Mecanica Dos Pavimentos Aula 01-2

Componente Curricular:

Estruturas virias e mecnica dos pavimentos

Professor: Jaelson Budny

BIBLIOGRAFIA BSICA

3) Yoder, E.J. e Witczack, M. W. (1975)

Principles of Pavement Design - Ed John Wiley

1) Medina, J. (1997)

Mecnica dos Pavimentos - Ed UFRJ

2) Huang, Y. H. (1993)

Pavement Analysis and Design - Ed Prenctice Hall

4) Teses COPPE

5) Anais e Publicaes (ABPv, ABCP, AASHTO, etc)

6) Revistas e Peridicos (TRB, LCPC, etc)

MECNICA DOS PAVIMENTOS

7) DNER (Manuais - ES - ME)

Pavimentos

Estrutura de mltiplas camadas que tem finalidade de:

Resistir s cargas verticais do trfego

Dar conforto e segurana em qualquer condio

climtica

Resistir s cargas horizontais

Pavimentos

FUNO ESTRUTURAL = capacidade de carga dimensionamento

Dimensionar : calcular espessuras de um conjunto de camadas que trabalham juntas compatibilizar materiais Escolha de materiais e espessuras em funo de : trfego esperado (perodo de projeto)

clima condicionantes particulares: subleito,topografia,

drenagem, tcnicas construtivas, etc critrios de ruptura (como definir vida til)

Mtodos de Projeto

Empricos

Mecanstico-Emprico

Mecanstico

Mecanismos de

degradao

Trincamento por Fadiga

Afundamentos em trilhas de roda

Mtodo de Projeto Emprico

Baseado em experincias ou experimentos anteriores

Correlaes nem sempre vlidas

Base cientfica nem sempre obrigatria

Fruto da observao da evoluo de parmetros fsicos observados no pavimento em servio

Limitados a seu campo de aplicao


Um mtodo emprico quando consiste de bacos, tabelas ou frmulas

para o dimensionamento que refletem o desempenho observado em

alguns pavimentos em servio. So correlaes diretas entre alguns

parmetros estruturais e de trfego e a vida de servio esperada.

Vantagens:

-Utilizao fcil e rpida, o que conveniente para pr-dimensionamento ou em

aplicaes rotineiras;

-Necessidade de poucos dados, sendo estes, inclusive, de fcil obteno;

-Simplicidade, o que permite ao projetista ganhar, em pouco tempo, sensibilidade quanto

a influncia dos diversos parmetros de que depende o mtodo nos dimensionamento

obtidos;

- Reproduo de desempenho de alguns pavimentos em verdadeira grandeza, j

embutindo, portanto, os efeitos do trfego real (cargas, geometria, relao passagem

cobertura, solicitaes dinmicas...) e os do intemperismo;

Desvantagens:

- So vlidos, a rigor, apenas dentro das condies estruturais, climticas, de trfego e de

materiais referentes s sees experimentais que lhe deram origem. Sua extrapolao para

fora destas condies deve ser, portanto, cuidadosa;

- Sofrem de uma falta de acurcia fundamental para se analisar os reflexos, para o

desempenho, de variaes nas propriedades mecnicas dos materiais, o que impede seu

uso para integrar a dosagem das misturas com o projeto do pavimento, sem falar na

impossibilidade de considerao de novos materiais;

- Nada informam acerca da evoluo das condies estruturais e funcionais do pavimento

ao longo de sua vida de servio.


Mtodo de Projeto Mecanstico-Empricos

Combina aspectos mecanstico-empricos

Determina esforos gerados por carregamento

Analisa o comportamento do sistema multi-camadas

Relaciona esforos ao desempenho (emprica)

Defeitos associados a uma resposta da estrutura


So mtodos que efetuam a integrao de um modelo estrutural para o

pavimento, modelos este relacionado estreitamente com a gerao de defeitos

na estrutura, com uma base experimental. Para tanto, utiliza as chamadas

funes de transferncia, que relacionam as respostas da estrutura s cargas

do trfego (tenses, deformaes, deflexes) ao surgimento e evoluo dos

defeitos (trincamentos e deformaes plsticas).

