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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ADMYS DAVYS EDUARDO COSTA JOÃO ARTHUR LOPES DIMENSIONAMENTO DE UM PAVIMENTO

Dimensionamento de um Pavimento Flexível

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Dimensionamento de um Pavimento Flexível, conhecendo o CBR de cada camada do pavimento.

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CENTRO UNIVERSITRIO CESMAC CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ADMYS DAVYSEDUARDO COSTAJOO ARTHUR LOPES

DIMENSIONAMENTO DE UM PAVIMENTO

Macei 2015

ADMYS DAVYSEDUARDO COSTAJOO ARTHUR LOPES

DIMENSIONAMENTO DE UM PAVIMENTO

Trabalho apresentado ao Centro Universitrio CESMAC, no Curso de Engenharia Civil, como nota para a 2 avaliao formativa da disciplina de pavimentao.

Macei2015

Sumrio3

1. INTRODUO....................................................................................................... 4

2. FUNDAMENTAO TERICA ............................................................................. 5

2.1. A determinao da capacidade de suporte do subleito e dos materiais granulares constitutivos do pavimento (CBR)............................................................52.2. Classificao dos materiais granulares empregados no pavimento ................ 6

2.3. Trfego (nmero equivalente N de operaes de um eixo tomado como padro) ...................................................................................................................... 72.4. Fator climtico Regional ................................................................................. 8

2.5. Coeficiente de equivalncia estrutural K ....................................................... 8

2.6. Espessura mnima de revestimento betuminoso e espessura das camadas... 8

3. METODOLOGIA ..................................................................................................... 10

4. ANLISES E RESULTADOS .................................................................................. 16

4.1 Clculo do N...................................................................................................... 16

4.2 Dimensionamento do pavimento ....................................................................... 18

5. CONCLUSO ......................................................................................................... 20

6. REFERNCIAS ...................................................................................................... 211. INTRODUO

O presente trabalho tem como finalidade, determinar a espessura de um pavimento. O pavimento a estrutura construda sobre terraplenagem e destinada, tcnica e economicamente, a:- Resistir aos esforos verticais oriundos do trafego e distribui-los;

- Melhorar as condies de rolamento do trafego quanto ao conforto e segurana;

- Resistir aos esforos horizontais, tornando mais durvel a superfcie de rolamento. (SENO, 1997).Dimensionar um pavimento significa determinar as espessuras das camadas que constituem de forma que estas camadas (reforo do subleito, sub-base, base e revestimento) resistam e transmitam ao subleito as presses impostas pelo trfego, sem levar o pavimento ruptura ou a deformaes e a desgastes excessivos. (GREGO, 2013).

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2. FUNDAMENTAO TERICA

Neste trabalho ser discursado sobre dimensionamento de pavimentos flexveis pelo mtodo do DENER de autoria do Engenheiro Murillo Lopes de Souza, o mtodo foi criado com base em dados obtidos na Pista Experimental da AASHTO e na experincia do Corpo de Engenheiros do Exrcito dos Estados Unidos da Amrica do Norte.A inteno do mtodo determinar a espessura das camadas de um pavimento (reforo do subleito, sub-base, base e revestimento), para que as camadas resistam e transmitam ao subleito das tenses de trfego, sem que haja deformaes excessivas ou ruptura.O mtodo possui um roteiro contendo:

A determinao da capacidade de suporte do subleito e dos materiais granulares constitutivos do pavimento; Classificao dos materiais granulares empregados no pavimento;

Trfego (nmero equivalente N de operaes de um eixo tomado como padro); Fator climtico Regional;

Coeficiente de equivalncia estrutural K;

Espessura mnima de revestimento betuminoso;

Espessura das camadas constituintes.

2.1. A determinao da capacidade de suporte do subleito e dos materiais granulares constitutivos do pavimento (CBR)

Para determinao da capacidade de suporte do subleito e dos materiais utilizado o ensaio CBR.Atravs deste ensaio feita uma relao entre a presso produzida na penetrao de um pisto em um corpo de prova de solo e a presso produzida na penetrao de uma mistura de brita granulometricamente estabilizada, onde a relao apresentada em porcentagem.Para maior segurana ao invs de se utilizar o CBR, pode-se utilizar o IS (ndice de Suporte) que o valor do CBR corrigido pelo IG (ndice de Grupo).

O CBR mede a resistncia de solos com umidade e densidade conhecidas, assim o ndice de capacidade de suporte no um valor constante, est relacionado a uma condio de moldagem do material.

