Avaliação dos Pavimentos Flexíveis: Condições...

Avaliação dos Pavimentos Flexíveis:Condições Estruturais

Prof.: Raul Lobato

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSOCAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP

FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICASCURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DISCIPLINA: MANUTENÇÃO DE PAVIMENTOS

Aula 06

• Avaliação das Condições Estruturais:• Métodos de Avaliação Estrutural;

• Equipamentos de avaliação estrutural não-destrutiva;

• Noções de retroanálise;

• Simuladores de Tráfego.

AVALIAÇÃO FUNCIONAL: CONFORTO DE ROLAMENTO,CONDIÇÃO DE SUPERFÍCIE, INTERAÇÃO PNEU-PAVIMENTO, DEFEITOS E IRREGULARIDADES.

Avaliação das Condições Estruturais

NÃO APRESENTAM RUPTURA SÚBITA

DETERIORAÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL ACUMULADA

CAPACIDADE DE CARGA


A avaliação estrutural, está associada ao conceito deCAPACIDADE DE CARGA, que pode ser vinculado diretamenteao PROJETO do pavimento e ao seu DIMENSIONAMENTO. Osdefeitos estruturais resultam especialmente da REPETIÇÃODAS CARGAS e vinculam-se às DEFORMAÇÕES elásticas ouRECUPERÁVEIS e plásticas ou PERMANENTES.

TRINCAMENTO POR FADIGA > 20% DA ÁREA

AFUNDAMENTO NAS TRILHAS DE RODA > 1,2 CM


DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS: são avaliadas por equipamentoschamados defletômetros por medirem os deslocamentos verticaisnomeados como “DEFLEXÃO” do pavimento. As deflexões sãoresponsáveis pelo surgimento da maioria dos TRINCAMENTOS aolongo da vida do pavimento, e que podem levar à FADIGA dorevestimento.

DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS: são acumulativas durante os anos devida de um pavimento e resultam em defeitos do tipoAFUNDAMENTO localizado ou nas trilhas de roda, medidos pormeio de treliça normatizada.


MÓDULO DE RESILIÊNCIA E CRITÉRIOS DE FADIGA

Métodos de Avaliação Estrutural

• Destrutivo;

• Semi-destrutivo;

• Não-destrutivo.

A AVALIAÇÃO ESTRUTURAL PODE SER FEITA POR MEIO DOS ELEMENTOS OBTIDOS NOS LEVANTAMENTOS DOS DEFEITOS DE SUPERFÍCIE, NOS ENSAIOS DESTRUTIVOS E NÃO-DESTRUTIVOS

DEFEITOS ACUMULADOS REALIZAÇÃO DE ENSAIOS

Método de Avaliação Estrutural Destrutivo

Um método destrutivo é aquele que investiga a condiçãoestrutural de CADA CAMADA que compõe o pavimento porabertura de TRINCHEIRAS ou POÇOS DE SONDAGEM,permitindo recolher AMOSTRAS de cada material até osubleito e realizar ENSAIOS de CAPACIDADE DE CARGA INSITU. Pela sua própria natureza destrutiva só pode serempregado em alguns POUCOS PONTOS selecionados comorepresentativos de cada segmento a ser avaliado.


MÉTODO DA AASHTO

COEF. ESTRUTURAIS

VIDA REMANESCENTE


A realização de ensaios de laboratório em amostras indeformadas alémdos inconvenientes da retiradas de amostras de pavimentos emserviço, é trabalhosa e não se consegue no laboratório SIMULARexatamente os estados de tensões existentes no campo. Aspropriedades medidas no laboratório, portanto, NÃO REFLETEM ODESEMPENHO DO MATERIAL NO CAMPO. O nível de compactação e oíndice de vazios das amostras de laboratório são geralmente diferentesdaqueles no campo.


Por serem bastante difundidos e fornecerem DADOSHISTÓRICOS de inventário das rodovias, os ensaios delaboratório nos moldes atuais ainda manterão largaaplicabilidade nos estudos de caracterização e classificaçãodos materiais constituintes das camadas dos pavimentos. Seos materiais do pavimento não estiverem demasiadamenteDETERIORADOS, os resultados desses ensaios em conjuntocom o INVENTÁRIO DOS DEFEITOS DE SUPERFÍCIE(PATOLOGIAS) podem ser utilizados para avaliar aADEQUAÇÃO ESTRUTURAL do pavimento.

