trabalho ramos

UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA

FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

MESTRADO EM ENGENHARIA GEOLÓGICA (GEOTECNIA)

GEOLOGIA DE ENGENHARIA – ESTRADAS E OBRAS ESPECIAIS

Trabalho 2 – Pavimentos rígidos e flexíveis

Realizado por:

Ricardo Ramos nº 11767

Geologia de Engenharia – Estradas e Obras Especiais Pavimentos rígidos e flexíveis

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Índice 1.Introdução ............................................................................................................................... 3

1.1.Pavimentos ...................................................................................................................... 3 1.2.Problemas nos pavimentos .............................................................................................. 5

2.Constituição e funcionamento dos pavimentos ....................................................................... 6 2.1.Sub - base ........................................................................................................................ 6

2.1.1.Função e materiais de construção ............................................................................ 6 2.1.2.Critérios de aceitação .............................................................................................. 6

2.2.Base ................................................................................................................................. 7 2.2.1.Constituição e funcionamento ................................................................................. 7

3.Base betuminosa ..................................................................................................................... 9 3.1.Constituição ..................................................................................................................... 9 3.2.Utilização ........................................................................................................................ 9

4.Base granular estabilizada mecanicamente ........................................................................... 10 4.1.Diferentes tipos e Critérios de aceitação ....................................................................... 10

5.Base estabilizadas quimicamente .......................................................................................... 12 5.1.Constituição e utilização ............................................................................................... 12

6.Considerações finais ............................................................................................................. 13 7.Referências bibliográficas ..................................................................................................... 14


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Índice de Figuras FIGURA 1 ‐ CONSTITUIÇÃO DO PAVIMENTO .......................................................................................... 3 FIGURA 2 ‐ DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS EM PAVIMENTOS RÍGIDOS E FLEXÍVEIS .............................................. 4 FIGURA 3 ‐ ALGUNS EXEMPLOS DOS PROBLEMAS NO PAVIMENTO ............................................................. 5 FIGURA 4 ‐ BETÃO ........................................................................................................................... 7 FIGURA 5 ‐ MACADAME ................................................................................................................... 7 FIGURA 6 ‐ BASES DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS: A)ALVENARIA POLIÉDRICA; B)SOLO BRITA; C)MACADAME

HIDRÁULICO; D) PARALELEPÍPEDO; E) BRITA GRADUADA .................................................................. 8 FIGURA 8 ‐ TOUT ‐ VENANT ............................................................................................................. 10 FIGURA 7 ‐ MACADAME (AGREGADO + BETUME) ................................................................................ 10

Índice de Quadros QUADRO 1 ‐ CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO DOS MATERIAIS PARA SUB‐BASE (EP) .............................................. 6 QUADRO 2 ‐ VALORES LIMITES NA MARCAÇÃO CE ............................................................................... 11 QUADRO 3 ‐ CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO DE AGREGADOS DE GRANULOMETRIA INTEGRAL ................................. 11 QUADRO 4 ‐ TABELA RESUMO DOS MATERIAIS A UTILIZAR NOS DIFERENTES PAVIMENTOS ............................. 13


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1.Introdução

1.1.Pavimentos

Desde cedo que se sentiu necessidade de melhorar as condições das estradas para que possa ser utilizada por qualquer tipo de veículo. As estradas sofreram grande evolução visto serem apenas de terra batida o que por vezes tornaria muito difícil a circulação dos veículos, por exemplo no caso de a estrada estar cheia de água com as constantes passagens dos veículos iria criar buracos que danificariam esses mesmos veículos. Assim sendo muitos foram as mudanças operadas até se chegar a um consenso e a uma concepção tipo de pavimento, como é apresentado na figura abaixo.

Figura 1: Constituição do pavimento De um modo geral, um pavimento é constituído pelas camadas de desgaste, de

regularização (por vezes inexistente), de base e de sub‐base. A camada de desgaste deve possuir características para que a circulação rodoviária de

faça em adequadas condições de conforto, economia e segurança. Esta camada deverá também promover a impermeabilização do pavimento. Pode ser constituída por betões betuminosos ou de cimento, revestimentos superficiais ou misturas de agregados naturais (apenas em estradas florestais).

