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Engº Pery C. G. de Castro Setembro/2009 1. INTRODUÇÃO Quando sobre um pavimento existente se coloca uma camada de concreto asfáltico, pré- misturado ou macadame asfáltico, além de melhorar as condições da superfície do pavimento estamos reforçando sua estrutura. A definição deste acréscimo pode ser feita com base numa simples apreciação visual do trecho ou em função de recursos financeiros disponíveis. Nestas condições determina-se uma espessura para todo o trecho ou em toneladas de mistura asfáltica por quilômetro. A espessura do recapeamento pode ser feita com base racional, determinando o comportamento elástico da estrutura do pavimento, nas condições em que ele se encontra. Em função dos valores das deformações elásticas, determinam-se as espessuras de recapeamento. A medida do comportamento elástico do pavimento nas condições que se encontram pode ser realizada por meios não destrutivos, usando equipamentos sofisticados, ou equipamentos simples, (viga Benkelman). 1.1 Equipamentos sofisticados a) Dynaflect Deflection É um conjunto eletromecânico para medir a deflexão dinâmica, Figura 1. É um trailer montado sobre um eixo com dois pneus. Por ocasião das medidas ele fica estacionário. Ele aplica uma carga senoidal com um máximo de 455kg por meio de duas massas excêntricas operando na frequência de 8 hz. Figura 1

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Page 1: Engº Pery C. G. de Castro - politecnica.pucrs.br · A depressão formada pela deformação longitudinal é chamada de “bacia de deformação”. A aplicação do eixo com pneus

Engº Pery C. G. de Castro Setembro/2009

1. INTRODUÇÃO

Quando sobre um pavimento existente se coloca uma camada de concreto asfáltico, pré-

misturado ou macadame asfáltico, além de melhorar as condições da superfície do pavimento

estamos reforçando sua estrutura.

A definição deste acréscimo pode ser feita com base numa simples apreciação visual do

trecho ou em função de recursos financeiros disponíveis. Nestas condições determina-se uma

espessura para todo o trecho ou em toneladas de mistura asfáltica por quilômetro.

A espessura do recapeamento pode ser feita com base racional, determinando o

comportamento elástico da estrutura do pavimento, nas condições em que ele se encontra. Em

função dos valores das deformações elásticas, determinam-se as espessuras de recapeamento.

A medida do comportamento elástico do pavimento nas condições que se encontram pode

ser realizada por meios não destrutivos, usando equipamentos sofisticados, ou equipamentos

simples, (viga Benkelman).

1.1 Equipamentos sofisticados

a) Dynaflect Deflection

É um conjunto eletromecânico para

medir a deflexão dinâmica, Figura 1.

É um trailer montado sobre um eixo

com dois pneus.

Por ocasião das medidas ele fica

estacionário.

Ele aplica uma carga senoidal com um

máximo de 455kg por meio de duas massas

excêntricas operando na frequência de 8 hz.

Figura 1

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2

A carga é aplicada através de duas rodas de aço revestidas com borracha.

As massas excêntricas produzem no pavimento uma deformação senoidal que é

registrada por transducer de velocidade.

O equipamento reproduz bem os resultados e tem condições de medir a bacia de

deformação.

Sua carga pequena, 455kg, pode não produzir deflexões adequadas em pavimentos

de estrutura pesada.

b) Road Rater

Mede a deformação dinâmica usando uma força senoidal gerada pela aceleração

hidráulica de massas de aço.

Os modelos, Figura 2, aplicam uma carga máxima de

- de 455kg a 2 270kg

- de 455kg a 3 630kg

A deformação dinâmica do pavimento

no centro de uma placa de carga e radial em

várias posições é determinada por meio

transducer de velocidade.

É de operação rápida e fornece grande

quantidade de dados, e pode medir a bacia de

deformação.

c) FWD

Existem outros equipamentos que colhem dados referentes ao pavimento

empregando a queda livre de um peso. Estes equipamentos são conhecidos por FWD,

Falling Weight Deflectometer, figuras 3 e 4.

Estes equipamentos simulam melhor a ação de uma carga móvel, e podem

medir a extensão da bacia de deformação.

Estes dois modelos aplicam cargas até 12 250kg, e têm um sistema para cargas

pesadas até 24 495kg.

O peso cai sobre uma base de borracha e um conjunto de 7 a 9 transducers de ..

velocidade são usados para medir a deformação dinâmica do pavimento.

Figura 2

Figura 2

Figura 3 Figura 4

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3

1.2 Equipamento simples

O equipamento simples é conhecido como viga Benkelmann.

Em 1953, no desenvolvimento da pista experimental da WASHO (Western Association of

State Highway Official) foi desenvolvido um dispositivo simples que permitiu, de maneira rápida,

medir as deformações do pavimento quando submetido às cargas dos eixos dos veículos.

Feita a concepção do dispositivo, chamada viga Benkelmann, Figura 5, foi comprovada

sua eficiência comparando os seus resultados com meios mais sofisticados.