Método de Avaliação Estrutural DestrutivoAs principais desvantagens dos ensaios destrutivos podem ser assimdescritas:

• Necessidade de INTERROMPER O TRÁFEGO da rodovia por umperíodo de tempo significativo;

• Natureza destrutiva dos ensaios e a introdução de DEFEITO nasseções do pavimento;

• Ensaios CAROS, consomem muito TEMPO e requerem muita MÃO-DE-OBRA. Assim sendo, não podem ser realizados extensivamente;

• Resultados dos ensaios são representativos das condições domaterial em um PONTO ESPECÍFICO

Método de Avaliação Estrutural Semi-destrutivo

Um método semidestrutivo é aquele que se vale deABERTURAS MENORES de janelas no pavimento quepermitam utilizar um INSTRUMENTO PORTÁTIL de PEQUENASDIMENSÕES para avaliar a capacidade de carga de umpavimento, tal como uso de CONES DINÂMICOS DEPENETRAÇÃO – DCP e equipamentos para avaliação expeditado módulo de elasticidade do pavimento, através de PULSOS,aplicados na superfície, e medições do retorno dos mesmo.

Método de Avaliação Estrutural Semi-destrutivo

Método de Avaliação Não-destrutivoA avaliação mais adequada para ser feita em GRANDES EXTENSÕES depistas e com possibilidade de INÚMERAS REPETIÇÕES no mesmoponto, de forma a acompanhar a variação da capacidade de carga como tempo, é a que lança mão de medidas não-destrutivas, representadaspor MEDIDAS DE DEFLEXÃO.

A cada passagem de roda o pavimento sofre um deslocamento totalque tem duas componentes:

1. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA: flexão alternada do revestimento(principal forma de avaliação estrutural do pavimento em uso);

2. DEFORMAÇÃO PERMANENTE: afundamento da trilha de roda(critério de definição da vida útil estrutural e funcional dopavimento)

Método de Avaliação Não-destrutivo

REPETIÇÕES DE DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS

ACUMULO DE DEFORMAÇÕES PERMANENTES


DETERMINAÇÃO DA DEFORMADA: SENTIDO LONGITUDINAL

BACIA DE DEFORMAÇÃO DEFORMADA E DEFLEXÃO RECUPERÁVEL MÁXIMA


ANÁLISE DA FORMA DA DEFORMADA: RAIO DE CURVATURA

TIPO DE REVESTIMENTO


DEFLEXÃO RECUPERÁVEL ADMISSÍVEL

PAVIMENTOS RÍGIDOS PAVIMENTOS FLEXÍVEIS

TRATAMENTO SUP.

CBUQ


𝑅 =10 × 𝑥²

2 × 𝑑0 − 𝑑𝑋

FAIXA DE VALORES

VALORES CRÍTICOS


• Auxiliam no PROJETO DE REFORÇO estrutural;

• Distinguem os diferentes segmentos para efeito de projeto;

• Determinam as causas de defeitos e verificam locais com falta de suporte ou excesso de vazios;

• Indica a capacidade da estrutura do pavimento em SUPORTAR O TRÁFEGO atual e futuro;

• Avalia os módulos de elasticidade por RETROANÁLISE.

Equipamentos de Avaliação Estrutural não-destrutiva

Os equipamentos utilizados em avaliações não-destrutivas (NDT-nondestructive deflection testing) podem ser divididos em:

• Carregamento quase-estático: ensaio de placa de viga Benkelman;

• Carregamento vibratório: dynaflect;

• Carregamento por impacto: falling weight deflectometer (FWD).

BRASIL: DEFLETÔMETROS (VIGA BENKELMAN E FWD)

DEFLEXÃO MÁXIMA, RAIO DE CURVATURA, DEFORMADA

Viga Benkelman (VB)

A viga Benkelman consiste de um equipamento muito simples quenecessita de um caminhão com EIXO TRASEIRO SIMPLES de RODADUPLA carregado com 8,2t, para aplicar a carga sob a qual será medidaa deformação elástica.

LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS: TRILHA DE RODA EXTERNA

RAIO DE CURVATURA: BACIA DE DEFORMAÇÃO

DNER ME 24/94 DNER PRO 175/94 DNER ME 061/94

Viga Benkelman (VB)

O ensaio completo (DNER ME 024/94) consiste em:

(i) Colocar a ponta de prova da viga Benkelman entre os pneus da rodageminada traseira do caminhão, colocando-a exatamente sob o seu eixo(POSICIONAMENTO);

(ii) Fazer uma LEITURA INICIAL do extensômetro que se situa a umadistância segura para o operador sobre o braço móvel da viga – leituraLi;

(iii) Fazer o caminhão se AFASTAR lentamente até 10m de distância da pontade prova ou até que o extensômetro não acuse mais VARIAÇÃO DALEITURA;

(iv) Ler o extensômetro (LEITURA FINAL)– leitura Lf.

