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Notas de aulas de Pavimentação (parte 12)

Hélio Marcos Fernandes Viana

Tema:

Pavimentos rígidos (1.o Parte)

Conteúdo da parte 1

1 Introdução

2 Comparação entre pavimentos rígidos e flexíveis

3 Tipos de pavimentos rígidos

4 Juntas, barras de transferência e barras de ligação de pavimentos rodoviários de

concreto

5 Elementos para o cálculo da dilatação térmica do concreto

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1 Introdução 1.1 Características gerais dos pavimentos rígidos Os pavimentos de concreto ou rígidos são aqueles cuja camada de rolamento (ou revestimento) é elaborada com concreto, que é produzido com agregado e cimento Portland. Os pavimentos rígidos são pouco deformáveis, e são constituídos por camadas que trabalham sensivelmente à tração. A deformabilidade elástica dos pavimentos rígidos é caracterizada pelo módulo de elasticidade (E). No caso de pavimento de concreto de cimento Portland, a deformabilidade elástica chega a ser superior a 30.000 MPa. OBS. No caso de pavimentos flexíveis de concretos asfálticos (CAUQ), a deformabilidade elástica costuma variar de 3.000 MPa até 5.000 MPa. A deformabilidade elástica da camada asfáltica dos pavimentos flexíveis é caracterizada pelo módulo de resiliência (Mr). Geralmente, os pavimentos rígidos são formados por placas de concreto de cimento Portland (com armadura ou não), as quais são apoiadas sobre uma camada de transição chamada de subbase, que se localiza sobre o subleito (ou solo de fundação do pavimento). Os pavimentos rígidos são mais utilizados em:

a) Pistas submetidas a tráfego pesado; b) Pátios (ou praças) industriais; c) Pátios de portos; d) Pistas de terminais de ônibus; c) Pátios de pedágios; e d) Pistas de aeroportos. Uma característica marcante dos pavimentos rígidos, é que o carregamento oriundo das rodas dos veículos é distribuído sobre subleito, através de uma área de grande dimensões, como mostra a Figura 1.1. Nos pavimentos rígidos a placa de concreto desempenha ao mesmo tempo o papel de revestimento e base (a qual serve para atenuar as tensões que chegam a subbase).

Figura 1.1 - Distribuição de tensões no subleito em pavimentos rígidos, a qual é realizada em uma área de grandes dimensões

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1.2 Histórico dos pavimentos rígidos ou de concreto a) Pavimentos de concreto no mundo Os registros indicam que o primeiro pavimento de concreto foi construído na Europa, na cidade universitária francesa de Grenoble, em 1876. Ainda, na Europa, a Suíça iniciou a construção de pavimentos de concreto em 1909, e até 1969 a Suíça já possuía mais de 9 milhões de metros quadrados de estradas de concreto. OBS. 9 milhões de m2 equivalem a 1.250 Km de uma pista simples com 7,2 m de largura, ou com duas faixas de 3,60 m. Na América, o primeiro pavimento rígido foi construído no estado de Ohio, EUA, para pavimentar uma avenida em 1891. Nos EUA, até 1925 já haviam sido construídos mais de 70 mil Km de rodovias pavimentadas com concreto. Dados de 1999 indicam que rodovias pavimentadas com concreto correspondem a 20% da malha pavimentada dos EUA, e 40% da malha pavimentada da Alemanha. A Figura 1.2 mostra a rodovia interestadual U.S. - 92 (pavimentada em concreto), em Deland (Flórida - EUA), após 60 anos de sua construção. Pode-se observar, na Figura 1.2, que a rodovia em questão ainda está apta para utilização.

Figura 1.2 - Rodovia interestadual U.S. - 92 (pavimentada em concreto), em

Deland (Flórida - EUA), após 60 anos de sua construção

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b) Pavimentos de concreto no Brasil No Brasil, o primeiro pavimento de concreto foi executado em 1925 ligando as cidades de Riacho Grade e Cubatão, e a estrada possuía apenas 8 Km. A primeira grande estrada de pavimento de concreto no Brasil foi iniciada em 1938 ligando Recife a Caruaru com, aproximadamente, 120 Km de extensão em pista simples. As rodovias de concreto feitas no Brasil têm apresentado alta durabilidade e alto desempenho; Por exemplo: A rodovia dos imigrantes entre São Paulo e Santos, após 30 anos de utilização necessitou apenas de substituir 6,5% do total de suas placas de concreto. Em 2005, dos 196.095 Km da malha rodoviária pavimentada do Brasil, apenas, cerca de 1% da malha era constituída de pavimentos de concreto, o que demonstra uma alta competitividade dos pavimentos flexíveis. A Figura 1.3 ilustra algumas rodovias de concreto brasileiras, onde pelo aspecto das rodovias com o tempo, pode-se verificar a alta resistência das rodovias de concreto.

Figura 3.1 - Algumas rodovias de concreto brasileiras (Av. Edson Passos; Rodovia Itaipava - Teresópolis), onde pelo aspecto das rodovias com o tempo, pode-se verificar a alta resistência das rodovias de concreto

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Figura 3.1 - Algumas rodovias de concreto brasileiras (Av. Praia da Boa Viagem), onde pelo aspecto das rodovias com o tempo, pode-se verificar a alta resistência das rodovias de concreto (continuação) 1.3 Dados importantes relacionados aos pavimentos rígidos Apesar das rodovias de concreto serem muito utilizadas para o tráfego pesado, já se observa em alguns países (Suíça, Suécia e País de Gales) a utilização de rodovias de concreto para tráfego leve. OBS. De acordo com Barros e Preussler 1985 (apud Nogami e Villibor 1995), tem-se que:

a) O tráfego é leve, quando 1,0.104 < N 1,0.105 solicitações;

b) O tráfego é pesado, quando 1,0.107 < N 5,0.107 solicitações; e c) N é o número de solicitações do eixo de 8,2 ton no período de projeto (P). As inovações tecnológicas recentes, tais como as usinas de concreto de alta produção e as vibroacabadoras de concreto de alta capacidade têm tornado o pavimento de concreto: barato, confortável e fácil de executar. A Figura 1.4 mostra uma usina de concreto de alta produção, em Tabuão da Serra - SP, a qual tem a capacidade de produzir mais de 200 m3 de concreto por hora. A Figura 1.5 mostra uma vibroacabadora de concreto de alta capacidade (modelo: GP-2600), a qual tem a capacidade de executar pavimentos de 10 m de largura, e uma produtividade de 1,5 Km de pavimento por dia. OBS. Vibroacabadora de concreto é uma máquina vibratória que executa a construção de pistas de concreto com alta produtividade (em termos de Km de pista por dia).