Só nesta pista foram realizadas da ordem de 40 000 determinações e as conclusões obtidas

merecem confiabilidade.

Pesquisa adicional foi realizada em vários estados americanos complementando as

anteriores.

O objetivo principal da viga Benkelmann é medir a deformação que sofre a estrutura do

pavimento sob a ação da carga de eixo dos veículos para as condições em que se encontra na

ocasião do ensaio. Complementarmente foi possível determinar o formato das bacias de

deformação na ocasião do ensaio do pavimento sob a ação das referidas cargas, e ainda determinar o

módulo resiliente do subleito.

A aplicação de uma carga, Figura 6, deforma a superfície original, longitudinalmente, até a

posição (1), que representa o formato da superfície deformada.

Removida a carga a superfície pode voltar à posição inicial. A diferença entre as duas

superfícies constitui a deformação elástica, cujo valor máximo ocorre debaixo da carga.

Pode ocorrer que a superfície não retorne até o ponto inicial, mas, até a deformada (2).

A diferença entre a superfície inicial, e a deformada (1), chama-se deformação total Dt .

A diferença entre as duas deformadas (1) e (2) se chama deformação elástica De ; e, a diferença

entre a deformada (2) e a superfície inicial, denomina-se deformação permanente ou residual

Dr . Assim temos:

Dt = De + Dr

Figura 5

TCC – Lia Martinazzo

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4

A deformação elástica depende:

1) Dos materiais que compõem a estrutura do pavimento (revestimento, base e sub-base).

2) Dos materiais que compõem o subleito, fundação do pavimento; e

3) Das condições de umidade dos materiais das diversas camadas.

A deformação residual ou permanente resulta duma compactação posterior devido à

aplicação das cargas dos veículos e/ou da fuga de material debaixo dos pneus, no caso de misturas

asfálticas com baixa estabilidade.

Chama-se raio da deformada , RD , a distância entre o ponto de deformação máxima e o

de tangência da deformada com a horizontal. Ele define longitudinalmente a extensão da

deformação.

A depressão formada pela deformação longitudinal é chamada de “bacia de deformação”.

A aplicação do eixo com pneus duplos, usados nas determinações com a viga

Benkelmann, produz uma deformação transversal da superfície, como demonstrado na Figura7.

O ponto A entre os dois pneus do eixos é menos deformado que a superfície “B” debaixo

dos pneus. A viga Benkelmann mede as deformações do pavimento no ponto “A”, Figura 7.

Superfície inicial

Figura 6

CARGA

. .

RD

R3 R1

R2

1

2

Dr

De

Dt

Superfície deformada

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2. DESCRIÇÃO DA VIGA O modelo original da viga Benkelmann projetado para a pista da WASHO foi modificado.

Este novo modelo, mais compacto, é atualmente o usado, Figura 8

O mecanismo é idêntico ao modelo da WASHO. A diferença entre os dois modelos está

nas medidas e nas relações entre os braços.

O suporte da viga dispõe de um vibrador (cigarra) que tem por objetivo, durante seu

funcionamento, eliminar a inércia do defletômetro, Figura 9.

Superfície inicial

Superfície deformada

A

B

B

R

Figura 8

0,25

2,44 0,87

. 0,61

PÉ TRASEIRO REGULÁVEL

DEFLETÔMETRO:

0,01mm

CIGARRA PÉS DIANTEIROS

PONTA DE PROVA

SUPORTE FIXO

PONTO DE ROTAÇÃO

BRAÇO MÓVEL

LINHA DE REFERÊNCIA

Figura 7

NOTA: medidas em metros

Figura 9

TCC – Lia Martinazzo

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3. CALIBRAÇÃO DA VIGA

A viga ou régua Benkelmann é um equipamento que opera com medidores com precisão

de centésimos de milímetro.

Todo o seu mecanismo está baseado numa relação de distância entre pontos característicos

da viga. Diferenças pequenas nestas distâncias podem conduzir a erros nos resultados das deflexões.

Há necessidade de se verificar para os valores medidos, pela ponta de prova, quais são os

registrados pelo defletômetro da viga. O estabelecimento desta correlação constitui a calibração da

viga.

Para realizar a calibração instala-se a viga numa superfície rígida e se apóia a ponta de

prova sobre um dispositivo que permita variação em altura, como o da Figura 10 , um suporte fixo,

independente suporte um defletômetro apoiado no centro da ponta de prova para medir seus

movimentos reais.

À cada valor real da ponta de prova corresponde uma leitura no defletômetro da viga.

Vários conjuntos destes dois elementos permitem traçar um gráfico: leitura real ou deflexão

verdadeira, e leitura da viga, Figura 11.

As correções podem ser obtidas pelo gráfico, ou pela equação da reta que passa pelos

pontos.

