()Metodo_CBR Asfalto Fatec Sp

7/23/2019 ()Metodo_CBR Asfalto Fatec Sp

1/15

TRANSPORTES E OBRAS DE TERRA

Movimento de Terra e Pavimentao

NOTAS DE AULA Pavimentao I

Prof. Edson de Moura

Aula 01 Dimensionamento de Pavimento Flexvel

Mtodo do DNER

2009


2/15

DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO PELO CBR

(texto extrado do livro Pavimentao Asfltica, materiais, projeto e restaurao, Jos Tadeu Balbo, 2007)

1 Histrico

Uma estrutura de um dado pavimento deve suportar as cargas oriundas do trfego, nascondies climticas locais, de maneira a oferecer o desempenho desejvel para as suasfunes de conforto ao rolamento e segurana ao usurio.

Devido ao baixo nmero de veculos associado a baixa carga por eixo que solicitavam as viasno passado, inmeros mtodos de dimensionamento eram utilizados por engenheiros, demaneira relativamente fcil. Esses mtodos trazem consigo certo grau de empirismo

juntamente com experincia adquiridas pelos diversos rgos rodovirios ao longo dos anos.

2 Critrio do CBR

Segundo Ahlvin (1991), atribui-se o desenvolvimento do mtodo de dimensionamento depavimentos flexveis pelo uso do CBR ao engenheiro O.J.Porter do Departamento de Estradasda Califrnia, na dcada de 20. O critrio bsico utilizado o de camadas granulares sobre osubleito de maneira a proteger esse de ruptura por cisalhamento. O mtodo consiste

basicamente em se obter a espessura da camada granular sobre o subleito conhecendo-se oCBR do subleito.

Esse mtodo foi baseado em correlaes empricas, entretanto, ainda em nossos dias bastante difundido, como o caso de uma variante, o mtodo do extinto DNER, atual DNIT,critrio normativo oficial para projetos de pavimentos flexveis.

O CBR Califrnia Bearing Ratio, a relao de resistncia penetrao de um pisto de 2entre o solo propriamente dito e um corpo-de-prova de brita graduada, esse com valorcorrespondente a 100%. Observe-se que a brita graduada tomada com referncia era o tipo dematerial utilizado em camadas de pavimentos que apresentavam um bom desempenho nos

pavimentos caracterstica Califrnia.

Com a chegada do engenheiro Hveen na direo do Departamento de Estradas da Califrnia,

o mtodo de dimensionamento do CBR foi arquivado, pois esse acreditava somente na coesodos materiais como medida de resistncia dos materiais.

3 USACE

Com o advento da II Guerra Mundial houve a necessidade de se projetar pavimentos em pistasde aeroportos com capacidade de suportar cargas elevadas de aeronaves, principalmente nasilhas do pacfico. O critrio deveria ser de fcil assimilao, rpido e eficiente, condies quea ocasio impunha.


3/15

Baseado no mesmo princpio adotado por Porter na dcada de 20 na Califrnia, o USACE nadcada de 40 estabeleceu curvas de dimensionamento de pavimentos para cargas de 12.000lbs, de trens de pouso individuais de aeronaves pesadas.

O critrio de Porter era emprico atravs de observaes de campo em pavimentos queapresentavam tanto sucesso como insucessos. J a extrapolao adotado pelo USACE paracargas superiores implicou na associao do conhecimento das tenses de cisalhamentocalculadas em funo da profundidade do meio elstico, conforme estabelecido porBoussinesq. Para as condies de Boussinesq o meio elstico deve ser isotrpico, homogneoe linear. Assim, foi possvel se obter curvas de dimensionamento para diversos tipo de cargas,desde 12.000 lbs at 70.000 lbs.

4 Espessura X CBR

O USACE em 1956 apresentou a 1. equao (1) de dimensionamento de espessuras depavimento em funo do valor de CBR da camada inferior que correlaciona a espessuranecessria de material sobre o subleito, levando-se em conta o CBR do solo de fundao, acarga de roda e a presso de contato (presso da roda equivalente). A equao s seria vlida

para valores de CBR no superiores 12% (faixa de observao emprica)

=

epCBRPt

1

1,8

1 (1)

Onde: t = espessura de material granular sobre o subleitoP = carga de simples equivalente

pe = presso de contato

5 Critrio de Cobertura utilizado pelo USACE

Porter na dcada de 20 utilizou o critrio emprico de observao de campo para estabelecer omtodo de espessuras em funo do CBR. J o USACE monitorou a degradao de

pavimentos de aeroportos militares e civis, verificou que as curvas de dimensionamentooriginais eram suficientes para determinar as espessuras de pavimentos necessrias para a

passagem de aproximadamente 5.000 coberturas (C) de aeronaves na poca, sem a formaode deformao permanente em trilha de roda importantes.