Viga Benkelman (VB)O ensaio completo (DNER ME 024/94) consiste em:

Viga Benkelman (VB)

A leitura final corresponde ao descarregamento do pavimento e todo odeslocamento recuperado é associado à deformação elástica dopavimento (deflexão). Calcula-se a deflexão d0 pela expressão:

𝑑0 = (𝐿𝑖 − 𝐿𝑓) × 𝐾

Sendo K a constante da viga dada pela relação entre o braço maior e obraço menor, articulados

Viga Benkelman (VB)

𝑑0 = (𝐿𝑖 − 𝐿𝑓) × 𝐴 𝐵

Viga Benkelman (VB): Bacia de deflexão

É um procedimento TRABALHOSO E DE POUCAPRECISÃO quando realizado com a VIGACONVENCIONAL. Na maioria das vezes medem-sesomente a deflexão máxima d0 e mais um ponto, emgeral a 25 cm do inicial (d25), para cálculo do chamadoraio de curvatura, que representa um arco de parábolaque passa pelos dois pontos.

Viga Benkelman (VB): Bacia de deflexão

𝑅 =6250

2 × 𝑑0 − 𝑑25

Defletógrafo La Croix

Equipamento por impacto falling weight deflectometer (FWD)

Os equipamentos mais atuais demedida dos deslocamentoselásticos de um pavimento são osde impacto por QUEDA de umpeso suspenso a certa altura, sobreamortecedores que comunicam ochoque a uma placa metálicaapoiada sobre o pavimento noponto de leitura da deflexãomáxima

ASTM D 4695 DNER PRO 273 ASTM 4694

O equipamento é totalmente automatizado, sendo rebocadopor um veículo utilitário leve que carrega parte do sistema deaquisição de dados feito por computador, conectado aossensores instalados na PARTE REBOCADA, que é odefletômetro propriamente dito. O ensaio consiste em aplicara CARGA DE IMPACTO e ler os deslocamentos em VÁRIOSSENSORES colocados ao longo de um suporte em posiçõesconvenientemente escolhidas para se obter a linha dedeslocamentos



As VANTAGENS do FWD em relação à VB convencional são:

• ACURÁCIA nas medições;

• Possibilidade de aplicação de vários níveis de carga;

• Maior PRODUTIVIDADE (mais pontos levantados por dia);

• Ensaio não influenciado pelo OPERADOR;

• Registro automático de temperatura e de distâncias dos pontos de ensaio.

Algumas DESVANTAGENS do FWD são:

• CUSTO do equipamento;

• Necessidade de calibrações mais sofisticadas;

• Diferenças de resultados entre marcas.


A ordem de grandeza das deflexões dos pavimentos asfálticos VARIAmuito com as características da estrutura, o tipo de revestimento, onível de trincamento, as condições climáticas etc. Mas como valortípico pode-se indicar de 30 a 50 (× 10−2mm) para um pavimentocom revestimento de CONCRETO ASFÁLTICO e base granular em boacondição estrutural, e da ordem de 80 (× 10−2mm) para umpavimento com revestimento de TRATAMENTO SUPERFICIAL


A vantagem de se poder medir com acurácia a BACIADEFLECTOMÉTRICA do pavimento é utiliza-la para ESTIMAR OSMÓDULOS DE ELASTICIDADE das camadas, o que permite umaAVALIAÇÃO ESTRUTURAL mais adequada de cada segmento e oCÁLCULO DO REFORÇO ESTRUTURAL, se necessário, peloprincípios da mecânica dos pavimentos. Isto é possível através datécnica chamada de RETROANÁLISE.

Noções de Retroanálise

O entendimento do pavimento como uma estrutura queforma um sistema em camadas que trabalham solidariamente,permite COMPATIBILIZAR os materiais em termos de RIGIDEZ.Aplicando-se os princípios da mecânica dos pavimentos épossível fazer uma avaliação estrutural mais adequada detodas as camadas e do subleito. Para se aplicar o CÁLCULO DETENSÕES E DEFORMAÇÕES para um dimensionamentoapropriado do REFORÇO DO PAVIMENTO, é necessário seconhecer a RIGIDEZ DE TODAS AS CAMADAS DO PAVIMENTOE DO SUBLEITO.


MÉTODO DO CBR

VARIAÇÃO DO MÓDULO DE RESILIÊNCIA AO LONGO DO TEMPO

AVALIAÇÃO DESTRUTIVA? BACIAS DE DEFORMAÇÃO !

