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1
Consiste em:
– calcular as espessuras das camadas– especificar as características dos materiais dessas camadas
por forma a limitar, durante a vida de projecto, a ocorrência dedegradações.
Dimensionamento de pavimentos
Recolha de dadosConcepção do pavimento
Modelo de comportamentoestrutural. Cálculoσ/ε.
Análise dos modos dedegradação.
Avaliação de resistência Critérios de dimensionamento
Alterar geometriaAlterar materiais
Não
Sim
Análise do projecto
σ, εsatisfaz critério?
2
Manual de Concepção de Pavimentospara a Rede Rodoviária Nacional (JAE, 1995)
Recolha e sistematização dos dados
Definição das estruturas de pavimento possíveis
3
Tráfego
4
Veículo pesado:Veículo de peso bruto igual ou superior a 3 tf
Classes:F, G, H, I, J e K (IEP)
5
Quadro 2.1 – Classes de tráfego
Quadro 2.2 – Percentagem de tráfego na via mais solicitada
(TMDA)p – tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido e na via mais solicitada
(TMDA)p – tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido e na via mais solicitada
Quadro 2.3 – Período de dimensionamento
Quadro 2.4 – Taxa média de crescimento anual
6
Quadro 2.5 – Factores de agressividade do tráfego
Quadro 2.6 – Elementos relativos ao tráfego
7
Consideração do tráfego no dimensionamento
Estudo de tráfego TMDA
Tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido de
circulação, na via mais solicitada (TMDA)p
Número acumulado de veículos pesados NAVP
Período de dimensionamento (p)Taxa média de crescimento anual (t)
Número acumulado de passagens do eixo padrão Ndim = α NAVP
Percentagem de pesados
Factor de agressividade (α)
pCTMDANAVP p ×××= )(365
( )tp
tC
p
×−+
=11
Factor de crescimento de tráfego:
8
Condições climáticas
• Temperatura• Pluviosidade
NF
ww
w
Pavimento
Fundação
Precipitação
W – entrada de água
Ex:Ex:
9
Método da Shell
10
Quadro 4.1 – Classes de fundação
Quadro 4.2 – Classes de terrenos de fundação
Fundação
11
Quadro 4.3 – Características das classes de terrenos de fundação
12
Quadro 4.5 – Classes de solos tratados
Quadro 4.6 – Camada de leito em materiais não ligados
Quadro 4.7 – Camada de leito em materiais tratados com ligantes hidráulicos
(As espessuras são dadas em cm)
13
Materiais:
BD – betão betuminoso em camada de desgasteMB – macadame betuminoso em camada de regularizaçãoMBD – mistura betuminosa densa em camada de regularizaçãoSbG – material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de sub-base
Estruturas tipo
14
Relações gravimétricas:
ba MMM +=
%100M
MP b
b ×=
%100M
MP a
a ×=
%100PP ba =+
Composição das misturas betuminosas
Relações volumétricas:
%100V'V
V aa ×=
%100V'V
V bb ×=
%100V'V
V vv ×=
%100VVV vba =++
Ma – massa do agregadoMb – massa do betumeV’a – volume do agregadoV’b – volume do betume efectivoV’ba – volume do betume absorvidoV’v – volume dos vazios
VM
V’a + V’ba
V’v
V’bMb
Ma
Materiais de pavimentação
15
Método da Shell
fmg EkE =
422,0 45,0 <<= khk mg
Emg – módulo de deformabilidade da camada granularEf – módulo de deformabilidade da fundaçãohmg – espessura da base, em mm
Materiais granulares