Figura 11

DE

FL

EX

ÃO

V

ER

DA

DE

IRA

M

ED

IDA

NA

P

ON

TA

DE

P

RO

VA

LEITURA DO DEFLETÔMETRO DA VIGA

L1 L2 L3 L4 L5

D1

D2

D3

D4

D5

y1

x1

Figura 10

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7

A equação desta reta pode ser determinada pelo método simplificado em que se considera

2 pontos médios dos dados da calibração.

(1) Ponto médio ) y , x ( 11

3

D D D y 321

1

3

L L L x 321

1

(2) Ponto médio ) y , x ( 22

2

D D y 54

2

2

L L x 54

2

x e y são médias dos valores obtidos de dados experimentais.

A equação da reta passando por dois pontos ) y , x ( 11 e ) y , x ( 22 é:

12

12

1

1

x - x

y - y

x -x

y - y

Resolvendo esta equação com dados numéricos, e adotando para “x” os valores das

leituras diretas da viga, calculam-se os valores de “y”, leituras corrigidas.

4. EQUIPE

A equipe de campo para conduzir este tipo de ensaio é bastante simples. Admitindo que os

locais de ensaio já tenham sido marcados anteriormente, e que um caminhão e uma viga sejam

usados, a equipe é constituída por:

1 anotador

1 instrumentista

2 sinalizadores

1 motorista

A equipe pode ser treinada em um dia.

A característica mais importante exigida do coordenador e dos instrumentistas é seu senso

de responsabilidade. Eles devem estar conscientes que estão trabalhando com equipamento de

precisão e que deve ser operado de maneira a obter resultados precisos.

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5. VEÍCULO

O veículo empregado é um caminhão em eixo simples, rodado duplo, com carga total de

18000ℓb (aproximadamente 8,2ton) usando pneus 9,00 x 20 ou 10,00 x 20.

A pressão de contato é de 80 a 90 ℓb/pol2.

Para que haja espaço suficiente entre os pneus para a colocação da viga, o afastamento

entre as áreas de contato do rodado duplo deve ser de 10 a 12,5cm, e o afastamento mínimo entre os

pneus 4cm, Figura 11.

6. L0CAIS DE MEDIDA DAS DEFLEXÕES

A pesquisa tem demonstrado unanimemente que as maiores deformações ocorrem na trilha

externa.

As causas prováveis são:

(1) Deficiência de confinamento devido aos acostamentos estreitos;

(2) A trilha externa está mais sujeita às flutuações de umidade;

Como os valores maiores das deflexões é que apresentam interesse, o Guia para Projeto de

Estruturas de Pavimentos da AASHTO, recomenda enfaticamente:

(1) As medidas da deflexão deverão ser feitas somente na trilha externa;

(2) O espaçamento entre os locais de medição das deflexões deve variar de 30 a 300m,

dependendo das condições do pavimento. Devem ser evitados os locais que

possam ameaçar a segurança da equipe;

(3) Não devem ser testadas áreas que estão deterioradas e que serão reparadas.

Para fazer uma avaliação dum trecho nestas condições, deve-se definir sua

extensão e fazer determinações aleatórias.

Os valores obtidos não devem ser computados com o restante do trecho;

(4) A distância entre o bordo externo da pista e o ponto de medida da deflexão deve

estar entre 60 e 90cm.

Figura 11

EIXO

ÁREA DE CONTÁTO

10 a 12cm

4 cm

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7. MARCAÇÃO DOS LOCAIS

Nos espaços previstos para medida da deformação elástica deve-se marcar a estrada com

tinta a óleo da forma indicada na Figura 12.

8. MÉTODO DE OPERAÇÃO

8.1 Sistema da WASHO

O método de operação adotado pela WASHO consiste de:

(1) Introduzir a parte móvel da viga entre os pneus do eixo, de maneira que a ponta de

prova fique à frente do eixo traseiro de uma distância de 1,35m, Figura 13;

(2) Ligar o vibrador e fazer a leitura inicial Lo, no defletômetro;

(3) Deslocar lentamente o caminhão na velocidade uniforme de 500m/hora, fazendo a

leitura quando o caminhão passar na ponta de prova. É a leitura máxima Lm ; e

Figura 12

ESPAÇAMENTO

9,30m

LOCAL DE APLICAÇÃO DA PONTA DE PROVA

60 a 90 cm

2,66 2,66

2,66

MARCA DE TINTA

9,30m

EIXO

9,30m

.

Figura 13

. . .

11

1

2 3

1,34 1,35 3,00

Eixo traseiro PONTA DE PROVA

DESLOCAMENTO Lf - Posição 3

Lm - Posição 2

Lo - Posição 1

Eixo traseiro

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(4) Quando o caminhão parar a aproximadamente 3,0m da ponta de prova, fazer a leitura

final, Lf .

A deflexão real = D = 2 (Lm – Lo)

A deflexão residual = Dr = 2 (Lf – Lo)

Na pista da WASHO, esta sistemática funcionou bem porque a deformada não atingia os

pés dianteiros da viga. Isso significa que o raio da deformada era menor que 1,35m.

