INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Universidade Técnica de Lisboa
Concepção e Dimensionamento de Pavimentos em Blocos
Paulo Roberto da Silva Morgado
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Presidente: Prof. Doutor Joaquim Jorge da Costa Paulino Pereira
Orientador: Prof. Doutor José Manuel Coelho das Neves
Co-Orientador: Eng.º Luís Lopes dos Santos
Vogais: Doutora Ana Cristina Ferreira de Oliveira Rosado Freire
Dezembro de 2008
Agradecimentos
Este trabalho não estaria devidamente concluído sem que nele expressasse os meus
mais sinceros agradecimentos e enorme reconhecimento àqueles que de alguma forma
colaboraram no decurso da sua elaboração.
O presente trabalho foi orientado pelo Professor José Neves, Professor Auxiliar do
Instituto Superior Técnico.
Pretendo agradecer a:
Ao Professor José Neves devo a orientação, permanente incentivo, atenção e apoio
concedido, sem não esquecer o quanto tenho aprendido, tanto de trabalho como da
vida. Os meus mais profundos agradecimentos.
Agradeço ao Capitão Eng.º Luís Santos, ao Alferes Eng.º Jorge Lopes e a todo o
Grupo de Engenharia da Academia da Força Aérea (G.E.A.F.A.) pelas facilidades
criadas na utilização do equipamento necessário e pela preciosa ajuda na parte
experimental.
Aos meus amigos e colegas de trabalho, que acreditaram em mim e que me apoiaram.
Espero poder retribuir a amizade com a mesma intensidade. Muito obrigado.
À Rita Silva, sem a ternura, o amor e carinho, teria sido mais difícil cumprir esta tarefa.
Obrigado pela preciosa compreensão e apoio constante que permitiram que atingisse o
final do presente trabalho.
Por fim os que são primeiros, a minha família. Aos meus pais e irmã, obrigado por tudo.
Obrigado pelo vosso incentivo incessante, pelo apoio, pela compreensão, e acima de
tudo, pelo vosso amor.
I
Resumo
Desde a década de 1980, a indústria de pavimentos em blocos de betão – PBB – vem
crescendo em grandes proporções em todo o mundo, inclusive em Portugal. O que era um tipo
de material utilizado apenas em áreas que demandavam efeitos arquitectónicos ou
paisagísticos, deu lugar a um material único e extremamente versátil para harmonizar qualquer
tipo de pavimento, inclusive o industrial e o rodoviário, tanto esteticamente como
estruturalmente. Os blocos de betão pré-fabricados para pavimentos – BB – pelas suas
dimensões e qualidades padronizadas, bem como pela facilidade construtiva, cada vez mais
serão encarados como uma solução de pavimentação adequada, não só do ponto de vista
técnico mas também económico.
Este trabalho tem como objectivo principal dimensionar um catálogo de PBB, bem
como mostrar a evolução tecnológica e o estado do conhecimento sobre o assunto. Foram
realizados ensaios não destrutivos com um deflectómetro de impacto num pavimento
experimental, com o intuito de verificar o seu comportamento e validar o catálogo proposto.
Além
da parte experimental, também foram
resumidos os principais métodos de
dimensionamento existentes no mundo e daí concluiu-se que estes têm um comportamento
estrutural semelhante aos pavimentos flexíveis, devido ao seu travamento. Analisa-se, ainda,
os parâmetros de deformabilidade a atribuir à camada de desgaste constituída pelos BB e pela
areia. Foi também abordada a norma internacional em vigor para os BB, a norma EN
1338:2003, assim como a marcação CE dos BB.
Palavras-Chave
Infra-estruturas
Pavimentos
Blocos de Betão
Dimensionamento
II
Abstract
Since the 1980’s, the industry of concrete block pavements – CBP – has been growing
around the world, including in Portugal. This material was firstly used for architectural or
landscape purposes. Nowadays, it is being a unique and extremely versatile material capable,
to harmonize any type of pavement, including industrial and roads pavements, both esthetically
and structurally. Precast concrete blocks for pavements – CB – appear in standard shapes and
sizes, requiring high control in the manufacturing process. However, their application is quite
simple, not demanding qualified labor.
The purpose of this work is to design a CBP catalogue, as well as to demonstrate the
technological evolution and the current knowledge on this kind of pavements. Non-destructive
tests were made with the falling weight deflectometer in an experimental pavement in order to
obtain mechanical properties of pavement layers and to validate the proposed catalog. Besides
the experimental work, the main design methods were described and analyzed, and it was
concluded that the structural behavior of the CBP is similar to flexible pavements, due to its
interlock. This dissertation still discusses the stiffness that should be used in the surface course
formed by the CB and the laying course. The international standard currently in use for the CB,
EN 1338:2003, was also presented, as well as the CE marking of the CB’s.
Key-works
Infrastructure
Pavement
Concrete Blocks
Design
III
Lista de abreviaturas
AASHTO – American Association of State Highway of Transportation Officials
ABGE – Agregado Britado de Granulometria Extensa (tout-venant)
AGEC – Agregado não recomposto em central tratado com Cimento
BB – Blocos pré-fabricados de Betão para pavimentos
BCR – Betão Compactado com cilindro de Rasto liso
BD – Betão betuminoso em camada de Desgaste
BPA – British Ports Association
CEN – Committee European Standardization (Comité Europeu de Normalização)
CBR – Índice de Suporte Califórnia
d.p. – desvio padrão
FAA – Federal Aviation Administration
FWD – Falling Weigth Deflectometer
ICPI – Interlocking Concrete Pavement Institute
LCI – Load Classification Index
Mr – Módulo Resiliente
PAWL – Port Area Wheel Load
PBB – Pavimentos em Blocos de Betão pré-fabricados
Sc – Solo-cimento fabricado em central
IV
Índice
1.
