Uma abordagem sobre pavimentos rígidos

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
UMA ABORDAGEM SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS - DIMENSIONAMENTO E TÉCNICAS CONSTRUTIVAS
EDUARDO SOUZA CÂNDIDO
VIÇOSA
MINAS GERAIS - BRASIL
2014

UMA ABORDAGEM SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS –
DIMENSIONAMENTO E TÉCNICAS CONSTRUTIVAS
•Concepção de uma estrutura rodoviária (Diversas Possibilidades, Influência de diversos fatores);
•Conhecimento sobre as várias tecnologias existentes;
•Pouco conhecimento sobre pavimentos rígidos;
•Custo do asfalto e a crescente intervenção da iniciativa privada na rede rodoviária (Custo Total);
INTRODUÇÃO

•Relação Custo/Benefício é vital; e
•Pavimento Rígido (Custo Total, Qualidade, durabilidade e segurança).
INTRODUÇÃO

Primeiro pavimento de concreto no mundo: Cidade: Bellefontaine, Ohio - Court Avenue. (1891) Construtor: William T. G. Snyder
HISTÓRICO

1940s - Aeroportos no NE, Aeroportos Santos Dumont (RJ) e Congonhas (SP), Av. Edson Passos (RJ), Rodovias Anchieta e Anhanguera (SP); 1950s - Vias urbanas no Rio de Janeiro, Estradas em PE e PB; 1960s - Rio-Petrópolis (RJ), Rio-Teresópolis (RJ), Itaipava- Teresópolis (RJ), vias urbanas em Porto Alegre (RS);
HISTÓRICO NO BRASIL

1970s - Interligação Anchieta-Imigrantes (SP), Rodovia dos Imigrantes (SP), Rodovia Sapucaia- Gravataí (RS), Aeroporto do Galeão (RJ); 1980s - Serra do Rio do Rastro (SC), Rodovia Pedro Taques (SP), Via Expressa de Belo Horizonte (MG), Aeroportos de Cumbica (SP) e Confins (BH);

1990s - Expansão do uso no Brasil: Av. Assis Brasil (RS), Cont. Sul de Curitiba (PR), Marginal da Rodovia Pres. Dutra (SP), 3ª faixa Interligação Anchieta-Imigrantes (SP), Programa Favela-Bairro (RJ), Rodovia SP79 (SP), Pista Descendente Rod. dos Imigrantes (SP), III Perimetral de Porto Alegre (RS), BR290 - Freeway (RS), Marginal Rod. Castello Branco (SP), Rodovia BR232 - Recife/Caruaru (PE), Rodoanel Metropolitano (SP);

2009 - Curitiba/PR: Eixo Metropolitano de Transporte – Sul

2010 - Trecho sul do Rodoanel Mário Covas que liga as rodovias Anchieta e Imigrantes

2011 - Trecho da obra de duplicação da rodovia que liga Cuiabá a Rondonópolis, na Serra de São Vicente, MT.

•Pavimento de concreto simples;
•Pavimento de concreto armado;
•Pavimento de concreto protendido; e
•Com adição de fibras, com concreto rolado ou com concreto de alta resistência.
REVESTIMENTO DE CONCRETO

•Placas;
•Juntas para controle da fissuração; e
•Sem barras de transferência x Com barras de transferência.
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES

PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES

•Armadura distribuída de forma contínua ou descontínua; ou
•Estruturalmente armados.
PAVIMENTO DE CONCRETO ARMADO

PAVIMENTO CONTINUAMENTE ARMADO

PAVIMENTO ARMADO DESCONTINUAMENTE

PAVIMENTO ESTRUTURALMENTE ARMADO

•Placa previamente comprimida;
•Reserva de tensão; ( Resistência à tração)
•Redução da espessura da placa; e
•Muito utilizado em pátios e pistas de aeroportos.
PAVIMENTO DE CONCRETO PROTENDIDO

•Durabilidade (elevada resistência mecânica e ao desgaste);
•Segurança (Reflexão da luz, Derrapagens/Tombamentos;
•Economia (Energia Elétrica e Combustível);
•Custo inicial e final competitivos; e
•Meio ambiente ( Temperatura Ambiente)
VANTAGENS