Quando a deformada atinge, pelo menos, os pés dianteiros da viga, há alteração da linha de

referência levando a valores erráticos da deflexão.

Ainda como consequência, são obtidos valores residuais incompatíveis com o estado do

pavimento.

Estudos realizados em vários estados americanos e no Canadá comprovaram que a

sistemática preconizada pela WASHO conduzia a deformações residuais grandes, sem que, no

entanto, a superfície apresentasse sulcos. É o caso em que o pavimento apresenta deformações com

grande raio da deformada, atingindo os pontos de apoio da viga.

Alteração da sistemática permitiu chegar, na maioria dos casos, à deformação residual

nula.

Foram desenvolvidas outras sistemáticas. Entre elas uma bem aceita é a empregada pela

CGRA (Canadian Good Road Association).

8.2 Sistema CGRA

(1) Coloca-se a roda dupla em cima da marca onde se fará a determinação da deflexão;

(2) Coloca-se a ponta de prova entre os pneus e por meio do pé traseiro, móvel, se ajusta

o defletômetro na metade de seu curso;

(3) Liga-se o vibrador e se faz a leitura inicial (Lo) quando o defletômetro indicar

movimentos menores que 0,01m/min.

(4) Desloca-se o caminhão lentamente, com velocidade uniforme de 500m/h, parando

quando o eixo estiver a 2,66m da ponta de prova. Faz-se a leitura intermediária (Li)

quando a recuperação do pavimento for inferior ou igual a 0,02mm/min, Figura 14; e

(5) Coloca-se o caminhão 9,30m para frente. Neste ponto é assegurado que a deformada

não atinge os pés da viga.

Com o eixo nesta posição faz-se a leitura final (Lf) quando a recuperação do

pavimento for a mesma do item 4.

Figura 14

Deslocamento Lf - Posição 3

LI - Posição 2

Lo - Posição 1

. . . 11

1

2 3

9,30 2,66 2,66

Eixo traseiro Eixo traseiro

Eixo traseiro

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11

9. CÁLCULO DA DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

Viga modelo modificado

A viga modelo modificado tem uma relação entre os braços igual a 4 sendo esta relação

igual a 2 no caso do modelo da WASHO.

A fórmula geral conforme deduzido a seguir é:

D = Da + 4,06

Se o for nulo, temos:

D = Da

D = deflexão verdadeira

Da = deflexão aparente = 4(Lf – Lo)

= deslocamento vertical dos pés dianteiros: 4 (Lf – Li)

Li = Leitura intermediária

Lf = Leitura final

O raio da deformada depende da estrutura do pavimento e das características elásticas do

subleito. Raios grandes podem atingir os pés dianteiros da viga conduzindo a valores da

deformação elástica distorcidos.

Estudos realizados pelo Departamento de Estradas do Texas concluíram que em 82% das

determinações, a deformada atingia os pés dianteiros da viga, alterando a linha de referência e os

valores da deformação elástica.

A CGRA realizou estudos semelhantes e concluiu que era elevado o número de

deformações elásticas com grandes raios da deformada, o que produzia um afundamento dos pés

dianteiros da viga. Destes estudos resultou a sistemática de medida das deflexões da CGRA, e que

nos parece ser a melhor. Esta Associação constatou que são raríssimos os casos da deformada

atingir os pés traseiros da viga. Portanto, a recomendação é para se fazer a correção devido ao

deslocamento dos pés dianteiros da viga.

Consideremos o desenho da Figura 15.

A viga, com traço preto, corresponde ao caso em que não ocorre deslocamento vertical dos

pés dianteiros. A deformação elástica medida no defletômetro é R1 (é a deformação verdadeira).

Se houvesse afundamento dos pés, devido à deformação da superfície, a viga toma a

posição indicada em vermelho. Debaixo das rodas a deformação é a mesma. Os pés dianteiros têm

um movimento vertical para baixo igual a . Como consequência o ponto de rotação PB sofre

um deslocamento vertical “C”. A linha de referência, definida pela posição dos pés é alterada e o

valor da deformação elástica medida no defletômetro é R, diferente da real.

O ponto de apoio do defletômetro, medidor das deformações sofre um deslocamento

vertical.

As diversas relações da viga indicadas na Figura 15, de “a” a “f”, têm os seguintes

valores:

a = 2,44m c = 0,225m e = 0,485m

b = 0,61 d = 1,095m f = 0,87m

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12

Por semelhança de triângulos obtemos as seguintes relações:

1) A

f

e

f

e A (1)

2) C

d

f

f

d C (2)

3) 1R

H

b

a 11 4R H ou R

b

a H (3)

4) b

A- C R

a

C - H A)-C(R

b

a C - H

como 4 0,61

2,44

b

a 4A - 4C 4R C - H (4)

Substituindo em (4) A, C e H por seus valores em 1, 2 e 3 respectivamente, temos:

Figura 15

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13

f

e 4 -

f

d4 4R

f

d - R14

f

e 4 -

f

d 5 4R R14

) f

e 4 -

f

d 5 ( 4R R14

vD verdadeira ou real deflexão R1

aD aparente deflexão R

4,06 0,87

0,485 . 4 -

0,87

1,095 5 )

f

e 4 -

f

d 5 ( K

4,06 D D av

10. ELEMENTOS QUE INCLUENCIAM NOS VALORES DAS DEFORMAÇÕES

ELÁSTICAS

10.1 Temperaturas

Os revestimentos asfálticos resultam de uma associação de asfalto e agregado. A coesão

do conjunto é propiciada pelo asfalto.

