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Pavimentos Rodoviários
Trabalho Prático n.º 3
Dimensionamento de uma camada de
Reforço de um Pavimento flexível
Í ndice
1 Introdução ................................................................................................................. 3
2 Objetivos ................................................................................................................... 4
3 Dados do Problema ................................................................................................... 4
4 Análise do Pavimento Flexível ................................................................................... 6
4.1 Determinação dos Módulos de Deformabilidade ............................................. 6
4.2 Temperatura de Serviço Equivalente................................................................. 8
4.3 Correção do Módulo de Deformabilidade Para a Temperatura de Serviço
Equivalente ................................................................................................................... 8
4.4 Cálculo da Vida Útil Restante do Pavimento Flexível ........................................ 9
5 Dimensionamento da Camada de Reforço ............................................................. 11
6 Conclusão ................................................................................................................ 15
7 Bibliografia .............................................................................................................. 16
Í ndice de figuras
Figura 1 - Deflectograma representativo ......................................................................... 5
Figura 2 - Deflectograma representativo e tentativas ..................................................... 6
Figura 3 -Deflectograma representativo e 4º Tentativa .................................................. 7
Figura 4 - Camadas e Características da 4ª tentativa ....................................................... 7
Figura 5 - Camadas e Características do Pavimento Flexível ........................................... 9
Figura 6 - Camadas e Características do Pavimento Flexível com camada de reforço de
7 cm ................................................................................................................................ 13
Figura 7 - Camadas e Características do Pavimento Flexível com camada de reforço de
6 cm ................................................................................................................................ 14
Í ndice de tabelas
Tabela 1 - Deflectograma representativo ao grupo 3 ...................................................... 5
Tabela 2 - Quadro das tentativas para a estimação do módulo de deformabilidade...... 6
Tabela 3 - Parâmetros e coeficiente de correlação do modelo de previsão da TE .......... 8
1 Introdução
Nas últimas décadas a rede rodoviária sofreu um crescimento acentuado na sua
extensão, volume de tráfego, qualidade e importância estratégica no desenvolvimento
do País. Hoje, a construção é cada vez menor e assiste-se, sistematicamente, a uma
redução dos períodos de vida útil no dimensionamento de pavimentos. A política atual
incide sobretudo por estratégias de conservação ou reabilitação da rede existente, de
forma a garantir não só as características superficiais e estruturais das vias, mas
também as condições de segurança e conforto dos seus utilizadores.
As entidades responsáveis pela gestão das vias de comunicação, deparam-se
atualmente, com o desafio de conservar e reabilitar o património rodoviário existente,
contemplando-se cada vez mais com orçamentos reduzidos e níveis de exigências de
qualidade e tráfego elevados. Por outro lado, seguindo as outras vertentes da
engenharia civil, a questão da sustentabilidade e do ambiente são pontos que não
estão esquecidos pelas entidades gestoras das redes viárias, pelo que cada vez mais
privilegia-se, não só os critérios clássicos de exequibilidade técnica e económica, como
também a minimização dos impactos ambientais. A junção dos fatores sócio-
económicos com os ambientais tem conduzido ao aparecimento de novas técnicas de
conservação e de reabilitação, privilegiando a economia de matérias-primas e o
reaproveitamento de materiais para a conceção de pavimentos, respondendo assim
aos atuais níveis de exigência (Batista 2004).
O uso de novas soluções para a conservação e reabilitação de pavimentos, em
detrimento das soluções ditas tradicionais são cada vez mais comuns. No entanto,
muitas das técnicas já hoje utilizadas na reabilitação de pavimentos apresentam ainda
algumas limitações quanto às especificações de uso corrente e sobretudo no
desempenho a médio/longo prazo, dependendo não só dos materiais e técnicas
construtivas, mas também do estado dos pavimentos, da sua constituição, do tráfego
utente e das condições climáticas (Batista 2004).
