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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES CURSO DE ENGENHARIA CIVIL PROJETO DE PAVIMENTO Camila Scherer Gabriel Lemos Zanatta

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PROJETO PAVIMENTO ASFALTICO

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

PROJETO DE PAVIMENTO

Camila Scherer

Gabriel Lemos Zanatta

Lajeado, Abril de 2015.

Camila Scherer

Gabriel Lemos Zanatta

PROJETO DE PAVIMENTO

Projeto de pavimento asfáltico apresentado na

disciplina de Tópicos Especiais em Engenharia Civil II,

do Curso de Engenharia Civil, do Centro Universitário

UNIVATES, como exigência para aprovação do

semestre A/2015.

Professor: Ms. João Rodrigo Guerreiro Mattos

Lajeado, Abril de 2015.

1 INTRODUÇÃO

Apresentamos neste trabalho duas metodologia de dimensionamento de pavimentos

flexíveis - a do extinto DNER e a mecanística-empíricas -, bem como o dimensionamento por

cada um dos métodos, realizando uma análise do comparativo dos resultados obtidos.

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2 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DO EXTINTO DNER (ATUAL DNIT)

O método DNER simula os efeitos de repetições de cargas de um eixo-padrão de

18.000 libras (80 KN), calculado com base nos fatores de equivalência de carga durante o

período do projeto, conforme está ilustrado no ábaco da Figura 1 abaixo.

Figura 1 - Ábaco para dimensionamento de pavimentos flexíveis do DNER

Fonte: Balbo (2007)

Podemos consolidar as curvas de dimensionamento apresentadas no ábaco, utilizando

a expressão abaixo gerada por regressão linear múltipla.

Heq = 77,67 × N0,0482 × CBR-0,598

Após definido os valores estatísticos de CBR para as camadas de subleito e, caso

houver, reforço do subleito, realiza-se o dimensionamento com base no ábaco apresentado

acima. Para as camadas de base e sub-base, o método exige um valor mínimo de CBR,

respectivamente 80% e 20%. O próximo passo é a resolução das inequações descritas abaixo:

R × Kr + B × Kb ≥ H20

R × Kr + B × Kb + h20 × Ks ≥ Hn

R × Kr + B × Kb + h20 × Ks + hn × Kn ≥ Hm

Onde Kr, Kb, Ks e Kn são coeficientes de equivalência estrutural dos materiais, R, B,

h20, e hn, valores de espessura respectivamente das camadas de revestimento, base, sub-base

e reforço do subleito. H20, Hn e Hm são as espessuras equivalentes sobre a sub-base. O

reforço do subleito e subleito, determinadas a partir do CBR dessas camadas e, do número de

repetições de carga do eixo equivalente. A camada de sub-base tem sempre seu CBR fixado

em 20%.

As Tabelas 1 e 2, mostram respectivamente, os valores utilizados para os coeficientes

estruturais e a espessura da camada de revestimento asfáltico, esta determinada em função do

número N. Este representa o nível de tráfego do projeto e é definido a partir de dados

coletados em campo.

Tabela 1 - Coeficientes de equivalência estrutural dos materiais

Fonte: Balbo (2007)

Tabela 2 - Espessuras mínimas de revestimentos asfálticos

Fonte: Balbo (2007).

Também devem ser observadas outras condições e restrições gerais para o

dimensionamento do pavimento através do método DNER. O cálculo do CBR pelo Índice de

Grupo e os valores de expansão máximos para os materiais utilizados na base e sub-base. O

modelo exige grau de compactação mínimo de 100% da energia normal de compactação nos

solos de fundação. As condições e restrições gerais são apresentadas na Tabela 3.

Tabela 3 - Condições e restrições gerais para o dimensionamento do pavimento

Fonte: Balbo (2007).

3 MÉTODOS MECANÍSTICOS-EMPÍRICOS

Ao contrário dos métodos empíricos e semiempíricos, o modelo mecanístico-empírico

considera em seu critério de dimensionamento que as camadas do pavimento trabalham em

flexão ficando sujeitas a esforços de tração na flexão, assim sofrendo fadiga (BALBO, 2007).

No modelo mecanístico-empírico é fundamental a utilização de um modelo teórico

associado aos modelos experimentais para a obtenção de um projeto de maneira racional. O

conhecimento teórico, principalmente sobre as propriedades dos materiais utilizados na

pavimentação são indispensáveis para a realização de uma análise estrutural das diferentes

camadas do pavimento.

A utilização deste método possibilita uma escolha consistente da estrutura do

pavimento, atendendo as especificações definidas por normas técnicas e também critérios

econômicos. Para isso, é indispensável inicialmente a avaliação do material disponível no

local da obra e, explorar as soluções e alternativas para a pavimentação. Na etapa seguinte,

analisar os critérios de fadiga e o desempenho de cada alternativa, levando em consideração o

custo gerado para cada solução. Na Figura 2, está apresentado um organograma dos processos

utilizados na seleção de estruturas de pavimentos.

Figura 2 - Processo de seleção de estruturas de pavimentos

Fonte: Balbo (2007).

Para auxiliar no processo de análise estrutural, além dos estudos para determinação do

material empregado na obra, utilizam-se programas de computador (Softwares). Neste

trabalho foi utilizado o programa SisPav (Sistema para Análise e Dimensionamento

Mecanístico-Empírico de Pavimentos Flexíveis), como forma de facilitar a análise dos dados

e fatores que interferem na estrutura do pavimento, tais como: a qualidade dos materiais, o

volume de tráfego, a variação lateral do tráfego, a pressão e peso das rodas do carregamento e

os efeitos climáticos (principalmente temperatura e umidade).