Yoder e Wictzak (1975) apresentam a frmula (2) enunciada por Turnbull et al. (1962) quecorrige a espessura em funo de um nmero de coberturas diferente de 5.000, considerado nomtodo original do USACE.

Ct log*231,0144,0% += (2)

Conceito de cobertura. O estudo acima exposta considerou 5.000 coberturas, ou seja, nospousos e decolagens de aeronaves a rea que ocorrem os toques, so necessrios cerca de5.000 ocorrncia para que toda a rea seja solicitada pelo menos ma vez.


4/15

Souza (1978), mostra que trazendo para uma rodovia o conceito de coberturas estipulado peloUSACE, o nmero de 5.000 coberturas em aeroportos equivale a 13.200 coberturas para umadada rodovia. Existe uma relao de 2,64 vezes considerado um ESRD.

Observe-se que esse nmero imps ao mtodo do USACE um conceito de durabilidade de umdado pavimento atrelado a um nmero relativamente pequeno de cobertura. Assim, odimensionamento de pavimentos pelo mtodo do CBR tende a super-dimensionar pavimentosde baixo volume de trfego e sub-dimensiona pavimentos com elevado volume de trfego, porconta do conceito de coberturas adotado.


5/15

6 - Composio do Trfego para Finalidade de Projeto Estrutural

6.1 - Trfego

A estrutura do pavimento dimensionada em funo do nmero equivalente de operaes deeixo padro, denominado de nmero N, adotado durante o perodo de projeto da via.

N = 365*Vdm*P*(FC)*(FEC)*(FR) (1)

Onde N = nmero equivalente de operaes de eixo padroVdm = volume dirio mdio de trfego, no sentido mais utilizado, no ano mdio do perodo de projeto.FC = Fator de cargaFEC = Fator de equivalncia de eixoFV = FC*FEC = Fator de veculoFR = Fator climtico regional

A determinao do volume dirio mdio VDM de trfego,no sentido mais utilizado, no anomdio do perodo de projeto VDM, inicialmente adota-se uma taxa de crescimento para asregies que via serve ou sofrer influncia do trfego. Para essa taxa deve-se considerar otrfego atrado ou desviado, crescimento histrico do trfego da via a ser pavimentada (casode implantao).

Aplicam-se duas formas de taxa de crescimento: progresso linear ou progresso geomtrica.

Sendo V1 o volume mdio dirio de trfego no ano de abertura, num sentido e admitindo-seum taxa t% de crescimento anual, o volume mdio dirio de trfego, VDM, (num sentido)durante um perodo P anos, temos:

Progresso linear

2

100/*)1(2(*1 tPVVDM

+= (2)

Progresso geomtrica[ ]

100/

1)100/1(*1*365

t

tVVt

P += (3)

O volume total de trfego, (em um sentido) durante o perodo P, Vt, ser:

VDMPVt **365= (4)

6.2 - Fator de carga - FCA determinao do FC baseado no conceito de operaes, mais especificamente no fator deequivalncia de operaes FEC.

FEC um nmero que relaciona o efeito de uma passagem de qualquer tipo de veculo sobreo pavimento com o efeito provocado pela passagem de um veculo considerado padro. Porexemplo, a passagem de um veculo que propicia um FEC = 6, significa que a passagem desseveculo equivale a seis passagens do veculo padro. Por outro lado, um FEC = 0,5 implica

em duas passagens desse veculo para se equiparar com o veculo padro.


6/15

No mtodo do DNER, o veculo padro adotado o veculo americano de 18.000 lbs/eixosimples de roda dupla ESRD, sendo 9.000lbs em um semi-eixo. Todos os veculos previstosa utilizarem a via sero relacionar com o veculo padro, para se obter um trfego

representado por um nmero de passagens desse veculo padro, passando tantas vezes quantoo necessrio para reproduzir o efeito do trfego diversificado que realmente vai passar pelavia no perodo de projeto.

A equivalncia. Dentre os possveis critrios de equivalncia de cargas, optou-se pelaigualdade da deformao vertical mxima (deflexo mxima) verificada em uma

profundidade igual espessura total d pavimento. Pos conseguinte, as deflexes computadas ecomparadas so referidas interface pavimento/subleito, Pereira (1985).