O asfalto é uma substância termoplástica, isto é, varia de consistência com a temperatura,

podendo variar entre um líquido viscoso e um sólido. Esta variação de consistência interfere nas

características mecânicas da resistência e consequentemente nos valores das deflexões

Para fins de comparação das deflexões ao longo do trecho, obtidas em diferentes

temperaturas, os valores devem ser ajustados a uma única temperatura de referência, em geral 20ºC

ou 25ºC.

Há várias correlações para compensar a influência da temperatura.

Na Figura 16 apresentamos a indicada pela AASHTO em seu Guia para o Projeto de

Estruturas do Pavimento. Neste caso a temperatura de referência é 20ºC. Entra-se com o valor da

temperatura tº do pavimento na ocasião da medida da deflexão, dt , e se traça uma vertical até a

linha representativa da espessura da camada de mistura asfáltica; revestimento ou revestimento mais

base asfáltica.

Deste ponto, uma horizontal determina o valor do Fator de Ajuste da Temperatura FAT.

A deformação elástica, ajustada para a temperatura de 20ºC, d20 , é obtida pela fórmula:

tAT d . F d20

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14

Fig

ura

16

F

igu

ra 1

6

20

30

5

10

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15

A temperatura do pavimento na ocasião do ensaio é determinada fazendo-se

um furo com punção de seção circular de 6mm de diâmetro até uma profundidade de 4cm. Ele é

cheio com óleo. Introduz-se o termômetro e espera-se estabilizar a temperatura. Estas

determinações podem ser feitas a intervalos de 1 hora.

10,2 Estação do ano

Os solos alteram seu comportamento elástico em função da variação da umidade após a

compactação. Há solos mais sensíveis, os siltes, que podem variar, para a mesma condição de

densidade seca, de um comportamento elástico baixo à um comportamento muito alto, com uma

variação de umidade de 2 a 3 pontos. Isto significa que ele pode apresentar deformações elásticas

baixas para uma determinada carga, mas se sua umidade sobe 2% ou 3%, absolutos, ele apresenta

deformações elásticas altíssimas. Não há nada que se possa fazer para evitar esta flutuação de

umidade.

Por outro lado, areias e pedregulhos, sem coesão, mantêm o comportamento elástico

baixo, isto é, baixas deformações para qualquer variação de umidade.

Estes são os dois casos mais extremos: siltes e areias.

Em tese, as estações do ano que caracterizam os extremos de umidade são a primavera e o

outono. Na primavera o solo tem o máximo de umidade decorrente das condições climáticas do

inverno; e o outono apresenta as condições de umidade menores, como consequência do verão.

Invernos secos e verões chuvosos podem alterar as diferenças de umidade entre o outono e a

primavera. Normalmente as deformações elásticas na primavera são maiores que no outono.

Por razões de segurança é conveniente ter-se os valores da deflexão para as condições

mais desfavoráveis de umidade. Como as deflexões variam com o tipo de solo e a variação de

umidade, é difícil obter-se fatores de ajustes confiáveis.

O DENIT (DNER) apresenta coeficientes para dois tipos de solos, arenoso e argiloso, e

não considera o silte, que é mais crítico. Seus valores são conservativos, Tabela I.

Tabela I

SOLO

FATOR DE AJUSTE SAZONAL (FAS)

ESTAÇÃO CHUVOSA

ESTAÇÃO SECA

Arenoso e permeável

1,00

1,1 a 1,3

Argiloso e sensível à umidade

1,00

1,2 a 1,4

FAS x D D Mv

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16

11. DEFLEXÃO NEGATIVA

Um dos inconvenientes da viga Benkelmann é que ela não mede a deflexão debaixo da

área carregada, superfície de contato dos pneus, mas entre os pneus.

Quando se opera sobre revestimentos com excessiva quantidade de asfalto (misturas

plásticas) ou sobre pavimentos com muito baixa capacidade de carga, ocorrem algumas vezes

valores residuais negativos. Estes valores negativos são devido à extrusão ou deslocamento do

revestimento que estava debaixo dos pneus para o espaço entre eles.