Cada vez mais se torna necessário desenvolver ações de manutenção,
reabilitação e/ou requalificação destas vias. Os objetivos gerais destas intervenções
passam pela manutenção ou melhoria das condições de segurança para os utilizadores,
pela diminuição de custos de utilização, pelo aumento do tempo de vida útil das
estruturas e pela adequação de vias com capacidade vencida às novas condições de
utilização (Picado-Santos et al. 2006b).
2 Objetivos
Os objetivos deste trabalho são:
Avaliar a capacidade de carga, em termos de vida restante, dum trecho de
pavimento rodoviário flexível;
Estabelecer a espessura da camada de reforço a realizar de modo a garantir a
adequada capacidade de carga do pavimento.
3 Dados do Problema
Parte 1
O pavimento está localizado na região de Beja;
O solo de fundação é caracterizado por um CBR de 12%;
O betume original de misturas era do tipo 35/50;
O pavimento analisado apresenta a seguinte estrutura:
A carga utilizada nos ensaios de carga com defletómetro de Impacto foi de 60
kN;
(25 cm)
A placa de carga com 30 cm de diâmetro;
A temperatura no pavimento era de 180C;
Os resultados dos ensaios, realizados em finais de Março, conduziram ao
defletograma representativo indicado na Tabela 1:
Distância ao ponto de carga (m) 0,0 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0
Deflexão (µm) 481 356 289 236 177 117 86
Tabela 1 - Deflectograma representativo ao grupo 3
Figura 1 - Deflectograma representativo
Parte 2
Admitindo que o trafego previsto para os próximos 10 anos é de 40 milhões de
eixos-padrão de 80 kN na via mais solicitada.
0
100
200
300
400
500
0 0,5 1 1,5 2
De
fle
xão
[µ
m]
distância ao ponto de carga [m]
Deflectograma
Deflectogramarepresentativo
4 Análise do Pavimento Flexível
4.1 Determinação dos Módulos de Deformabilidade
Através do EXCEL e do BISAR 3.0 determinou-se os módulos de deformabilidade
das camadas por aproximação ao defletograma representativo do pavimento. Foram
efetuadas várias tentativas de modo a encontrar os valores dos módulos de
Deformabilidade das várias camadas consideradas para obter valores semelhantes de
deslocamento vertical (deflexão).
0 0,3 0,5 0,7 1 1,5 2
Defl. Representativo
481 356 289 236 177 117 86 Esf E sub-base E betuminoso
1ª Tentativa 389,2 292,3 239,3 196 147,2 97,4 70,65 120 240 3000
2ª Tentativa 408,2 310,6 256,3 211,3 160 106,6 77,35 110 240 3000
3ª Tentativa 440,3 336,1 278,4 230,4 175,3 117,4 85,29 100 240 2800
4ª Tentativa 480,3 356,1 289,8 236,2 176,6 116,6 84,62 100 200 2300
Tabela 2 - Quadro das tentativas para a estimação do módulo de deformabilidade
Figura 2 - Deflectograma representativo e tentativas
0
100
200
300
400
500
0 0,5 1 1,5 2
De
fle
xão
[µ
m]
distância ao ponto de carga [m]
Deflectograma
Deflectogramarepresentativo1º Tentativa
2º Tentativa
3º Tentativa
4º Tentativa
Figura 3 -Deflectograma representativo e 4º Tentativa
Como se pode verificar através da Tabela 2 e Figura 2, na 4ª tentativa
atingiram-se os valores muito próximos aos pretendidos para os deslocamentos
verticais, logo os valores dos Módulos de Deformabilidade são os apresentados na
Tabela anterior.
Como o Módulo de Deformabilidade do Solo de Fundação foi de 100 MPa, a
classe de fundação mantém-se como F3.