O ensaio constitudo de trs etapas, compactao do solo em corpos de prova, clculo de expanso atravs da imerso do corpo de prova em gua e ensaio de penetrao.

2.2. Classificao dos materiais granulares empregados no pavimento

O mtodo possui alguns parmetros para classificao dos materiais granulares empregados do pavimento, ainda utilizando as informaes do ensaio CBR.

a) Materiais para reforo do subleito: IS ou CBR maior que o subleito Expanso 2%

b) Materiais para sub-base: IS ou CBR 20%IG = 0

Expanso 1%

c) Materiais para base

CBR 80% N> 5x10^6

CBR 60% N 5x10^6

Expanso 0,5% Limite de liquidez 25ndice de plasticidade 6

Material passante pela # n 200 < 2/3 do passante pela # n 40

Desgaste Los Angeles 50

Figura 1 Faixas granulomtricas para base granular

2.3. Trfego (nmero equivalente N de operaes de um eixo tomado como padro)

O pavimento dimensionado em funo do nmero equivalente N de operaes de um eixo tomado como padro, durante o perodo de projeto escolhido (80 kN = 8,2 tf.

Para clculo do N necessrio saber os valores de:

Vm = Volume dirio mdio de trfego do ano mdio;

Vt = Volume total de trfego em um sentido durante o perodo;

FE = Fator de eixo, multiplicando pelo nmero de veculos tem-se o nmero de eixos;FV = Fator de veculo, multiplicando pelo nmero de veculos tem-se o nmero de eixos equivalentes padro;FC = Fator de carga, multiplicando pelo nmero de eixos tem-se o nmero de eixos equivalentes ao eixo padro.

Para o clculo dos fatores necessrio fazer uma contagem de trfego na estrada em estudo, somando-se o total de eixos em um determinado perodo.

Para este trabalho as vias urbanas a serem pavimentadas sero classificadas de acordo com a Instruo de Projeto IP-02 - Classificao das Vias da SIURB/PMSP. A Tabela 1 resume os principais parmetros da classificao das vias obtidas da referida instruo.

Tabela 1: Classificao das Vias Trfego Leve e Mdio

FUNO PREDOMINANTE TRFEGO PREVISTO VIDA DE PROJETO (ANOS) VOLUME INICIAL DA FAIXA MAIS CARREGADA

N

N Caracterstico

VEICULOLEVECAMINHES ENIBUS

Via Local

Leve

10 100 a 400 4 a 20 2,7 x 104 a 1,4 x 105 105

Via Local e Coletora

Mdio

10 401 a 1500 21 a 100 1,4 x 105 a 6, 8 x 10 5

5 x 10 5

2.4. Fator climtico Regional

FR multiplicado pelo N, para que se leve em considerao as variaes de umidade dos materiais durante todo o ano. Como no Brasil no se possui ainda parmetros estudados, em favor da segurana se utiliza FR = 1.

2.5. Coeficiente de equivalncia estrutural K

O valor de K depende do tipo de material utilizado no pavimento em cada camada, que relaciona a espessura que a camada deve ter utilizando material padro (basegranular), com a espessura equivalente do material que ser utilizado.

CAMADA DO PAVIMENTOCOEFICIENTE ESTRUTURAL (K)

Base ou Revestimento de Concreto Asfltico 2,00

Base ou Revestimento de Concreto Magro/Compactado com Rolo 2,00

Base ou Revestimento de Pr-Misturado a Quente, de Graduao Densa / Binder 1,80

Base ou Revestimento de Pr-Misturado a Frio, de Graduao Densa 1,40

Base ou Revestimento Asfltico por Penetrao 1,20

Paraleleppedos 1,00

Base de Brita Graduada Simples, Macadame Hidrulico e Estabilizadas

Granulometricamente 1,00

Sub-bases Granulares ou Estabilizadas com Aditivos 1,00

Reforo do Subleito 1,00

Base de Solo-Cimento ou BGTC, com resistncia compresso aos 7 dias,

superior a 4,5 MPa 1,70

Base de BGTC, com resistncia compresso aos 7 dias,

entre 2,8 e 4,5 MPa 1,40

Base de Solo-Cimento, com resistncia compresso aos 7 dias, menor

que 2,8 e maior ou igual a 2,1 MPa 1,20

Base de Solo melhorado com Cimento, com resistncia compresso aos 7 dias,

menor que 2,1 MPa 1,00

Tabela 1: Coeficiente K: Coeficientes de equivalncia estrutural para diferentes materiais

Fonte: Seno (1997, p.484).

