Pavimentação com Sustentabilidade PREMISSAS …3 Fundamento da mecânica dos pavimentos e da...

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Ronaldo Vizzoni

Pavimentação com Sustentabilidade

PREMISSAS DE PROJETO DO PAVIMENTO DE CONCRETO

ENG.º MARCOS DUTRA DE CARVALHO

Materiais de boa qualidade

Projeto correto

Construção adequada

Chave do sucesso

Fundamento da mecânica dos pavimentos e da ciência dos pavimentos rígidos

Projetar uma estrutura que dê conforto,

segurança e economia ao usuário, durante

um determinado período de tempo.

Determinar a espessura mínima que

resulte no menor custo anual, definido

como o custo inicial de construção mais os

custos futuros com manutenção.

RÍGIDOS FLEXÍVEIS

SUB-BASE

REFORÇO DO SUBLEITO

SUB-BASE

BASE E REVESTIMENTO

BASE

REVESTIMENTO

SUBLEITO

Diferenças entre os pavimentos

GRANDE ÁREA

DE DISTRIBUIÇÃO

DE CARGA

PEQUENA PRESSÃO

NA FUNDAÇÃO DO

PAVIMENTO

RÍGIDOS

GRANDE PRESSÃO

NA FUNDAÇÃO DO

PAVIMENTO

PEQUENA ÁREA

DE DISTRIBUIÇÃO

DE CARGA

FLEXÍVEIS

COMPARAÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DE CARGA ENTRE PAVIMENTOS EQUIVALENTES

qt = 1

qc = 35

20 cm

30,4 cm

88,7 cm

CAPACIDADE DE ABSORÇÃO DE CARGA DE UMA PLACA DE CONCRETO (carga no interior, seg. PCA)

( ) m

h E lh

sist

, 1 12

25 , 0

( ) 2

1 12 m -

= h E

D (rigidez da placa)

k D

l h =

TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

Concreto Simples

Concreto Simples com

Barras de Transferência

Concreto com Armadura Distribuída

Descontínua sem Função Estrutural

Concreto com Armadura Contínua

sem Função Estrutural

Concreto Estruturalmente Armado

Concreto Protendido

3 a

4 m

etr

4 a 6 metros 4 a 6 metros

PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES

Planta

Corte

Planta

Corte

3 a

4 m

etr

4 a 7 metros 4 a 7 metros

PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES COM BARRAS DE TRANSFERÊNCIA

Barras de transferência

Planta

Até 30 metros Até 30 metros

h 5 cm

Corte

. . . . . . . . . . . . . .

3 a

5 m

etr

PAVIMENTO COM ARMADURA DISTRIBUÍDA DESCONTÍNUA SEM FUNÇÃO ESTRUTURAL

Barras de transferência

Armadura

Planta

3 a

5 m

etr

PAVIMENTO COM ARMADURA CONTÍNUA SEM FUNÇÃO ESTRUTURAL

Juntas de construção de fim de jornada

h 5 cm

Corte

. . . . . . . . . . . . . .

Corte

Planta

. . . . . . . . . . . . . . .

9 a 30 metros 9 a 30 metros

PAVIMENTO DE CONCRETO ESTRUTURALMENTE ARMADO

3 a

7 m

etr

Portland Cement Association

PCA 1984

American Association of State Highway and

Transportation Officials

AASHTO 1993

AASHTO (suplemento 1998)

AASHTO 2002 – M - EPDG

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO

MECHANISTIC – EMPIRICAL PAVEMENT DESIGN GUIDE M-E PDG

DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

CBR FUNDAÇÃO

Contagem e

Classificação TRÁFEGO

Resistência CONCRETO

MÉTODO DA PORTLAND CEMENT

ASSOCIATION (PCA/84)

Estudos teóricos

Ensaios de laboratório

Pistas experimentais

Pavimentos em serviço

MÉTODO PCA/84

Origens e desenvolvimento

Baseia-se em análise mecanística extensa e abrangente de

tensões e deflexões em juntas, cantos e bordas.

Modelagem da transmissão de carga por barras de

transferência e entrosagem entre os agregados.