A camada de regularização (em estradas de baixa intensidade de tráfego poderá não existir) é utilizada para corrigir eventuais anomalias que poderão existir na camada de base, regularizando assim a superfície final do pavimento. Esta camada pode ser de betões betuminosos (mistura betuminosa densa) ou macadame betuminoso.

A camada de base é o elemento estrutural mais importante em pavimentos de estradas, pois promove a degradação das cargas transmitidas à fundação. Esta importante camada pode ser constituída por materiais granulares de natureza pétrea, macadame betuminoso, macadame, betões pobres ou misturas de agregados de granulometria extensa com cimento.

A camada de sub‐base tal como a camada de desgaste pode por vezes não existir no caso do material da camada de fundação e de base serem os adequados. É a primeira camada a ser colocada acima do terreno de fundação, com funções semelhantes à base, desempenhando o papel de protecção da fundação do pavimento durante a fase de construção. Pode ser composta por solos seleccionados ou camadas de materiais granulares de natureza pétrea.

Superfície do pavimento Camada de desgaste

Camada de regularização (ligação)

Camada de base

Camada de sub-base

Fundação

Camada de base

Camada de sub-base

Fundação

Figura 1 ‐ Constituição do pavimento


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Poder‐se‐á definir pavimento como sendo uma estrutura construída sobre a

terraplenagem e destinada a: • Resistir a esforços horizontais e tornar mais duradoura a superfície de

circulação; • Melhorar as condições de conforto e segurança; • Resistir a intempéries e proteger as camadas inferiores da água; • Resistir e distribuir esforços verticais no sub‐base.

Os pavimentos distinguem‐se basicamente em dois grupos: flexível, semi‐rígidos e

rígido, mas apenas será referido neste trabalho os pavimentos flexíveis e rígidos. Os pavimentos flexíveis são denominados assim, uma vez que sofre uma flexão na sua

estrutura quando sujeita a cargas de tráfego sendo constituídos por uma camada de desgaste em mistura betuminosa cuja camada de base não é tratada ou então é tratada por um ligante betuminoso.

Relativamente aos pavimentos rígidos são formados por uma camada de desgaste constituída por um betão de cimento de elevada resistência tornando estes pavimentos mais rígidos que os anteriores. Estes pavimentos poderão ser reforçados por barras ou telas aço que são utilizadas para aumentar o espaçamento entre as juntas utilizado habitualmente ou para reforçar a estrutura.

Figura 2 ‐ Distribuição das cargas em pavimentos rígidos e flexíveis


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1.2.Problemas nos pavimentos

Os principais problemas nos pavimentos prendem‐se com a má qualidade dos materiais utilizados quer na base e/ou sub‐base, pela deficiente compactação do terreno, pela drenagem não ser a mais correcta ou mesmo pela ausência desta, também pelas mudanças de temperatura, pela alteração do tráfego.

Figura 3 ‐ Alguns exemplos dos problemas no pavimento


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2.Constituição e funcionamento dos pavimentos

2.1.Sub base

2.1.1.Função e materiais de construção

Camada complementar à base, com as mesmas funções deste (funções enunciadas no subcapítulo 2.2 Base) e executada para reduzir a espessura da base por razões económicas.

O material a usar nas sub‐bases dos pavimentos podem ser: • Tout‐venant; • Solos.

2.1.2.Critérios de aceitação

Valores limite Valores aconselháveis

Solos

(tipo saibro)

LL < 25% NP

IP < 6% NP

CBR > 20% > 30%

% passada #200 < 16% < 12%

Equivalente de areia > 20% > 25%

Material aluvion

ar

LL < 25% NP

IP < 6% NP

Desgaste (Los Angeles) < 40% < 35%

Equivalente de areia > 25% > 35% Quadro 1 ‐ Critérios de aceitação dos materiais para sub‐base (EP)


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2.2.Base

2.2.1.Constituição e funcionamento Base é a camada colocada acima da sub‐base e de grande importância estrutural. As

tensões e deformações de flexão induzidas na camada asfáltica pelas cargas do tráfego, estão associadas ao truncamento por fadiga desta camada.