Misturas betuminosas
( )5Pr718,2368,0710157,1 TABrTItbS −×−×−×−×=
)segundos()h/km(velocidade
1t =
P Pr i= 0 65, T PABr r= −98 4 26 4, , log
n
v
vbm C
Cn
SE
−
×+=1
5,21
nSb
=×
0 83
4 104
, log
bVaVaV
vC+
=
1,120TPlog50
T20Plog5001951IP
r
r
ABr
ABrr −−
−−=
16
Método da Shell
Determinação do módulo de rigidez do betume
17
Determinação do módulo de rigidez da mistura betuminosa
Método da Shell
18
Características de deformabilidadedos materiais granulares
0,40≈ 1,2 × E camada inferiorSS
0,35≈ 1,5 × E camada inferiorGN
0,35≈ 2 × E camada inferiorSbG
0,35≈ 2 × E camada inferiorBG
0,35≈ 2,5 × E camada inferiorBGr
Coeficiente de Poisson (ν)Módulo de deformabilidade (E)Código
Quadro 5.2 do Manual de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional (JAE, 1995)
Método da JAE
Tipologias:
• Material britado recomposto em central (BGr)
• Material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de base (BG)
• Material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de sub-base (SbG)
• Material não britado (GN)
• Solo seleccionado (SS)
19
r
p
h1, E1, ν1
h2, E2, ν2
En, νn
Camadas elásticas
Simetria de revolução
σz
σrσθ
Interface:aderênciaoudeslizamento
Modelo de Burmister
Método das camadas finitas
Análise estrutural
Ex: Programa ELSYM5 (Universidade de Berkeley)
20
Método dos elementos finitos
r(m)0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
0
1.00
2.00
3.00
z (m)
Modelo bidimensional
Modelo tridimensional
21
Eixo padrão de 80 kN
226 mm 150 mm 226 mm
Carga F = 20 kNPressão de contacto σ = 500 kPa
250 mm 125 mm 250 mm
Carga F = 32,5 kNPressão de contacto σ = 662 kPa
Eixo padrão de 130 kN
F F F F
σ σ σ σ
Representação das acções
22
Camada betuminosa
Camada granular
Solo de fundação
E = 6 000 MPa; ν = 0,40
E = 250 MPa; ν = 0,35
E = 70 MPa; ν = 0,35
x
zy
12 cm
30 cm
32,5 kN32,5 kN
662 kPa662 kPa
25 cm 25 cm12,5 cm
Camada betuminosa
Camada granular
Solo de fundação
E = 6 000 MPa; ν = 0,40
E = 250 MPa; ν = 0,35
E = 70 MPa; ν = 0,35
x
zy
12 cm
30 cm
32,5 kN32,5 kN
662 kPa662 kPa
25 cm 25 cm12,5 cm
1 999 EXEMPLO DO MANUAL 3 2 2 2 1 0.120 .40 6000000. FF 2 0.300 .35 250000. FF 3 0.000 .35 70000. FF 32.5 662.0 0.0 0.188 0.000 -0.188 0.000 0.000 0.000 0.188 0.000 0.119 0.430
23
1 ELSYM5 5/80 - 3A ELASTIC LAYERED SYSTEM WITH ONE TO TEN NORMAL IDENTICAL CIRCULAR UNIFORM LOAD(S) 0 ELASTIC SYSTEM 1 - 0 Z= .43 LAYER NO 3 0 X= .00 .19 Y= .00 .00 0 NORMAL STRESSES SXX .2081E+00 -.5572E+00 SYY .2863E+01 .2596E+01 SZZ -.4119E+02 -.3782E+02 0 SHEAR STRESSES SXY .0000E+00 .0000E+00 SXZ .0000E+00 -.6673E+01 SYZ .0000E+00 .0000E+00 0 PRINCIPAL STRESSES PS 1 .2863E+01 .2596E+01 PS 2 .2081E+00 .6017E+00 PS 3 -.4119E+02 -.3898E+02 0 PRINCIPAL SHEAR STRESSES PSS1 .2203E+02 .2079E+02 PSS2 .1327E+01 .9971E+00 PSS3 .2070E+02 .1979E+02 0 DISPLACEMENTS UX .0000E+00 .3498E-04 UY .0000E+00 .0000E+00 UZ .5259E-03 .5074E-03 0 NORMAL STRAINS EXX .1946E-03 .1682E-03 EYY .2458E-03 .2290E-03 EZZ -.6038E-03 -.5505E-03 0 SHEAR STRAINS EXY .0000E+00 .0000E+00 EXZ .0000E+00 -.2574E-03 EYZ .0000E+00 .0000E+00 0 PRINCIPAL STRAINS PE 1 .2458E-03 .2290E-03 PE 2 .1946E-03 .1905E-03
