Noções de Dimensionamento de Pavimentos

NOES DE DIMENSIONAMENTO DE

PAVIMENTOS

Rita Moura FortesRita Moura Fortes

Universidade Presbiteriana MackenzieUniversidade Presbiteriana Mackenzie

HISTHISTRICORICOAt 1950 DER-SP como rgo rodovirio utilizava o Mtodo de Dimensionamento de Pavimentos baseado no ndice de Grupo (IG), adotado pelo DNER. Neste mtodo so levadas em conta as caractersticas fsicas do solo de fundao atravs dos parmetros do LL, LP e do IP (limites de Atterberg).

A partir de 1950 passou-se a considerar o ensaio penetromtrico do CBR - Califrnia Bearing Ratio. Com o CBR, alm dos demais ensaios j rotineiros de caracterizao de solo, foi possvel se fazer dimensionamento de pavimentos atravs do Mtodo Corpo de Engenheiros do Exrcito Americano (USACE), que era baseado nos bacos de carga por roda e no valor do ndice de suporte CBR do subleito.

HISTHISTRICORICOEm 1961, o DNER apresentou o mtodo de Dimensionamento de Pavimentos Flexveis de autoria do Eng. Murilo Lopes de Souza, que tambm era baseado na carga por roda e no ndice de Suporte CBR do subleito. Esse mtodo foi o primeiro usado nacionalmente para o dimensionamento de pavimentos flexveis e normalizado por um rgo rodovirio, o DNER. Outros rgos a partir da, como o DER-SP, passaram a adot-lo.

Em 1966, o DNER introduziu novo mtodo proposto novamente pelo Eng. Murilo Lopes de Souza. Como consta na introduo deste novo mtodo, teve como base o trabalho original de O. J. Porter (ensaio de CBR a partir de 1929), ao qual foram acrescentadas as concluses e sugestes contidas em outro trabalho: Design of FlexiblePavements Considering Mixed Loads and Traffic Volume. Este ltimo escrito por Turnbull, Foster e Ahlvin do USACE apresentado em 1962 na International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements, Universidade de Michigan (USA).

HISTHISTRICORICODeste trabalho do USACE foram adotados os grficos para dimensionamento do pavimento, e a determinao das equivalncias de operao entre diferentes cargas por eixo e a carga do eixo padro de 80 kN (18000 libras). Para os diversos materiais que podem constituir um pavimento foram adotados coeficientes de equivalncia estrutural, baseados nos resultados dos estudos da Pista Experimental da A.A.S.H.T.O, o AASHO Road Test.Em 1967, a Prefeitura do Municpio de So Paulo apresentou o seu primeiro Mtodo Oficial de Dimensionamento de Pavimentos Flexveis, denominado MD-1, proposto pelo Eng. Teodoro Brando. Esse mtodo consiste em uma adaptao do mtodo do DNER, de 1966, e tem quatro curvas de dimensionamento (para trfego leve, mdio, pesado e muito pesado).

HISTHISTRICORICOEm 1974, o DER-SP props o seu primeiro Mtodo de Dimensionamento Oficial, de autoria do Eng. Hugo Alves Pequeno, que se fundamenta tambm no Mtodo do DNER de 1966 com as revises propostas pelo eng. Murillo Lopes de Souza, e apresentadas em um Simpsio Rodovirio que foi realizado no Rio de Janeiro em 1971. Este mtodo somente foi aprovado, com pequenas alteraes, aps passar pelo crivo de engenheiros das diversas regionais do DER/SP em debate realizado em julho de 1982.Em 1979, o DNER props o seu 3 Mtodo Oficial de Dimensionamento para Pavimentos Flexveis que nada mais do que uma verso revisada do mtodo de 1966. Esse mtodo bsico o vigente at hoje no DNER, tendo sido publicado em sua ltima edio em 1981, com pequenas alteraes.Ainda em 1979, a Prefeitura do Municpio de So Paulo props um mtodo de dimensionamento para vias de trfego muito leve, denominado MD-3T, reduzindo ao mesmo tempo o perodo de projeto e conseqentemente a espessura dos pavimentos. O mtodo original MD-1 permaneceu vigente para o dimensionamento de vias de trfego leve, mdio, pesado e muito pesado.