INTRODUÇÃO ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.1
1.2
1.3
2.
ENQUADRAMENTO DO TEMA ----------------------------------------------------------------------------------------------- 1
OBJECTIVOS DO TRABALHO ------------------------------------------------------------------------------------------------- 2
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3
PAVIMENTOS EM BLOCOS ----------------------------------------------------------------------------------------------- 4
2.1 GENERALIDADES------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
2.2 TIPOS DE PAVIMENTOS E ÂMBITO DE APLICAÇÃO-------------------------------------------------------------------------- 4
2.2.1
Principais aplicações ------------------------------------------------------------------------------------------- 4
2.2.2
Pavimentos em edifícios --------------------------------------------------------------------------------------- 4
2.2.3
Pavimentos em zonas pedonais ----------------------------------------------------------------------------- 6
2.2.4
Pavimentos com fins decorativos --------------------------------------------------------------------------- 6
2.2.5
Pavimentos urbanos sujeitos a tráfego rodoviário ----------------------------------------------------- 7
2.2.6
Pavimentos sujeitos a tráfego rodoviário pesado ------------------------------------------------------ 8
2.2.7
Pavimentos em zonas especiais --------------------------------------------------------------------------- 10
2.3 FUNÇÕES E MATERIAIS A APLICAR NAS VÁRIAS CAMADAS --------------------------------------------------------------- 10
2.3.1
Fundação -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11
2.3.2
Camadas de sub-base e base ------------------------------------------------------------------------------ 11
2.3.3
Colchão de areia do pavimento --------------------------------------------------------------------------- 13
2.3.4
Camada de desgaste ----------------------------------------------------------------------------------------- 14
2.4 CONTROLO DE QUALIDADE ----------------------------------------------------------------------------------------------- 16
2.4.1
Aspectos gerais ------------------------------------------------------------------------------------------------ 16
2.4.2
Norma EN 1338:2003 ---------------------------------------------------------------------------------------- 16
2.4.3
Marcação CE --------------------------------------------------------------------------------------------------- 20
2.5 ASPECTOS GERAIS DE CONSTRUÇÃO -------------------------------------------------------------------------------------- 21
2.5.1
Preparação do solo de fundação -------------------------------------------------------------------------- 21
2.5.2
Espalhamento e compactação da camada de sub-base -------------------------------------------- 22
2.5.3
Espalhamento e compactação da camada de base -------------------------------------------------- 22
2.5.4
Execução dos bordos de confinamento ou remates de bordadura ------------------------------ 23
2.5.5
Espalhamento e nivelamento da camada de areia -------------------------------------------------- 24
2.5.6
Colocação dos Blocos ---------------------------------------------------------------------------------------- 25
2.5.7
Compactação do pavimento ------------------------------------------------------------------------------- 27
2.5.8
Preenchimento das juntas com areia -------------------------------------------------------------------- 28
2.5.9
Travamentos em PBB ---------------------------------------------------------------------------------------- 28
2.6 SOLICITAÇÕES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 30
2.7 DEGRADAÇÕES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 32
2.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS --------------------------------------------------------------------------------------------------- 33
3.
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO PARA PBB------------------------------------------------------------------ 34
3.1 GENERALIDADES----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 34
3.2 INGLATERRA E ESTADOS UNIDOS----------------------------------------------------------------------------------------- 34
3.2.1
Método para Pavimentos Industriais e Áreas Portuárias------------------------------------------- 35
3.2.2
Método para áreas aeroportuárias - Placas de estacionamento --------------------------------- 37
3.3 AUSTRÁLIA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38
3.4 BRASIL --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 44
3.5 DIMENSIONAMENTO PARA TRÁFEGO LIGEIRO --------------------------------------------------------------------------- 46
3.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS --------------------------------------------------------------------------------------------------- 49
V
4.
ESTUDO E MODELAÇÃO DE UM PAVIMENTO EXPERIMENTAL ---------------------------------------------- 50
4.1 GENERALIDADES----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 50
4.2 DESCRIÇÃO DO PAVIMENTO ---------------------------------------------------------------------------------------------- 50
4.3 ENSAIOS DE CARGA NO PAVIMENTO ------------------------------------------------------------------------------------- 52
4.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS DE CARGA ----------------------------------------------------------------------------------- 55
4.5 MODELAÇÃO NUMÉRICA DO PAVIMENTO EXPERIMENTAL -------------------------------------------------------------- 56
4.5.1
Modelos de comportamento dos materiais ------------------------------------------------------------ 56
4.5.2
Modelos de resposta ----------------------------------------------------------------------------------------- 57
4.6 MODELAÇÃO DO COMPORTAMENTO NOS ENSAIOS DE CARGA -------------------------------------------------------- 59
4.7 CONSIDERAÇÕES FINAIS --------------------------------------------------------------------------------------------------- 61
5.
