TEC: Mecânica dos Pavimentos · PDF file29/07/2014 3 UFPR - Setor de Tecnologia/Departamento de Transportes PPGECC – Tópicos Especiais em Construção: Mecânica dos Pavimentos

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TEC: Mecânica dos Pavimentos

Introdução

Profª. Daniane F. Vicentini

[email protected]

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁSetor de Tecnologia - Departamento de TransportesPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de

Construção Civil

1. O pavimento como estrutura

UFPR - Setor de Tecnologia/Departamento de TransportesPPGECC – Tópicos Especiais em Construção: Mecânica dos Pavimentos

O pavimento é um sistema de várias camadas sobre sobre um semi-espaço finito, cuja finalidade dos materiais constituintes decresce com a profundidade.

FLEXÍVEL

RÍGIDOQualidade

dos materiais

(De: Pavimentação Asfáltica, 2010)

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Exigências do Século XXI:


Métodos Empíricos

Métodos Mecanísticos

Dimensionamento de pavimentos asfálticos

- DNER- AASHTO- CBR- IG

- Modelos Analíticos- Modelos Numéricos

Semi-empíricos

- Método da Resiliência

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Métodos Empíricos



- Dimensionamento otimizado- Procedimento racional- Admite novas tecnologias- Metodologia universal

(globalização)

- Procedimentos práticos (ábacos, tabelas, etc.)

- Procedimentos consolidados


Métodos Empíricos



- Dificuldade na calibração dos modelos

- Requer conhecimento aprofundado

- P/ tecnologias novas, é preciso criar novos procedimentos

- Superestimação do projeto- Valores e procedimentos

copiados de normativas estrangeiras

- Não consideram os efeitos da fadiga

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Onde:

• SL: terreno de fundação; • Reforço de SL: camada complementar

de espessura constante. Funciona como estrutura do pavimento e transição entre este e a fundação. Seu CBR debe ser ≥ que o do SL;

• SB: correção do SL, complementa a finalidade estrutural da base. Nos pavimentos rígidos,tem pouca contribuição estrutural,ajudandoa controlar o bombeamento, expansão e a contração;

• B: distribuir os esforços e serve de leito para o revestimento;• Rev: resiste e distribui esforços, rolamento suave e seguro,

impermeabilização;• CCP: desempenha o papel de base e revestimento ao mesmo

tempo.

Rev

SB

SL

B

1. O pavimento como estrutura 1.1. Distribuição de tensões nos pavimentos


O pavimento asfáltico é uma estrutura COMPLEXA, pois é compostopor várias camadas de materiais de comportamentos distintos, alémde que sua análise depende de muitas variáveis:

- Materiais- Cargas dinâmicas, variáveis e estimadas- Fundação- Clima e condições ambientais- Vida útil curta, quando comparado com outras estruturas- Coeficiente de segurança baixo e indefinido- Investimento caro a longo prazo, a pesar de que inicialmente o

custo é baixo

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1. O pavimento como estrutura 1.2. Materiais e modelos (complexidade)


- Sólido multifásico- Anisotrópico- Materiais granulares multiescala, de formato irregular e orientação

aleatória- Presença de não-linearidade:

MA comportamento visco-elásticoGranulares não-lineares



(De: Pavimentação Asfáltica, 2010)

Representação dos principais esforços

atuantes no pavimento (flexível)

≠ pav. rígido

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1. O pavimento como estrutura 1.3. Principais ações consideradas nas análises


- Flexão- Confinamento horizontal- Compressão vertical- Cisalhamento das camadas- Fadiga



Flexão:

Modelo de viga FPB:

P/2 P/2

P/2 P/2L/3 L/3 L/3

MPL/6

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Confinamento horizontal:



Compressão vertical:

h1

h3

h2

p1

p2

p3

p4z

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Cisalhamento:


(De: Notas Pavimentação UFPR)

Esquema longitudinal

- Carga se distribui proporcionalmente com a rigidez das camadas

- Camadas sofrem def. elásticas significativas

- Def. até um certo limite não deveriam ocasionar a ruptura

- Qualidade do SL é importante (submetido a altas tensões e absorve maiores deflexões)

- Placa absorve maior parte das tensões

- Distribuição sobre uma área relativamente maior

- Pouco deformável e mais resistente à tração

- Qualidade do SL interfere pouco no comportamento estrutural

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(De: Notas Pavimentação UFPR)

Alguns dados (aspecto funcional)

de referência admitidos no Brasil

Carga/roda Nº repetições

5000 (kgf)Estradas

Aeroportos 50000 (kgf)

1x10e06 a 1x10e09

1x10e04 a 5x10e04

S

N

Fadiga é apontada como um dos principais causantes de fissuras empavimentos (R. Rocha, 2009)

Fadiga:


Fadiga:

N

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- Elástico multicamadas (analítico)

- Mecânica dos meios contínuos:a) Método das Diferenças Finitasb) Método dos Elementos Finitosc) Método dos Elementos de Contorno

- Meios descontínuos e heterogêneos: Método dos Elementos Discretos

1. O pavimento como estrutura 1.4. Modelos de análise


MEF MEC

DISCRETIZAR DIVIDIR

PROBLEMA REAL

1

.....NE

n

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1. O pavimento como estrutura 1.4. Modelos de análiseMétodo dos Elementos Finitos:

Bastante difundido, softwares potentes permitem incluir:- Efeitos de viscosidade- Temperatura- Multimateriais- Anisotropia- Leis de comportamento diversificadas- etc.

Ex.: ABAQUS, ANSYS (disponível em: http://www.cesec.ufpr.br/disciplinas/elementosfinitos/material.html# ), Plaxis (2D e 3D), FACE, FEPAVE (Berkley + COPPE), SisPavBR, etc.


Ex.: ANSYS

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Ex.: ANSYS


Ex.: ANSYS - utilização

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Ex.: SisPav (mecanístico-empírico: TCE)

(Tese de Filipe Proença Franco, 2007)


Ex.: SisPav (mecanístico-empírico: TCE)

(Tese de Filipe Proença Franco, 2007)

Ex. Resultado: deslocamento vertical (m)

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