24
A passagem repetida dos veículos nos pavimentos conduz a dois tipos de extensões nos solos de fundação e nas misturas betuminosas:
– extensões reversíveis que se traduzirão em esforços de tracção na base das camadas betuminosas responsáveis pelo fenómeno de fadiga e, consequentemente, pela degradação por fendilhamento
– extensões permanentes que evoluem no tempo com a passagem do tráfego e contribuem para o aumento da profundidade das rodeiras
Pavimentos flexíveis
Critérios de dimensionamento
25
Critérios de dimensionamento:
• Fadiga das misturas betuminosasExtensão horizontal de tracção et na base das camadas betuminosas
• Deformações permanentesExtensão vertical de compressão ez no topo dos solos de fundação
ε – valor da extensãoεt - extensão horizontal de tracção na base das camadas
betuminosas (fendilhamento por fadiga)εz - extensão vertical de compressão no topo dos solos de
fundação (deformações permanentes)
N – número de aplicações de carga
a, b – parâmetros característicos dos materiais
bNa=ε
log N
log ε
Modelos de degradação:
26
Tempo
Curva de fadiga
Ni Nj
σi
σj
Fendilhamento por fadiga
bj Na=σ
Nlog1i
j β+=σ
σ
ou
27
Fendilhamento por fadiga
Deformações permanentes
( ) 2,036,008,1856,0 −− ××+= NSV mistbtε
Smist – módulo de rigidez da mistura betuminosa (N/m2)Vb – teor volumétrico em betume (%)
bz Na=ε
-0,25b
1,82,1a
(×10-2)
95%85% Fiabilidade
Método da Shell
28
Fendilhamento por fadiga dos materiais betuminosos
Método da Shell
29
Objectivos
• Apoiar a programação das acções de conservação
• Verificar e aperfeiçoar os métodos de dimensionamento
• Fornecer dados para a melhoria das técnicas de construção e conservação
• Fornecer dados para o desenvolvimento de modelos de previsão do comportamento dos pavimentos
Fases
1. Observação (auscultação)2. Análise dos dados observados
Avaliação das característicasdos pavimentos
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Parâmetros de estudo e tipo de avaliação
**Atrito
****Irregularidade
(longitudinal e transversal)
***Degradações superficiais
***Deflexão
FuncionalEstrutural
Tipo de avaliaçãoParâmetros de estado
*** muito importante** importante* pouco importante
• Avaliação estrutural
• Definir o estado da estrutura do pavimento tendo em conta o tráfego passado e as condições climáticas
• Avaliação funcional
• Definir a qualidade do pavimento, face às exigências dos utentes da estrada (conforto, segurança, economia)
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Ensaios de carga não destrutivos:
• Carga rolante• Carga estacionária:
(carga aplicada ao pavimento num dado local fixo)
• Cargas estáticas• Cargas dinâmicas
Avaliação das características estruturais
Avaliação das características superficiais
• Degradações superficiais• Irregularidade longitudinal• Irregularidade transversal• Atrito
32
Ensaio de cargaDeflectómetro de impacto
(FWD – “Falling Weight Deflectometer)
33
30 cm45 cm
60 cm90 cm
150 cm250 cm
F
Transdutor de deslocamentoPlaca de ensaio
D0
Def
lexã
o
Fundação
Misturas betuminosas
Materiais granulares
Princípio do ensaio
Ensaio de cargaDeflectómetro de impacto