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Figura 1.4 - Usina de concreto de alta produção, em Tabuão da Serra - SP, a

qual tem a capacidade de produzir mais de 200 m3 de concreto por hora (http://www.concreserv.com.br/usina-de-concreto-sp/)

Figura 1.5 - Vibroacabadora de concreto de alta capacidade (modelo: GP-2600),

a qual tem a capacidade de executar pavimentos de 10 m de largura, e uma produtividade de 1,5 Km de pavimento por dia

2 Comparação entre pavimentos rígidos e flexíveis A Tabela 2.1 mostra uma comparação entre os pavimentos rígidos e os pavimentos flexíveis. Na comparação, consideram-se diversos itens de interesse rodoviário; Pode-se observar na tabela, em questão, que os pavimentos rígidos apresentam maiores vantagens sobre os pavimentos flexíveis.

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Tabela 2.1 - Comparação entre os pavimentos rígidos e os pavimentos flexíveis

OBS. De acordo com Delatte (2008), o pavimento de concreto tem vida útil de 1,5 a 2 vazes mais do que o pavimento asfáltico projetado para tráfico similar.

Item comparado Pavimento rígido Pavimento flexível

Vida útil Vida útil maior que 20 anosVida útil no máximo igual a

15 anos

Qualidade da

superfície de

rolamento

A superfície de rolamento

se mantem integra por

muitos anos

Buracos (ou panelas) e

rodeiras (ou trilha de rodas)

são problemas frequentes, e

podem causar danos aos

veículos

Resistência aos

ataques químicos

Resistente aos ataques

químicos (de óleos, graxas

e combustíveis)

Pouco resistente a ataques

químicos (de óleos, graxas e

combustíveis)

Resistência

mecânica da camada

A resistência mecânica a

tração e a resistência ao

desgaste por atrito aumenta

com o tempo

O ligante asfáltico da camada

sofre oxidação (ou

evelhecimento) com o tempo,

o que facilita o sugimento de

trincas e buracos na pista

Manunteção e

conservação

Ocorrem raramente, o que

favorece o fluxo do tráfego

Ocorrem rotineiramente, e

costumam interroper o

tráfego

Textura (ou

rugosidade) da

superfície de

rolamento

A rugosidade da superfície

oferece maior segurança

contra a derrapagem

A rugosidade da superficie é

mais lisa e pode ficar

escorgadia quando molhada

Aproveitamento da

luminosidade

Permite melhor reflexão ou

propagação da luz que

incide sobre o pavimento,

pode gerar uma economia

de 30% em gastos com

iluminação da via

A reflexão ou propagação da

luz que incide sobre o

pavimento é reduzida, pelo

fato do pavimento ser escuro

e refletir pouco a luz

Resistência ao

intemperismo

(resistência as altas

temperaturas ou as

chuvas abundantes)

Muito resistente as altas

temperaturas ou as chuvas

abundantes

As altas temperaturas ou as

chuvas abundantes podem

provocar soltura dos

agregados da camada de

rolamento

Drenagem

Praticamente impermeável;

Requer menores inclinações

transversais para escoar a

água superficial

Absorve a água com rapidez

e retém a água; Requer

maiores inclinações

transversais para escoar a

água superficial

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3 Tipos de pavimentos rígidos Atualmente, existem 7 (sete) tipos de pavimentos rígidos, os quais são: i) Pavimento de concreto simples; ii) Pavimento de concreto simples com barras de transferência de carga; iii) Pavimento de concreto com armadura descontínua e sem função estrutural; iv) Pavimento de concreto com armadura contínua e sem função estrutural; v) Pavimento estruturalmente armado; vi) Pavimento de concreto protendido; e vii) Pavimento de concreto Whitetopping. OBS(s). a) Os pavimentos dos itens i, ii, iii e iv podem ser projetados pelo método da PCA (1984), o qual será apresentado neste curso; e b) Os pavimentos dos itens i, ii, iii e iv trabalham sob atuação de esforços de tração, mas sem a utilização de armaduras para combater os esforços de tração, por isso apresentam maiores espessuras em relação ao pavimento estruturalmente armado. i) Pavimento de concreto simples Os pavimentos de concreto simples apresentam as seguintes características: a) São pavimentos formados por placas de concreto de 4 a 5 m de comprimento, e de 3 a 3,75 m de largura. b) São pavimentos em que existe uma junta de retração (ou contração) entre as placas de concreto. c) São pavimentos em que a espessura das placas de concreto costuma variar de 12 a 34 cm. OBS. Geralmente, as inclinações transversais e longitudinais da pista são dadas ainda na fase de terraplanagem, antes da construção da subbase e das placas de concreto. A Figura 3.1 ilustra um pavimento de concreto simples.

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Figura 3.1 - Pavimento de concreto simples ii) Pavimento de concreto simples com barras de transferência de carga Os pavimentos de concreto simples com barras de transferência de carga apresentam as seguintes características: a) São pavimentos formados por placas de concreto: com 4 a 5 m de comprimento; com 3 a 3,75 m de largura; e espessura, geralmente, variando entre 12 a 34 cm. b) São pavimentos em que existe uma junta de retração (ou contração) entre as placas de concreto. c) São pavimentos que apresentam barras de transferência de carga de uma placa para outra; sendo que tais barras servem para: Combater os degraus na pista, que causam desconforto ao usuário do pavimento; e Combater a ruína (destruição) do pavimento, que pode ocorrer na região da junta de retração entre as placas de concreto. A Figura 3.2 ilustra um pavimento de concreto simples com barras de transferência carga.

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Figura 3.2 - Pavimento de concreto simples com barras de transferência carga iii) Pavimento de concreto com armadura descontínua e sem função estrutural Os pavimentos de concreto com armadura descontínua e sem função estrutural apresentam as seguintes características: a) São pavimento com grande espaçamento entre as juntas de retração, a distância entre as juntas de retração pode alcançar até 30 m. b) São pavimentos formados por placas de concreto: com até 30 m de comprimento; com 3 a 5 m de largura; e espessura variando entre 12 a 34 cm. c) São pavimentos em que a armadura distribuída na parte superior da placa de concreto combate as fissuras por retração do concreto. A armadura é dita descontínua, pois antes da junta de retração entre as placas de concreto a armadura é cortada, ou seja, a armadura de uma placa não prossegue para outra placa. Neste tipo de pavimento, a armadura de retração deverá ficar posicionada no terço superior da placa, não mais de 5 cm da superfície. A Figura 3.3 ilustra um pavimento de concreto com armadura descontínua e sem função estrutural.

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Figura 3.3 - Pavimento de concreto com armadura descontínua e sem função

estrutural Dimensionamento da armadura de retração De acordo ao Manual de pavimentos rígidos (2005), quando forem projetadas placas de concreto com comprimento superior a 5 m, deverá ser colocada no pavimento de concreto uma armadura para combater os esforços de retração. A armadura de retração deverá ficar posicionada no terço superior da placa, não mais de 5 cm da superfície. A armadura de retração deverá ser de aço CA-60, e o peso específico do concreto utilizado na placa de concreto deverá ser da ordem de 24 kN/m3. Uma vez dimensionada a armadura de retração pode-se comprar no mercado as telas soldadas, o que otimiza o processo construtivo no campo. A armadura de retração disposta na placa no sentido longitudinal (AsL) é obtida pela seguinte equação: (3.1) e ainda, sendo a armadura de retração disposta na placa no sentido transversal (AsT) obtida pela seguinte equação: (3.2)

333

h.L.FAsL

333

h.L.FAs T

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em que: AsL = armadura de retração disposta na placa no sentido longitudinal (cm2/m); AsT = armadura de retração disposta na placa no sentido transversal (cm2/m); L = comprimento da placa (m); h = espessura da placa (cm); e F = coeficiente de atrito entre a placa de concreto e a subbase. OBS. O coeficiente de atrito entre a placa de concreto e a subbase (F) pode ser adotado como sendo igual a 2. A Tabela 3.1 mostra as características das telas soldadas quadradas de aço CA-60 existentes no mercado brasileiro, as quais são muito úteis para construção de pavimentos. Tabela 3.1 - Características das telas soldadas quadradas de aço CA-60

existentes no mercado brasileiro

iv) Pavimento de concreto com armadura contínua e sem função estrutural Os pavimentos de concreto com armadura contínua e sem função estrutural apresentam as seguintes características: a) São pavimentos sem as juntas de retração. b) São pavimentos formados por uma única placa de concreto com as seguintes características: Placa com sem juntas de retração; Placa com comprimento indeterminado (só depende da capacidade de execução diária); Placa com 3 a 5 m de largura; e Placa com espessura variando entre 12 a 34 cm.

Peso

Série

Desig

nação

Longit.

Tra

nsvers

.

Longit.

Tra

nsvers

.

Longit.

Tra

nsvers

.

Larg

ura

Com

prim

ento

(kg/m

2)

92 Q-92 15 15 4,20 4,20 0,92 0,92 2,45 6,00 1,48

138 Q-138 10 10 4,20 4,20 1,38 1,38 2,45 6,00 2,20

159 Q-159 10 10 4,50 4,50 1,59 1,59 2,45 6,00 2,52

196 Q-196 10 10 5,00 5,00 1,96 1,96 2,45 6,00 3,11

246 Q-246 10 10 5,60 5,60 2,46 2,46 2,45 6,00 3,91

283 Q-283 10 10 6,00 6,00 2,83 2,83 2,45 6,00 4,48

335 Q-335 15 15 8,00 8,00 3,35 3,35 2,45 6,00 5,37

396 Q-396 10 10 7,10 7,10 3,96 3,96 2,45 6,00 6,28

503 Q-503 10 10 8,00 8,00 5,03 5,03 2,45 6,00 7,97

636 Q-636 10 10 9,00 9,00 6,36 6,36 2,45 6,00 10,09

785 Q-785 10 10 10,00 10,00 7,85 7,85 2,45 6,00 12,46

Dimensões

(m)Aço CA-60

Espaçamento entre

os fios (cm)

Diâmetro dos

fios (mm)

Seções

(cm2/m)

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c) São pavimentos em que a armadura distribuída na parte superior da placa de concreto combate as fissuras por retração do concreto. A armadura é dita contínua, pois não há junta de retração, e a armadura se estende por toda placa de concreto, que forma a pista. Neste tipo de pavimento, a armadura de retração deverá ficar posicionada no terço superior da placa, não mais de 5 cm da superfície. Neste tipo de pavimento é necessário executar, apenas, juntas tipo construtivas. Neste tipo de pavimento pode ocorrer certa fissuração superficial do concreto, porém as fissuras ficam fortemente unidas devido à armadura. OBS. O tema juntas construtivas será abordado em tópico futuro. A Figura 3.4 ilustra um pavimento de concreto com armadura contínua e sem função estrutural.

Figura 3.4 - Pavimento de concreto com armadura contínua e sem função

estrutural

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v) Pavimento estruturalmente armado Os pavimentos de concreto estruturalmente armados apresentam as seguintes características: a) O pavimento apresenta armadura de tração no banzo tracionado (ou parte tracionada) da placa de concreto, ou seja, o pavimento apresenta armadura na parte inferior da linha neutra da seção da placa, a qual serve para combater os grandes esforços de tração, que atuam na parte inferior da placa. b) O pavimento de concreto estruturalmente armado apresenta espessuras reduzidas da placa de concreto, em relação aos tipos de pavimento de concreto sem armadura de tração, os quais foram descritos anteriormente (pav. de concreto simples, pav. de concreto com barras de transferência, e etc.). Não há um método internacionalmente aceito para o dimensionamento dos pavimentos de concreto estruturalmente armados. Os pavimentos de concreto estruturalmente armados, ainda são pouco utilizados. Os pavimentos estruturalmente armados geralmente apresentam placas: com 4 a 6 m de comprimento; e com 3 a 5 m de largura. A Figura 3.5 ilustra um pavimento de concreto estruturalmente armado observa-se que, além da armadura de tração no banzo ou na parte inferior da placa, também é utilizada uma armadura na parte superior a qual ajuda a absorver esforços de compressão no concreto.

Figura 3.5 - Pavimento de concreto estruturalmente armado

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vi) Pavimento de concreto protendido Protensão é o ato de se aplicar tensões de compressão no concreto durante a sua fase construtiva. O processo de protensão consiste em: Executar uma pré-tração em barras de aço; depois executar a conctretagem da placa; e, finalmente, soltar as barras de aço tracionadas, quando o concreto estiver seco. Assim sendo, o concreto fica submetido a uma tensão de compressão prévia, o que lhe confere uma maior resistência aos esforços de tração. As principais características do pavimento de concreto protendido são as seguintes: a) Possibilidade de executar placas de concreto grandes dimensões; b) Possibilidade de executar placas de concreto de pequenas espessuras; c) O pavimento de concreto protendido descarta a necessidade de juntas de contração (ou retração); e d) O pavimento de concreto protendido requer concretos com elevada resistência à compressão. vii) Pavimento de concreto Whitetopping O pavimento whitetopping (ou cobertura branca) é uma camada de concreto nova, que é executada diretamente sobre uma camada de pavimento de concreto de cimento Portland antiga, ou uma camada de pavimento de asfalto antiga. Podem ser utilizadas como camada tipo whitetopping os seguintes tipos de pavimentos de concreto: i) Pavimento de concreto simples; ii) Pavimento de concreto simples com barras de transferência de carga; iii) Pavimento de concreto com armadura descontinua e sem função estrutural; iv) Pavimento de concreto com armadura continua e sem função estrutural; v) Pavimento estruturalmente armado; e vi) Pavimento de concreto protendido. Geralmente, as camadas de pavimento tipo whitetopping apresentam pequenas espessuras, as quais variam de 5,1 a 15,2 cm. Uma das obras pioneiras em pavimento tipo whitetopping foi a pista do aeroporto JFK (John F. Kennedy), em Nova York (EUA), a qual apresentava 14 cm de espessura, e foi executada sobre uma antiga pista de concreto asfáltico. A Figura 3.6 ilustra um pavimento tipo whitetopping sendo executado sobre um pavimento antigo na rodovia entre Porto Alegre - Osório no Rio Grande do Sul.

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Figura 3.6 - Pavimento tipo whitetopping sendo executado sobre um pavimento

antigo na rodovia entre Porto Alegre - Osório no Rio Grande do Sul

4 Juntas, barras de transferência e barras de ligação de pavimentos rodoviários de concreto 4.1 Juntas transversais de pavimentos rodoviários de concreto As juntas transversais são construídas no sentido da largura da placa de concreto do pavimento, e existem os seguintes tipos de juntas transversais nos pavimentos de concreto rodoviários: a) Juntas de retração (ou contração); b) Juntas de retração com barras de transferência; c) Juntas de construção; e d) Juntas de expansão (ou de dilatação). 4.1.1 Juntas transversais de retração (ou contração) A retração (ou contração) do concreto, também chamada de retração hidráulica do concreto é caracterizada pela retração ou diminuição volumétrica do concreto, e ocorre devido à secagem do concreto; A retração ou diminuição volumétrica do concreto se deve, principalmente, pela perda de água do concreto fresco (ou recém lançado) para o meio ambiente, e não devido a reação da água com o cimento do concreto no período de cura do concreto.

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O processo de retração (ou contração) volumétrica do concreto devido a secagem (ou perda de água para o meio ambiente) do concreto fresco causa deformações de retração (ou contração) na massa de concreto, o que pode fazer surgir fissuras na massa de concreto. OBS(s). a) Cura do concreto é o conjunto de medidas para evitar a evaporação da água presente no concreto fresco (ou recém lançado), e para garantir que a água do concreto reaja com o cimento hidratando-o, o que aumenta a resistência do concreto; e b) Souza (1971) recomenda um período de cura para o concreto de 7 a 10 dias. A Figura 4.1 ilustra o surgimento de uma fissura por retração (ou contração) volumétrica em uma massa de concreto devido à secagem do concreto, ou devido a perda de água para o meio ambiente, do concreto fresco. Destaca-se que a fissura por retração (ou contração) volumétrica na massa de concreto é causada pelas tensões de retração e pelas deformações de retração do concreto.

Figura 4.1 - Processo de surgimento de uma fissura por retração (ou

contração) volumétrica em uma massa de concreto devido a secagem do concreto, ou devido a perda de água do concreto fresco para o meio ambiente

A função das juntas transversais de retração é evitar as fissuras causadas pela retração (ou contração) volumétrica do concreto devido à secagem, ou perda de água para o meio ambiente, da massa fresca (ou recém lançada).

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A junta transversal de retração é formada por meio de um corte ou ranhura na superfície do pavimento de concreto até uma profundidade (P) de: em que: P = profundidade da junta de retração transversal (cm); h = espessura ou altura da placa de concreto (cm); e DMÁX = diâmetro máximo do agregado utilizado na produção do concreto do pavimento (cm). A junta transversal de retração pode ser feita de duas maneiras, as quais são: a) A junta pode ser feita por meio da colocação de um perfil metálico ou de plástico duro; Quando concreto, ainda, se apresentar plástico (ou moldável); e b) A junta pode ser feita por meio por meio de uma serra circular com disco diamantado; Quando o concreto, já passou pela fase do seu endurecimento inicial, ou seja, a partir de 12 horas após a concretagem. A abertura da junta transversal de retração (Op) pode variar entre os seguintes valores: em que Op é a abertura da junta transversal de retração. OBS(s). a) É muito comum a utilização de juntas transversais de retração com abertura (Op) igual a 6 mm; e b) A ranhura da junta, também chamada de reservatório da junta transversal deverá ser preenchido com material selante. A Figura 4.2 ilustra juntas de retração (ou contração) abertas no pavimento de concreto, sendo uma junta aberta por meio de serragem, e uma junta aberta no concreto fresco com o uso de perfil (metálico ou de plástico duro). Pode-se observar, na Figura 4.2, que as ranhuras (ou os reservatórios) das duas juntas de retração são preenchidas com material selante; Além disso, a norma recomenda que a borda da junta aberta no concreto fresco deverá sofrer um arredondamento (este procedimento, possivelmente, é realizado para evitar pequenos degraus na pista, que são desconfortáveis ao usuário).

MÁXDP

e;cm4P

e;4/hP6/h

mm10Opmm3

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Figura 4.2 - Juntas de retração (ou contração) abertas no pavimento de

concreto, sendo: (a) uma junta aberta por meio de serragem, e (b) uma junta aberta no concreto fresco com o uso de perfil (metálico ou de plástico duro)

O espaçamento entre as juntas transversais de retração é definido com base no agregado graúdo utilizado no concreto. A Tabela 4.1 indica, com base no agregado, o espaçamento máximo recomendado para as juntas de retração transversais, para que não haja necessidade de armadura de retração. No Brasil, um espaçamento de juntas transversais de 5 m em 5 m, e um espaçamento de juntas longitudinais menor que 3,75 m, é perfeitamente adequada as nossas condições gerais (climáticas, de tráfego, etc.). A Figura 4.3 mostra a largura e o comprimento das placas de concreto, e também os espaçamentos de juntas transversais e longitudinais, que são recomendados para os pavimentos rodoviários de concreto utilizados no Brasil. OBS. A Figura 4.3 é exemplo de uma pista com 4 (quatro) faixas de tráfego; Mas, pode-se, também, construir pistas simples com duas faixas de tráfego com as placas de concreto com as dimensões recomendadas na Figura 2.3.

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Tabela 4.1 - Espaçamento máximo recomendado para as juntas de retração transversais com base no tipo de agregado graúdo utilizado no concreto, sem a necessidade de utilizar armadura de retração

Figura 4.3 - Largura e o comprimento das placas de concreto, e também os

espaçamento de juntas transversais e longitudinais, que são recomendados para os pavimentos rodoviários de concreto utilizados no Brasil

Tipo de agregado graúdo utilizado

no concreto

Espaçamento máximo recomendado

entre as juntas transversais (m)

Pedra britada granítica 5,0 m

Pedra britada calcária 5,0 m

Pedra britada sílico-calcarea 5,0 m

Pedregulho de calcáreo 5,0 m

Seixo rolado 4,5 m

Cascalho com diâmetro máximo de

19 mm4,5 m

Cascalho com diâmetro máximo

menor que 19 mm4,5 m

Escória de alto forno com diâmetro

máximo menor que 19 mm4,5 m

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4.1.2 Juntas transversais de retração (ou contração) com barras de transferência (ou passadores) i) Introdução Os pavimentos de concreto que não possuem juntas transversais de retração com barras de transferência, quando submetidos ao tráfego pesado (de caminhões, ônibus ou etc.) estão sujeitos ao deslocamento vertical de uma placa de concreto em relação à outra placa vizinha (ou escalonamento), o que causa: a) Desconforto ao usuário do pavimento devido a degraus na pista; e b) Ruína (destruição) do pavimento na região da junta entre as placas de concreto. ii) Função das juntas transversais de retração com barras de transferência As juntas transversais de retração com barras de transferência têm as seguintes funções: a) Controlar as fissuras por retração do concreto; e b) Proporcionar a transferência de parte da carga de uma placa de concreto para outra placa de concreto, diminuindo a ocorrência de degraus na pista. iii) Importância da transferência de carga de uma placa de concreto para outra placa de concerto realizado pelas barras de transferência As barras de aço de transferência localizadas na juntas de retração são importantes no pavimento de concreto, pois possibilita transferir parte da carga atuante em uma placa para outra placa de concreto (vizinha), o que evita ou diminui a ocorrência de um possível deslocamento vertical entre as placas de concreto na região da junta. Assim, as barras de transferência localizadas nas juntas de retração combatem: a) O desconforto ao usuário do pavimento devido a degraus na pista; e b) A ruína (destruição) do pavimento na região da junta entre as placas de concreto. iv) Aspectos construtivos e de dimensionamento das barras de transferência As barras de transferência são de aço liso para permitir pequenas movimentações horizontais entre as placas de concreto. O aço utilizado nas barras de transferência é o aço CA-25 tipo liso. As barras de transferência devem estar localizadas a meia altura da espessura da placa de concreto. As barras de transferência devem ser simétricas em relação a junta de retração, ou seja, metade da barra deve estar em uma placa e a outra metade da barra deve estar na placa de concreto vizinha.

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As barras de transferência devem ter metade de seu comprimento mais 2 cm não aderido ao concreto, ou seja, a barra de transferência não deve ser aderida à placa de concreto vizinha; Assim sendo, as barras devem ser pintadas e depois engraxadas antes da concretagem da placa vizinha. OBS(s). a) O fato das barras de transferência serem de aço liso e serem pintadas e depois engraxadas, permitem a movimentação horizontal de uma placa e relação a outra, e contribui para evitar fissuras nas proximidades da junta de retração das placas de concreto; e b) Escalonamento é o deslocamento vertical de uma placa de concreto em relação a outra placa vizinha. A junta de retração aberta entre as placas obedecem o procedimento já descrito no tópico anterior (tópico 4.1.1). A Figura 4.4 mostra uma barra de transferência de carga instalada logo abaixo da junta de retração, entre placas de concreto vizinhas. Pode-se observar, na Figura 4.4, que a barra de transferência de carga é simétrica em relação à junta de retração; Além disso, a barra se localiza a meia altura da espessura das placas de concreto.

Figura 4.4 - Barra de transferência de carga instalada logo abaixo da junta de

retração, entre placas de concreto vizinhas A Figura 4.5 ilustra uma placa de um pavimento de concreto com as barras de transferências de carga, as quais estão a espera da concretagem da placa de concreto vizinha.

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Figura 4.5 - Placa de um pavimento de concreto com as barras de

transferências de carga, as quais estão a espera da concretagem da placa de concreto vizinha

Quanto ao dimensionamento e distribuição das barras de transferência de carga em pavimentos de concreto. Tem-se que, para barras lisas de aço CA-25, a Tabela 4.2 fornece, em função da espessura da placa de concreto do pavimento, os valores de projeto: do diâmetro, do comprimento e do espaçamento entre as barras de transferência de carga. Tabela 4.2 - Os valores de projeto: do diâmetro, do comprimento e do

espaçamento entre as barras de transferência de carga (para barras lisas de aço CA-25)

Espessura das placas

de concreto (cm)

Diâmetro da

barra (mm)

Comprimento

da barra (cm)

Espaçamento entre

as barras (cm)

Espessura até 17 20 46 30

17,5 até 22,0 25 46 30

22,5 até 30,0 32 46 30

Espessura > 30,0 40 46 30

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A Figura 4.6 ilustra a disposição (ou organização) das barras de transferência de carga sobre a subbase, antes da concretagem das placas de um pavimento de concreto.

Figura 4.6 - Disposição (ou organização) das barras de transferência de carga

sobre a subbase, antes da concretagem das placas de um pavimento de concreto

4.1.3 Juntas transversais de retração (ou contração) inclinadas (ou oblíquas) i) introdução Na maioria dos projetos, as juntas transversais de retração são ortogonais (ou perpendiculares) ao eixo longitudinal da estrada; Contudo, é possível executar juntas de retração inclinadas em relação ao eixo longitudinal da estrada, as quais são denominadas juntas transversais de retração inclinadas (ou oblíquas). Nas juntas inclinadas o carregamento ocorre na junta com menor intensidade, pois apenas um pneu do veículo passa pela junta de cada vez.

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ii) Benefícios das juntas transversais de retração inclinadas (ou oblíquas) A utilização de juntas transversais de retração inclinadas trazem consigo os seguintes benefícios: a) Torna o rolamento do veículo na pista mais confortável, quando o veículo passa pela junta; Embora, a literatura não cite, provavelmente, porque a junta inclinada favorece a diminuição do impacto do pneu do veículo com o pequeno degrau que surge na junta quando o veículo passa. b) Aumenta a vida útil do pavimento. iii) Aspectos construtivos das juntas transversais de retração inclinadas (ou oblíquas) O afastamento lateral da extremidade da junta de retração transversal inclinada, em relação a sua posição usual, que é ortogonal (ou perpendicular) ao eixo longitudinal da estrada, deverá ser igual à La/5 ou La/6, onde La é a largura da pista. A Figura 4.7 ilustra juntas transversais de retração inclinadas executadas em um pavimento de concreto. Pode-se observar, na Figura 4.7, que o afastamento lateral da junta inclinada pode ser La/5 ou La/6 em relação à posição usual da junta transversal de retração.

Figura 4.7 - Juntas transversais de retração inclinadas executadas em um

pavimento de concreto

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Segundo a norma, devem ser tomados os seguintes cuidados ao se executar as juntas transversais inclinadas: a) A profundidade da junta de retração inclinada ou da ranhura da junta de retração inclinada deve ser aumentada em 1 cm, em relação as juntas de retração usuais, as quais são ortogonais (ou perpendiculares) em relação ao eixo da estrada. b) A execução de uma junta transversal inclinada deve ser feita com cuidado, principalmente, quando possui barras de transferência de carga. 4.2 Juntas longitudinais ou juntas no sentido longitudinal da pista 4.2.1 Juntas longitudinais sem barras de ligação As juntas longitudinais são empregadas para evitar fissuras longitudinais nas placas de concreto devido ao empenamento (ou torção) da placa de concreto, que é causado pelo tráfego de veículos. O espaçamento máximo recomendado para as juntas longitudinais sem barras de ligação é de 3,75 m, sendo que o espaçamento mais adequado para as rodovias varia de 3,50 m a 3,60 m. A Figura 4.8 mostra a largura e o comprimento das placas de concreto, e também os espaçamento máximo das juntas longitudinais sem barras de ligação e também o espaçamento das juntas transversais, que são recomendados para os pavimentos rodoviários de concreto utilizados no Brasil. OBS. A Figura 4.8 é exemplo de uma pista com 4 (quatro) faixas de tráfego; Mas, pode-se, também, construir pistas simples com duas faixas de tráfego com as placas de concreto com as dimensões recomendadas na Figura 4.3.

Figura 4.8 - Espaçamento máximo das juntas longitudinais sem barras de ligação, e também o espaçamento das juntas transversais, que são recomendados para os pavimentos rodoviários de concreto utilizados no Brasil

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A abertura da junta longitudinal sem barras de ligação (Oq) na pista pode variar entre os seguintes valores: em que Oq é a abertura da junta longitudinal sem barras de ligação. A junta longitudinal é formada por meio de um corte ou ranhura na superfície do pavimento de concreto até uma profundidade (Pq) de: em que: Pq = profundidade da junta longitudinal (cm); h = espessura ou altura da placa de concreto (cm); e DMÁX = diâmetro máximo do agregado utilizado na produção do concreto do pavimento (cm). OBS. A ranhura da junta, também chamada de reservatório da junta longitudinal sem barras de ligação deverá ser preenchido com material selante. A Figura 4.9 mostra uma junta longitudinal sem barras de ligação.

Figura 4.9 - Junta longitudinal sem barras de ligação

mm8Oqmm3

MÁXDPq

e;cm4Pq

e;4/hPq6/h

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4.2.2 Juntas longitudinais com barras de ligação (ou ligadores) i) Introdução As juntas longitudinais com barras de ligação são empregadas com as seguintes finalidades: a) Para evitar fissuras longitudinais nas placas de concreto devido ao empenamento (ou torção) da placa de concreto, que são causadas pelo peso do tráfego; e b) Para manter as placas de concreto das faixas de tráfego unidas, e livrar as mesmas de movimentos laterais, que causam fissuras longitudinais entre as placas. ii) Aspectos construtivos O espaçamento máximo recomendado para as de juntas longitudinais com barras de ligação é de 3,75 em 3,75 m. As barras de aço utilizadas nas juntas longitudinais com barras de ligação são as barras de aço nervuradas de aço CA-50. De acordo com Balbo (2009), geralmente para pavimentos de concreto com espessura entre 20 cm a 30 cm utilizam-se: a) Barras de aço CA-50 nervuradas; b) Barras com diâmetro de 1 cm; c) Barras com comprimento de 76 cm; e d) Barras espaçadas de 46 em 46 cm. Apesar da consideração de Balbo (2009), a seção de barras de aço de ligação por metro de pavimento de concreto pode ser calculada pela seguinte equação: (2.1) em que: As = seção de barras de aço necessária, por metro de comprimento da junta considerada (cm2/m); b = distância entre a junta longitudinal considerada até junta longitudinal mais próxima, ou até a borda livre (ou acostamento) da pista (m); f = coeficiente de atrito entre a placa e a subbase = 1,5 (valor geralmente adotado);

C = peso específico do concreto = 24.000 N/m3; h = espessura da placa (m); e Se = tensão de escoamento do aço da barra nervurada de ligação (MPa).

Se.200

h..f.b.3As C

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OBS(s). i) De acordo com Botelho e Marchetti (2006), tem-se as seguintes tensões de escoamento para os diversos tipos de aço: b) Para o aço CA-25 a tensão de escoamento é igual a 250 MPa; b) Para o aço CA-50 a tensão de escoamento é igual a 500 MPa; e c) Para o aço CA-60 a tensão de escoamento é igual a 600 MPa. ii) Tensão de escoamento é uma tensão de tração que produz deformações permanentes (ou irreversíveis) no aço, mas não causam a ruptura do aço, quando o mesmo é submetido à tração. O comprimento da barra de ligação nervurada, a qual é utilizada como barra de ligação em uma junta longitudinal com barras de ligação, é obtido pela seguinte equação: (2.2) em que: L = comprimento da barra de ligação nervurada, a qual é utilizada como barra de ligação em uma junta longitudinal com barras de ligação (cm); d = diâmetro da barra de ligação (cm); Tb = tensão de aderência entre aço e concreto = 2,45 MPa; e Se = tensão de escoamento do aço da barra nervurada de ligação (MPa). As barras de ligação devem situar-se a meia altura da placa de concreto. As barras de ligação devem ser simétricas em relação da junta longitudinal, ou seja, metade da barra deve está em uma placa de concreto e a outra metade da barra deve está na outra placa de concreto do pavimento. A abertura da junta longitudinal com barras de ligação (Oj) na pista pode variar entre os seguintes valores: em que Oj é a abertura da junta longitudinal com barras de ligação. A junta longitudinal com barras de ligação é formada por meio de um corte ou ranhura na superfície do pavimento de concreto até uma profundidade (Pq) de: em que: Pq = profundidade da junta longitudinal (cm); h = espessura ou altura da placa de concreto (cm); e DMÁX = diâmetro máximo do agregado utilizado na produção do concreto do pavimento (cm).

5,7Tb.3

d.Se.2L

mm10Ojmm3

MÁXDPq

e;cm4Pq

e;4/hPq6/h

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OBS. A ranhura da junta, também chamada de reservatório da junta longitudinal com barras de ligação deverá ser preenchido com material selante. A Figura 4.10 ilustra uma junta longitudinal com barras de ligação nervurada.

Figura 4.10 - Junta longitudinal com barras de ligação A Figura 4.11 mostra as barras de ligação dispostas ao logo de uma faixa de tráfego de um pavimento de concreto. Pode-se observar, na Figura 4.11, que as barras de ligação estão a espera da concretagem da faixa de tráfego do pavimento de concreto no sentido oposto, de modo que possa ser feita, após a concretagem, a junta longitudinal por meio de serragem na pista.

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Figura 4.11 - Barras de ligação dispostas ao logo de uma faixa de tráfego de

um pavimento de concreto 4.3 Juntas de construção 4.3.1 Juntas longitudinais de construção As juntas longitudinais de construção são empregadas para evitar fissuras longitudinais nas placas de concreto devido ao empenamento (ou torção) da placa de concreto, que é causado pelo tráfego de veículos. As juntas longitudinais de construção coincidem em tipo e espaçamento com as juntas longitudinais citadas anteriormente, ou seja, as juntas têm: a) A mesma abertura das juntas longitudinais com ou sem barras; b) A mesma profundidade das juntas longitudinais com ou sem barras; e c) O mesmo espaçamento das juntas longitudinais com ou sem barras. Portando, quando se executa uma junta longitudinal, com ou sem barras de ligação, também está se executando uma junta longitudinal de construção. 4.3.2 Juntas transversais de construção Existem dois tipos de juntas transversais de construção, as quais são: a) Junta transversal de construção de topo, ou junta transversal tipo planejada; e b) Junta transversal de construção tipo encaixe.

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i) Junta transversal de construção de topo, ou junta transversal tipo planejada A junta transversal de construção de topo ocorre exatamente onde, de acordo com o projeto, ocorreria uma junta transversal de retração. Quando o ciclo de concretagem termina exatamente onde, de acordo com o projeto, ocorreria uma junta transversal de retração; Então, deve ser colocada uma forma de concretagem no pavimento no ponto em que a concretagem deve parar, ou seja, a forma deve ser colocada exatamente onde deve ocorrer a junta transversal de retração entre duas placas de concreto. A Figura 4.12 ilustra uma forma de concretagem colocada no ponto que coincide com uma junta transversal de retração. Assim sendo, a junta de concretagem coincide com a junta de retração e forma a chamada junta de topo ou planejada. OBS. Quando a forma de concretagem, da Figura 4.12, for retirada, e ter início a concretagem de uma nova placa de concreto; Então, no ponto que estava a forma será formada uma junta designada de junta transversal de construção de topo, a qual coincidirá com a junta transversal de retração das duas placas.

Figura 4.12 - Uma forma de concretagem colocada no ponto que coincide com

uma junta transversal de retração (tal procedimento gera uma junta transversal de construção de topo ou planejada)

ii) Junta transversal de construção de encaixe A junta transversal de construção de encaixe ocorre antes do ponto, ou antes do alinhamento, onde, de acordo com o projeto, ocorreria uma junta transversal de retração.

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Vários são os motivos que levam a necessidade da execução de uma junta transversal de construção de encaixe; Motivos tais como: a) Atraso de chegada do equipamento de concretagem; b) Chuva durante a concretagem; c) Quebra do equipamento de concretagem; d) Etc. Na execução da junta transversal de construção de encaixe devem ser tomados os seguintes cuidados: a) Na junta transversal de construção de encaixe deverão ser dispostas as barras de ligação nervuradas, cujo método de cálculo foi descrito anteriormente; b) Na execução da junta transversal de construção de encaixe deverá ser utilizada uma forma transversal especial que gera um encaixe tipo macho. A Figura 4.13 ilustra a execução de uma junta transversal de construção de encaixe; Onde, percebe-se, na junta, a barra de ligação nervurada e a utilização da forma especial, que produz um encaixe macho. OBS(s). a) As barras de ligação nervuradas ajudam a manter unidas as partes da placa concretadas antes e depois da junta; e b) O encaixe tipo macho e ajuda a garantir a transferência da carga do tráfego para as partes da placa concretadas antes e depois da junta.

Figura 4.13 - Execução de uma junta transversal de construção de encaixe

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2.4 Juntas de expansão (ou de dilatação) Normalmente, ao longo das faixas de trânsito do pavimento de concreto, com as dimensões de placas apresentadas anteriormente, não é necessário a utilização de juntas de expansão (ou de dilatação). As juntas de expansão (ou de dilatação) são utilizadas, geralmente, nas seguintes situações: a) Nos encontros dos pavimentos de concreto com pontes; b) Nos encontros de pavimentos de concreto com edifícios; e c) Nos cruzamentos de pavimentos de concreto, ou seja, no cruzamento de vias com placas de concreto em direções distintas (também chamado de cruzamento assimétricos de vias). OBS. O processo de expansão de uma placa de concreto é um processo natural de aumento das dimensões da placa, e ocorre devido ao aumento da temperatura do material. As juntas de expansão, quando forem necessárias devem ser projetadas considerando o comprimento da placa, e também devem receber o material selante adequado para impedir a penetração de materiais incompressíveis na juntas, tais como areia ou pedregulho. OBS. A descrição de materiais selantes recomendados para juntas será feita em aula futura. As juntas de expansão podem ser feitas com ou sem barras de transferência de carga. A utilização de barras de transferência de carga na junta é justificado quando a junta está submetida a tráfego pesado (caminhões, ônibus, etc.). 4.4.1 Juntas de expansão (ou de dilatação) com barras de transferência de carga No local da junta de dilatação térmica devem ser colocadas barras de transferência de carga com as seguintes características: a) As barras de transferência devem estar localizadas a meia altura da espessura da placa de concreto. b) As barras de transferência devem ser simétricas em relação à junta de expansão, ou seja, metade da barra deve estar na placa do pavimento e a outra metade da barra deve estar na estrutura de concreto vizinha (ponte, edifício ou pavimento). c) As barras de transferência de carga são barras lisas de aço tipo CA -25. d) A Tabela 4.3 mostra a determinação do diâmetro e o comprimento da barra de transferência de carga, com base na espessura da placa do pavimento de concreto.

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Tabela 4.3 - Os valores de projeto: do diâmetro, do comprimento e do espaçamento entre as barras de transferência de carga (para barras lisas de aço CA-25)

OBS. No caso de dois pavimentos de concreto que se cruzam; Então, o diâmetro e o cumprimento das barras de transferência de carga, da Tabela 4.3, é definido com base na maior espessura de placa dos pavimentos que se cruzam. e) As barras de transferência devem ter metade de seu comprimento mais 2 cm não aderido ao concreto, ou seja, a barra de transferência não deve ser aderida à estrutura de concreto vizinha; Assim sendo, as barras devem ser pintadas e depois engraxadas antes concretagem da estrutura vizinha. f) Finalmente, deve ser colocado um capuz de expansão feito de plástico na ponta da barra de transferência de carga; O capuz de plástico permite a movimentação da barra de transferência de carga durante a expansão do concreto. OBS. O capuz (ou chepeu) de plástico deve garantir uma extensão no comprimento da barra de transferência de no mínimo 30 mm (ou 3 cm) A Figura 4.14 ilustra uma junta de expansão (ou de dilatação) com uma barra de transferência de carga e um capuz (ou chapeu) de expansão.

Figura 4.14 - Junta de expansão (ou de dilatação) com barra de transferência de carga e um capuz (ou chapeu) de expansão

Espessura das placas

de concreto (cm)

Diâmetro da

barra (mm)

Comprimento

da barra (cm)

Espaçamento entre

as barras (cm)

Espessura até 17 20 46 30

17,5 até 22,0 25 46 30

22,5 até 30,0 32 46 30

Espessura > 30,0 40 46 30

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4.4.2 Juntas de expansão (ou de dilatação) sem barras de transferência de carga Para pavimentos que não são submetidos a tráfego pesado (ônibus, caminhões e etc.), pode-se utilizar juntas de expansão (ou de dilatação) sem barras de transferência de carga. A Figura 4.15 ilustra uma junta de expansão sem barras de transferência de carga.

Figura 4.15 - Junta de expansão sem barras de transferência de carga 5 Elementos para o cálculo da dilatação térmica do concreto O cálculo da dilatação térmica é importante para o dimensionamento de juntas de expansão (ou de dilatação) em pavimentos de concreto. A dilatação térmica do comprimento dos sólidos é dada pela seguinte equação: (5.1) em que:

L = dilatação térmica do comprimento do sólido (cm);

= coeficiente de dilatação térmica linear do sólido ( 1/ oC ); L0 = comprimento inicial do sólido (cm);

t = Tf - To = variação de temperatura do sólido (oC); To = temperatura inicial do sólido (oC); e Tf = temperatura final do sólido (oC). OBS. 1/ oC, lê-se um sobre graus Celsius.

OL.t.L

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Para o concreto endurecido tem-se que o coeficiente de dilatação térmica

linear () é igual a 1,0.10-5 (1/ oC).

OBS(s). a) Para finalidades de cálculo, pode-se adotar que o coeficiente de dilatação térmica linear do concreto armado igual ao do aço; e b) De acordo com Medina (1997), a temperatura máxima que a superfície de um pavimento alcança, no verão, do Rio de Janeiro é igual a 70 oC. Referências bibliográficas ALVARENGA B.; MÁXIMO A. Curso de Física. Volume 2. Ediçao 2. São Paulo - SP:

Harper & Row do Brasil, 1986. 605p. (mais anexos) BALBO J. T. Pavimentos de concreto. São Paulo - SP: Oficina de Textos, 2009.

472p. BOTELHO M. H. C.; MARCHETTI O. Concreto armado eu te amo. Volume 1. São

Paulo - SP: Edgard Blücher, 2006. 463p. BAUER L. A. F. Materiais de construção civil. Volume 1. Edição 4. São Paulo - SP:

Livros técnicos e científicos, 1992. 435p. DELATTE N. Concrete pavement design, conservation and performance. New

York - Taylor & Francis, 2008. 372p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - DNIT

Manual de pavimentos rígidos. 2. Edição. Rio de Janeiro, 2005. 234p. FERREIRA A. B. H. Novo dicionário Aurélio da língua portuguesa. Rio de Janeiro

- RJ: Nova Fronteira, 1986. 1838p. LIMA D. C. Notas de aulas de pavimentação - Pavimentos rígidos. CIV 311.

Universidade federal de Viçosa, 2008. MEDINA J. Mecânica dos pavimentos. Rio de Janeiro - RJ: Universidade Federal

do Rio de Janeiro, 1997. 380p. SENÇO W. Manual de técnicas de pavimentação. Volume 1. São Paulo - SP: Pini,

2005. 746p. SOUZA C. A. Fabricação e propriedades do betão. Lisboa, LNEC, 1971. Foto da usina de concreto de alta produtividade.

http://www.concreserv.com.br/usina-de-concreto-sp/