CUSTO INICIAL E FINAL COMPETITIVOS

MEIO AMBIENTE

Departamento Nacional de Estradas e Rodagem (DNER) apresenta:
•Portland Cement Association (PCA) – 1966 e 1984; e
•Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) – 1986 e 1993.
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO

•Portland Cement Association (PCA)
•PCA 1966 x PCA 1984
•O que evoluiu?
DIMENSIONAMENTO DA ESPESSURA

PCA 66: NÃO CONSIDERAVA BARRA DE TRANSFERÊNCIA
DIMENSIONAMENTO

PCA 66: NÃO CONSIDERAVA ACOSTAMENTO
DIMENSIONAMENTO

PCA 66: NÃO CONSIDERAVA EROSÃO
DIMENSIONAMENTO

DIMENSIONAMENTO FUNDAMENTOS Método Mecanístico Elementos Finitos (Tensão x Deformação) F = K x 
Geometria

VARIÁVEIS DE DIMENSIONAMENTO FADIGA EROSÃO TEMPERATURA?
DIMENSIONAMENTO - PCA 1984

1 - Cálculo do número total de cargas atuantes no pavimento durante
sua vida útil, definição dos parâmetros de dimensionamento (tipo de
acostamento, adoção ou não de barras de transferência, resistência à
tração na flexão aos 28 dias, coeficiente de recalque, fator de
segurança, tráfego esperado para cada nível de carga e período de
projeto do pavimento) e adoção de uma espessura de tentativa inicial;

2 - De posse da espessura estimada da placa (ei) e do coeficiente de
recalque do sistema (k), pode-se determinar a tensão equivalente,
dependendo da existência ou não de acostamento de concreto;
3 - Utilizando a mesma espessura (ei) e o coeficiente de recalque do
sistema (k) calcula-se o fator de erosão, de acordo com o tipo de
junta considerada e o tipo de acostamento. Com o fator de erosão e
as cargas por eixo, têm-se as repetições admissíveis, para análise por
erosão;

4 - Os fatores de fadiga podem ser determinados dividindo-se as tensões equivalentes pela resistência de projeto (fctk), com estes e as cargas por eixo, determinou-se as repetições admissíveis para promover a análise por fadiga; 5 - As repetições previstas são divididas pelas respectivas repetições admissíveis, determinadas tanto na análise por fadiga como na análise por erosão; e

CONTAGEM DE TRÁFEGO

CONSIDERAÇÕES DE PROJETO
•TAXA DE CRESCIMENTO = 3 % a.a; e
•PERÍODO DE PROJETO = 20 ANOS.

CÁLCULO DO NÚMERO TOTAL DE CARGAS Vm= V1∗ 2+ P−1T1002 Vt=365∗P∗Vm
Progressão aritimética
Tráfego inicial diário para cada tipo de eixo

TABELA DE DIMENSIONAMENTO

CONSIDERAÇÕES DE TRÁFEGO
Tipo de eixo Carga máxima
Simples 10 tf
Tandem Duplo 17 tf
Tandem Triplo 25,5 tf

DIMENSIONAMENTO

CONSIDERAÇÕES
• Fator de segurança de carga (FSC) = 1,1 Fonte: DNIT, 2005.

DIMENSIONAMENTO
Número de
repetições
admissíveis
Consumo
de fadiga
(%)
Número de
repetições
admissíveis
Danos por
erosão (%)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
10 11 - - - - -
17 18.7 - - - - -
25,5 9.35 - - - - -
Total - Total -
Eixos Tandem Duplo
Eixos Tandem Triplos
Carga por
eixo (tf)
Carga por
eixo x FSC
(tf)
Número de
repetições
previstas
Análise de fadiga Análise de Erosão
Eixos Simples

CONSIDERAÇÕES
•Estimar uma espessura de placa (ei);
•Determinar coeficiente de recalque do sistema (k) de acordo com o CBR do subleito e espessura da sub-base selecionada; e
•Tensão Equivalente, Fatores de Erosão e Fadiga.
Quadros do DNIT (2005)

MANUAL DO DNIT (2005) DETERMINANDO k
Sub base de Brita graduada (20cm).