Veculos com carga superior ao veculo padro implica em FEC superior a unidade, por outrolado, veculos com carga inferior apresenta FEC inferior a unidade.

Os valores do FEC esto apresentados nas tabelas 1 e 2 e grficos 1 e 2

Eixo SimplesCarga por eixo

(tf)

FEC - fator deequivalnciaestrutural (f)

1 0,0004

2 0,004

3 0,02

4 0,05

5 0,1

6 0,27 0,5

8 1

9 2

10 3

11 6

12 9

13 15

14 25

15 40

16 50

17 80

18 11019 200

20 260

Eixo emTanden Carga

por eixo (tf)

FEC - fator deequivalnciaestrutural (f)

1 0,001

2 0,002

3 0,005

4 0,01

5 0,02

6 0,067 0,1

8 0,2

9 0,4

10 0,6

11 0,7

12 1,3

13 2

14 3,1

15 4

16 6

17 7

18 1019 15

20 20

21 30

22 35

23 45

24 55

25 70

26 80

27 100

28 130

29 160

30 190

Tabela 01 FEC para ESRD Tabela 02 FEC para ETD


7/15

FEC - eixo simples roda dupla ESRD

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Fator de Equivalncia de Operaes - FEC

Ca

rgaporeixo(tf)

Grfico 1 Fator de Equivalncia de Operaes para ESDR


8/15

FEC - eixo tanden duplos - ETD

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Fator de Equivalncia de Operaes - FEC

C

argaporeixo(tf)

Grfico 1 Fator de Equivalncia de Operaes para ETD

Multiplicando-se os valores de equivalncia pelo nmero de veculos por dia, com umadeterminada carga por eixo, obtm-se a equivalncia, para esse tipo de veculo, no perodoconsiderado, geralmente em veculos por dia. A soma desses produtos referentes a todos osveculos que trafegaro pela via d a equivalncia de operaes entre esses dois trfegos: otrfego em termos de veculo padro e o trfego real.

6.3 - Fator de eixo - FE um fator que transforma o trfego em nmero de veculos padro no sentido dominante365*Vm*P*(FEC), em nmero de passagens eixo equivalentes. Para tanto, calcula-se onmero de eixos dos tipos de veculos que passaro pela via, a expresso correspondente

seria:

npppFE n *)100/(......3*)100/(2*)100/( 32 +++=

Onde: p2 = porcentagem de veculos de 2 eixosp3 = porcentagem de veculos de 3 eixospn = porcentagem de veculos de n eixos

ExemploDeterminar o N de uma rodovia que possui trfego dirio mdio = 1050 veculos por dia com

63% o sentido mais solicitado, a via possui duas faixas por sentido. A taxa de crescimento emprogresso geomtrica de 2,5% anual, o perodo de projeto de 15 anos.


9/15

Vo = 1050 veic/diaFator direcional = 63%

t = 2,5% progresso geomtricaP = 15 anos

V1 = Vo*FD/100

V1 = 1050*63/100 = 662 veic/dia

Vt = 365*662*((1+2,5/100)E15 -1) / 2,5/100

Vt = 4332891 4,33E+06 veculos

[ ]100/

1)100/1(*1*365

t

tVVt

P +=

Dados do trfego conforme levantamento de campo:


10/15

ESRD

(tf)

4 2 740

6 2 6209 2 540

E tanden

15 3 233

19 4 145

22 4 140

26 3 27

total 2445

Clculos FEC Equivalncia

Eixo VDM FEC Operaes

4 740

6 620 0,2 124

9 540 2 108015 233 4 932

19 145 15 2175

22 140 35 4900

26 27 80 2160

2445 11371

F EC = 11371 / 2445 4,65

FE = Fator de eixo

% de v eic. de 2 eixos

n2 = ((740+620+540)/2445)*100 77,70961

n3 = ((233+27/2445100 10,63395

n4 = ((145+140)/2445)*100 11,65644

10 0FE = (77,71/100)*2'+'(10,63/100)*3 + (11,65/100)*4

FE = 2,3391

F V = F EC * F E = 4,65 * 2,3391 10,87849

Ado ta nd o-se FR = 1 te m os:

N = 4332891 * FV = 47135312,73

N= 4,71E+07 solicitaes

Dados de trfego em v eculos por dia

n. de eixos VDM ( ve ic . /d ia)

ExerccioDeterminar o N para os seguintes dadosVo = 650 veic. dia FD = 57% t = 4%/ano (progresso linear)P = 10 anos