CATÁLOGO DE PAVIMENTOS------------------------------------------------------------------------------------------ 62
5.1 GENERALIDADES----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 62
5.2 CLASSIFICAÇÃO DO TRÁFEGO --------------------------------------------------------------------------------------------- 62
5.3 CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS --------------------------------------------------------------------------------------- 64
5.3.1
Fundação do pavimento------------------------------------------------------------------------------------- 64
5.3.2
Materiais granulares ----------------------------------------------------------------------------------------- 65
5.3.3
Blocos de Betão ------------------------------------------------------------------------------------------------ 66
5.4 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO -------------------------------------------------------------------------------------- 67
5.4.1
Modelo do pavimento --------------------------------------------------------------------------------------- 67
5.4.2
Estados limites de ruína ------------------------------------------------------------------------------------- 67
5.5 PROPOSTA DE ESTRUTURAS TIPO PARA PBB ---------------------------------------------------------------------------- 69
5.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS -------------------------------------------------------------------------------------------------- 71
6.
SÍNTESE E CONCLUSÕES ------------------------------------------------------------------------------------------------ 73
6.1
6.2
6.3
SÍNTESE DO TRABALHO ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 73
PRINCIPAIS CONCLUSÕES ------------------------------------------------------------------------------------------------- 73
INVESTIGAÇÃO FUTURA --------------------------------------------------------------------------------------------------- 74
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ----------------------------------------------------------------------------------------------- 76
VI
Índice de Figuras
FIGURA 1.1 - CALÇADA ROMANA EM COIMBRA -------------------------------------------------------------------------------------- 1
FIGURA 1.2 – PAVIMENTO EM BLOCOS DE BETÃO [SOPLACAS; 2007] ----------------------------------------------------------- 2
FIGURA 2.1 - TIPOS DE COLOCAÇÃO DE BB SOBRE LAJES [ADAH; 2004] --------------------------------------------------------- 5
FIGURA 2.2 - DETALHES DA COLOCAÇÃO DE BB EM COBERTURAS PLANAS INVERTIDAS [ADAH; 2004] ------------------------- 5
FIGURA 2.3 - EXEMPLO DE PBB EM ÁREAS PEDONAIS [ARTEBEL; 2007] --------------------------------------------------------- 6
FIGURA 2.4 - EXEMPLO DE APLICAÇÃO DOS BB PARA REVESTIMENTOS VERTICAIS [ADAH; 2004]------------------------------- 6
FIGURA 2.5 - EXEMPLO DE UM PBB SUJEITO A TRÁFEGO RODOVIÁRIO [ADAH; 2004] ------------------------------------------ 7
FIGURA 2.6 - APLICAÇÕES SUJEITAS A TRÁFEGO RODOVIÁRIO: (A) ESTAÇÃO DE SERVIÇO, (B) VIAS RURAIS [ORIGINAL
BLOCOS; 2008] --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8
FIGURA 2.7 - TERMINAL DE SANTA APOLÓNIA, LISBOA [LUÍS; 1992] -------------------------------------------------------------- 9
FIGURA 2.8 - AEROPORTO INTERNACIONAL DE HONG KONG [INTERPAVE; 2008] ---------------------------------------------- 9
FIGURA 2.9 - ESTRUTURA TIPO DE UM PBB ---------------------------------------------------------------------------------------- 11
FIGURA 2.10 - ESQUEMA DO ENSAIO DE TRACÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL [CEN; 2003] ------------------------------ 18
FIGURA 2.11 - ENSAIO DE TRACÇÃO POR COMPRESSÃO - MÉTODO DA NORMA EN 1338 -------------------------------------- 19
FIGURA 2.12 - PRINCÍPIO DA MÁQUINA DE DESGASTE POR ABRASÃO [CEN; 2003]--------------------------------------------- 19
FIGURA 2.13 - EQUIPAMENTO PÊNDULO DE ATRITO [CEN; 2003] --------------------------------------------------------------- 20
FIGURA 2.14 - DISPOSIÇÃO DOS BORDOS DE CONFINAMENTO [ADAH; 2004] ------------------------------------------------- 23
FIGURA 2.15 - NIVELAMENTO DA CAMADA DE AREIA: (A) MANUALMENTE [CRUZ; 2003], (B) COM RECURSO A MEIOS
MECÂNICOS [INTERPAVE; 2008] ------------------------------------------------------------------------------------------ 24
FIGURA 2.16 - DEFORMAÇÃO DO PAVIMENTO SEGUNDO A ESPESSURA DA CAMADA DE AREIA [ADAH; 2004] --------------- 25
FIGURA 2.17 - COLOCAÇÃO DOS BB MANUALMENTE [CRUZ; 2003] E COM MEIOS MECÂNICOS [INTERPAVE; 2008] ---- 26
FIGURA 2.18 - ACERTO DOS BB JUNTO AOS BORDOS DE CONFINAMENTO [INTERPAVE; 2008]------------------------------ 26
FIGURA 2.19 - CONSTRUÇÃO DE VALETAS: (A) EM BB, (B) EM BETÃO [INTERPAVE; 2008] ---------------------------------- 27