HISTHISTRICORICOEm 1988, a Companhia do Metropolitano de So Paulo METR props um procedimento para dimensionamento de pavimentos flexveis denominado de Mtodo da Resilincia. Neste mtodo, escrito pelos engenheiros Srgio Then de Barros e Ernesto Simes Preussler, leva-se em conta os bacos de dimensionamento de espessuras do DNER e as caractersticas resilientes dos materiais constituintes do pavimento, destacando-se o subleito. O mtodo do METR de So Paulo empregado para o dimensionamento de pavimentos flexveis urbanos com faixas de carga leve at carga do tipo muito pesado.Em 1992, a Prefeitura Municipal de So Paulo publicou um novo mtodo de dimensionamento para vias submetidas a trfego muito leve e leve denominados mtodo P.01 e P.02, respectivamente. Estes mtodos foram desenvolvidos em So Paulo com intensa participao da LENC Engenharia.A maioria dos mtodos de projeto de pavimento empregada no Brasil tem como base relaes empricas desenvolvidas em testes reais, atravs de carregamento e ruptura de pavimentos de pistas experimentais (mtodos AASHTO e CBR-USACE).

HISTHISTRICORICONo exterior, entre 1960 e 1970, consolidou-se a Mecnica dos Pavimentos como instrumento para o dimensionamento estrutural de pavimentos. As propriedades mecnicas dos materiais constituintes das camadas passaram a ser consideradas (propriedades reolgicas, de fadiga dos materiais e de deformao permanente). A partir de 1993, o desempenho dos pavimentos aps a construo passou a ser enfocado em muitos projetos, o que foi realizado atravs dos chamados modelos de previso de desempenho.

Os modelos de desempenho so expresses que relacionam defeitos surgidos nos pavimentos (trincas e afundamentos em trilhas de roda), com a carga aplicada no pavimento ao longo do tempo (nmero N). Estas expresses associam modelos mecnicos tericos (sistemas de camadas elsticas, por exemplo), com resultados obtidos empiricamente em ensaios de laboratrio ou realizados em campo. So conhecidos como modelos mecanistico-empricos.

HISTHISTRICORICOUma grande pesquisa realizada nos Estados Unidos em um perodo de 5 anos e iniciada em 1987 chamada Programa SHRP Strategic Highway Research Program, cuja verba alocada foi de U$ 150 milhes, estudou asfaltos, concretos e o desempenho de pavimentos. Uma parte do Programa SHRP, chamada de LTPP Long Term Pavement Performance, foi programada para ser iniciada dentro do programa SHRP e desenvolvida alm deste programa e a longo prazo durante um perodo 20 anos. A partir do 6 ano este estudo passou a ser administrado pelo FHWA Federal Highway Administration, que avalia atos dias de hoje mais de 800 segmentos rodovirios nos USA, gerando uma base de dados que empregada na calibrao de modelos de desempenho para dimensionamento de pavimentos.

HISTHISTRICORICOEntretanto, os modelos empricos so ainda muito utilizados devido confiabilidade que oferecem oriunda da base experimental de suas formulaes, mesmo quando utilizados em regies climticas diferentes daquelas onde foram calibrados (regies de clima temperado no Hemisfrio Norte). Modernamente, se configura como uma prtica em muitos projetos a utilizao de modelos empricos para o dimensionamento inicial, e, posteriormente, a utilizao de modelos mecanstico-empricos para a verificao da estrutura previamente dimensionada. Em 2003, a Prefeitura Municipal de So Paulo publicou novos mtodos:

O PROJETO DO O PROJETO DO PAVIMENTOPAVIMENTO

SOLUES FINAISDO PROJETO DEPAVIMENTAO

ESTUDO DE TRFEGOCLASSIFICAO

FUNCIONAL DA VIA

SUBLEITO JAZIDAS

ESTUDOGEOTCNICO

REVESTI-MENTOS

BASES ESUB-BASES

ESTUDO TECNOLGICODAS

CAMADAS

CLASSIFICACLASSIFICAO DAS VIAS E O DAS VIAS E PARMETRO DE TRPARMETRO DE TRFEGOFEGOVolume Inicial

naFaixa MaisCarregada

TipodeVia

FunoPredominante

TrfegoPrevisto

Vidade

Projeto(anos)