Vantagens:

- Apresentam elevada acurcia para analisar os efeitos, para o desempenho do pavimento,

de variaes nas propriedades mecnicas dos materiais, bem como variaes especiais

nas caractersticas de cargas do trfego atuante;

- Permitem a anlise de novos materiais, j que utilizam, como dados de entrada,

propriedades mecnicas fundamentais (rigidez e resistncia) e no resultados de ensaios

ndices (como CBR, LL, LP ou estabilidade Marshall);

Desvantagens:

- Tendem a ser de utilizao mais trabalhosa (a no ser que se automatize o processo);

- Requerem uma srie de parmetros cuja obteno pode ser onerosa e demorada

Vantagens:

- Embora sua base experimental seja limitada, quanto mais bem elaborado e mais

cientificamente embasado for o modelo terico, maior ser a confiabilidade do mtodo e

maior ser sua universalidade, ou seja, maior ser a confiana em se aplic-lo a situaes

diversas daquelas abrangidas pela sua base emprica, em termos de condies climticas,

caractersticas do trfego e natureza dos materiais;

- Permitem a previso de desempenho do pavimento ao longo de sua vida de servio, o

que fundamental quando se deseja estimar os custos futuros de conservao e de

restaurao (SGP nvel de projeto);


Mecnica dos Pavimentos: consiste na aplicao da Mecnica do Contnuo, da Mecnica dos Solos e da Mecnica da Fratura ao dimensionamento estrutural e

previso de desempenho de pavimentos. Seu objetivo tem sido o de fornecer subsdios

cada vez mais confiveis e racionais, alm de fornecer um arcabouo onde as evidncias

experimentais possam ser interpretadas e aplicadas a novos materiais, minimizando os

riscos inerentes a uma simples extrapolao.

Fatores que levam degradao:

clima (temperatura e umidade)

trfego

materiais

plano de manuteno

Dimensionamento Mecanstico

FatoresAmbientais

Trfego MateriaisDisponveis

TcnicasConstrutivas

Parmetrosde Projeto

Variabilidadede cada item

Mtodo de Clculode Tenses

Parmetros deAcompanhamentodo Desempenho

Deciso Finaldas espessuras

Comparao entreVida Estimada e de Projeto

Estimativa de Vida til

Espessuras Adotadas

No Satisfaz

Satisfaz

FATORES CLIMTICOS NO

DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS

ELEMENTOS

DO CLIMA

mdia da atmosfera (TMA)

temperatura oscilao diria e peridica da TMA extremos mximos e mnimos

pluviosidade precipitao mdia anual mximos e mnimos mensais

FATORES

DO CLIMA

latitude geogrfica altitude - inclinao

slida - cobertura vegetal

base - gelo e neve lquida - proximidade do mar

CLIMA CONJUNTO DE FATORES

METEOROLGICOS QUE CARACTERIZAM

O ESTADO MDIO DA ATMOSFERA E SUA

EVOLUO EM DETERMINADO LUGAR

REGIO TROPICAL CLIMA TROPICAL

PREDOMINNCIA DE

CLIMAS TROPICAIS MIDOS

temperatura mdia anual > 18 C pluviosidade > 1.500 mm/ano sem congelamento do subsolo

REGIO

GEOGRFICA

TROPICAL

Trpico de

Capricrnio

BRASIL

> 2.500 mm

2.000 - 2.500 mm

1.500 - 2.000 mm

1.000 - 1.250 mm

500 - 650 mm

< 500 mm

650 - 1.000 mm

1.250 - 1.500 mm

PRECIPITAO ANUAL MDIA

CLIMAS DO BRASIL

EFEITO DA TEMPERATURA

RIGIDEZ DO REVESTIMENTO (deformabilidade) = f (Temperatura)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

horas do dia

20

30

10

40

50

60

70

Tsup

T5 cm

T10 cm

Tar

Temp

C

pontos de mximos no

coincidem no tempo

menores variaes de T com a profundidade a 20 cm pouca variao T gradiente trmico variando de + parra - ao longo do dia

Trfego e Nmero Equivalente

VDM (ou VMD) - Volume dirio mdio quantidade de veculos que passam em um

sentido da via (veculos leves+ comerciais);

- Normalmente para perodo de um ano (abertura da via);

- No expressa necessariamente a quantidade que passou em um dia

- Unidade [veculos por dia];

- Volume de trfego para um ano no futuro aplicar taxa de

crescimento, aritmtica ou geomtrica, de ndices socioeconmicos ou

sries histricas.