FIGURA 2.20 - COMPACTAÇÃO DO PAVIMENTO [INTERPAVE; 2008; ADAH; 2004] ---------------------------------------- 27
FIGURA 2.21 - PREENCHIMENTO DAS JUNTAS: (A) MANUALMENTE [ADAH; 2004], (B) PREENCHIMENTO E COMPACTAÇÃO
ATRAVÉS DE MEIOS MECÂNICOS [INTERPAVE; 2008] -------------------------------------------------------------------- 28
FIGURA 2.22 - TIPOS DE TRAVAMENTO: (A) VERTICAL, (B) ROTACIONAL, (C) HORIZONTAL [BURAK; 2002] ---------------- 29
FIGURA 2.23 - MOVIMENTO DE GIRAÇÃO DOS BLOCOS DE BETÃO DA CAMADA SUPERFICIAL ------------------------------------ 30
FIGURA 2.24 - DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO INTERIOR DE UM PBB [HALLAC; 1998] --------------------------------------- 32
FIGURA 3.1 - EFEITO PROGRESSIVO DA RIGIDEZ EM FUNÇÃO DO CARREGAMENTO INICIAL [SHACKEL; 1990] ---------------- 39
FIGURA 3.2 - EFEITOS DA SOBREPOSIÇÃO DE TENSÕES ORIGINADAS PELO EIXO DOS VEÍCULOS EM PROFUNDIDADE NA
ESTRUTURA DO PAVIMENTO [SHACHEL; 2000] --------------------------------------------------------------------------- 43
FIGURA 3.3 - DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO PROCESSO DE DIMENSIONAMENTO PELO PROGRAMA LOCKPAVE [SHACHEL;
2000] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 43
FIGURA 3.4 - FLUXO DE DIMENSIONAMENTO EMPÍRICO PARA TRÁFEGO LIGEIRO – PEÕES E CARROS LIGEIROS [COOK; 1996]
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 47
FIGURA 3.5 - FLUXOGRAMA DE DIMENSIONAMENTO EMPÍRICO DE PBB PARA TRÁFEGO LIGEIRO – VEÍCULOS LIGEIROS E
POUCOS VEÍCULOS PESADOS [COOK; 1996] ------------------------------------------------------------------------------- 48
FIGURA 4.1 - LOCALIZAÇÃO DO PAVIMENTO EM ESTUDO [GOOGLE EARTH; 2008] ------------------------------------------ 51
FIGURA 4.2 - ESQUEMA DO PAVIMENTO EM ESTUDO ------------------------------------------------------------------------------ 51
FIGURA 4.3 - CAMADA DE DESGASTE EM BB HEXAGONAIS ------------------------------------------------------------------------ 51
FIGURA 4.4 – GAMADENSÍMETRO DA MARCA TROXLER --------------------------------------------------------------------------- 52
FIGURA 4.5 - ELEMENTOS QUE CONSTITUEM UM FWD [FORTUNADO; 2006] ----------------------------------------------- 52
FIGURA 4.6 - REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS COM O FWD ----------------------------------------------------------------------------- 53
FIGURA 4.7 - ENSAIO FWD (PARA VALORES NORMALIZADOS DE 40, 100 E 150 KN) ------------------------------------------ 55
FIGURA 4.8 - MODELO DE BURMISTER [NEVES; 2007 B] ------------------------------------------------------------------------ 58
FIGURA 5.1 - ESTRUTURA MULTI-CAMADAS DO PAVIMENTO ASSUMIDA PARA ANÁLISE ----------------------------------------- 67
FIGURA 5.2 - ESTADOS LIMITES DE RUÍNA NOS PBB [NEVES; 2007 A] --------------------------------------------------------- 68
FIGURA 5.3 - SECÇÕES TIPO PROPOSTAS -------------------------------------------------------------------------------------------- 70
VII
Índice de Quadros
QUADRO 2.1 - RECOMENDAÇÕES DA GRANULOMETRIA DOS AGREGADOS A USAR NAS CAMADAS DE BASE E SUB-BASE [ABCP;
2001] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
QUADRO 2.2 – RECOMENDAÇÕES PARA A GRANULOMETRIA DA AREIA A UTILIZAR NO COLCHÃO DE AREIA [CRUZ; 2003] -- 13
QUADRO 2.3 - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS BLOCOS PARA PAVIMENTOS ------------------------------------------------------- 15
QUADRO 2.4 - REQUISITOS DE PROJECTO DA NORMA EN 1338:2003 [CEN; 2003] ------------------------------------------ 20
QUADRO 3.1 - ÍNDICE DE CLASSIFICAÇÃO DE CARGA (LCI) PARA PAVIMENTOS INDUSTRIAIS DE GRANDES CARGAS [CRUZ;
2003] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37
QUADRO 3.2 - MÓDULO DOS BB DETERMINADOS ATRAVÉS DO FWD E EM ENSAIOS DE LABORATÓRIO [SHACHEL; 2000] 42
QUADRO 3.3 - FACTORES DE DRENAGEM CONSIDERADOS NO MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DO PROGRAMA DA
LOCKPAVE [SHACHEL; 2000] -------------------------------------------------------------------------------------------- 42
QUADRO 3.4 - CATEGORIAS DE TRÁFEGO PARA PAVIMENTOS [ADAH; 2004] -------------------------------------------------- 47
QUADRO 4.1 – DEFLEXÕES NORMALIZADAS E ANÁLISE ESTATÍSTICA -------------------------------------------------------------- 54
QUADRO 4.2 - VALORES PARA OS MÓDULOS DE DEFORMABILIDADE DOS VÁRIOS MATERIAIS EMPREGUES EM PAVIMENTOS-- 57
NO QUADRO 4.3 ENCONTRA-SE OS VALORES TÍPICOS PARA O COEFICIENTE DE POISSON, CONSIDERADOS PARA CADA TIPO DE
MATERIAL. [DOMINGOS; 2007] ------------------------------------------------------------------------------------------ 57
QUADRO 4.4 - VALORES TÍPICOS PARA O COEFICIENTE DE POISSON --------------------------------------------------------------- 57