As bases dos pavimentos rígidos podem ser:

• Betão;

• Betão cilindrado compactado (BCC);

• Macadame cimentado.

Figura 4 ‐ Betão

Figura 5 ‐Macadame


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Por outro lado as bases de pavimentos flexíveis podem ser: • Brita graduada; • Solo brita; • Alvenaria poliédrica; • Paralelepípedo; • Macadame hidráulico; • Macadame betuminoso; • Solo estabilizado: ‐ Pela correcção granulométrica;

‐ Com adição de ligantes betuminosos; ‐ Com adição de sais minerais; ‐ Com adição de resinas.

a) b)

c) d)

e)

Figura 6 ‐ Bases de pavimentos flexíveis: a)Alvenaria poliédrica; b)Solo brita; c)Macadame hidráulico; d) Paralelepípedo; e) Brita graduada


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3.Base betuminosa

3.1.Constituição

Este tipo de base é caracterizado pela mistura de agregado mineral e de material betuminoso (betume asfáltico ‐ ligante). Este ligante é um betume espesso, de material aglutinante escuro e luzidio, obtendo‐se a partir da destilação do petróleo bruto, que é uma mistura de hidrocarbonetos não voláteis de elevada massa molecular e por substâncias minerais, resíduo da destilação do petróleo bruto em vácuo.

O material mineral constitui cerca de 90% a 95% da totalidade da mistura suportando e transmitindo cargas as cargas aplicadas pelos veículos e resiste ao desgaste imposto pelas solicitações.

Relativamente ao material betuminoso compõe entre 5% e 10% da mistura e serve para fazer a ligação entre os agregados. Neste tipo de material é necessário estudar as suas características de estabilidade, durabilidade, flexibilidade, resistência à fadiga, aderência, impermeabilidade e trabalhabilidade. Actualmente utiliza‐se um betume asfáltico melhorado, cujas características foram melhoradas através da dissolução de aditivos, de forma a satisfazer algumas exigências que foram surgindo, tais como: maiores tráfegos, temperaturas mais elevadas, menor ruído, melhor estabilidade, entre outras.

3.2.Utilização

Estas bases betuminosas vieram trazer melhorias significativas de tal forma que são utilizadas para:

• Melhoria das características de drenagem superficial; • Diminuição do ruído provocado pelo tráfego; • Maior flexibilidade; • Redução da frequência da manutenção em zonas de rápida degradação dos

pavimentos; • Melhor adesividade aos agregados; • Melhor colagem entre camadas; • Maior resistência ao envelhecimento; • Menor susceptibilidade térmica.


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4.Base granular estabilizada mecanicamente

4.1.Diferentes tipos e Critérios de aceitação

As bases granulares estabilizadas mecanicamente são bases que como o próprio nome indica são estabilizadas através de equipamentos que compacta o material até terem as características pretendidas. Estas bases podem ser de:

• Macadame: Camada de pavimento, fortemente comprimida, essencialmente

constituída por pedra britada aglutinada. Pode ser de vários tipos, conforme a natureza do aglutinante: Hidráulico (cujo aglutinante é saibro ou outro material similar e água); Betuminoso (aglutinante é um betume) e de Cimento (aglutinante é argamassa de cimento).

• Tout – venant: Camada de material proveniente apenas de um andar de britagem, fixando‐se só a dimensão máxima dos elementos. Estes materiais têm maior quantidade de finos e de elementos de granulometria media que o macadame. Não é uma granulometria extensa pelo que normalmente dá origem, quando colocados em obra a muitos vazios.

