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Disciplina: ETG033 Construção de Estradas e Vias Urbanas

Profa. Jisela Aparecida Santanna Greco

Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis Método Empírico do DNIT

Dimensionar um pavimento significa determinar as espessuras das camadas que o constituem de forma que estas camadas (reforço do subleito, sub-base, base e revestimento) resistam e transmitam ao subleito as pressões impostas pelo tráfego, sem levar o pavimento à ruptura ou a deformações e a desgastes excessivos. Os métodos empíricos de dimensionamento têm como base o método CBR. Método CBR:

– utiliza-se do ensaio de penetração CBR – relaciona a capacidade de suporte do subleito (CBR) e a intensidade do tráfego com

a espessura mínima necessária ao pavimento Método do DNER (Atual DNIT - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes) O processo do DNER roteiriza o dimensionamento de pavimentos flexíveis em função dos seguintes fatores:

– capacidade do subleito (CBR) e índice de grupo IG; – número equivalente de operações do eixo padrão (N) e – espessura total do pavimento durante um período de projeto.

Com base na espessura total determinam-se as espessuras das camadas constituintes, multiplicando-se as espessuras obtidas para o material padrão (base granular) pelos coeficientes estruturais parciais correspondentes a cada tipo de material. Capacidade de Suporte do Subleito Para a avaliação da capacidade de suporte do subleito e dos materiais que irão compor as camadas do pavimento é utilizado o ensaio CBR em amostras deformadas ou moldadas em laboratório, nas condições de serviço e submetidas a embebição por quatro dias. A fim de uma maior segurança a norma recomenda utilizar o Índice de Suporte (I.S.), que é um CBR corrigido em função do Índice de Grupo (IG), conforme expressão a seguir:

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Onde ISCBR = índice de suporte numericamente igual ao Índice de Suporte Califórnia (CBR – obtido em ensaio e dado em %) ISIG = índice de suporte derivado do índice de grupo, correspondendo praticamente a uma inversão de escala, fazendo com que solos de boa qualidade tenham os maiores valores de ISIG.

Tabela 1 – Valores de IS em função de IG O método impõe a condição de que o Índice de Suporte máximo seja igual ao valor do CBR; isto significa que quando o IS for maior que o CBR, o valor adotado para o IS será o do próprio CBR. Espessuras das camadas e coeficientes de equivalência estrutural Os valores dos coeficientes de equivalência estrutural dependem do tipo de material construtivo utilizado no pavimento. Cada camada possui um coeficiente de equivalência estrutural (k), que relaciona a espessura que a camada deve possuir de material padrão (base granular), com a espessura equivalente do material que realmente irá compor a camada. Exemplo:

– se o revestimento de concreto betuminoso possui coeficiente k = 2, significa que 10 cm de revestimento de concreto betuminoso têm a mesma capacidade estrutural que 20 cm de base granular, que por se tratar do material padrão, possui coeficiente k = 1.

2IGCBR ISISIS +

=

Índice de Grupo

(IG)

Índice de Suporte (IS IG)

0 20 1 18 2 15 3 13 4 12 5 10 6 9 7 8 8 7

9 a 10 6 11 a 12 5 13 a 14 4 15 a 17 3 18 a 20 2

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Tabela 2 - Coeficientes de equivalência estrutural para alguns materiais

Os coeficientes de equivalência estrutural para sub-base granular e reforço do subleito podem ser calculados em função da relação entre o CBR dessas camadas e o CBR do subleito:

Sendo: KRef = coeficiente de equivalência estrutural do reforço do subleito KS = coeficiente de equivalência estrutural da sub-base CBR1 = CBR do reforço ou da sub-base CBR2 = CBR do subleito Obs: O coeficiente de equivalência estrutural da sub-base granular ou do reforço do subleito deverá ser 1,0 toda vez que o CBR desses materiais for igual ou superior a três vezes o CBR do subleito.

Componentes dos pavimentos Coeficiente deequivalência estrutural (K)

Base ou revestimento de concreto betuminoso Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação densa Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa Base ou revestimento por penetração

2,00 1,70

1,40

1,20

Base granular 1,00 Sub-base granular 0,77(1,00) Reforço do subleito 0,71 (1,00) Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias, superior a 45 Kg/cm2 Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias, entre 45 Kg/cm2 e 28 Kg/cm2 Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias, entre 28 Kg/cm2 e 21 Kg/cm2 Bases de Solo-Cal

1,70

1,40

1,20

1,20

3/1

2

1Re 3

×= CBRCBRKouK Sf

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Tabela 3 – Alguns valores de coeficiente de equivalência estrutural para sub-base granular e reforço do subleito

Com o número de solicitações N, o CBR das camadas, e os coeficientes de equivalência estrutural (k), mediante a análise do ábaco de dimensionamento forma-se o sistema de inequações para a obtenção das espessuras das camadas. Espessuras mínimas de revestimentos