QUADRO 4.5 - DADOS E RESULTADOS DA 1ª ITERAÇÃO ---------------------------------------------------------------------------- 60
QUADRO 4.6 - MÓDULOS DE DEFORMABILIDADE ESTIMADOS PARA AS VÁRIAS CAMADAS -------------------------------------- 60
QUADRO 5.1 – ELEMENTOS RELATIVOS AO TRÁFEGO ------------------------------------------------------------------------------ 64
QUADRO 5.2 - CLASSES DE FUNDAÇÃO [JAE; 1995] ------------------------------------------------------------------------------ 65
QUADRO 5.3 - CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS ADOPTADAS PARA OS MATERIAIS [JAE; 1995] ---------------------------------- 66
QUADRO 5.4 - CARACTERÍSTICAS DO TRÁFEGO ------------------------------------------------------------------------------------- 70
QUADRO 5.5 - EXTENSÕES VERTICAIS DE COMPRESSÃO ADMISSÍVEIS NO TOPO DA FUNDAÇÃO --------------------------------- 71
QUADRO 5.6 - CÁLCULO DA TENSÃO HORIZONTAL DE TRACÇÃO NA BASE DA CAMADA DE SC ----------------------------------- 71
VIII
1. Introdução
1.1 Enquadramento do tema
O pavimento é a parte da estrada ou rua, constituído por vários materiais que se
colocam sobre o terreno natural ou em aterro, com a finalidade de suportar directamente o
tráfego. A função essencial de um pavimento rodoviário é assegurar uma superfície de
rolamento que permita a circulação dos veículos com comodidade e segurança, durante um
determinado período, sob a acção das acções do tráfego, e nas condições climáticas que
ocorram. [BRANCO; 2006]
Uma das primeiras formas de pavimentação em Portugal foi a calçada romana, grande
obra de engenharia, que permitiu que vários troços tenham resistido durante séculos e se
encontrem ainda hoje em funcionamento (Figura 1.1).
Figura 1.1 - Calçada Romana em Coimbra
Actualmente um dos revestimentos utilizados na concepção de pavimentos são os
blocos de betão pré-fabricados (que doravante serão designados por BB).
SMITH, (2003) refere que, nos Estados Unidos, a cada cinco anos a área de pavimentos
em blocos de betão pré-fabricados (que doravante serão designados por PBB) quase duplica.
O que era 4 milhões de metros quadrados em 1980, em 2000 já ultrapassava a marca de 40
milhões de metros quadrados aplicados. Para 2010, o mesmo autor prevê que serão utilizados
mais de 100 milhões de metros quadrados. Os mesmos crescimentos têm sido registados na
Bélgica, Alemanha, Austrália, Nova Zelândia e África do Sul. Em Portugal não existem dados
estatísticos sobre a área pavimentada em BB.
1
A aplicação de PBB está geralmente associada a passeios e acessos a zonas
residenciais. Não menos frequente é a sua utilização em estações de serviço das gasolineiras,
a parques de estacionamento, (Figura 1.2) e, por vezes a zonas de paragem de autocarros, em
que o primeiro objectivo visado é a resistência da camada de desgaste à acção corrosiva de
derrames de carburantes.
Figura 1.2 – Pavimento em blocos de betão [SOPLACAS; 2007]
Com um comportamento estrutural semelhante aos pavimentos flexíveis, os PBB
permitem ser reparados sem deixar marcas. Trata-se de uma excelente alternativa, tanto do
ponto de vista técnico como económico, além de ser uma opção intermediária entre os
pavimentos rígidos e flexíveis.
Os PBB têm como característica principal a sua superfície antiderrapante, o que
proporciona uma maior segurança em trechos com rampas ou curvas, principalmente quando a
superfície se encontra molhada. Os BB permitem uma perfeita drenagem das águas da chuva
e, ao mesmo tempo, evitam a impermeabilização do solo, pois as juntas entre as peças
possibilitam a infiltração de uma parcela das águas incidentes, amenizando desta maneira, o
impacto ambiental. É considerado, portanto, um piso ecologicamente correcto. [ESCOLHER &
CONSTRUIR; 2007]
Estes pavimentos possuem ainda grande poder de difusão da luz solar ou artificial
(iluminação pública), apresentando menor temperatura superficial durante o dia (até 4ºC) e
melhor condição de visibilidade à noite (até 30%). Além disso, destaca-se pela grande
facilidade e velocidade de execução. Os serviços de manutenção são simples, bastando a
remoção localizada das peças e recuperação da zona danificada. [BLOCAUS; 2007]
1.2 Objectivos do trabalho
Dada a importância dos BB na pavimentação, e por ainda haver um estudo muito
limitado sobre este tema no nosso país, este trabalho tem três objectivos principais:
2
Síntese dos conhecimentos relativos ao projecto e construção dos PBB,
recorrendo a bibliografia nacional e estrangeira.
Analisar aspectos relacionados com o contributo para o melhor conhecimento
estrutural da camada de desgaste constituída por BB, nomeadamente através da
realização de ensaios de carga num pavimento experimental.