12. DETERMINAÇÃO DA DEFORMADA a) Por meio de registrador gráfico Helmer acoplado à viga Benkelmann

Com o intuito de obter o formato da deformada de maneira rápida e precisa, R. A. Helmer

do Departamento de Estradas de Oklahoma desenvolveu, em 1957, um dispositivo conhecido como

registrador gráfico Helmer. Este dispositivo é fixado à viga Benkelmann. Ele consta de um cilindro

onde é colocada a bobina de papel. Este cilindro é movimentado pelo deslocamento do caminhão

por meio de um cabo de aço.

Uma caneta, que grava na bobina de papel, está acoplada por um sistema de alavancas à

parte móvel da viga de maneira a registrar o movimento da ponta da caneta com uma ampliação de

10 vezes.

As curvas típicas fornecidas por este registrador estão indicadas na Figura 17.

Estas curvas foram empregadas para a determinação da relação:

)(polegadas pavimento do elástica deformação

)(polegadas deformada da raio

Figura 17

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17

Quanto maior esta relação, maior será o raio da deformada e/ou menor a deformada

elástica, o que significa raios grandes de curvatura da deformada, resultando em pequenos esforços

de tração, consequentemente, quanto maior esta relação, melhor o estado do pavimento. Quando o

índice é menor que 800, o pavimento está em péssimas condições, reais ou potenciais.

b) Várias medidas próximas com a viga Benkelmann

Também se pode obter o formato da deformada com dados obtidos diretamente com a viga

Benkelmann. Para isto realizam-se medidas de deformações a intervalos de 25cm a partir da

posição da ponta de prova até uma distância de 3,0m.

À partir de 3,0m o espaçamento aumenta para 1,00m até o ponto afastado de 9,30m em

relação à ponta de prova.

Com os pares de valores, afastamento e deformação elástica, em 0,1mm, traça-se o gráfico

da deformada, Figura 18.

Exemplo de determinação da deformada com este processo está na Figura 19.

Figura 18

Figura 19

TCC – Lia Martinazzo

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18

Com este gráfico se obtém o raio da deformada Rd e a maior deformação elástica Do.

O número de medidas da deformação pode ser reduzido, se constatar, para um trecho, que

o raio da deformada é pequeno.

c) Processo simplificado

Um processo aproximado para determinação do raio da deformada, RD , consiste em

medir a deflexão Do no local em que se apóia a ponta de prova e medir uma segunda deflexão,

D25, quando a roda se encontrar a 25cm de distância da ponta de prova.

)D - (D 2

875 15 R

25o

)cm(D

As deflexões são expressas em 0,01mm.

d) Os equipamentos sofisticados citados em 1) Introdução permitem definir a bacia de deformação

13, DEFLEXÃO CARACTERÍSTICA

O valor da deflexão característica é para determinadas extensões, chamadas de trecho

homogêneo.

O conceito homogêneo está relacionado ao aspecto geral da superfície quanto aos tipos e

níveis de defeitos e à homogeneidade dos valores das deformações elásticas ou deflexão.

Por razões construtivas, os trechos homogêneos devem ter extensões no mínimo de 200m

e como limite superior à extensão de 2 000m. A extensão ideal é aquela que abranja um número de

20 determinações.

Caso sejam encontrados trechos com pequena extensão, caracterizados por valores

elevados em relação aos trechos adjacentes, eles devem ser apreciados isoladamente.

As deflexões características de cada trecho são calculadas estatisticamente.

(1) Deflexão média x

n

D x e

De = valores corrigidos da deformação elástica obtidos com a viga Benkelmann

= número de medidas considerado

(2) Desvio padrão

1 - n

)x - D ( 2

e

n

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19

(3) Coeficiente de variação CV

x

CV

Este coeficiente representa a relatividade das dispersões em relação à deflexão média.

Ele indica se o pavimento tem um comportamento homogêneo ou heterogêneo. Um

trecho é homogêneo se o CV for inferior a 0,20

(4) Definição dos intervalos dos valores aceitos

Limites do intervalo . z x

em que “z” tem os seguintes valores:

Tabela II n z

3

4

5 e 6

7 e 19

20

1

1,5

2

2,5

3

Há duas orientações:

a) Somente uma vez se determinam os limites dos valores da deflexão que serão

usados no cálculo, e com todos os valores que nele se enquadram se determina

a deflexão característica.

b) Calculam-se os limites considerando todos os valores. Com os valores dentro

dos limites se calculam novos limites.

Com os elementos dentro destes novos limites determinam-se outros limites e

assim até que todos os valores fiquem dentro dos limites.

A deflexão característica é determinada usando estes últimos valores.

(5) Cálculo das deformações ou deflexões características: cD

Deflexão característica é o resultado obtido por tratamento estatístico dos valores dos

ensaios executados com a viga Benkelmann e é utilizada para a determinação da

espessura do recapeamento no trecho homogêneo.

. a x Dc

cD = deflexão característica em 1/100mm

x = média das deflexões

= desvio padrão

a = coeficiente de segurança cujo valor varia de 1,65 a 2,00

Algumas Organizações adotam a = 1,00

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(6) Exemplo de cálculo da deflexão característica

Trecho homogêneo: entre Km 1+200 e 1+400, tendo revestimento asfáltico de 10cm

sobre base granular.