Vec.Leves

Caminhese nibus

Tipode

Trfego

Equival.por

Veculo

N(80 kN)

NTpico(80 kN)

V1 Via localresidencial

sempassagem

MuitoLeve

10

Volume Inicial na

Faixa MaisCarregada

TipodeVia

FunoPredomi

nante

TrfegoPrevisto

Vidade

Projeto(anos)

Vec.Leves

Caminhese nibus

Tipode

Trfego

Equival.por

Veculo

N(80 kN)

NTpico(80 kN)

V4 ViaColetoraPrincipal

MeioPesado

10 1501a

5000

101a

300

( II ) 2,30 1106a

3,1106 2106V5 Via

ArterialPesado 10 5001

a10000

301a

1000

( III ) 5,90 7,7106a

2,6107 1107V6 Via

Arterial ouExpressa

MuitoPesado

12 >10000

1001a

2000

( III ) 5,90 3,2107a

6,4107 5107V7-M Corredor

denibus

VolumeMdio

12 - < 500 - -

2106 2106V7-P Corredor

denibus

VolumePesado

12 - > 500 - -

1107 1107

MMTODOS DE DIMENSIONAMENTO TODOS DE DIMENSIONAMENTO EMPEMPRICOSRICOS

zz ORIGEM:ORIGEM:COMPORTAMENTO DE COMPORTAMENTO DE PISTAS EXPERIMENTAIS, PISTAS EXPERIMENTAIS, OBSERVAOBSERVAES E ES E EXPERINCIAS DE EXPERINCIAS DE CAMPOCAMPO

zz CONCEITO:CONCEITO: PROTEGER PROTEGER O SUBLEITO CONTRA O SUBLEITO CONTRA DEFORMADEFORMAES ES VERTICAIS EXCESSIVAS VERTICAIS EXCESSIVAS OU RUPTURA DURANTE O OU RUPTURA DURANTE O PERPERODO DE PROJETOODO DE PROJETO

zz PERPERODO DE PROJETO:ODO DE PROJETO:10 ANOS, E EM FUN10 ANOS, E EM FUNO O DA QUALIDADE DO DA QUALIDADE DO REVESTIMENTOREVESTIMENTO

MMTODOS DE DIMENSIONAMENTO TODOS DE DIMENSIONAMENTO TETERICOSRICOS

zz ORIGEM:ORIGEM: TEORIA DA TEORIA DA ELASTICIDADE, MELASTICIDADE, MDULOS DULOS ELELSTICOS DOS MATERIAIS STICOS DOS MATERIAIS NAS CAMADAS, UTILIZANAS CAMADAS, UTILIZAO O DE PROGRAMAS DE PROGRAMAS COMPUTACIONAISCOMPUTACIONAIS

zz CONCEITO:CONCEITO: SIMULASIMULAO DO O DO COMPORTAMENTO DAS COMPORTAMENTO DAS ESTRUTURAS ATRAVESTRUTURAS ATRAVS DE S DE MODELOS MECANMODELOS MECANSTICOSSTICOS

zz PERPERODO DE PROJETO:ODO DE PROJETO: 10 10 A 12 ANOS, EVITA A FADIGA A 12 ANOS, EVITA A FADIGA DA CAMADA , COM DA CAMADA , COM AUSNCIA DE AUSNCIA DE TRINCAMENTO NO TRINCAMENTO NO REVESTIMENTOREVESTIMENTO

DIRETRIZES DOS MDIRETRIZES DOS MTODOS DE TODOS DE DIMENSIONAMENTODIMENSIONAMENTO

ESTRUTURADEFINITIVA

RESULTANTE DODIMENSIONAMENTO

(TODAS A CLASSES DETRFEGO)