Apresentar um catálogo que reúna várias classes de tráfego e de fundação,
adequado à realidade nacional.
1.3 Estrutura da dissertação
A presente dissertação está organizada em sete capítulos, onde se inclui este,
considerações iniciais, na qual se realiza uma apresentação e enquadramento do tema e se
enunciam os objectivos da mesma.
No capítulo 2, pavimentos em blocos, descreve-se o campo de aplicação, os materiais
e as funções de cada camada do pavimento. Neste capítulo também será descrito os aspectos
gerais de concepção, as solicitações a que estão sujeitos, como é feito o controlo de qualidade
dos blocos e ainda as degradações deste tipo de pavimentos.
No capítulo 3, métodos de dimensionamento para PBB, é feita uma síntese da
bibliografia acerca dos métodos de dimensionamento existentes, realçando os conceitos mais
utilizados nos métodos investigados.
No capítulo 4, estudo e modelação de um pavimento experimental, conhece-se um
pavimento do género, no qual se realiza uma campanha de ensaios in situ. Posteriormente
procede-se à análise dos resultados dos ensaios de carga no pavimento e por fim faz-se uma
modelação numérica do mesmo pavimento.
No capítulo 5, catálogo de pavimentos, propõe-se estruturas típicas de PBB,
descrevendo-se também a classificação do tráfego, fundação e materiais. Descreve-se ainda
os critérios de dimensionamento para a obtenção das secções tipo recomendadas.
Por fim no capítulo 6, conclusões, é feita uma sinopse do trabalho desenvolvido e
apresentam-se as principais conclusões alcançadas. Neste capítulo faz-se também sugestões
para estudos futuros, que não são poucas, pois este é um dos primeiros trabalhos existentes
no nosso país sobre o assunto abordado.
3
2. Pavimentos em blocos
2.1 Generalidades
Para melhor entender a importância dos pavimentos com camada de revestimento
constituída por blocos de betão, é relevante descrever o campo de aplicação destes, as suas
vantagens, os materiais e funções de cada camada do pavimento. Neste capítulo será também
descrito os aspectos gerais de concepção, bem como as solicitações a que estão sujeitos.
O controlo de qualidade dos blocos, os estados limites de ruína e as degradações do
pavimento em estudo serão também abordados.
2.2 Tipos de pavimentos e âmbito de aplicação
2.2.1 Principais aplicações
Existe uma vasta gama de possibilidades de aplicações em que se pode usar PBB.
Quando os PBB são usados pela primeira vez, são as aplicações arquitectónicas que
predominam, mas depois, de acordo com o crescente conhecimento sobre os mesmos, estes
são empregados em áreas sujeitas a tráfego rodoviário ligeiro ou pesado.
Em seguida são apresentadas uma vasta gama de aplicações deste tipo de pavimentos,
assim como algumas das suas vantagens e desvantagens: pavimentos em edifícios,
pavimentos em zonas pedonais, pavimentos com fins decorativos, pavimentos urbanos sujeitos
a tráfego rodoviário, pavimentos sujeitos a tráfego rodoviário pesado e pavimentos em zonas
especiais.
2.2.2 Pavimentos em edifícios
Nos pavimentos em edifícios, os BB usa-se principalmente sobre lajes de betão e
coberturas planas de edifícios.
4
Com certa frequência os PBB utilizam-se para harmonizar ou unificar zonas interiores
de edifícios com jardins privados e pátios. Como se mostra na Figura 2.1, os PBB devem ser
colocados sobre uma camada de areia com 3 a 5 cm de espessura ou então sobre uma
camada de colagem (resina epóxi ou cimento cola). As juntas deverão ser inferiores a 3mm
estando correctamente preenchidas com areia seca e fina. [ADAH; 2004]
Figura 2.1 - Tipos de Colocação de BB sobre Lajes [ADAH; 2004]
Os PBB também podem ser usados em coberturas planas de edifícios, aumentando o
espaço útil utilizável.
Nestes casos e como se mostra na Figura 2.2 os BB devem ser colocados sobre uma
camada de areia com 3 a 4 cm de espessura com granulometria de 2 a 6 mm, debaixo do qual
se situa um isolante rígido (opcional) e uma membrana impermeabilizante (Tipo 1). Também é
possível colocar uma camada de brita bem graduada, usada como camada drenante (Tipo 2).
Em ambos os tipos, as juntas geralmente são tapadas com areia seca e fina, mas também é
possível estas ficarem abertas, de modo a permitir uma drenagem mais rápida da camada
inferior. Este último tem a vantagem de permitir o levantamento dos PBB para a realização de
trabalhos de limpeza e reparações na laje. [ADAH; 2004]
Figura 2.2 - Detalhes da colocação de BB em coberturas planas invertidas [ADAH; 2004]
5
2.2.3 Pavimentos em zonas pedonais
Os PBB têm sido utilizados em zonas pedonais, sempre com bons resultados
estruturais e estéticos (Figura 2.3). As principais vantagens do uso destes pavimentos em
zonas pedonais são: segurança (superfície antiderrapante), espaços esteticamente agradáveis,
boa luminosidade e impermeabilidade.