2.6. Espessura mnima de revestimento betuminoso e espessura das camadas

A espessura mnima a adotar para uma camada estabilizada granulometricamente ou para qualquer camada do pavimento executada com solo ou mistura de solo agregado, dever atender a especificao de servio correspondente.

A base poder ser do tipo mista convencional, constituda por macadame betuminoso e de macadame hidrulico, obedecendo as espessuras mnimas para cada tipo de trfego (Tabela 3). Podem-se usar outros tipos de bases, desde que aprovadas pelo corpo tcnico da Prefeitura.

Tabela 3 - Espessuras mnimas para tipos distintos de base

TIPO DE TRAFEGOESPESSURAS MINIMAS

PARA BASES MISTASFAIXA GRANULOMETRICA

LeveMacadame Betuminoso 5 cm II

Macadame Hidrulico/BGS 10 cm II e III

MdioBinder = 4,0 cm

-

Macadame Betuminoso = 5,0 cm-

Macadame Hidrulico/ BGS = 10,0 cm-

2.7 Superestruturas Tpicas Recomendadas para Revestimento, Base e Reforo do Subleito / Sub-base

Caso o projetista adote as superestruturas indicadas nas Tabelas 4 e 5, o dimensionamento da estrutura do pavimento ficar praticamente restrito determinao das caractersticas e espessuras das camadas de reforo do subleito e/ou Sub-base.

Tabela 4 Superestruturas para Trfego Leve (N = 105 solicitaes)

PMQ4,0 cm

IMP LIGANTE

MB5,0 cm

IMP IMPERM

MH10,0 cm

Subleito compactado a

100% da energia normal CBR 11%

15,0 cm

Tabela 5 Superestrutura para trfego mdio (N = 5 x 105 solicitaes)

CAUQ 5,0 cm

IMP LIGANTE

MB 5,0 cm

IMP IMPERM

MH/BGS 10,0 cm

subleito compactado a

100% da energia normal CBR 19%

15,0 cm

CAUQ 5,0 cm

IMP LIGANTE

PMQ/BINDER 4,0 cm

IMP IMPERM

MH/BGS 10,0 cm

subleito compactado a

100% da energia normal CBR 19%

15,0 cm

A espessura total do pavimento e das camadas constituintes dada a partir de grficos experimentais, onde a metodologia de clculo ser apresentada a seguir.

3. METODOLOGIA

Adotou-se o mtodo de dimensionamento de Pavimento Flexvel do Engenheiro Murilo Lopez de Souza, adotado pelo DNIT. Atravs do grfico abaixo, obteve-se a espessura da camada acima da sub-base (HSL), em funo do nmero N e do CBR.

Figura 3 : Dimensionamento de pavimentos flexveis.Fonte: Seno, 1997.1919

A espessura da base (B), sub-base () e reforo do subleito () so obtidos pela resoluo sucessiva das inequaes abaixo:

(1) (2) (3)

Onde:

R a espessura mnima do pavimento betuminoso;B a espessura mnima da base;HSB a espessura mnima da sub-base;HREF a espessura mnima do reforo do subleito;HSL a espessura mnima do subleito;KR, o coeficiente estrutural do revestimento betuminoso; KB, o coeficiente estrutural da base;KSB, o coeficiente estrutural da sub-base;KREF o coeficiente estrutural do reforo do subleito;C um fator de correo, adota-se: C = 1,2 para ;C = 0,8 quando e o CBR da sub-base for 40;C= 1 para os demais casos.

Figura 4: Esquema Elucidativo.

A espessura mnima (R mn) para o revestimento betuminoso tem como objetivo proteger a camada de base do reforo e evitar a ruptura do prprio revestimento. As espessuras recomendadas seguem na tabela 3, e so funo do nmero N.

Os coeficientes estruturais da sub-base granular, do agregado reciclado e do reforo do subleito sero obtidos pelas expresses: Onde:CBRSB, CBRREF e CBRSL so os suportes da sub-base , reforo e subleito. Destas expresses , resultam os coeficientes estruturais apresentados na Tabela 5 em funo das relaes CBRSB/CBRSL e CBRREF /CBRSL : Tabela 6 Coeficientes estruturais em funo das relaes de CBR

RELAO DE CBR K

1,10,72

1,20,75

1,30,76

1,40,78

1,50,80

1,60,82

1,70,83

1,80,85

1,90,86

2,00,88

2,10,90

2,20,91

2,30,92

2,40,94

2,50,95

2,60,96

2,70,97

2,80,98

2,90,99

3,0 1,00

Mesmo que o CBR do reforo ou da sub-base seja superior a 30%, dever ser considerado como se fosse igual a 30% para efeito de clculo das relaes anteriormente descritas.

