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Universidade do Minho Departamento de Engenharia Civil
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Carlos Palha, 2008
Caracterização final de Pavimentos
Caracterização final de um Pavimento
Avaliação das características estruturais e funcionais
Universidade do Minho Departamento de Engenharia Civil
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Carlos Palha, 2008
Caracterização final de Pavimentos
A avaliação da qualidade estrutural:
definir o nível de desempenho mecânico do pavimentof(tráfego pesado; condições climáticas)
“vida residual” (nº de passagens dum eixo-padrão)
A avaliação da qualidade funcional:definir a qualidade superficial do pavimento
(f(exigências dos utentes: conforto e segurança)
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Carlos Palha, 2008
Caracterização final de Pavimentos
Técnicas de Avaliação da Capacidade Estrutural
Caracterização da capacidade estrutural do pavimento (“pavimento - solo de fundação”)
observação da deformação vertical da superfície do pavimento (resposta do pavimento quando submetido à acção duma carga)
Medir a componente elástica – deformação reversível – da deformação (deformação permanente insignificante relativamente à deformação elástica)
Deformação do conjunto “pavimento - solo de fundação”: Deflexão(assentamento vertical da superfície da camada de desgaste do pavimento)
Equipamentos de medição da capacidade estrutural
deflectómetros, ou deflectógrafos
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Carlos Palha, 2008
Caracterização final de Pavimentos
Objectivos da medição da deflexão de um pavimento:caracterização da deformabilidade global de um pavimento (conhecida a constituição
da estrutura do pavimento, é utilizada para avaliar a capacidade estrutural (qualidade residual));
calibração dos modelos analíticos (determinação das tensões e deformações produzidas por uma determinada carga);
dimensionamento das camadas de reforço (eficácia quanto à capacidade de aumentar a rigidez do pavimento é avaliada através da redução do valor da deflexão medida, após a realização desse reforço);
definir a qualidade estrutural do pavimento (determinar classes de deflexão para utilização em sistemas de gestão).
Equipamentos de medição da capacidade estrutural:
Viga Benkleman (deflexão total/reversível));Deflectómetro de Impacto – FWD (deflexão reversível).
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Caracterização final de Pavimentos
♦ Viga BenklemanConstituição:
“base”, constituída por uma estrutura metálica rígida, a qual se apoia no pavimento através de dois pés, mantendo-se fixa durante o ensaio;
uma “viga”, que roda em torno de um eixo solidário com a base e que se apoia no pavimento por uma das extremidades (“ponta apalpadora” - P);
Na extremidade livre do braço menor apoia-se a haste de um deflectómetro –transdutor de deslocamentos (a relação entre o comprimento dos braços é de 2/1, tendo o braço maior cerca de 2.4 metros de comprimento).
Primeira viga em Portugal, com registo automático da deformada (“deflectógrafo de pavimentos”): LNEC, anos 60. Foram desenvolvidos ábacos e tabelas para apoiar a interpretação dos deflectogramas.
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Carlos Palha, 2008
Caracterização final de Pavimentos
Realização do ensaio (2 ciclos):“ensaio de carga e descarga”;
“ensaio de descarga”.
1.00 m d30
carga descarga
0.3d
e
def.
elás
tica
(de)
Distância (m)
Deflexão (1/100 mm)
Análise da curva “deflexão-distância” (“linha de influência” ou “bacia de deflexão”):
Deflexão máxima reversível (deflexão elástica) - capacidade estrutural global (nível de rede);
d(30) e d(90) – contribuição das camadas (distância entre o ponto a observar e o ponto da linha de influência correspondente a (n) % da deflexão reversível máxima) (nível de projecto);
Rc – raio de curvatura mínimo da deformada (medido no ponto de deflexão máxima -“nível de projecto”).
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Caracterização final de Pavimentos
Ensaio pontual bastante lento (incompatível com estudos de grandes extensões);
Interesse apenas na observação de pequenos trechos (nível de projecto);
Realização de estudos de investigação.
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Caracterização final de Pavimentos
♦ Deflectómetro de Impacto (FWD)
avaliação da capacidade estrutural de um pavimento através da medição da resposta a uma carga de impacto
Veículo ligeiro (equipamento informático de controlo do ensaio, de aquisição, tratamento e restituição da informação: micro-computador);
Reboque (suporte do equipamento):eixo vertical (massa cadente solidária com uma estrutura metálica, suportando um
conjunto de amortecedores, que por sua vez transmitem a carga resultante da queda da massa a uma placa rígida de 300 ou 400 mm);
Acelerómetros (medição da resposta da superfície do pavimento; desde o centro de aplicação da carga, até uma distância de 2,40 m);
Ensaio:
massa cadente cai sobre os amortecedores (duma determinada altura), transmitindo-se ao pavimento através da placa rígida central;medem-se os deslocamentos verticais da superfície nos pontos de apoio dos acelerómetros.
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Caracterização final de Pavimentos
♦ Avaliação da capacidade de carga de pavimentos rodoviários
♦Deflectómetro de Impacto - FWD (Falling Weight Deflectomemter)
Foto FWD com sensores
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Caracterização final de Pavimentos
Distância (m)
Deflexão (mm)
1.0 2.0 3.0
0.5 Verão
Inverno
Distância (m)
Deflexão (mm)
1.0 2.0 3.0
0.5
Inverno
Verão
a) b)
Estrutura (a):elevada espessura betuminosa do pavimento; deflexão reduzida (valores próximos a 0,3 mm); a influência do carregamento dever-se-á sentir para além de 2.0 m do seu
centro de aplicação da carga.