Figura 2.3 - Exemplo de PBB em áreas pedonais [ARTEBEL; 2007]
2.2.4 Pavimentos com fins decorativos
Devido às suas qualidades estéticas, os BB têm tido cada vez mais utilização em
jardins domésticos e espaços públicos. De uma forma geral qualquer BB pode ser utilizado
com resultados satisfatórios em zonas ajardinadas, mas segundo [ADAH; 2004] os
rectangulares oferecem melhores resultados, pois têm uma fácil colocação e reparação e
também podem ser colocados na vertical (Figura 2.4). Por outro lado devido ao seu arranjo de
cores e texturas estes podem ser integrados com outros materiais como a pedra e a madeira
Figura 2.4 - Exemplo de aplicação dos BB para revestimentos verticais [ADAH; 2004]
6
2.2.5 Pavimentos urbanos sujeitos a tráfego rodoviário
A possibilidade de suportar cargas elevadas e tráfego de movimento lento, associado a
baixos custos de manutenção e as virtudes estéticas dos BB, coloca este tipo de pavimentos
como uma boa alternativa para as vias urbanas, para áreas residenciais, parques de
estacionamento, terminais de autocarros, estacões de serviço, vias rurais, etc.
Quando temos PBB, pode-se aproveitar para colocar debaixo dos BB detectores de
veículos (p.e. Laços de indução) para a realização de estudos de tráfego. Estes detectores
serão colocados na camada de areia, tendo a vantagem de estarem protegidos ao choque e
facilmente podemos ter acesso a eles para a sua manutenção (Figura 2.5).
Figura 2.5 - Exemplo de um PBB sujeito a tráfego rodoviário [ADAH; 2004]
Os pavimentos, principalmente de parques de estacionamento exteriores, estão
normalmente expostos à acção do sol, chuva, gelo e neve. Ao contrário do que ocorre nos
pavimentos flexíveis em betão betuminoso, os PBB apresentam uma deteorização mínima
devido a efeitos climáticos.
As paragens de autocarros são as zonas de maior complexidade a nível de cálculo e
desenho. Normalmente circulam nestes locais veículos mais pesados em situação de paragem
e arranque, levando mais rapidamente ao aparecimento de rodeiras e deformações locais. Por
esta razão os PBB são utilizados nas paragens de autocarros, pois têm um bom
comportamento para estas circunstâncias. Acresce ainda a resistência aos derrames de
combustíveis que ai acontece, o que dificilmente se consegue com pavimentos betuminosos.
A necessidade de resistir a contínuos derrames de combustíveis e lubrificantes faz com
que os PBB sejam a melhor opção para as pavimentações das estações de serviço (Figura 2.6
(a)), desde que as juntas tenham um adequado preenchimento. Outra vantagem de usar este
7
tipo de pavimento é a sua reparação e manutenção, que permite o acesso do tráfego
imediatamente depois da finalização das obras.
Os PBB são frequentemente usados em vias rurais (Figura 2.6 (b)) principalmente na
Holanda e Alemanha. Os pavimentos podem encontra-se em zonas planas ou inclinadas, mas
também são usados em zonas montanhosas onde as superfícies são propensas ao
escorregamento do tráfego ligeiro devido a acentuadas inclinações e por vezes à presença de
gelo. [ADAH; 2004]
(a)
(b)
Figura 2.6 - Aplicações sujeitas a tráfego rodoviário: (a) Estação de serviço, (b) vias
rurais [ORIGINAL BLOCOS; 2008]
2.2.6 Pavimentos sujeitos a tráfego rodoviário pesado
A propriedade que têm os PBB de resistir a cargas concentradas, ou cargas de rodas
muito pesadas de veículos especiais tais como gruas, monta-cargas, camiões com reboque ou
tractores, faz com que estes se tornem numa opção muito interessante em pavimentos
destinados a cargas pesadas, dentro dos quais se pode contemplar os seguintes:
Pavimentos industriais
Excepto em zonas de restauração e zonas com muito pó estes pavimentos têm
tido óptimos resultados, pois nestas zonas existem grandes deformações locais, que
podem ser reparadas muito rapidamente sem que afecte o funcionamento da área. Nas
zonas de restauração e zonas com muito pó, as juntas seladas com areia não são
muito aceites devido a questões sanitárias e higiénicas. A solução será selar as juntas
com silicones especiais, se bem que neste caso há que ter em conta o factor custo –
qualidade.
8
Pavimentos portuários
Normalmente as zonas portuárias estão situadas sobre solos de baixa
capacidade, onde os assentamentos a longo prazo são importantes e as cargas por
roda muito elevadas. Esta combinação de factores faz com que PBB sejam
recomendados, pois oferecem vantagens operativas e económicas se compararmos
com outro tipo de pavimentos. Os custos iniciais são superiores se compararmos com
pavimentos rígidos, mas os custos de manutenção e reparação são muito menores,
compensando a médio e longo prazo.
Os portos de Leixões e Santa Apolónia (Figura 2.7) em Lisboa são exemplos
de utilização destes pavimentos.
Figura 2.7 - Terminal de Santa Apolónia, Lisboa [Luís; 1992]
Pavimentos aeroportuários
O uso de PBB em aeroportos limita-se a zonas de tráfego ligeiro e pouco a
pouco têm sido introduzidos no resto das zonas. Temos como exemplo os aeroportos
de Luton (Londres - Inglaterra), o de Genebra (Suíça) e o de Hong Kong (China Figura 2.8). Os PBB são adequados para esse fim devido à sua alta resistência a
cargas muito pesadas por roda, a sua resistência à torção, alta resistência a altas
temperaturas dos motores, resistência ao derrame de combustíveis e alta resistência
ao deslizamento.