Tabela III - VALORES DA DEFLEXÃO COM A RÉGUA BENKELMANN

ESTACA

LADO ESQUERDO

LADO DIREITO

DEFLEXÃO

0,01mm

TEMPERATURA

DO ENSAIO

FAT

DEFLEXÃO

20ºC

DEFLEXÃO

TEMPERATURA

DO ENSAIO

FAT

DEFLEXÃO

20ºC

1 + 200

1 + 225

1 + 250

1 + 275

1 + 300

1+ 325

1 + 350

1 + 375

1 + 400

102

126

135

155

130

26ºC

26ºC

27ºC

29ºC

30ºC

0,93

0,93

0,92

0,90

0,89

95

117

124

139

104

130

115

132

121

26ºC

26ºC

28ºC

30ºC

0,93

0,93

0,91

0,89

121

107

120

108

FAT : Fator para ajuste da temperatura, Figura 16

a) Número de determinações: n = 9

b) Deflexão média:

115 9

1035

9

108 120 ... 117 95

n

D x e

c) Desvio padrão

12,3 1 - n

) D -x (

2e

d) Coeficiente de variação

0,11 115

12,3

x CV

valor que caracteriza trecho homogêneo

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e) Limites dos valores : . z x

Para 9 valores, 2,5 z

Valores dos limites da deflexão:

Inferior = 115 – 2,5 x 12,3 = 84

Superior = 115 + 2,5 x 12,3 = 145

Todos os valores empregados estão dentro destes limites.

Se houvesse valores fora destes limites todos os cálculos seriam repetidos,

abandonando estes valores.

f) Cálculo da deflexão característica

. a x Dc

a = escolhido = 1,65

cD = 115 + 1,65 x 12,3 = 135 1/100mm)

14. DEFLEXÃO PARA O PROJETO ( pD )

Os elementos para apreciação da influência do clima nos valores das deflexões elásticas

são grosseiros e imprecisos.

Esta influência adotada pelo DENIT (DNER) está indicada na Tabela I, página 15.

A deflexão de projeto é a deflexão característica ajustada às condições climáticas mais

desfavoráveis. Significa que se fizermos as determinações com a viga Benkelmann em períodos

secos, devemos ajustar este valor para as condições mais desfavoráveis de umidade. Se as

determinações foram feitas num período de umidade elevada do solo, o fator de correção, chamado

fator de correção sazonal (FCS), é igual a 1, e a deflexão característica e a de projeto são iguais.

Vamos supor que o subleito do pavimento esteja constituído por uma argila A6 e que as

determinações tenham sido realizadas num período seco. Neste caso, o FCS varia de 1,2 a 1,4.

Adotamos 1,3, valor médio.

FCS . D D cp

ou

(1/100mm) 175 1,3x 135 Dp

15. DEFLEXÃO ADMISSÍVEL Dadm

É a deflexão máxima que pode suportar o revestimento asfáltico de um pavimento quando

submetido à ação do tráfego.

O tráfego é expresso pelo Número N, isto é, o número de aplicações de um eixo padrão de

8,2t equivalente ao tráfego real na faixa de tráfego de projeto, no período de projeto.

-

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22

Os valores da deflexão admissível são para revestimento tipo concreto asfáltico, e estão

indicados na Figura 20. Existem métodos que definem a deflexão admissível em função da

espessura do revestimento.

Este gráfico permite determinar a deflexão admissível do concreto asfáltico em função

do tráfego (Número N), sem entretanto considerar a espessura do revestimento.

TRÁFEGO ( Número N ) DEFLEXÃO ADMISSÍVEL (0,01mm)

105

5x105

106

5x106

107

5x107

108

135

105

90

67

60

45

40

Figura 20

Da

dm

-

DE

FL

EX

ÕE

S A

DM

ISS

ÍVE

IS (

0,0

1m

m)

N - NÚMERO DE APLICAÇÕES DO EIXO PADRÃO: 8,2 t (18 000ℓb)

Log Dadm = 3,01 – 0,179 log N

106

105 10

7 10

8

DEFLEXÃO ADMISSÍVEL PARA CONCRETO BETUMINOSO

( Deflexões medidas com carga por eixo de 8,2t )

Figura 20

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23

16. DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO

A espessura total do recapeamento é dada pela expressão:

adm

p

D

D log . K h

h = espessura total do recapeamento do pavimento em concreto asfáltico

pD = deflexão de projeto, determinada para o trecho homogêneo

admD = deflexão máxima que admitirá a superfície do pavimento após a execução do

recapeamento

K = fator de redução da deflexão, próprio do material usado no recapeamento

Para cada trecho homogêneo ocorrerá o dimensionamento do recapeamento.