365

ano um em veculosde totalVDM


VDM - Volume de trfego total durante o projeto, admitindo taxa de

crescimento no-linear

t

tVDMVt

P 1)1.365

Onde: Vt =trfego total acumulado para o perodo de projeto;

VDM = volume dirio mdio no ano zero;

t = taxa de crescimento;

P = perodo de projeto.

Nmero N

- Nmero equivalente de operaes de um eixo padro para um

perodo de projeto em anos;

- N realiza a equivalncia de operaes da frota, com base no VDM

-Parmetro representativo do efeito destrutivo do trfego. Utilizado

do dimensionamento do pavimento;

- Eixo padro - ESRD com 8.200 kg;

- Contagem volumtrica e classificatria;


FRFVVtFRFCFEVtN ..... Onde: Vt =trfego total acumulado para o perodo de projeto;

FE = Fator de eixos;

FC = Fator de carga;

FV = Fator de veculo;

FR = Fator regional, atualmente utiliza-se FR=1,0.

Conceito do

Eixo Padro Rodovirio


Como em uma rodovia trafegam vrios tipos de veculos com

variadas cargas em cada eixo foi necessrio introduzir o conceito

de Eixo Padro Rodovirio. Este eixo um eixo simples de rodas

duplas com as seguintes caractersticas:

Carga por Eixo (P): 18 Kips = 18.000 lb = 8.165 Kgf = 8,2 tf = 80 KN

Carga por roda (P/4): 4,5 Kips = 4.500 lb = 2.041 Kgf = 2,04 tf = 20 KN

Presso de Enchimento dos Pneus (p): 80 lb/Pol2 = 5,6 Kgf/cm2

Presso de Contato Pneu-Pavimento (q): 5,6 Kgf/cm2

Raio da rea de Contato Pneu-Pavimento (r): 10,8 cm

Afastamento entre Pneus por Roda (s): 32,4 cm

Tabela de fatores de equivalncia de cargas

(FEC)


TRFEGO

CLASSIFICAO DOS VECULOS

Contagem

volumtrica

classificatria dos

veculos comerciais

(DNER):

3 dias consecutivos

de contagem

durante

24 horas e de

pesagem durante 8

horas

FATOR DE EQUIVALNCIA DE OPERAES

Quais as configuraes de veiculos que existem no Brasil?

Qual o carregamento permitido

nos mesmos?

ENSAIOS DAS CAMADAS

Mdulo de Resilincia de solos e britas

Por definio:

Mdulo de resilincia de um solo a relao entre a tenso desvio ( d ) aplicada repetidamente e a deformao elstica axial (a ) resultante, para uma certa condio de ensaio ( nmero de repeties da carga, tempo de aplicao, frequncia, umidade, densidade, tipo de compactao, etc)

MR= d / a Ensaio: triaxial dinmico DNER ME 131/94

Significado e uso

O ensaio de mdulo de resilincia determina uma

relao bsica entre tenso e deformao dos materiais,

para uso na anlise estrutural do pavimento como

sistema em camadas.

O ensaio de mdulo prov uma forma de caracterizao

dos materiais de construo de pavimento, incluindo o

solo do subleito, sob uma variedade de condies

(umidade, densidade, etc) e estados de tenso que

simulam as condies de um pavimento sujeito a cargas

em movimento.