Estrutura (b):rigidez da camada betuminosa é inferior; preponderância do comportamento da componente granular (influência do aumento do
teor em água).
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Caracterização final de Pavimentos
♦ Equipamentos Multifunções
Avaliação da qualidade de um pavimento
utilização de vários equipamentos (recursos materiais, e humanos)
Equipamentos com as componentes destinadas a observar os parâmetros de caracterização do estado dos pavimentos (estado superficial, irregularidade longitudinal e irregularidade transversal; excepto a observação da capacidade estrutural.) e as características geométricas (perfil longitudinal e transversal).
Lasers – textura e regularidadeInertial Motion Sensor – raio curvatura, etcAcelerómetros – anular movimentos verticaisEncoder – Medição de distânciasCâmara – fotos/filmagens
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Caracterização final de Pavimentos
Técnicas de Observ. da Regularidade Longitudinal
controlo de qualidade da construção;observar a evolução do desempenho dos pavimentos.
Métodos de “medição” da irregularidade considerados a dois níveis:princípio e técnica adoptada para observar o perfil;“cálculos” dos índices de irregularidade do perfil medido.
Irregularidade dum pavimento só pode ser avaliada de forma independente quando a sua medição é baseada no perfil do pavimento.
Equipamentos de observação:
equipamentos baseados na resposta dinâmica de um veículo;equipamentos de referência geométrica simples; equipamentos baseado na obtenção de uma “imagem” do perfil
da superfície do pavimento.
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Caracterização final de Pavimentos
Ao longo de um itinerário, diferentes defeitos de regularidade:irregularidade de elevado comprimento de onda e de reduzida frequência;
reduzida extensão (reduzido comprimento de onda) e, consequentemente, com uma elevada frequência.
Efeitos da irregularidade longitudinal:condições de circulação para o utente (conforto e segurança);
evolução da qualidade estrutural (efeito das sobrecargas dinâmicas).
Análise da irregularidade longitudinal:distinguir esta da eventual heterogeneidade do perfil longitudinal
(deficiência de concepção; não um defeito a considerar na avaliação da qualidade)
Irregularidade: gama de comprimentos de onda de 0,7 a 50,0 m:Irregularidade (a): desconforto para os utentes;
Irregularidade (b): oscilações e vibrações dos veículos
desconforto; insegurança; aumento das cargas dinâmicas dos veículos pesados; redução do atrito, como resultado da redução da carga dinâmica.
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Caracterização final de Pavimentos
A irregularidade longitudinal
factor que afecta mais fortemente a opinião do utente sobre a qualidade do pavimento;
equipamento para avaliar a irregularidade; valores das classes a considerar no processo de classificação calibradas com a “informação paralela” do utente sobre a qualidade de circulação.
A importância da irregularidade num sistema de gestão de pavimentos
f(política rodoviária ou prioridades)
Irregularidade favorece a qualidade funcional do pavimento;
Deflexão, degradações preservar o “capital estrutural do pavimento”.
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Caracterização final de Pavimentos
Multifunções - Perfil Transversal e Longitudinal
PerfilTransversal
PerfisLongitudinais
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Multifunções – Textura (Mean Profile Depth/Estimated Texture Depth)
0.0
0.2
0.4
0.60.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40
Distância (km)
ETD
(mm
)
Rodado Esq. Rodado Dir.
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Caracterização final de Pavimentos
Multifunções – IRI (International Roughness Index)
0.51
1.52
2.53
3.54
4.55
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
pos iç ão (k m)
IRI
(m/k
m)
R ode ira e s querda C entro R ode ira dire ita
A rranque
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Caracterização final de Pavimentos
Textura/Mancha de areia (EN 13036-1)
2R
Areia ouEsferas de
vidro
superfície de rolamento
H
H = profundidade médiaR = raio do circulo
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Textura/Mancha de areia (EN 13036-1)
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Caracterização final de Pavimentos
A evolução do atrito num curto intervalo de tempo:Quando chove, forma-se inicialmente uma pasta fluída muito fina (mistura com a
água de fina camada de pequenas partículas (desgaste dos pneus, desgaste do pavimento, acumulação de poeiras)), o valor mais reduzido – valor A.
Decorridas algum tempo (f(intensidade da chuva e estado do pavimento)), aquela pasta é removida pela própria chuva e pelos veículos - valor B (valor da situação de pavimento molhado.
Terminada a queda de chuva, a água começa a escoar-se da superfície do pavimento e o coeficiente de atrito transversal passa a ter o valor C (valor normal em período seco).
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Caracterização final de Pavimentos
A evolução do atrito longo da vida do pavimento:Intensidade do tráfego;
Resistência ao desgaste dos materiais
Período A:Redução lenta e gradual do CAT;
Fase inicial: o CAT cresce devido ao desgaste da película betuminosa superficial (acréscimo da macro-textura e ao aparecimento da micro-textura).
Período B:Aumento do CAT (aumento da macrotextura – fendilhamento, permeabilidade).
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Caracterização final de Pavimentos
Medição do atrito pontual (EN 13036-4)
Pêndulo britânico
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Caracterização final de Pavimentos
Medição do atrito em contínuo
Grip-tester
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Caracterização final de Pavimentos
Permeabilidade em pisos drenantes