FATOR DE FADIGA E FATOR DE EROSÃO ÁBACOS DO MANUAL DO DNIT (2005) NÚMERO ADMISSÍVEL DE REPETIÇÕES DE CARGA TABELA DE DIMENSIONAMENTO
DIMENSIONAMENTO

DIMENSIONAMENTO
Número de repetições admissíveisConsumo de fadiga (%) Número de repetições admissíveisDanos por erosão (%) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 1011909.909Ilimitado-5.000.000- 1718.728.142Ilimitado-2.800.00- 25,59.359.381Ilimitado-2.000.000- Total-Total- Eixos Tandem Triplos Eixos Tandem DuploAnálise de fadigaAnálise de ErosãoEixos SimplesCarga por eixo (tf) Carga por eixo x FSC (tf) Número de repetições previstas

DIMENSIONAMENTO FINAL (ei)
Número de repetições admissíveisConsumo de fadiga (%) Número de repetições admissíveisDanos por erosão (%) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 1011909.909Ilimitado05.000.00018.21718.728.142Ilimitado02.800.001.025,59.359.381Ilimitado02.000.0000.5Total0Total19.7Eixos Tandem Triplos Eixos Tandem DuploAnálise de fadigaAnálise de ErosãoEixos SimplesCarga por eixo (tf) Carga por eixo x FSC (tf) Número de repetições previstas

INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS Dessa forma, encontra-se as porcentagens de resistência à fadiga consumida e o dano por erosão. Assim a espessura estimada cumprirá os requisitos solicitados se as porcentagens obtidas se aproximarem ao máximo, mas não ultrapassarem 100%.
DIMENSIONAMENTO

Os principais materiais empregados:
Cimento Portland;
Agregados graúdos e miúdos;
Água; e
Aditivos.
PRODUÇÃO DO CONCRETO

Concreto usados nas obras de edifícios, pontes e outros tipos de estruturas Concreto usados em obras rodoviárias

Características específicas:
Resistência;
Variação volumétrica; e
Fissuração.

Exigências do DNIT:
Consumo de Cimento;
Resistência; e
Trabalhabilidade adequada.

ANTES DA EXECUÇÃO DO PAVIMENTO
Por isso...
é necessário que seja realizado um cuidadoso estudo do traço do concreto!

TÉCNICA CONSTRUTIVA PRODUÇÃO DO CONCRETO

TÉCNICA CONSTRUTIVA
LANÇAMENTO DO CONCRETO

ESPALHAMENTO

ADENSAMENTO

TÉCNICA CONSTRUTIVA INSERÇÃO DE BARRAS DE LIGAÇÃO CENTRAIS E LATERAIS

TÉCNICA CONSTRUTIVA BARRAS DE LIGAÇÃO CENTRAIS E LATERAIS

ACABAMENTO
Régua Acabadora (Auto Float)
Desempenadeiras Manuais

TEXTURIZAÇÃO MECÂNICA

TEXTURIZAÇÃO MANUAL

TEXTURIZAÇÃO FINAL

CURA
Película Plástica

JUNTAS
•Transversais;
•Longitudinais; e
•de Construção.

EXECUÇÃO DAS JUNTAS
Transversais
De Construção

EXECUÇÃO DAS JUNTAS
Longitudinais

Tipos de sistemas de selagem:
•A frio;
•A quente; e
•Pré-moldados.
TÉCNICA CONSTRUTIVA SELAGEM DAS JUNTAS

SELAGEM DAS JUNTAS - LIMPEZA

SELAGEM DAS JUNTAS
A Frio Pré-Moldados

TÉCNICA CONSTRUTIVA SELAGEM DAS JUNTAS
A quente

EXEMPLO
MÉTODO DA PCA (1984)

Determinar a espessura necessária (e) para concepção de um pavimento de concreto simples considerando as seguintes premissas:
EXERCÍCIO
Tabela 1: Considerações iniciais de projeto.
Período de projeto (anos)
Taxa de crescimento ao ano (%)
CBR do subleito (%)
Sub-Base de brita graduada (cm)
Resistência característica à tração na flexão (MPa)
Espessura de tentativa inicial (cm)
20
3
5,5
20
4,8
25
Obs. Junta sem barra de transferência e pavimento sem acostamento de concreto

Tabela 2: Dados de Tráfego
Tipo de Eixo
Carga Máxima (tf)
Volume médio diário de tráfego (veículos/dia)
Volume total de tráfego (veículos)
Eixo Simples
10
124,645
909909
Tandem Duplo
17
3,855
28142
Tandem Triplo
25,5
1,285
9381
Fonte: CÂNDIDO et. al (2013), p. 110.