DEFORMABILIDADE DE SOLOS E AGREGADOS

LIMITAES DOS

ENSAIOS ESTTICOS

CONVENCIONAIS

1) pequenas deformaes na ruptura

2) CBR ruptura localizada

3) pavimentos carregamento repetido

0

ENSAIO TRIAXIAL DINMICO

3 = conste

1 = 3 + d = varivel

PULSOS DE CARGA

0.1 s 0.9 s

Freqncia do ensaio = 1 Hz

d

t

ENSAIO TRIAXIAL DE CARGA REPETIDA

LVDT

CILINDRO DE

PRESSO

AR COMPRIMIDO

CLULA TRIAXIAL

h

15 30

10 20

7.5 15

5 10

h

ENSAIO TRIAXIAL DE CARGA REPETIDA

SEQNCIA

- blocos indeformados (5 x 10)

- compactados em moldes tripartidos (10 x 20 ou 15 x 30)

- prensagem esttica (5 x 10)

- em geral hot ou smax ou condies de campo

PREPARAO DO CORPO-DE-PROVA 1

INSTALAO DO CORPO-DE-PROVA 2 - assentamento na base da clula triaxial com pedra porosa

- colocao da membrana e cabeote

- verificao de orifcios (vcuo)

- colocao dos LVDTs

- medio da distncia de referncia h0

PR-CONCIONAMENTO 3 - aplicao de 3 constante (ensaio drenado) - aplicar seqncia de carregamento para eliminar deformaes permanentes

freqncia: 1 Hz

intervalo de aplicao: 0.1 s

3 = 0.7 kg/cm2 ............... 1/ 3 = 2 .................... 300 repeties

APLICAO DA CARGA E MEDIO DA DEFORMAO VERTICAL 4

3 = 0.21 - 0.35 - 0.525 - 0.7 - 1.05 - 1.4 kg/cm2

4323

1

d tal que (para cada 3 )

- medio da deformao vertical plstica aps 100 a 200 aplicaes

- registrar deformaes plsticas e elsticas

MDULO DE RESILINCIA DE MISTURAS BETUMINOSAS

ENSAIO DE COMPRESSO DIAMETRAL DE CARGAS REPETIDAS

cilindro

presso

pisto

amostra LVDT

ar comprimido

friso

t

d

ENSAIO DE COMPRESSO DIAMETRAL DE CARGAS REPETIDAS

freqncia 1 Hz

(tempo de aplicao da carga = 0.1 seg)

temperatura do ensaio T = 25 C

MDULO RESILIENTE DE MISTURAS ASFLTICAS

dt

Ft

2

Normalmente d = 10 cm (4)

t

F.t 0640

12.7mm Para friso de carga de 1.27 cm de largura

2692099760 ..t

FM

t

tR

Admitindo = 0.35

618402

.)(t

FMR

(Ref: PINTO, Salomo; PREUSSLER, Ernesto. Mdulos resilientes de

concretos asflticos. IPR/DNER - 1980)

deformao especfica

resiliente horizontal

d

t

Novos mtodos

- O pavimento pode servir para resolver outros problemas ambientais tais como a disposio de rejeitos industriais ou no:

- ex. restolho de pedreira, entulhos limpos de obras civis, escrias de aciaria e de alto forno, ou combinados com solos ou outros estabilizantes (fosfogesso, cido fosfrico, lama vermelha da bauxita, vinhoto, cinza-volante, etc.).

- O uso de camadas com ligantes comerciais convencionais tipo cal ou cimento tambm passam a integrar a gama de opes que o projetista deve considerar

- novos mtodos de dimensionamento

Ensaio de resistncia trao indireta esttica

Ensaio mais adequado para medir as caractersticas de dosagem associadas fadiga do que a Estabilidade Marshall

Estado de tenses perfeitamente definido

DNER ME 138/94

Alta correlao com o Mdulo Resiliente

Relao Mdulo Resiliente (MR) e Resistncia Trao esttica (RT)

DNER PRO 269/94: MR = 5000 RT

Motta e Pinto (1994): MR = 4385 RT

Motta (1998): Para misturas com polmero: MR = 3000 a

3500RT

Ensaios 25C, qualquer idade das misturas

Novos mtodos de dimensionamento

A utilizao dos conceitos da Mecnica dos Pavimentos e dos ensaios dinmicos tambm permitem sair do empirismo e do engessamento das especificaes rodovirias estrangeiras quando se passa para o domnio do problema de pavimentao urbana.

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