Método de Dimensionamento (PCA/84)

Modelos de Comportamento

Fadiga

Erosão

Escalonamento

FUNDAÇÃO

WESTERGAARD (1925):

Fundação winkleriana

TEORIA DO LÍQUIDO DENSO:

deslocamento diretamente proporcional à pressão

exercida

pc = k x d k =

MODELAGEM DO SUPORTE

Caracterização

k: coeficiente de reação =

Modelo líquido denso

FUNDAÇÃO

k = coeficiente de recalque

• provas de carga;

• define a capacidade de

suporte do subleito

Para efeito de projeto,

relacionamos k com o CBR

FUNDAÇÃO (ensaio de prova de carga)

Fundação – Determinação do coeficiente de recalque

0 5 10 12,7 15 0

0,5

1,0

0,97

Deformação (10-2cm)

ASTM D-1196/64

k = P0,127/0,127

k = 0,97/ 0,127 = 7,6 kgf/cm²/cm

FUNDAÇÃO (Correlação entre CBR e k)

SUB-BASES

Dar suporte uniforme e constante

Evitar bombeamento

Controlar as variações volumétricas do subleito

Aumentar o suporte da fundação

CBRsubl ksubl kBG 10

(%) (MPa/m) (MPa/m)

4 30 34

5 34 38

6 38 42

8 44 48

10 49 54

FUNDAÇÃO - AUMENTO DE k PROPORCIONADO POR SUB-BASE GRANULAR

CBRsubl ksubl k CR 10

(%) (MPa/m) (MPa/m)

4 30 101

5 34 111

6 38 120

8 44 133

10 49 144

FUNDAÇÃO - AUMENTO DE k PROPORCIONADO POR SUB-BASE DE CR

Caminhões médios

Caminhões pesados

Reboques e Semi-reboques

Ônibus

TRÁFEGO - VEÍCULOS DE LINHA

Caminhões médios

CARGAS MÁXIMAS LEGAIS

10 tf 6 tf

Caminhões médios

CARGAS MÁXIMAS LEGAIS

Caminhões pesados

17 tf 6 tf

CARGAS MÁXIMAS LEGAIS

Reboques e semi-reboques

6 tf 17 tf 25,5 tf

CARGAS MÁXIMAS LEGAIS

Reboques e semi-reboques

CARGAS MÁXIMAS LEGAIS

SIMPLESTANDEM

DUPLO

TANDEM

TRIPLO

2C MÉDIO 1 1 - -

3c 1 - 1 -

4C 1 - - 1

2 SI 1 2 - -

2S2 1 1 1 -

2S3 1 1 - 1

3 SI 1 1 1 -SE

MI-

DIANTEIROC

ÓD

IGO

SIF

ICA

ÇÃ

NÚMERO DE EIXOS

TRASEIROS

SIMPLESTANDEM

DUPLO

TANDEM

TRIPLO

3 S2 1 - 2 -

3 S3 1 - 1 1

3 S3 - 5 1 - - 1

2 C2 1 3 - -

3 C3 1 2 1 -

3 C2 1 2 1 -

3 C3 1 1 2 -

MI-

DIANTEIROC

ÓD

IGO

SIF

ICA

ÇÃ

O NÚMERO DE EIXOS

TRASEIROS

CONCRETO

A resistência mecânica a ser especificada no projeto deve

ser a de tração na flexão (fctM,k ) – (3,8 MPa a 5,0 MPa)

•Dmáx do agregado = 38mm

• Consumo mínimo de cimento = 350 kg/m3

• Abatimento (slump) = função do equipamento

• Aditivos plastificantes e incorporador de ar

Normalmente adota-se:

fctM,k = 4,5 MPa aos 28 dias

MODELOS DE COMPORTAMENTO

FADIGA

EROSÃO

ESCALONAMENTO

MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84)

MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/66)

FADIGA DO CONCRETO

FADIGA (relação de tensões)

Relação de tensões e número admissível de repetições de carga - curva de fadiga (PCA-84)

1,00

laç

õe

s d

e t

sõ

(S)

1 101 102 103 104 105 106 107 108 109

0,90

0,80

0,70

0,60

0,50

0,40

Número de aplicações de carga até a ruptura

PCA 66

Extensão

(1984)

Método de dimensionamento (PCA/84) – Equações de fadiga

Relação de tensões

(Rt)

Equação

. menor que 0,45

. de 0,45 a 0,55

. Maior que 0,55

. N = ilimitado

. N = ( 4,2577 / Rt – 0,4325)3,268

. N = (0,9718 – Rt)) / 0,0828

LEI DE MINER – Dano linear acumulado por fadiga

LEI DE MINER – CONSUMO DE RESISTÊNCIA

À FADIGA (CRF)

CRF = Σi

= 1

(ni / Ni adm)

CRF ≤ 100%

Miner, M. A. – “Cumulative Damage in Fadigue” - Journal of Applied Mechanics

ASME, Vol 12, USA, 1945.

Método de dimensionamento (PCA/84)

Acostamento

Faixa de tráfego

Borda livre

Junta transversal

• Posição de carga crítica para as tensões de tração na

flexão (6% do tráfego tangenciando a borda).