E S R D

( t f )

3 2 8 5 0

7 2 7 6 0

1 0 2 5 0 0

E t a n d e n

1 2 4 2 0 5

1 7 3 1 7 0

2 7 3 1 6 0

2 7 4 5 7

t o t a l 2 7 0 2

D a d o s d e t r f e g o e m v e c u l o s p o r d i a

n . d e e ix o s V D M ( v e i c . / d ia )

7 Coeficiente de equivalncia Estrutural


11/15

Coeficiente de equivalnciaestrutural de um material um ndice que indica uma relao emprica entre o nmero

estrutural (SN) e a espessura da prpria camada, sendo uma media da capacidade relativa domaterial para atuar como componente estrutural de dado pavimento, dissipando pressessobre as camadas inferiores, Balbo (2007). A AASHTO apresenta diversas formas de se obtero valor do coeficiente estrutural, em geral por meio de correlaes com outras propriedadesmecnicas dos materiais (CBR, mdulo de resilincia, etc.).

Esto apresentados na tabela 03, os coeficientes estruturais dos materiais normalmenteempregados como camada de pavimento.

Tabela 03 Coeficiente de equivalncia estrutural dos materiais

Tipo de Material Coeficiente Estrutural (K)Base ou revestimento de concreto asfltico 2,0

Base ou revestimento pr-misturado a quente de graduao densa 1,7

Base ou revestimento pr-misturado a frio de graduao densa 1,4

Base ou revestimento asfltico por penetrao 1,2

Camadas Granulares 1,0

Solo-cimento com resistncia aos 7 dias superior a 4,5MPa (compresso) 1,7

Solo-cimento com resistncia aos 7 dias entre 2,8 a 4,5MPa (compresso) 1,4

Solo-cimento com resistncia aos 7 dias entre 2,1 a 4,5MPa (compresso) 1,2

Bases de solo-cal 1,2

Coeficiente de Equivalncia Estrutural dos Materiais

Os coeficientes estruturais so designados, genericamente por:

Revestimento KR

Base KB

Sub-base KS

Reforo KRef

A espessura da camada de revestimento asfltico por sua vez um dos pontos ainda em abertona engenharia rodoviria, quer se trate de proteger a camada de base dos esforos impostos

pelo trfego, quer se trate de evitar a ruptura do prprio revestimento por esforos repetidos

de trao na flexo. As espessuras apresentadas na tabela 04 a seguir recomendadas, visam,especialmente, as bases de comportamento puramente granular e so ditadas pelo que se tem

podido observar.

Tabela 04 Espessuras de revestimento

N (repeties) do ESRD de 80 kN Tipo de Revestimento Espessura (mm)

106

Tratamentos superficiais 15 a 30

106< N 5 x 10

6CA, PMQ, PMF 50

5 x106< N 10

7Concreto aasfltico 75

107

< N 5 x 107

Concreto aasfltico 100N 5 x 10 Concreto aasfltico 125

Espessuras Mnimas de Revestimentos Asflt icos


12/15

No caso da adoo de tratamentos superficiais, as bases granulares devem possuir coeso,pelo menos aparente, seja devido a capilaridade ou a entrosamento de partculas.

8 - Determinao das Espessuras das Camadas

O grfico 03 d a espessura total do pavimento, em funo de N e do CBR; a espessurafornecida por esse grfico em termos de material com K = 1,00, isto , em termos de basegranular. Entrando-se em abscissas, com o valor de N, procede-se verticalmente at encontrara reta representativa da capacidade de suporte CBR em causa e, procedendo-sehorizontalmente, ento, encontra-se, em ordenadas a espessura total do pavimento.

BACO PARA DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXVEIS- DNER (1981)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07 1,E+08 1,E+09

Nmero de Repeties de carga - N

Esp

essuraEquivalente(cm)

ValoresdeCBR(%)

20

15

10

4

5

6

7

8

2

3

12

Grfico 03 - baco para Dimensionamento de Pavimentos Flexveis- DNER (1981).

Supe-se, sempre, que h uma drenagem superficial adequada e que o lenol fretico foirebaixado a, pelo menos, 1,50m em relao do greide de regularizao.

apresentado na figura 01 a simbologia utilizada no dimensionamento do pavimento, onde:

R

H20B

Hnh20

Hm hn

Revestimento Asfltico

Base - CBR 60%

Sub-base - CBR=20%

Reforo do subleito - CBR=n%


13/15

Figura 01 simbologia das camadas

Hm= espessura total do pavimento necessria para proteger um material com CBR = n%

CBR = n% baco = HmTrfego = N

Hn = espessura necessria acima do reforo, ou seja, a espessura da sub-base + base +revestimento, para materiais com K = 1,00.

