambiente.

É um produto menos nobre que o pré-misturado a quente e o concreto

betuminoso.

Tratamentos superficiais: Aplicação de uma ou mais camadas de agregados ligadas por pinturas

betuminosas.

• Simples: uma camada de agregado e uma pintura de betume;

• Duplos: duas camadas de agregado e duas pinturas de betume;

• Triplos: três camadas de agregado e três pinturas de betume;

• Quádruplos: quatro camadas de agregado e quatro pinturas de betume.

Pavimento Rígido e Flexível

DIFERENÇAS

CONCRETO ASFALTO

• As Técnicas de projetos são

praticamente invariáveis.

• Maiores resistências mecânica e a

abrasão; a resistência mecânica do

material aumenta com a idade.

• Estruturas menores de

pavimentação (no máximo duas

camadas.

• Maior vida útil (mínima de 30 anos).

• A qualidade da superfície é mantida

ao longo de muitos anos,

conservando integra a superfície do

pavimento.

• Pequena necessidade de

manutenção e conservação, o que

mantém o fluxo de veículos sem

interrupções.

• Resiste a ataques químicos (óleos,

graxas, combustíveis).

• Os Métodos de dimensionamento

são muito variáveis.

• O pavimento deforma e se

deteriora, prejudicando o conforto e a

segurança. A resistência tende a

diminuir principalmente em climas

quentes.

• Requer maior escavação e maior

movimento de terra e estrutura de

camadas múltiplas.

• Vida útil máxima de 10 anos (com

manutenção pesada).

• Os buracos (panelas) ,

afundamentos e trilhas de roda são

freqüentes e causam danos aos

veículos e tráfego.

• Necessidade de manutenção e

reparações rotineiras, com prejuízos

ao tráfego e custos elevados.

• É fortemente afetado pelos mesmos

produtos.

DIFERENÇAS

CONCRETO ASFALTO

• Custo inicial (construção), para uso

em vias de tráfego médio e pesado, é

normalmente igual ou maior do que o

flexível.

• Custo final (no decorrer da vida útil)

é normalmente menor do que o

flexível.

• Melhor difusão de luz, o que permite

até 30% de economia nas despesas

de iluminação da via.

•Maior distancia de visibilidade

horizontal proporcionando maior

segurança.

•Melhor distribuição de pressões à

fundação. Suporta facilmente

sobrecargas imprevistas e tráfego

intenso e canalizado.

• Melhores características de

drenagem superficial: é praticamente

impermeável, escoa melhor a água

superficial e as estruturas de

drenagem são mais simples.

Os pavimentos flexíveis não tem a

mesma durabilidade dos pavimentos

de concreto.

Custo final, considerando o

mesmo período de vida útil dos

pavimentos rígidos, é bastante alto.

De cor escura; não há reflexão de

luz. Maiores gastos com iluminação.

A visibilidade é bastante reduzida

durante a noite ou em condições

climáticas adversas.

Sobrecargas imprevistas e tráfego

canalizado danificam a estrutura do

pavimento, inclusive o subleito.

Absorve a umidade com rapidez e,

devido à textura superficial, retém a

água, o que requer maiores

caimentos e sistema de drenagem

mais eficientes.

Altas temperaturas ou chuvas

abundantes produzem perda de

material.