(1) Cálculo do número total de cargas atuantes no pavimento durante sua vida útil e definição dos parâmetros de dimensionamento:
•Tipo de acostamento e adoção ou não de barras de transferência – OK
•Resistência à tração na flexão aos 28 dias – OK
•Tráfego esperado para cada nível de carga – OK
•Adoção de uma espessura de tentativa inicial (ei) - OK
SOLUÇÃO

•Fator de segurança (FS) - ?
•Coeficiente de Recalque (k) - ? FS = 1,1
SOLUÇÃO
Fonte: DNIT (2005)

k = 56 MPa/m
Fonte: DNIT (2005)
Sub-Base de Brita Graduada (20cm)

SOLUÇÃO
Número de repetições admissíveisConsumo de fadiga (%) Número de repetições admissíveisDanos por erosão (%) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 1011909.909---- 1718.728.142---- 25,59.359.381---- Total-Total- Eixos Tandem DuploEixos Tandem Triplos Carga por eixo (tf) Carga por eixo x FSC (tf) Número de repetições previstasAnálise de fadigaAnálise de ErosãoEixos Simples

(2) De posse da espessura estimada da placa (ei) e do coeficiente de recalque do sistema (k), pode-se determinar a TENSÃO EQUIVALENTE, dependendo da existência ou não de acostamento de concreto: QUADROS 12 e 13 – Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT (2005) – Páginas 101 e 102
SOLUÇÃO

QUADRO 12 - EIXOS SIMPLES E TANDEM DUPLO

QUADRO 13 - EIXOS TANDEM TRIPLOS

TENSÃO EQUIVALENTE
Tabela 1. Tensões equivalentes.
Espessura de Tentativa (cm)
Tipo de Eixo
Tensão Equivalente (MPa)
25
Simples
1,28
Tandem Duplo
1,15
Tandem Triplo
0,85

(3) Utilizando a mesma espessura (ei) e o coeficiente de recalque do sistema (k) calcula-se o FATOR DE EROSÃO, de acordo com o tipo de junta considerada e o tipo de acostamento. Com o fator de erosão e as cargas por eixo, têm-se as repetições admissíveis, para análise por erosão;
QUADROS 16 e 17 – Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT (2005) – Páginas 105 e 106.
SOLUÇÃO

QUADRO 16 – EIXOS SIMPLES E TANDEM DUPLO

QUADRO 17 – EIXOS TANDEM TRIPLOS

Tabela 2. Fatores de erosão.
Tipo de Eixo
Fator de Erosão
25
Simples
1,28
2,76
Tandem Duplo
1,15
2,97
Tandem Triplo
0,85
3,00

4 - Os fatores de fadiga podem ser determinados dividindo-se as tensões equivalentes pela resistência de projeto (fctk). FATOR DE FADIGA= TENSÃO EQUIVALENTEfctk
SOLUÇÃO

SOLUÇÃO
Tabela 3. Tensões equivalentes e fatores de erosão e fadiga para cada espessura de tentativa.
Tipo de Eixo
Fator de Erosão
Fator de Fadiga
25
Simples
1,28
2,76
0,267
Tandem Duplo
1,15
2,97
0,240
Tandem Triplo
0,85
3,00
0,177

De posse dos resultados da Tabela 3, pode-se determinar o NÚMERO DE REPETIÇÕES ADMISSÍVEIS tanto para análise por Fadiga quanto para os Danos por Erosão. Figuras 27 e 28 - Manual de pavimentos rígidos do DNIT (2005) – Páginas 113 e 114.
SOLUÇÃO