MUITO LEVE E LEVECURVAS ORIGINAIS - USACE

Escolha de Alternativaspelo Mtodo Mecanstico

VERIFICADO PORMETODOLOGIAS

ELSTICAS

TRFEGO MDIOCURVAS

DNER

VERIFICADO PORMETODOLOGIAS

ELSTICAS

TRFEGO PESADO EMUITO PESADO

CURVAS DNER+IDH(Emprico e Terico)

O EMPREENDIMENTO DEVE O EMPREENDIMENTO DEVE ATENDER ADEQUADAMENTE ATENDER ADEQUADAMENTE AOS SEGUINTES ASPECTOS: AOS SEGUINTES ASPECTOS:

CLASSIFICACLASSIFICAO DE VIASO DE VIAS ESPECIFICAESPECIFICAO DE SERVIO DE SERVIO DAS CAMADAS DO O DAS CAMADAS DO

PAVIMENTOPAVIMENTO

PORPORM SOMENTE ISSO NO GARANTE A M SOMENTE ISSO NO GARANTE A QUALIDADEQUALIDADE

EXECUEXECUO ADEQUADAO ADEQUADA CONTROLE TECNOLCONTROLE TECNOLGICO DE EXECUGICO DE EXECUO E O E

RECEBIMENTO DAS CAMADAS : PELA CONTRATADA E RECEBIMENTO DAS CAMADAS : PELA CONTRATADA E AUTNOMO PELA PMSP AUTNOMO PELA PMSP

ACOMPANHAMENTO DO COMPORTAMENTO E ACOMPANHAMENTO DO COMPORTAMENTO E CONSERVACONSERVAO DE ROTINAO DE ROTINA

0,5

REVESTIMENTO

BASE

SUB - BASE

REFORO DO SUBLEITO

SUBLEITO

0,5

MTODO DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXVEIS DO DNER (ATUAL DNIT)

Capacidade de suporte Califrnia Bearing Ratio (CBR) com corpos de prova indeformados ou moldados em laboratrio, nas condies da densidade de massa e teor de umidade especificados para o servio de campo e submetidos a embebio durante quatro dias.

Quando se desejar e for justificvel uma segurana maior, em vez do CBR pode-se usar um CBR corrigido em funo do ndice de Grupo (IG), denominando-se de ndice de Suporte (IS) dado por

com a condio de IS CBRCBR = valor do CBR obtido atravs de ensaio;CBRIG = um valor dado na tabela a seguir

0,5


0,5


Materiais do subleito: grau de compactao de pelo menos 100% da Energia Normal (EN) para subleito e diferentes camadas; expanso 2% (medida no ensaio de CBR)

Classificao dos materiais granulares:TABELA 2 ESPECIFICAO DOS MATERIAIS DAS

CAMADAS

Notas: Caso LL 25% ou IP 6% pode ser utilizado se o equivalente de areia 30%

Para N 106 pode usar na base material com CBR 60% e faixas granulomtricas E e F da AASHTO.

CAMADA CBR (%) EXPANSO (%) materiais para reforo do subleito CBR reforo CBR subleito 2 materiais para sub-base IG = 0; 20 1 materiais para a base (LL 25% e IP 6%) 80 0,5

0,5


TABELA 3 FAIXAS GRANULOMTRICAS RECOMENDADAS

A frao que passa na peneira de abertura 0,075 mm (n. 200) deve ser menor que 2/3 de frao que passa na peneira 0,42 mm (no. 40). A frao grada deve apresentar um desgaste Los Angeles 50. Pode ser aceito um valor de desgaste maior, desde que haja experincia no uso do material.

MOEDOR DE PAVIMENTO!!!