As especificaes do DNIT e DEINFRA/SC estipulam uma espessura mnima de camada granular para as rodovias, de 15 cm, assim, caso a espessura calculada seja menor que este valor, ser adotado 15 cm, ou recalcula-se o dimensionamento, considerando a possibilidade de excluir-se a camada delgada com o reforo da anterior.

4. ANLISES E RESULTADOS

Dimensionar a estrutura de um pavimento de um sub-trecho virio para os dados apresentados na tabela 7:

N106

CBR sub-leito 3%

CBR Reforo10%

CBR sub-base20%

CBR base60%

Tabela 11: Valores de N e CBR dos materiais do pavimento.

A partir do N foi dimensionado o revestimento (R), adotando-se para o mesmo o mnimo recomendado de 7,5 cm e concreto betuminoso como seu material. O fator de correo C apresentado abaixo foi obtido a partir de seu valor de N, enquanto Kr, Kb e Ksb, so valores tabelados em funo do material utilizado em cada uma das camadas. Hsb e Hsl foram encontrados aplicando-se o N e cada CBR, no baco para dimensionamento de pavimentos flexveis.

a) Materiais e espessuras mnimas adotados:Revestimento betuminoso CAUQ R = 5,0 cm, Kr = 2,0 Base Mista: Macadame Betuminoso Bmb = (?) cm, Kmb = 1,2

Macadame Hidrulico Bmh = (?) cm, Kmh = 1,0

Hsb, Hsl e Href foram encontrados aplicando-se o N e cada CBR, no baco para dimensionamento de pavimentos flexveis.

R5,00 cm

C1

Kr2

Kb1

Ksb1

Hsb25,00 cm

Hsl75,00 cm

Href41, 00 cm

Tabela 12: Valores para o dimensionamento das camadas da base e sub-base.O dimensionamento do pavimento ser obtido atravs do baco da Figura 3 e pela resoluo das inequaes apontadas na metodologia.

Clculo da espessura da base

Com a resoluo da inequao (1), determina-se a espessura B correspondente camada de base:

onde:

B BMB BMH B = BMB K MB BMH K MH 15,0cm

Fixando a espessura mnima recomendada para base de macadame betuminoso (BMB ) = 5,0, teremos:

5,0 1,2 BMH 1,0 6 BMHBMH

Clculo da espessura da Sub-base Resolvendo a inequao (2) temos:

Clculo da espessura do reforo

Resolvendo a inequao (3) temos:

Tabela 8 - Verificao do DimensionamentoO Tabela 8 apresenta a sntese e verificao do dimensionamento. CAMADAESPESSURA (cm)COEFICIENTEESTRUTURAL (K) ESPESSURAEQUIVALENTE (cm)

Revestimento(CAUQ)5,02,0 10,0

Base mistaM. Betuminoso M.Hidrulico 5,0 9,0 1,2 1,0 6,0 9,0

Sub - Base16,0116

Reforo subleito34,01 34

Espessura total em termos de material granular 75cm

Portanto, a somatria das espessuras das camadas, multiplicadas pelos respectivos coeficientes estruturais, atende espessura total em termos de material granular Hsl= 75,0 cm, satisfazendo plenamente o preconizado no mtodo de dimensionamento no que se refere s espessuras mnimas recomendadas para as diversas camadas do pavimento em questo

5. CONCLUSO

Com base nos dados analisados para o dimensionamento da Avenida Vereador Abraho Joo Francisco, considerando o material analisado no LATEC referente ao ensaio de CBR feito na mdia anterior, a sub-base dever ter uma grande espessura, porm, para que este valor possa ser mais prximo ao real dever ser realizado um ensaio com o material referente localidade onde dever ser aplicado a pavimento. Para espessura da base do pavimento se adotou a mnima, pois os valores calculados ficaram abaixo do mnimo exigido por norma.

Portanto, se pode dizer que este trabalho foi de grande valia tanto no mbito prtico como terico no que se diz a respeito a dimensionamento de pavimentos pelo mtodo adotado atualmente pelo DNIT.

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6. REFERNCIAS

WENDT, Jos Nuno Amaral. Notas de aula sobre pavimentao.

SANTANNA-GRECO, J. A. Construo de Estradas e Vias Urbanas: Dimensionamento de Pavimentos Flexveis - Mtodo Emprico do DNIT Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia