mecanica dos pavimentos aula 01-2
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Aula de Mecânica dos pavimentosTRANSCRIPT
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Componente Curricular:
Estruturas virias e mecnica dos pavimentos
Professor: Jaelson Budny
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BIBLIOGRAFIA BSICA
3) Yoder, E.J. e Witczack, M. W. (1975)
Principles of Pavement Design - Ed John Wiley
1) Medina, J. (1997)
Mecnica dos Pavimentos - Ed UFRJ
2) Huang, Y. H. (1993)
Pavement Analysis and Design - Ed Prenctice Hall
4) Teses COPPE
5) Anais e Publicaes (ABPv, ABCP, AASHTO, etc)
6) Revistas e Peridicos (TRB, LCPC, etc)
MECNICA DOS PAVIMENTOS
7) DNER (Manuais - ES - ME)
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Pavimentos
Estrutura de mltiplas camadas que tem finalidade de:
Resistir s cargas verticais do trfego
Dar conforto e segurana em qualquer condio
climtica
Resistir s cargas horizontais
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Pavimentos
FUNO ESTRUTURAL = capacidade de carga dimensionamento
Dimensionar : calcular espessuras de um conjunto de camadas que trabalham juntas compatibilizar materiais Escolha de materiais e espessuras em funo de : trfego esperado (perodo de projeto)
clima condicionantes particulares: subleito,topografia,
drenagem, tcnicas construtivas, etc critrios de ruptura (como definir vida til)
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Mtodos de Projeto
Empricos
Mecanstico-Emprico
Mecanstico
Mecanismos de
degradao
Trincamento por Fadiga
Afundamentos em trilhas de roda
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Mtodo de Projeto Emprico
Baseado em experincias ou experimentos anteriores
Correlaes nem sempre vlidas
Base cientfica nem sempre obrigatria
Fruto da observao da evoluo de parmetros fsicos observados no pavimento em servio
Limitados a seu campo de aplicao
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Mtodo de Projeto Emprico
Um mtodo emprico quando consiste de bacos, tabelas ou frmulas
para o dimensionamento que refletem o desempenho observado em
alguns pavimentos em servio. So correlaes diretas entre alguns
parmetros estruturais e de trfego e a vida de servio esperada.
Vantagens:
-Utilizao fcil e rpida, o que conveniente para pr-dimensionamento ou em
aplicaes rotineiras;
-Necessidade de poucos dados, sendo estes, inclusive, de fcil obteno;
-Simplicidade, o que permite ao projetista ganhar, em pouco tempo, sensibilidade quanto
a influncia dos diversos parmetros de que depende o mtodo nos dimensionamento
obtidos;
- Reproduo de desempenho de alguns pavimentos em verdadeira grandeza, j
embutindo, portanto, os efeitos do trfego real (cargas, geometria, relao passagem
cobertura, solicitaes dinmicas...) e os do intemperismo;
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Desvantagens:
- So vlidos, a rigor, apenas dentro das condies estruturais, climticas, de trfego e de
materiais referentes s sees experimentais que lhe deram origem. Sua extrapolao para
fora destas condies deve ser, portanto, cuidadosa;
- Sofrem de uma falta de acurcia fundamental para se analisar os reflexos, para o
desempenho, de variaes nas propriedades mecnicas dos materiais, o que impede seu
uso para integrar a dosagem das misturas com o projeto do pavimento, sem falar na
impossibilidade de considerao de novos materiais;
- Nada informam acerca da evoluo das condies estruturais e funcionais do pavimento
ao longo de sua vida de servio.
Mtodo de Projeto Emprico
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Mtodo de Projeto Mecanstico-Empricos
Combina aspectos mecanstico-empricos
Determina esforos gerados por carregamento
Analisa o comportamento do sistema multi-camadas
Relaciona esforos ao desempenho (emprica)
Defeitos associados a uma resposta da estrutura
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Mtodo de Projeto Mecanstico-Empricos
So mtodos que efetuam a integrao de um modelo estrutural para o
pavimento, modelos este relacionado estreitamente com a gerao de defeitos
na estrutura, com uma base experimental. Para tanto, utiliza as chamadas
funes de transferncia, que relacionam as respostas da estrutura s cargas
do trfego (tenses, deformaes, deflexes) ao surgimento e evoluo dos
defeitos (trincamentos e deformaes plsticas).
Vantagens:
- Apresentam elevada acurcia para analisar os efeitos, para o desempenho do pavimento,
de variaes nas propriedades mecnicas dos materiais, bem como variaes especiais
nas caractersticas de cargas do trfego atuante;
- Permitem a anlise de novos materiais, j que utilizam, como dados de entrada,
propriedades mecnicas fundamentais (rigidez e resistncia) e no resultados de ensaios
ndices (como CBR, LL, LP ou estabilidade Marshall);
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Desvantagens:
- Tendem a ser de utilizao mais trabalhosa (a no ser que se automatize o processo);
- Requerem uma srie de parmetros cuja obteno pode ser onerosa e demorada
Vantagens:
- Embora sua base experimental seja limitada, quanto mais bem elaborado e mais
cientificamente embasado for o modelo terico, maior ser a confiabilidade do mtodo e
maior ser sua universalidade, ou seja, maior ser a confiana em se aplic-lo a situaes
diversas daquelas abrangidas pela sua base emprica, em termos de condies climticas,
caractersticas do trfego e natureza dos materiais;
- Permitem a previso de desempenho do pavimento ao longo de sua vida de servio, o
que fundamental quando se deseja estimar os custos futuros de conservao e de
restaurao (SGP nvel de projeto);
Mtodo de Projeto Mecanstico-Empricos
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Mecnica dos Pavimentos: consiste na aplicao da Mecnica do Contnuo, da Mecnica dos Solos e da Mecnica da Fratura ao dimensionamento estrutural e
previso de desempenho de pavimentos. Seu objetivo tem sido o de fornecer subsdios
cada vez mais confiveis e racionais, alm de fornecer um arcabouo onde as evidncias
experimentais possam ser interpretadas e aplicadas a novos materiais, minimizando os
riscos inerentes a uma simples extrapolao.
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Fatores que levam degradao:
clima (temperatura e umidade)
trfego
materiais
plano de manuteno
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Dimensionamento Mecanstico
FatoresAmbientais
Trfego MateriaisDisponveis
TcnicasConstrutivas
Parmetrosde Projeto
Variabilidadede cada item
Mtodo de Clculode Tenses
Parmetros deAcompanhamentodo Desempenho
Deciso Finaldas espessuras
Comparao entreVida Estimada e de Projeto
Estimativa de Vida til
Espessuras Adotadas
No Satisfaz
Satisfaz
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FATORES CLIMTICOS NO
DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS
ELEMENTOS
DO CLIMA
mdia da atmosfera (TMA)
temperatura oscilao diria e peridica da TMA extremos mximos e mnimos
pluviosidade precipitao mdia anual mximos e mnimos mensais
FATORES
DO CLIMA
latitude geogrfica altitude - inclinao
slida - cobertura vegetal
base - gelo e neve lquida - proximidade do mar
CLIMA CONJUNTO DE FATORES
METEOROLGICOS QUE CARACTERIZAM
O ESTADO MDIO DA ATMOSFERA E SUA
EVOLUO EM DETERMINADO LUGAR
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REGIO TROPICAL CLIMA TROPICAL
PREDOMINNCIA DE
CLIMAS TROPICAIS MIDOS
temperatura mdia anual > 18 C pluviosidade > 1.500 mm/ano sem congelamento do subsolo
REGIO
GEOGRFICA
TROPICAL
Trpico de
Capricrnio
-
BRASIL
> 2.500 mm
2.000 - 2.500 mm
1.500 - 2.000 mm
1.000 - 1.250 mm
500 - 650 mm
< 500 mm
650 - 1.000 mm
1.250 - 1.500 mm
PRECIPITAO ANUAL MDIA
-
CLIMAS DO BRASIL
-
EFEITO DA TEMPERATURA
RIGIDEZ DO REVESTIMENTO (deformabilidade) = f (Temperatura)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
horas do dia
20
30
10
40
50
60
70
Tsup
T5 cm
T10 cm
Tar
Temp
C
pontos de mximos no
coincidem no tempo
menores variaes de T com a profundidade a 20 cm pouca variao T gradiente trmico variando de + parra - ao longo do dia
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Trfego e Nmero Equivalente
VDM (ou VMD) - Volume dirio mdio quantidade de veculos que passam em um
sentido da via (veculos leves+ comerciais);
- Normalmente para perodo de um ano (abertura da via);
- No expressa necessariamente a quantidade que passou em um dia
- Unidade [veculos por dia];
- Volume de trfego para um ano no futuro aplicar taxa de
crescimento, aritmtica ou geomtrica, de ndices socioeconmicos ou
sries histricas.
365
ano um em veculosde totalVDM
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Trfego e Nmero Equivalente
VDM - Volume de trfego total durante o projeto, admitindo taxa de
crescimento no-linear
t
tVDMVt
P 1)1.365
Onde: Vt =trfego total acumulado para o perodo de projeto;
VDM = volume dirio mdio no ano zero;
t = taxa de crescimento;
P = perodo de projeto.
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Nmero N
- Nmero equivalente de operaes de um eixo padro para um
perodo de projeto em anos;
- N realiza a equivalncia de operaes da frota, com base no VDM
-Parmetro representativo do efeito destrutivo do trfego. Utilizado
do dimensionamento do pavimento;
- Eixo padro - ESRD com 8.200 kg;
- Contagem volumtrica e classificatria;
Trfego e Nmero Equivalente
FRFVVtFRFCFEVtN ..... Onde: Vt =trfego total acumulado para o perodo de projeto;
FE = Fator de eixos;
FC = Fator de carga;
FV = Fator de veculo;
FR = Fator regional, atualmente utiliza-se FR=1,0.
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Conceito do
Eixo Padro Rodovirio
Trfego e Nmero Equivalente
Como em uma rodovia trafegam vrios tipos de veculos com
variadas cargas em cada eixo foi necessrio introduzir o conceito
de Eixo Padro Rodovirio. Este eixo um eixo simples de rodas
duplas com as seguintes caractersticas:
Carga por Eixo (P): 18 Kips = 18.000 lb = 8.165 Kgf = 8,2 tf = 80 KN
Carga por roda (P/4): 4,5 Kips = 4.500 lb = 2.041 Kgf = 2,04 tf = 20 KN
Presso de Enchimento dos Pneus (p): 80 lb/Pol2 = 5,6 Kgf/cm2
Presso de Contato Pneu-Pavimento (q): 5,6 Kgf/cm2
Raio da rea de Contato Pneu-Pavimento (r): 10,8 cm
Afastamento entre Pneus por Roda (s): 32,4 cm
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Tabela de fatores de equivalncia de cargas
(FEC)
Trfego e Nmero Equivalente
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TRFEGO
CLASSIFICAO DOS VECULOS
Contagem
volumtrica
classificatria dos
veculos comerciais
(DNER):
3 dias consecutivos
de contagem
durante
24 horas e de
pesagem durante 8
horas
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FATOR DE EQUIVALNCIA DE OPERAES
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Quais as configuraes de veiculos que existem no Brasil?
Qual o carregamento permitido
nos mesmos?
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ENSAIOS DAS CAMADAS
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Mdulo de Resilincia de solos e britas
Por definio:
Mdulo de resilincia de um solo a relao entre a tenso desvio ( d ) aplicada repetidamente e a deformao elstica axial (a ) resultante, para uma certa condio de ensaio ( nmero de repeties da carga, tempo de aplicao, frequncia, umidade, densidade, tipo de compactao, etc)
MR= d / a Ensaio: triaxial dinmico DNER ME 131/94
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Significado e uso
O ensaio de mdulo de resilincia determina uma
relao bsica entre tenso e deformao dos materiais,
para uso na anlise estrutural do pavimento como
sistema em camadas.
O ensaio de mdulo prov uma forma de caracterizao
dos materiais de construo de pavimento, incluindo o
solo do subleito, sob uma variedade de condies
(umidade, densidade, etc) e estados de tenso que
simulam as condies de um pavimento sujeito a cargas
em movimento.
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DEFORMABILIDADE DE SOLOS E AGREGADOS
LIMITAES DOS
ENSAIOS ESTTICOS
CONVENCIONAIS
1) pequenas deformaes na ruptura
2) CBR ruptura localizada
3) pavimentos carregamento repetido
0
ENSAIO TRIAXIAL DINMICO
3 = conste
1 = 3 + d = varivel
PULSOS DE CARGA
0.1 s 0.9 s
Freqncia do ensaio = 1 Hz
d
t
-
ENSAIO TRIAXIAL DE CARGA REPETIDA
LVDT
CILINDRO DE
PRESSO
AR COMPRIMIDO
CLULA TRIAXIAL
h
15 30
10 20
7.5 15
5 10
h
-
ENSAIO TRIAXIAL DE CARGA REPETIDA
SEQNCIA
- blocos indeformados (5 x 10)
- compactados em moldes tripartidos (10 x 20 ou 15 x 30)
- prensagem esttica (5 x 10)
- em geral hot ou smax ou condies de campo
PREPARAO DO CORPO-DE-PROVA 1
INSTALAO DO CORPO-DE-PROVA 2 - assentamento na base da clula triaxial com pedra porosa
- colocao da membrana e cabeote
- verificao de orifcios (vcuo)
- colocao dos LVDTs
- medio da distncia de referncia h0
PR-CONCIONAMENTO 3 - aplicao de 3 constante (ensaio drenado) - aplicar seqncia de carregamento para eliminar deformaes permanentes
freqncia: 1 Hz
intervalo de aplicao: 0.1 s
3 = 0.7 kg/cm2 ............... 1/ 3 = 2 .................... 300 repeties
APLICAO DA CARGA E MEDIO DA DEFORMAO VERTICAL 4
3 = 0.21 - 0.35 - 0.525 - 0.7 - 1.05 - 1.4 kg/cm2
4323
1
d tal que (para cada 3 )
- medio da deformao vertical plstica aps 100 a 200 aplicaes
- registrar deformaes plsticas e elsticas
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MDULO DE RESILINCIA DE MISTURAS BETUMINOSAS
ENSAIO DE COMPRESSO DIAMETRAL DE CARGAS REPETIDAS
cilindro
presso
pisto
amostra LVDT
ar comprimido
friso
t
d
-
ENSAIO DE COMPRESSO DIAMETRAL DE CARGAS REPETIDAS
freqncia 1 Hz
(tempo de aplicao da carga = 0.1 seg)
temperatura do ensaio T = 25 C
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MDULO RESILIENTE DE MISTURAS ASFLTICAS
dt
Ft
2
Normalmente d = 10 cm (4)
t
F.t 0640
12.7mm Para friso de carga de 1.27 cm de largura
2692099760 ..t
FM
t
tR
Admitindo = 0.35
618402
.)(t
FMR
(Ref: PINTO, Salomo; PREUSSLER, Ernesto. Mdulos resilientes de
concretos asflticos. IPR/DNER - 1980)
deformao especfica
resiliente horizontal
d
t
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Novos mtodos
- O pavimento pode servir para resolver outros problemas ambientais tais como a disposio de rejeitos industriais ou no:
- ex. restolho de pedreira, entulhos limpos de obras civis, escrias de aciaria e de alto forno, ou combinados com solos ou outros estabilizantes (fosfogesso, cido fosfrico, lama vermelha da bauxita, vinhoto, cinza-volante, etc.).
- O uso de camadas com ligantes comerciais convencionais tipo cal ou cimento tambm passam a integrar a gama de opes que o projetista deve considerar
- novos mtodos de dimensionamento
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Ensaio de resistncia trao indireta esttica
Ensaio mais adequado para medir as caractersticas de dosagem associadas fadiga do que a Estabilidade Marshall
Estado de tenses perfeitamente definido
DNER ME 138/94
Alta correlao com o Mdulo Resiliente
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Relao Mdulo Resiliente (MR) e Resistncia Trao esttica (RT)
DNER PRO 269/94: MR = 5000 RT
Motta e Pinto (1994): MR = 4385 RT
Motta (1998): Para misturas com polmero: MR = 3000 a
3500RT
Ensaios 25C, qualquer idade das misturas
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Novos mtodos de dimensionamento
A utilizao dos conceitos da Mecnica dos Pavimentos e dos ensaios dinmicos tambm permitem sair do empirismo e do engessamento das especificaes rodovirias estrangeiras quando se passa para o domnio do problema de pavimentao urbana.