CBR = 20% baco = H20Trfego = N

Mesmo que o CBR da sub-base seja superior a 20%, a espessura de pavimento necessrio

para proteg-la determinada como se este valor fosse 20% e, por essa razo, usamos sempre,os smbolos H20 e h20para designar as espessuras de pavimento sobre a sub-base e da sub-

base respectivamente.

Os smbolos B e R, so respectivamente as espessuras da base e do revestimento

Uma vez determinadas as espessuras Hm, Hn e H20pelo grfico 03 e a espessura de R platabela 04, as espessuras da base (B), sub-base (h20) e reforo do subleito so obtidas pelaresoluo sucessiva das seguintes inequaes:

RKR + BKB

H20 (1)RKR + BKB + h20 KS Hn (2)

RKR + BKB + h20 KS + hn KRef Hn (3)

Quando o CBR da sub-base for maior ou igual a 40% e para N 106, admite-se substituir nainequao (1), H20, por 0,8 * H20. Para N > 10

7, recomenda-se substituir, na inequao (1),H20por 1,2 * H20.

Exemplos de dimensionamento

1) dimensionar o pavimento em que o N = 103, sabendo-se que o subleito tem um CBR = 3%e dispondo-se de material para o reforo do subleito, com CBR = 9%. Tem-se um material

para sub-base com CBR = 20% e material para base com CBR = 60%.

Soluo: Devido ao N, conforme tabela 04 o tipo de revestimento asfltico otratamento superficial, logo pode-se desprezar a espessura.

Os coeficientes estruturais de cada material (nesse caso) K = 1,00, assim:

o KB= 1,00, KS= 1,00 e KRef= 1,00

Pelo baco do grfico 03


14/15

H20= B + R = 18 cmH9 = 26 cmH3 = 43 cm

B = 18 cm

RKR + BKB + h20 Hn como R = 0, KB= 1,00 e KS= 1,00 temos,

B + h20 Hn

18 cm + h20 26 cm h20 = 8 cm h20= 15 cm

Note-se que a espessura mnima para camadas granulares de 15 cm.

RKR + BKB + h20 KS + hn KRef Hn

Como R = 0, KB= 1,00, KS= 1,00 e Kref = 1,00 temos,B + h20+ h3 Hm

18 cm + 15 cm + h3 43 cm h3 10 cm h3 = 15 cm

Resultado R = 0 cmB = 18 cmSub-base = 15 cmSubleito = 15 cm

2) dimensionar um pavimento de uma estrada em que o N = 10

6

sabendo-se que o subleitopossui um CBR = 12%, material de sub-base com CBR = 40% e para base um material comCBR = 80%

Soluo: devido ao N temos um tratamento superficial como revestimento asfltico,logo a espessura = 0 cm, KB= 1,00 e KS= 1,00

H20= B + R = 25 cm

Devido a sub-base com CBR = 40% pode reduzir em 20% a espessura de H20,

Logo, H20= 0,8 * 25 cm = 20 cm H20= 20 cm

H12 = 34 cm

RKR + BKB + h20 Hn como R = 0 e KB= 1,00 temos,

B + h20 Hn

20 cm + h20 34 cm h20 = 14 cm h20= 15 cm

Resultado R = 0 cmB = 20 cm

Sub-base = 15 cm(no temos reforo do subleito, assim, no existe essa camada)


15/15

3) Dimensionar o pavimento de uma estrada em que N= 7 * 106, sabendo-se que: Subleito com CBR = 12%

Sub-base com CBR = 20% e, Base com CBR = 80%

Soluo: devido ao N = 7 * 107pela tabela 04 temos como especificao da espessurado revestimento = 7,5 cm. KR= 2,0 (tabela 03- coeficiente estrutural)KB= 1,00 e KS= 1,00

H20 = R + B = 28 cm

H12 = 38 cm

RKR + BKB H20

7,5 * 2,0 + 1,0 * B 28 cm B = 13 cm Base = 15 cm

RKR + BKB + h20 KS Hn

2,0 *7,5 cm + 1,0 * 15 cm + h20 1,0 38 cm

h20*1,0 38 cm- 30 cm h208 cm h20= 15 cm

Documents

()Metodo_CBR Asfalto Fatec Sp