( ) ( )

m m

- - -

12 1

1 4 1 1

2 2

2 2 2 4

x y ye

cos cos sen

Eq.41, “New Formulas for Stresses

on Concrete Pavements”, ASCE,

Proc., Jan. 1947, V.73

Fórmula de WESTERGAARD: cálculo da tensão de tração na parte inferior da placa

50 PPI / 50

CARTA DE INFLUÊNCIA Nº 6, DE PICKTETT E RAY

51 PPI / 51

CARTA DE INFLUÊNCIA Nº 6, DE PICKTETT E RAY

52 PPI / 52

Carta de influência n.º 6 de Picktett e Ray

Procedimentos de Cálculo

Calcular o momento fletor (M)

M = 102.q.lp2.N, em N.m/m, sendo:

- M = momento fletor na origem da carta (ponto O),

em N.m/m;

q = pressão de contato do pneumático, em MPa;

lp= raio de rigidez relativa do pavimento, em metros;

N = número total de blocos de influência

53 PPI / 53

Carta de influência n.º 6 de Picktett e Ray

Procedimentos de Cálculo

Calcular a tensão de tração na flexão (tf)

tf = 6.10-6.M/h2, em MPa, sendo:

tf = tensão de tração na flexão, em MPa;

h = espessura de placa, em metros.

Observação: Caso as áreas de contato extrapolem as dimensões da carta, utilizar os fatores de correção apropriados.

ÁBACOS (PCA/66) – EIXOS SIMPLES

200.000

ÁL

ISE

DIG

EROSÃO

“POTÊNCIA, TAXA DE TRABALHO OU FATOR DE

EROSÃO (P)”

P = poder de uma carga de produzir deformação

vertical na placa

MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84) (substitui o método de 1966)

Acostamento

Faixa de tráfego

Borda livre

Junta transversal

Posição de carga crítica para as deformações

Método de dimensionamento (PCA/84)

Erosão

P = 268,7 . p2 / h . k0,73

p = k . W = pressão na fundação, no canto da placa (psi); W = deslocamento vertical no canto da placa (in); k = coeficiente de recalque (pci); h = espessura da placa (in).

Método de dimensionamento (PCA/84)

2.000.000

ÁL

ISE

ÃO

A D

E C

ÁL

- P

/84

Espessura: cm Juntas com BT:

ksist.: MPa/m Acostamento de concreto:

fctM,k: MPa Período de projeto (anos):

Fsc:

ANÁLISE DE FADIGA ANÁLISE DE EROSÃO

CARGAS CARGAS NÚMERO NÚMERO CONSUMO NÚMERO DANOS POR

POR EIXO POR EIXO PREVISTO DE ADMISSÍVEL DE DE FADIGA ADMISSÍVEL DE EROSÃO

(kN) x Fsc SOLICITAÇÕES SOLICITAÇÕES (%) SOLICITAÇÕES (%)

1 2 3 4 5 6 7

EIXOS SIMPLES Tensão Eq.: Fator de erosão:

Fator de fadiga:

EIXOS TANDEM DUPLOS Tensão Eq.: Fator de erosão:

Fator de fadiga:

EIXOS TANDEM TRIPLOS Tensão Eq.: Fator de erosão:

Fator de fadiga:

TOTAL TOTAL

MODELOS DE COMPORTAMENTO

FADIGA

EROSÃO

ESCALONAMENTO

MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84)

d = deslocamento vertical do lado carregado da junta

d’= idem, do lado descarregado da junta

ESCALONAMENTO/EFICIÊNCIA DAS JUNTAS

( ) e =

2 100

d d x

' %

Eficiência de junta

d d’

P Junta transversal

Barra de transferência

Junta transversal

Sub-base estabilizada com cimento

d = d’ 100 % eficiente

EFICIÊNCIA DE JUNTA

Placas curtas

Barras de transferência

Sub-base estabilizada com cimento

Sistemas artificiais de melhoria da eficiência de juntas

Combate:

Restrição à retração volumétrica do concreto

Empenamento restringido: fissuras longitudinais e

transversais

PROJETO GEOMÉTRICO DE DISTRIBUIÇÃO DE PLACAS

ASPECTO SUPERFICIAL PROVÁVEL DE PAVIMENTO DE CONCRETO SEM JUNTAS TRANSVERSAIS DE CONTRAÇÃO

Fissuras transversais de contração

Planta

EMPENAMENTO TEÓRICO ➔ DIURNO E NOTURNO

Tração

Compressão

Quente

Frio

Compressão

Tração

Fissura

Compressão

Tração Quente

Frio Tração

Compressão

Fissura

ASPECTO SUPERFICIAL DE PAVIMENTO DE CONCRETO SEM JUNTAS

Fissuras transversais de contração

Fissura longitudinal devida

ao empenamento restringido

Fissuras transversais

adicionais devidas ao

empenamento restringido

Planta

Disposição das armaduras de transferência e ligação

Junta longitudinal

Junta transversal

Juntas de expansão

TIPOS DE JUNTAS

Junta de articulação

Junta de construção

TIPOS DE JUNTAS LONGITUDINAIS

Selante

0,6

1,2

OBS: cotas em cm

Junta longitudinal de articulação, de seção enfraquecida, sem barras de ligação

h/3

0,6 Selante

h/2

1,2

OBS: cotas em cm

Barra de

ligação

h/3

Junta longitudinal de articulação, de seção enfraquecida, com barras de ligação

Junta longitudinal de construção, de encaixe macho-fêmea, sem barras de ligação

Selante 0,6

0,2h

0,1h

OBS: cotas em cm

0,4h

0,4h 1,2

Selante 0,6

1,2

0,1h

OBS: cotas em cm

0,4h

0,05h

Barra de ligação

Junta longitudinal de construção, de encaixe macho-fêmea, com barras de ligação

Junta de retração

Junta de retração com barras de transferência

Juntas de construção

TIPOS DE JUNTAS TRANSVERSAIS

Detalhe A

OBS: cotas em cm

Junta transversal de retração, de seção enfraquecida, sem barras de transferência

h/4

OBS: cotas em

Detalhe A

0,5lb 0,5lb

0,5h

Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada

e engraxada)

h/4

Junta transversal de retração, de seção enfraquecida, com barras de transferência

Selante

Junta transversal de construção planejada, de topo, com barras de transferência

Barra de transferência

h/2

Estrutura

isopor ou similar

1 a 2,5cm

OBS: cotas em cm

JUNTA DE EXPANSÃO

Selante

Material compreensível

Barra de transferência

h/2

OBS: cotas em cm

h/2

Capuz de

material duro

JUNTA DE EXPANSÃO

2 cm

Selante

Bitola, comprimento e espaçamento de barras de transferência (aço CA-25) (Fonte: PCA)

Espessura da

Placa (cm)

até 17,0

17,5 a 22,0

BARRAS DE TRANSFERÊNCIA

22,5 a 30,0

> 30,0

300

Bitola

()

Comprimento

(mm)

460

Espaçamento

(mm)

BARRAS DE TRANSFERÊNCIA

São barras de aço liso (CA 25)que têm a função de

transferir cargas verticais de uma placa para outra

contígua, evitando-se com isso a aplicação brusca

dos esforços verticais aplicados pelas rodas dos

veículos e a ocorrência de degraus entre estas placas.

Barras de transferência

EXECUÇÃO DAS JUNTAS

O momento correto para o primeiro corte é função da

resistência do concreto nas primeiras idades e das

condições climáticas do dia.

SERRAGEM DE JUNTAS TRANSVERSAIS

JUNTA LONGITUDINAL DE ARTICULAÇÃO, SERRADA, COM BARRAS DE LIGAÇÃO

JUNTAS INDUZIDAS

Junta induzida

Junta transversal de retração e longitudinal de construção

Execução das juntas longitudinais de articulação

Juntas longitudinais serradas

Junta longitudinal de construção, de encaixe macho – fêmea, com barras de ligação

Juntas de Construção com Barras de Transferência

Conferir o nivelamento do

concreto acabado

As barras de transferência deverão estar

colocadas em plano horizontal paralelo à

sub-base e alinhadas entre si

Junta transversal de construção, de topo, com barras de transferência

O P

ÉT

RIC

O D

E P

ÉT

RIC

placa com armadura distribuída descontínua, de malha quadrada

J1 JL com bl

5,0

JT com bt

JE com bt

100

TIPOS DE JUNTAS

Selante a frio

0,6

1,2

2 obs: cotas em cm

8,5

Junta Tipo - Junta longitudinal de construção, de encaixe,

com barras de ligação 1

101

TIPOS DE JUNTAS

detalhe a

Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada

e engraxada) Ø 25 mm a cada 30 cm - lb = 46 cm

23 23

10,5

obs: cotas em cm

10,5

Junta Tipo 2 - junta transversal de retração, serrada, com

barras de transferência.

102

TIPOS DE JUNTAS

2 cm

Material compressível

Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada

e engraxada) Ø 25 mm a cada 30 cm - lb = 46 cm

23 23

10,5

obs: cotas em cm

10,5

Junta Tipo 3 - junta de expansão, com barras de transferência.

Capuz de

material duro

2 cm

103

SERRA DE SÃO VICENTE

EXECUÇÃO DA OBRA

104