Segundo Franco (2007), o programa, SisPav, incorpora a análise de confiabilidade, a

análise de tensões e deformações e interfaces gráficas para visualização dos resultados. A

Figura 3, mostra o fluxograma de funcionamento do programa SisPav.

Figura 3 - Fluxograma utilizado para o desenvolvimento do SisPav

Fonte: Franco (2007).

O programa fornece duas opções de análise. Uma é o dimensionamento da estrutura,

em que alimenta-se os dados de entrada e, por meio de um algoritmo similar ao de busca

binária em tabela ordenada, defini-se a espessura de cada camada que atenda o projeto. A

outra opção, apenas verifica os dados e requisitos de projeto e informa a vida útil que a

estrutura suportará. Nas duas análises são verificados os danos acumulados por fadiga no

revestimento asfáltico.

4 MEMORIAL DE CÁLCULO

4.1 Método de dimensionamento do Extinto DNER

Tabela 4 – CBR das camadas previstas

PRODUTO CBR

BASE 120,17

SUB BASE 118,6

REF 31,22

SUBLEITO 19,98

Fonte: dos autores

4.2 Métodos mecanístico-empíricos

Tabela 5 – Dados inseridos no SISPAV - Composição das camadas

Estrutura

CamadaEspessura

(m)Módulo (MPa)

Coef Poisson

Cond Interface

1 0,14 6500 0,3 02 0,4 350 0,35 03 0,5 400 0,35 04 0 50 0,45 0

Fonte: dos autores

Tabela 6 – Dados inseridos no SISPAV – Solicitações

CarregamentoTipo Eixo duplo

Pressão de Pneus (MPa): 0,56Raio do Carregamento (m): 0,107946

Fonte: dos autores

Tabela 7 – Dados obtidos através do SISPAV

Ponto X (m) Y (m) Z (m) Ux (µm) Uy (µm) Uz (µm) Sx (MPa) Sy (MPa) Sz (MPa)1 0 0 0 0 0 279,9289 -0,34172 -0,78313 02 0 0 0,13999 0 0 279,9404 0,276863 0,682196 -0,094463 0,15 0 0,13999 5,80391 0 275,6497 0,615363 0,79435 -0,106694 0 0 1,04001 0 0 188,2151 -0,00027 -0,00022 -0,005035 0,15 0 1,04001 6,09132 0 186,8314 -0,00031 -0,00022 -0,00492

Fonte: dos autores

Tabela 8 – Dados obtidos através do SISPAV – continuação tabela 7

Sxy Syz Sxz Ex (m/m) Ey (m/m) Ez (m/m) Exy Eyz Exz

(MPa) (MPa) (MPa) (m/m) (m/m) (m/m)0 0 0 -1,6E-05 -0,00011 0,000052 0 0 00 0 0 0,000015 0,000097 -5,9E-05 0 0 00 0 -0,00996 0,000063 0,000099 -8,1E-05 0 0 -1E-060 0 0 0,000042 0,000043 -9,6E-05 0 0 00 0 -0,00042 0,00004 0,000043 -9,4E-05 0 0 -3E-06

Fonte: dos autores

Tabela 9 – Dados obtidos através do SISPAV

N= 50000000MR= 50

σvadm 0,046954 46,95365 KpaDadm 50,18728 *10^-2 mmϵh= 0,000099

NLAB= 542,495Ncampo 54249502

Fonte: dos autores

NCAMPO = 5,4.107 ≥ 5.107

Demonstrando que o pavimento suporta os esforços do trânsito

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O método do DNER evidencia limitações claras. Pelo fato de se basear totalmente em

um ensaio que representa de forma inadequada as solicitações às quais está sujeita a estrutura

de um pavimento, pode levar a composições de camadas não apropriadas, levando o

pavimento ao rompimento precoce, ou a pavimentos superdimensionados. Ainda, por

considerar apenas a ruptura do subleito por cisalhamento, não leva em consideração fatores de

ruptura mais importantes, como a fadiga do revestimento ou camadas cimentadas e a

deformação permanente do revestimento e das outras camadas.

Já os modelos mecanístico-empíricos de desempenho de pavimentos, apesar apresentar

a parcela empírica, se aproveitam mais das propriedades dos materiais, podendo levar a

configurações que são consideradas inapropriadas pelo método do DNER.

Ainda, o método mecanístico-empírico é capaz de representar de maneira mais real as

ocorrências de campo, através dos ensaios com repetição de carga que simulam a passagem

dos eixos dos veículos. Através da utilização de modelos matemáticos descreve de forma mais

precisa o desempenho funcional e estrutural de um pavimento.

REFERÊNCIAS

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM (DNER). DNER-ME 024/94: Pavimento – determinação das deflexões pela viga Benkelman. Rio de Janeiro, 1994.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTE (DNIT). DNIT 031/2006-ES: Pavimentos flexíveis: concreto asfáltico. Rio de Janeiro, 2006.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTE (DNIT). Manual de pavimentação. 3 ed. Rio de Janeiro, 2006.

FRANCO, F.A.C.P. Método automático de dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos asfálticos. Tese de doutorado – Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2007.

FRANCO, F.A.C.P. Um sistema para análise macanística de pavimentos asfálticos. Dissertação - Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2000.