ESTUDO DOS FLUXOS DE TRFEGOVMD -Volume Mdio Dirioa) Estudos de TrfegoOs ESTUDOS DE TRFEGO tm por objetivo obter dados relativos a:.Sries histricas dos trfegos nos trechos;.Volume Mdio Dirio Anual (VMDA);.Percentagens de caminhes pesados;.Distribuio do trfego por classes de veculos;.Distribuio das cargas por eixos simples, duplos e triplos;.Levantamento da magnitude das cargas (atravs de pesagens);.Clculo do Nmero "N";.Estudos de Capacidade e de Nveis de Servio;.Estudo de Acidentes nos Pontos Crticos.

b) VMD -Volume Mdio Dirio:Nmero de Veculos que trafegam num ponto da Via, em Mdia, por Dia:.Pistas Simples: nos dois sentidos.Pista Dupla: total ou cada pista separadaVMDA / TMDA (Mdia Anual)c) Classificao Funcional das Rodovias.Rodovias Vicinais ou Locais.Rodovias Coletoras.Rodovias Troncais ou Arteriaisd) Classificao Funcional das Vias Urbanas.Vias Secundrias (Ruas).Vias Coletoras.Vias Troncais ou Arteriais (Avenidas)

Pesquisas de Trfego

a) Contagem do Trfego -Definies.Contagens Volumtricas=> S VMDConstituem registros do fluxo total de veculos, por hora ou por dia, separadamentepara cada sentido de trfego, mas sem separar os dados por tipos de veculos..Contagens Volumtricas e Classificatrias=> VMD + COMPOSICO DA FROTACompreendem registros dos fluxos individualmente para cada tipo de veculo, paracada sentido de trfego, por hora ou por dia, permitindo obter os fluxosvolumtricos totais e a composio percentual da frota.

b) PROCESSOS -Tipos de Registros.Registros ManuaisCompreendem contagens em que os volumes dos fluxos de trfego so observadosvisualmente e registrados em formulrio apropriado manualmente, por operadorestreinados..Registros AutomticosCompreendem contagens em que os volumes dos fluxos so registradosautomaticamente por sensores de equipamentos apropriados, denominadoscontadores automticos de trfego (para pistas simples e duplas).Exemplo: Contadores da Diamonds Traffics Products(EUA):.Traffic Tally 500 (duas faixas de trfego) e Trafic 2001 (pista dupla);.Com sensores de tempo = obtm-se VMD e Composio da Frota.OBS: Fazer pesquisa Manual algumas horas por dia, para separar: Caminho 2C Leve / Caminho 2C / nibus

c) Tipos de Postos de Contagem -Definies.Postos de CoberturaFUNO: Determinar o VMD/Composio de UMA RODOVIA ESPECFICAPOCAS: UMA VEZ POR ANODURAO: 3 a 7 Dias por Ano.14, 16 ou 24 Horas por Dia.6 s 20 horas ou 5 s 21 horasTm a funo exclusiva de determinar o trfego de uma rodovia especfica, que tertantos postos de cobertura quanto o nmero de segmentos, entendendo como tal, osegmento da rodovia compreendido entre 2 pontos consecutivos de incorporao oufuga de fluxos de trfego.

.Postos SazonaisFUNO: Criar Banco de Dados das V ARIAES SAZONAIS d Trfego .4(Para ajuste sazonal dos Dados de Trfego)POCAS: TRIMESTRAIS ou MENSAIS(Definir fluxos em pocas de Safras, Vero, etc)DURAO: Uma Semana (7 Dias) por Trimestre ou Ms (24 Horas por Dia)So postos de contagens mais intensivas, de forma a criar banco de dados dasvariaes sazonais dos fluxos de trfego ao longo do tempo (horas do dia, dias dasemana, meses do ano, trimestres do ano), possibilitando a obteno de parmetrospara ajuste (correo) sazonal dos dados dos postos de cobertura.

Estes postosdefInem:.Padres de trfego;.Suas variaes horrias, dirias, mensais, trimestrais (pocas de safra, vero,etc)..Postos PermanentesFUNO: Estudo Especial de Rodovias Especficas (Curva 303 ou 1003 hora)(para ajuste sazonal e Estudos de Capacidade)DURAO: Todos os Dias do Ano (24 Horas por Dia)PROCESSO: Somente AutomticoSo postos de contagens intensivas, de longa durao, geralmente cobrindo todo oano. Face ao custo elevado de sua operao, tais postos s so viveis quando orgo dispe de contadores automticos de trfego.