Figura 4 - Camadas e Características da 4ª tentativa
0
100
200
300
400
500
0 0,5 1 1,5 2
De
fle
xão
[µ
m]
distância ao ponto de carga [m]
Deflectograma
Deflectogramarepresentativo
4º Tentativa
4.2 Temperatura de Serviço Equivalente
Localização: Beja;
Tipo de Pavimento: Pavimento Flexível de Base Betuminosa;
Temperatura Ponderada do Local: TPOND = 29,60C (Baptista e Picado-Santos,
Estradas 2002);
Classe de Fundação: F3 (Quadro 4.1, Manual Conceção de Pavimentos)
Tabela 3 - Parâmetros e coeficiente de correlação do modelo de previsão da TE
Temperatura de serviço equivalente:
CBTAT PONDE
082,29025,116,29635,0
Betume 35/50: mmpen 11050,422
5035
mmrpen 1106,2750,4265,025
4.3 Correção do Módulo de Deformabilidade Para a Temperatura
de Serviço Equivalente
Em(18ºC) = 2300 MPa;
Em(29,82ºC) = ? MPa.
CTT
rpenE
ET 0
25
25,25
log)151,1251218,0(1
CTT
rpenE
ET 0
25
25,25
log)200,3250308,0(1
T = 250C
CTrpenE
E 0
25
18 25,18
25log)151,1251218,0(1
18
25log)151,16,271218,0(1
2300
25E
MPaE 140025
T = 29,820C
CTrpenE
E0
25
82,2925,
82,29
25log)200,3250308,0(1
82,29
25log)200,36,270308,0(1
1400
82,29E
MPaE 97082,29
4.4 Cálculo da Vida Útil Restante do Pavimento Flexível
De modo a calcular a fadiga e deformação, são colocados no programa BISAR 3
os dados relativos ao número de camadas, as suas espessuras, o módulo de
deformabilidade e coeficiente de Poisson das várias camadas.
Figura 5 - Camadas e Características do Pavimento Flexível
Extensões (Bisar 3.0)
z = 367,8x10-6mm (Fadiga);
t = 194,6x10-6mm (Deformação Permanente).
Método da Shell
Fadiga (εt) = 1,95E-04mm
Deformação permanente (εz) = 3,68E-04mm
Em= 970 Mpa
TVB= 11 %
K= 21000
Distribuição lat. de rodados = 2,5
Repouso entre carregamentos = 5
Lei de Fadiga:
tm
fadE
TVBN
36.0
08,1856,0
fad
fadigaN
ND 80
Fadiga(εt)
Nfad = 2,28E+08
N80 = 4,00E+07
DFad= 17,53%
Lei de Deformação Permanente:
4
z
def
KN
def
pdefN
ND 80
.
Deformação permanente(εz)
Ndef.p = 1,06E+07
N80 = 4,00E+07
Ddef.p= 376,38%
Onde:
εt – Extensão de tração (mm);
εz – Extensão vertical de compressão (mm);
K1 – 2,1×104, para probabilidade de sobrevivência de 85%;
TVB – Teor volumétrico de betume (%);
Em – Módulo de deformabilidade (Pa).
A resistência do pavimento em termos de passagens de eixos-padrão é
condicionada ao menor valor e é de 10,6E+06.
5 Dimensionamento da Camada de Reforço
Admitindo que o tráfego admitido para os próximos dez anos é de 40x106
passagens de eixos-padrão necessitamos de camada de reforço visto que:
66
10 106,101040 anosN
O dimensionamento da camada de reforço será feito como se tratasse do
dimensionamento de um pavimento flexível novo, pelo método da Shell, com as
seguintes características:
porosidade (ɳ) = 4 %
Volume de vazios no esqueleto de agregado (VMA) = 16 %
Teor volumetrico de betume (TVB) = 12 %
Percentagem volumétrica de agregados (Va) = 84 %
Betume = 50/70
Temperatura de serviço do material (T) = 29,82 ºC
Velocidade (Km/h) (V) = 50 Km/h
Penetração do betume a 25 ºC (pen25) = 42,5 x 10^-1mm
Penetração de betume a 25 ºC recuperado (pen25r) = 27,6 x 10^-1mm
Temperatura de anel e bola recuperado (tabr) = 61,15 ºC
Tempo de carregamento (tc) = 0,02 s
Índice de penetração do betume (IP) = -0,109
Rigidez de betume (Sb) = 16,43 Mpa
Método da SHELL
Sm108 = 9,984
Sm3109 = 10,596
S68 = 0,671
S89 = 0,465
K = 9,457
Em = 2870 Mpa
Para as características acima mencionadas e através do método de Shell, foi
calculado um Módulo de Elasticidade = 2870 MPa.