Noções de retroanálise

Tendo-se o conhecimento da carga externa aplicada para a qual foiobtida a bacia deflectométrica e, conhecendo-se as CARACTERÍSTICASbásicas dos tipos de materiais presentes em cada camada e suasESPESSURAS, é possível inferir os módulos de elasticidade a partir dasdeflexões obtidas. Esta especificação é feita considerando-se umadeterminada COMBINAÇÃO DE MÓDULOS das camadas de modo afazer coincidirem a bacia TEÓRICA CALCULADA e a bacia DE CAMPODETERMINADA.


MÉTODOS TRADICIONAIS

CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DE UM PAVIMENTO A PARTIR DOS VALORES INDIVIDUAIS DE DEFLEXÃO MÁXIMA


A sistemática de retroanálise se justifica por permitir:

• Inferir os módulos de elasticidade nas CONDIÇÕES DECAMPO;

• Eliminar ou minimizar COLETA DE AMOSTRAS;

• Caracterizar com RAPIDEZ as camadas em termos deelasticidade;

• Verificar a condição estrutural de cada camada e subleito.


As desvantagens de obtenção dos módulos de elasticidade porretroanálise são:

• A SENSIBILIDADE DO CÁLCULO dos valores dos módulos deelasticidade aos valores das bacias deflectométricas quepossuem uma IMPRECISÃO inerente aos levantamentos decampo;

• A confiabilidade dos instrumentos e dos procedimentosoperacionais de medição das deflexões deve sercontinuamente verificada (CALIBRAÇÃO);

MÓDULOS EQUIVALENTES HIPÓTESES, AJUSTES


O procedimento consiste inicialmente em se LEVANTAR DEFORMADAS(bacias de deformação) representativas de um certo segmento homegêneo,com o uso da VIGA BENKELMAN ou do FWD, devidamente aferidas ecalibradas. Buscam-se adicionalmente informações a respeito dasESPESSURAS DAS CAMADAS integrantes da estrutura, por meio de PESQUISAhistórico-cadastral ou, preferencialmente, SONDAGENS diretas.

A seguir busca-se determinar por tentativas sucessivas, com o auxílio de umPROGRAMA COMPUTACIONAL que permita o cálculo de tensões,deformações e deslocamentos em pavimentos, o conjunto de valores demódulos das camadas do pavimento que reproduza a deformada levantadaem campo. Os valores encontrados são assumidos como módulos para ascondições de campo de cada camada, podendo ser utilizados em análisesmecanísticas da estrutura existente.


MODELO DE HOGG d0 e d25


MODELO SIMPLIFICADO d0 e d25 DETERMINAÇÃO DE SN E SNC

Número Estrutural Corrigido (SNC)

Medida de resistência do pavimento que resume as INTERAÇÕESCOMPLEXAS entre tipos de materiais, módulos de elasticidade,espessuras das camadas e condição da superfície.

𝑆𝑁𝐶 =

𝑖=1

𝑛

𝑎𝑖 × 𝐻𝑖 + 𝑆𝑁𝑆𝐺

𝑆𝑁𝑆𝐺 = 3,51 × 𝑙𝑜𝑔𝐶𝐵𝑅 − 0,85 × 𝑙𝑜𝑔𝐶𝐵𝑅 2 − 1,43

ai: MÓDULO RESILIENTE E CBR

Simuladores de TráfegoOs simuladores de tráfego são grandes EQUIPAMENTOS DE CAMPOque permitem fazer importante AVALIAÇÃO ESTRUTURAL deseções de pavimento, para determinação de VIDA DE FADIGA emcondições muito próximas da SITUAÇÃO REAL de condições detráfego e de materiais do que os ENSAIOS DE LABORATÓRIO.Existem vários tipos desses equipamentos que consistem de formageral em fazer atuar uma ou duas rodas de caminhão sobre umacurta seção do pavimento a ser testado, por CICLOS DE CARGACONTÍNUOS durante várias horas por dia. Assim, reproduz-se emcurto espaço de tempo o NÚMERO DE PASSAGENS DE EIXOSprevistos no projeto da estrutura ensaiada.

Simuladores de Tráfego

TESTE DE NOVOS MATERIAIS

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO

ENTENDER O COMPORTAMENTO DE DISTINTOS PERFIS DE PAVIMENTOS

EFICIÊNCIA DE TÉCNICAS DE RESTAURAÇÃO


SIMULAÇÃO ACELERADA DO COMPORTAMENTO DE UM PAVIMENTO AO LONGO DE SUA VIDA DE SERVIÇO COM A CONSTRUÇÃO DE UM

PEQUENO TRECHO DE PAVIMENTO NUMA FAIXA ADICIONAL COLOCADA AO LADO DO PAVIMENTO

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