Processamento dos DadosPara cada posto devem ser calculadas as mdias aritmticas dos volumes dos fluxosdentre os diversos dias de contagens, defrnindo os parmetros mdios anuais porclasse de veculos e para a frota total (VMD total).e) Planejamento das PesquisasIMPORTANTE COBRIR AS VARIAES SAZONAIS DO TRFEGODefinir Durao das Pesquisast) Outras Pesquisas.Pesquisas de ORIGEM / DESTINO (O/D)Para estudos de: Trfego Desviado e Rotas de Fuga (e Planejamento)Entrevistas para Automveis e Caminhes (formulrio)Processamento: Matrizes de Origens e Destinos.Pesquisas de Fluxos em InterseesVolumtricas e Classificatrias (todos os giros possveis)Para: Estudo de Capacidade / Dimensionamento geomtrico

0,5


Trfego:

Vt = VDM x 365 x P

Onde:Vt = volume total de trfego ( em um sentido) durante o perodo de projetoFV = Fator de veculo = FC x FEFC = Fator de carga

FE = Fator de eixo

N = Nmero de repeties do eixo padro ESRD de 80 kN;

P = nmero de anos previsto para a vida mdia do pavimento.

No caso de progresso aritmtica o VDM ser dado por:

0,5


Trfego:

Onde:

VDMp = Volume mdio dirio do trfego que ocorrerno Pensimo ano de abertura ao trfego;

VDM0 = Volume mdio dirio do trfego no ano de abertura ao trfego;

t = taxa de crescimento anual

2

]100

t 1)-(P [2 VDMo VDM

+ =

0,5


No caso de progresso geomtrica o Vt ser dado por:

100

]1)100

t [(1 VDM 365 V

0

t t

P + =

xFVVxFExFCV tt = = N

0,5


Ex.: Calcular o nmero N para um perodo de projeto de 15 anos e taxa de crescimento de 3% (progresso geomtrica). No transporte de carga, foi detectado que 80% dos veculos trafegam com a carga legal mxima e 20% vazios. Adotar as informaes constantes na figura e quadros a seguir:

0,5


1003

]1)100

3 [(1 150 x 365 V

15

t

+ = = 1018291 veculos em 15 anos

clculo do FV = FC x FE

0,5


Fator Climtico

Para se considerar as variaes de umidade dos materiais do pavimento durante as diversas estaes do ano, uma vez que afetam a capacidade de suporte dos materiais, o N deve ser multiplicado por um coeficiente (FR) que na pista experimental da AASHTO variou de 0,2 (baixos teores de umidade) a 5,0 (material praticamente saturado). Deve-se adotar uma mdia ponderada, mas como no Brasil no se dispe, por enquanto, de elementos experimentais, recomenda-se adotar FR = 1, ficando a favor da segurana.

0,5


6. Dimensionamento das espessuras das camadas:

R KR + B KB H20R KR + B KB + h20 Ks HnR KR + B KB + h20 Ks + hn KREF HmR = espessura da camada de revestimento;

B = espessura da camada base;

h20 = espessura da camada da sub-base;

hn = espessura da camada de reforo do subleito;

KR = coeficiente de equivalncia estrutural do material do revestimento;

KB = coeficiente de equivalncia estrutural do material de base;

Ks = coeficiente de equivalncia estrutural do material de sub-base;

KREF = coeficiente de equivalncia estrutural do material do reforo do subleito;

MTODO DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXVEIS DO DNER


Inequaes: R KR + B KB H20R KR + B KB + h20 ks HnR KR + B KB + h20 ks + hn KREF Hm


Notas: Supe-se que sempre existe uma drenagem superficial e que o lenol dgua subterrneo foi rebaixado a pelo menos 1,50 m em relao ao greide de regularizao.

TABELA 5 COEFICIENTES DE EQUIVALNCIA ESTRUTURAL

ESPESSURA MNIMA DO REVESTIMENTO

EXERCCIO

CBUQ

MB

SOLO BRITA-

SOLO LATERTICO

SUBLEITO CBR = 4%; e 2,0 %

CBR = = 22%; e 1,0 %

CBR = 10%; e 2,0 %

N = 1,25 X 10 7

Obrigada!Obrigada!

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