Serão realizadas várias tentativas com diferentes espessuras, de modo a
verificar os requisitos da camada de reforço com os dados a serem inseridos, e
posteriormente retirados do programa BISAR 3.0:
1ª Tentativa (7 cm)
Figura 6 - Camadas e Características do Pavimento Flexível com camada de reforço de 7 cm
Método da Shell
h= 7cm
Camada de reforço
Camada betuminosa
Fadiga (εt) = 8,81E-05mm 1,32E-04mm
Deformação permanente (εz) = 2,47E-04mm
Em = 2870 Mpa 970 Mpa
TVB = 12 % 12 %
K = 21000 21000
Distribuição lat. De rodados = 2,5 2,5
Repouso entre carregamentos = 5 5
Fadiga (εt)
Nfad = 2,52E+09 1,77E+10
N80 = 4,00E+07 4,00E+07
Dfad = 1,59% 0,23%
Deformação permanente (εz)
Ndef.p = 5,23E+07
N80 = 4,00E+07
Ddef.p = 76,55%
2ª Tentativa (6 cm)
Figura 7 - Camadas e Características do Pavimento Flexível com camada de reforço de 6 cm
Método da Shell
h= 6cm
Camada de reforço
Camada betuminosa
Fadiga (εt) = 7,94E-05mm 1,39E-04mm
Deformação permanente (εz) = 2,58E-04mm
Em = 2870 Mpa 970 Mpa
TVB = 12 % 12 %
K = 21000 21000
Distribuição lat. De rodados = 2,5 2,5
Repouso entre carregamentos = 5 5
Fadiga (εt)
Nfad = 2,52E+09 1,77E+10
N80 = 4,00E+07 4,00E+07
Dfad = 1,59% 0,23%
Deformação permanente (εz)
Ndef.p = 4,36E+07
N80 = 4,00E+07
Ddef.p = 91,70%
O dano por Deformação Permanente está muito perto do limite dos 100%,
além disso a execução de camadas betuminosas de reforço com menos de 7cm teria
de ser conseguida através de um micro betão, o que encareceria a solução. Sendo
assim optou-se pela 1ªsolução com uma camada betuminosa de reforço de 7cm.
6 Conclusão
Como podemos concluir, a vida útil do pavimento flexível é aproximadamente
10 milhões de eixos-padrão, ou seja, um valor reduzido tal com era esperado
inicialmente. Com isto, face ao trafego previsto nos 10 anos seguintes, a capacidade do
pavimento flexível não é suficiente devido aos danos por Deformação Permanente e
danos por Fadiga, embora estes não representem um problema para a capacidade
resistente. Portanto, conclui-se que seria necessário dimensionar uma camada de
reforço.
No dimensionamento desta camada de reforço foram utilizadas duas
espessuras diferentes (7 e 6 cm), concluindo-se que apenas a camada de reforço com 7
cm de espessura tornaria a capacidade resistente do pavimento flexível adequada.
Apesar de os valores ideais de dano de Fadiga e Deformação Permanente serem
próximos de 100%, tal não foi possível. Logo, optámos pela 1ª solução para a camada
de reforço após correr o programa BISAR 3.0.
7 Bibliografia
(A) Branco, F., Ferreira, P., & Santos, L. P. (2008). Pavimentos Rodoviários.
Coimbra: Edições Almedina.
(B) (1995). Manual de Pavimentos Rodoviários Para a Rede Rodoviária
Nacional, JAE.
(C) Batista, A. M., Santos, L. P. (2002). Estruturas de Pavimento Rodoviário
Flexível.
(D) Apontamentos fornecidos pelo docente da cadeira.