– são dadas em função de N e do tipo de material do revestimento – finalidade: proteger a camada de base dos esforços impostos pelo tráfego e

preservar o revestimento de uma ruptura

Tabela 4 - Espessuras mínimas de revestimento betuminoso em função de N

CBR1/CBR2 KRef ou KS 1,1 0,72 1,2 0,75 1,3 0,76 1,4 0,78 1,5 0,80 1,6 0,82 1,7 0,83 1,8 0,85 1,9 0,86 2,0 0,88 2,1 0,90 2,2 0,91 2,3 0,92 2,4 0,94 2,5 0,95 2,6 0,96 2,7 0,97 2,8 0,98 2,9 0,99 3,0 1,00

N Espessura mínima de revestimento betuminoso

N ≤ 106 Tratamentos superficiais betuminosos

106 < N ≤ 5 · 106 Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura

5 · 106 < N ≤ 107 Concreto betuminoso com 7,5 cm de espessura

107 < N ≤ 5 · 107 Concreto betuminoso com 10,0 cm de espessura

N > 5 · 107 Concreto betuminoso com 12,5 cm de espessura

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Figura 1 - Espessura total do pavimento, em função de N e de IS ou CBR, em termos de material com k = 1,00, isto é, em termos de base granular Uma vez determinadas as espessuras Hm, Hn, H20, pelo gráfico anterior, e R pela Tabela4 de espessura mínima de revestimento betuminoso, as espessuras da base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito (hn) são obtidas pela resolução sucessiva das seguintes inequações:

KR · R + KB · B ≥ H20 KR · R + KB · B + KS · h20 ≥ Hn

KR · R + KB · B + KS · h20 + Kref · hn ≥ Hm

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Obs1: as espessuras máxima e mínima de compactação das camadas granulares são de 20cm e 10cm, respectivamente. Obs2: espessura construtiva mínima (base + sub-base) = 15 cm Onde: KR: coeficiente de equivalência estrutural do revestimento R: espessura do revestimento KB: coeficiente de equivalência estrutural da base B: espessura da base H20: espessura de pavimento sobre a sub-base Ks: coeficiente de equivalência estrutural da sub-base h20: espessura da sub-base Hn: espessura do pavimento sobre a camada com IS = n Kref: coeficiente de equivalência estrutural do reforço de subleito hn: espessura do reforço do subleito e Hm: espessura total do pavimento necessária para proteger um material com CBR ou IS igual a m Considerações sobre o controle tecnológico dos materiais

Características desejáveis para material do subleito – CBR ≥ 2% – Expansão ≤ 2 % (medida com sobrecarga de 10lb)

Características desejáveis para materiais a se utilizar em reforço de subleito – IS ou CBR > CBR subleito – Expansão ≤ 1 % (medida com sobrecarga de 10lb)

Características desejáveis para materiais a se utilizar em sub-base – IS ou CBR ≥ 20 – IG = 0 – Expansão ≤ 1 % (medida com sobrecarga de 10lb)

B

R

h20

hn

KR REVESTIMENTO

KB BASE

KS SUB-BASE

KRef REFORÇO DO SUBLEITO

Hm

Hn

H20R

B

R

h20

hn

KR REVESTIMENTO

KB BASE

KS SUB-BASE

KRef REFORÇO DO SUBLEITO

Hm

Hn

H20R

B

R

h20

hn

KR REVESTIMENTO

KB BASE

KS SUB-BASE

KRef REFORÇO DO SUBLEITO

KR REVESTIMENTOKR REVESTIMENTO

KB BASEKB BASE

KS SUB-BASEKS SUB-BASE

KRef REFORÇO DO SUBLEITOKRef REFORÇO DO SUBLEITO

Hm

Hn

H20R

Hm

Hn

H20R

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Características desejáveis para materiais a se utilizar em base: – IS ou CBR ≥ 80 ( para N ≥ 5 × 106) – IS ou CBR ≥ 60 (para N < 5 × 106) – Expansão ≤ 0,5 % (medida com sobrecarga de 10lb) – Limite de liquidez ≤ 25 % – Índice de Plasticidade ≤ 6

Casos especiais: – Para o caso de solos com limite de liquidez e/ou índice de plasticidade

superiores àqueles recomendados previamente, o material pode ser empregado como base (satisfeitas as demais condições), desde que o equivalente de areia seja superior a 30%

– Para N < 5 × 106, podem ser empregados materiais para base com CBR ≥ 60 e as faixas granulométricas E e F da AASHTO

– A fração que passa pela peneira nº 200 deve ser inferior a 2/3 da fração que passa pela peneira n.º 40. A fração graúda deve apresentar um valor de abrasão Los Angeles igual ou inferior a 50%, podendo ser utilizado um desgaste maior, desde que já se tenha experiência no uso do material.