(1) Dimensionamento do recapeamento usando concreto asfáltico

A espessura do recapeamento com concreto asfáltico CAh é dada por:

adm

pCA

D

D log . 40 h

pois, neste caso K = 40

(2) Dimensionamento do recapeamento usando material diferente do concreto asfáltico

Caso seja empregado um material diferente do concreto asfáltico, a espessura do

recapeamento deve ser corrigida, Rh

h 40

k h CA

mR

mk = fator de redução de deflexão do material empregado no recapeamento, diferente do

concreto asfáltico

(3) Dimensionamento do recapeamento com camadas múltiplas

Quando a espessura do recapeamento, usando concreto asfáltico, for grande, pode-se

empregar outros materiais nas camadas inferiores do recapeamento.

O valor mínimo da camada de concreto asfáltico é definido pelo valor de N, Tabela IV

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Tabela IV

TRÁFEGO MATERIAL ESPESSURA MÍNIMA

minh

106 < N 5 x 10

6 Mistura asfáltica 5,0cm

5 x 106 < N 10

7 Concreto asfáltico 7,5cm

107 < N 5 x 10

7 Concreto asfáltico 10,0cm

N > 5 x 107 Concreto asfáltico 12,5cm

A espessura de concreto asfáltico que poderá ser substituída é:

min CACA h h h

A espessura equivalente do material que substitui o concreto asfáltico é dada por:

util izado material

CA

MATFEE

2,0x h Espessura

O fator de equivalência estrutural (FEE) é obtido pela Tabela V, valores adotados pelo

método de projeto de pavimentos asfálticos do DENIT.

Tabela V

MATERIAL FATOR DE

EQUIVALÊNCIA

ESTRUTURAL (FEE)

Concreto asfáltico 2,00

Pré-misturado denso a quente 1,70

Pré-misturado denso a frio 1,40

Macadame asfáltico e pré-misturado aberto 1,20

Base granular ISC > 80% 1,00

Base tratada com cimento com resistência:

> 45kg/cm2 , aos 7 dias 1,70

entre 35kg/cm2 e 45kg/cm

2 , aos sete dias 1,40

entre 28kg/cm2 e 35kg/cm

2 , aos 7 dias 1,20

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17. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DO RECAPEAMENTO

Projeto do trecho homogêneo entre o Km 1+200 e o Km 1+600 cuja deflexão

característica é: m)135(1/100m Dc e a deflexão de projeto é 175 (1/100mm).

O tráfego previsto corresponde a um N = 3 x 107

O pavimento existente tem revestimento tipo concreto asfáltico com 10cm de espessura

apoiado sobre base granular.

Entrando no gráfico da Figura 20 com o valor do tráfego, determina-se a deformação

admissível = 48 (1/100mm).

Espessura do recapeamento, usando concreto asfáltico e empregando a fórmula de

dimensionamento do recapeamento é:

22,5 0,56x 40 3,646 log 40 48

175 log 40 hCA

Como este valor corresponde a uma grande espessura de concreto asfáltico, usa-se uma

camada inferior de pré-misturado e o revestimento de concreto asfáltico.

Para o tráfego previsto no trecho a espessura do revestimento tipo concreto asfáltico é de

10cm que deverão obrigatoriamente ser respeitados.

A espessura do concreto asfáltico que será substituída por pré-misturado é:

asfáltico) (concreto 12,5cm 10 - 22,5 h - h h minCACA

Como o Fator de Equivalência Estrutural do pré-misturado aberto é 1,2 resulta:

20,8cm 1,2

2,0x 122,5 Espessura misturadopré

O recapeamento deste trecho homogêneo será:

30,8

Concreto asfáltico

Pré-misturado

0

10 Figura 21

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18. VERIFICAÇÃO DA DEFORMAÇÃO ELÁSTICA DE CAMADAS MAIS PROFUNDAS DO PAVIMENTO

Quando há interesse de pesquisar qual a camada, da estrutura do pavimento, responsável

pelas deformações elásticas superficiais elevadas, pode se obter a informação com o emprego da

viga Benkelmann.

A viga Benkelmann permite medir a deformação elástica que ocorrem em camadas mais

profundas do pavimento ou do subleito empregando o seguinte artifício, Figura 22.

Faz-se um orifício no revestimento e base com diâmetro da ordem de 7cm, até encontrar a

camada que se pretende medir a deformação elástica devido a uma carga aplicada na superfície do

pavimento; neste caso a camada de sub-base, figuras 23 e 24.

Neste furo se introduz um cilindro metálico com =5cm, centrado no furo com altura igual

à profundidade do furo. Na superfície deste cilindro será apoiada a ponta da viga, que medirá as

deformações da camada para uma carga aplicada na superfície do pavimento.

O processo desta medição é o mesmo do item 8.

****************************

Revisado em setembro de 2009

Figura 22

Furo com =7cm Cilindro metálico

Base

Subleito

Revestimento

Sub-base

TCC – Lia Martinazzo

TCC – Lia Martinazzo

Figura 23 Figura 24