Figura 8 ‐ Tout ‐ venant

Figura 7 ‐Macadame (Agregado + Betume)


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Segundo a marcação CE estão apresentados os valores limites para o material constituinte do Tout‐venant

Peneiros (mm)

Limites mínimos (%)

Limites máximos (%)

80 100 10063 100 10045 100 10040 94 10020 67 87

0.063 2.2 8.2Quadro 2 ‐ Valores limites na marcação CE

• Agregados de granulometria integral: devem ser constituídos pelo produto de

britagem de material pétreo explorado em formações homogéneas e serem isentos de argilas, matéria orgânica ou quaisquer outras substancias nocivas. Relativamente aos critérios de aceitação da EP (Estradas de Portugal) referente à percentagem granulométrica são:

Abertura da malha do peneiro ASTM

Percentagem acumulada do material passado

37,5 mm (1 ½”) 10031.5 mm (1 ¼”) 75 – 10019,0 mm (¾”) 55 – 859,5 mm (⅜”) 40 – 706,3 mm (¼”) 33 – 60

4,75 mm (nº 4) 27 – 532,00 mm (nº 10) 22 – 450,425 mm (nº 40) 11 – 280,180 mm (nº 80) 7 – 190.075 mm (nº 200) 2 – 10

Quadro 3 ‐ Critério de aceitação de agregados de granulometria integral


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5.Base estabilizadas quimicamente

5.1.Constituição e utilização As bases estabilizadas quimicamente são camadas constituídas por agregados finos

(solo) e por um ligante que no neste caso é o cimento (entre 4% e 12%), denominadas por base de solo‐cimento. Esta base é uma mistura de solo e cimento com uma quantidade de cimento suficiente para provocar o seu endurecimento, sendo preparada com a quantidade de água ideal para a compactação adequada e hidratação do cimento. Este utiliza‐se na construção de camadas de base e de sub‐base de pavimentos de estradas de aeródromos, pavimentos de estradas de pequeno tráfego entre outras. Relativamente às bases de pavimentos rodoviários, inicialmente tem um comportamento rígido, passando a comportar‐se como flexível ao fim de algum tempo com a habitual fendilhação do pavimento

Este tipo de base é muito apreciada quando se pretende melhorar as propriedades do solo do local sendo uma alternativa de projecto existente.


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6.Considerações finais Manter um pavimento em bom estado de conservação é benéfico pois:

• Diminui o consumo de combustível; • Reduz os índices de acidentes; • Reduz o custo de transporte; • Aumenta o conforto e segurança; • Reduz o tempo de viagem.

Para finalizar apresenta‐se um quadro resumo com os materiais a serem utilizados nas

diferentes camadas da constituição dos pavimentos.

Camada Materiais

Pavimento rígido Pavimento flexível

Sub‐base Mistura com ligantes hidráulicos

Mistura com ligantes hidráulicosMateriais granulares

Base ‐ Misturas betuminosas Misturas granulares

Camada de regularização ‐ Misturas betuminosas

Camada de desgaste Betão de cimento Misturas betuminosas

Quadro 4 ‐ Tabela resumo dos materiais a utilizar nos diferentes pavimentos


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7.Referências bibliográficas RODRIGUES CARVALHO, J. A. (s/data) – Apontamentos Teóricos de Geologia de Engenharia –

Estradas e Obras Especiais, FCT/UNL; VALLEJO, Luis G. (2002) – Ingeniería Geológica, Prentice Hall, Madrid; JAE (1998) – Caderno de Encargos de Obra, Junta Autónoma de Estradas; ESTRADAS DE PORTUGAL(2003) – Beneficiação Cercal – Vila Nova de Milfontes – Odemira; CASPARRO, I. (1999) – Observação do Comportamento de Obras Geotécnicas Rodoviárias,

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Geologia de Engenharia, FCT/UNL;

REBELO, V., ABREU, R., (1999) – Auto‐Estrada A2 – Estudos Geológicos e Geotécnicos

associados ao atravessamento da Serra do Caldeirão, COBA, Lisboa; DER‐SP (2006) – Estudos Geotécnicos, Código IP‐DE‐G00/003, Departamento de Estradas de

Rodagem do Estado de São Paulo, São Paulo; PAVEMENTT GUIDDE (1999), Washington State Departement of Transportation; ASPHALLTT PAVEMMENT THIICKNESS DESISN, Asphalt Institute, Lexington, Kentucky USA; Norma de Pavimentação ‐ Junta Autónoma de Estradas; ENGENIUM WORDPRESS. Último acesso: 24 Novembro de 2008:

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