ANÁLISE POR FADIGA
(FIGURA 27)
SOLUÇÃO

Eixos Simples
Eixos Tandem Duplo
Eixos Tandem Triplo
Tipo de Eixo
Carga por eixo x FS (tf)
Fator de Fadiga
Simples
11
0,267
Tandem Duplo
18,7
0,240
Tandem Triplo
9,35
0,177

SOLUÇÃO
Número de repetições admissíveisConsumo de fadiga (%) Número de repetições admissíveisDanos por erosão (%) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 1011909.909Ilimitado--- 1718.728.142Ilimitado--- 25,59.359.381Ilimitado--- Total-Total- Eixos Tandem Triplos Eixos Tandem DuploAnálise de fadigaAnálise de ErosãoEixos SimplesCarga por eixo (tf) Carga por eixo x FSC (tf) Número de repetições previstas

5 - As repetições previstas são divididas pelas respectivas repetições
admissíveis.

SOLUÇÃO
Número de repetições admissíveisConsumo de fadiga (%) Número de repetições admissíveisDanos por erosão (%) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 1011909.909Ilimitado0-- 1718.728.142Ilimitado0-- 25,59.359.381Ilimitado0-- Total0%Total- Eixos Tandem Triplos Eixos Tandem DuploAnálise de fadigaAnálise de ErosãoEixos SimplesCarga por eixo (tf) Carga por eixo x FSC (tf) Número de repetições previstas

ANÁLISE POR EROSÃO
(FIGURA 28)
SOLUÇÃO

Eixos Simples
Eixos Tandem Duplo
Eixos Tandem Triplo
Tipo de Eixo
Carga por eixo x FS (tf)
Fator de Erosão
Simples
11
2,76
Tandem Duplo
18,7
2,97
Tandem Triplo
9,35
3,00

SOLUÇÃO FINAL (e = 25cm)
Número de repetições admissíveisConsumo de fadiga (%) Número de repetições admissíveisDanos por erosão (%) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 1011909.909Ilimitado05.000.00018.21718.728.142Ilimitado02.800.001.025,59.359.381Ilimitado02.000.0000.5Total0%Total19.7 % Eixos Tandem Triplos Eixos Tandem DuploAnálise de fadigaAnálise de ErosãoEixos SimplesCarga por eixo (tf) Carga por eixo x FSC (tf) Número de repetições previstas

Número de repetições admissíveisConsumo de fadiga (%) Número de repetições admissíveisDanos por erosão (%) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 1011909.9091.000.00090.99900.000101.101718.728.142Ilimitado-470.0005.9925,59.359.381Ilimitado-470.0002.00Total90.99Total109.09Eixos Tandem DuploEixos Tandem Triplos Carga por eixo (tf) Carga por eixo x FSC (tf) Número de repetições previstasAnálise de fadigaAnálise de ErosãoEixos Simples

Número de repetições admissíveisConsumo de fadiga (%) Número de repetições admissíveisDanos por erosão (%) (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 1011909.909ilimitado01.000.00091,01718.728.142ilimitado01.000.0002,825,59.359.381Ilimitado01.800.0000,5Total0Total94,3Eixos Tandem DuploEixos Tandem Triplos Carga por eixo (tf) Carga por eixo x FSC (tf) Número de repetições previstasAnálise de fadigaAnálise de ErosãoEixos Simples

CÂNDIDO E. S.; LANZA; R. G.; ARAGÃO, G. G. F.; CARVALHO; C. A. B.; CARVALHO, J. M. F. e LIMA, D. C. Proposta de Trecho experimental em pavimento rígido para o Campus da UFV. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Viçosa, MG. 2013.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA E TRANSPORTE. Manual de pavimentos rígidos. Rio de Janeiro, 2005.
OLIVEIRA, P. L. Projeto estrutural de pisos industriais e pavimentos rodoviários de concreto. São Carlos. Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo. 2000.
DUTRA, M. C. Pavimento de concreto. Reduzindo o Custo Social.
Disponível em: <http://viasconcretas.com.br/biblioteca/artigos/pavimento-de- concreto-reduzindo-o-custo-social/>. Acessado em 30/10/14.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

PROPOSTA DE TRECHO EXPERIMENTAL
EM PAVIMENTO RÍGIDO PARA O CAMPUS DA UFV
OBRIGADO!

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