Figura 2.8 - Aeroporto Internacional de Hong Kong [INTERPAVE; 2008]
9
2.2.7 Pavimentos em zonas especiais
Aplicações hidráulicas
Segundo ADAH, (2004) na Europa, Austrália e Estados Unidos da América
estes pavimentos são utilizados para estruturas hidráulicas tais como diques, muros de
contenção, revestimento de canais, entre outras aplicações.
Zonas mineiras
Graças à sua natureza modular os PBB têm-se mostrado de grande utilidade
em zonas mineiras. O facto de se poderem colocar em espaços confinados e de
poderem abrir-se ao tráfego imediatamente após a sua conclusão constitui as
vantagens destes pavimentos em relação aos outros.
Zonas agrícolas
No norte da Alemanha e Holanda os PBB estão sendo utilizados, sobretudo
nos acessos à maquinaria e em indústrias agrícolas, tais como centrais leiteiras, etc.
[ADAH; 2004].
Estes pavimentos têm a vantagem nestas zonas, pois têm maior resistência ao
desgaste, visto que as maquinarias estão em constante limpeza.
2.3 Funções e materiais a aplicar nas várias camadas
Em seguida, aborda-se os materiais a utilizar nas várias camadas de um PBB e as
respectivas funções.
Na Figura 2.9 apresenta-se um corte esquemático da estrutura tipo de um PBB, com a
designação dada às várias camadas do pavimento e da fundação.
De um modo geral, o pavimento é constituído por camadas de superfície (camada de
blocos de betão e o colchão de areia), camadas de fundação (camada de base e camada de
sub-base) e pelo solo da fundação.
10
Figura 2.9 - Estrutura tipo de um PBB
2.3.1 Fundação
A fundação da área a ser pavimentada deverá ser inspeccionada para saber se esta
será constituída pelo solo natural do local ou proveniente de empréstimo. Deve ser um solo não
expansivo.
A preparação do solo da fundação deverá estender-se para além das contenções
laterais, para assegurar que a fundação seja mantida limpa, seca e bem drenada.
A fundação será considerada adequada para “receber” a base ou a sub-base se a sua
resistência, expressa pelo índice CBR, for maior que 2% e a expansibilidade relativa menor ou
igual a 2% [ABCP; 2001]
2.3.2 Camadas de sub-base e base
A camada de base tem como função receber as tensões distribuídas pela camada de
desgaste. Deverá resistir e distribuir os esforços à camada de sub-base se esta existir ou então
para a fundação, evitando assim as deformações permanentes e a consequente deterioração
do pavimento. [MÜLLER; 2005]
A existência ou não da camada de sub-base estará dependente do dimensionamento
do pavimento.
Os materiais a aplicar nestas camadas deverão ser preferencialmente tout-venant ou
solo-cimento. Devem ser tomadas precauções de rotina para evitar a segregação desses
materiais durante o transporte, descarga e espalhamento. O fundamental é que estejam
11
limpos, livres de lodo, pó e sujeira e que estejam bem graduados, ou seja que tenham grãos de
diversos tamanhos (até um máximo de 50mm), para que ao serem compactados se obtenha
um bom arranjo entre eles. A falta de uniformidade pode levar a assentamentos irregulares. O
próximo quadro apresenta uma granulometria recomendada para a brita. [ABCP; 2001]
Quadro 2.1 - Recomendações da granulometria dos agregados a usar nas camadas de
base e sub-base [ABCP; 2001]
Granulometria a ser utilizada nas
camadas de base e sub-base
% retida
Peneiro
(mm)
Base
Sub-base
50
0
-
25
10 a 25
0
9,5
25 a 60
50 a 85
4,8
40 a 70
35 a 65
2,0
55 a 80
25 a 50
0,4
70 a 85
15 a 30
0,075
85 a 95
85 a 95
A camada de base deverá ainda ter as seguintes características: [ABCP; 2001]
CBR ≥ 8%
Expansibilidade ≤ 0,5%
Limite de liquidez ≤ 25%
Índice de plasticidade ≤ 6%
A compactação representa um dos procedimentos cruciais da construção para
qualquer tipo de pavimento flexível. No caso de PBB a deficiente compactação é uma das
causas para o insucesso do pavimento. Por essa razão devem ser tomadas precauções para
que sejam atendidos os requisitos mínimos. A compactação tem como objectivo acomodar os
diferentes tamanhos dos grãos para que a camada se torne o mais densa e resistente possível.
[ABCP; 2001]
Outro aspecto a ter em conta deverá ser a superfície da camada de base que deverá
ser o mais fechada possível, ou seja com o mínimo de vazios, para não haver perda de areia
do colchão do pavimento.
A camada de base também poderá ser constituída por betão pobre ou por betão de alta
qualidade, caso o pavimento esteja sujeito a cargas muito elevadas.
12
2.3.3 Colchão de areia do pavimento
A almofada ou colchão será constituída por areia, com espessuras que variam de 3 a 5
cm.
O principal objectivo do colchão de areia do pavimento é a de servir de apoio ao
assentamento dos BB. A espessura e a qualidade da areia utilizada influi directamente no
desempenho final do pavimento. O comportamento estrutural dos BB está directamente ligado
à espessura da camada, à granulometria e ao índice de forma dos grãos. [MÜLLER; 2005]
Uma característica que influencia negativamente o desempenho da almofada é a
presença de silte e argila na areia. Trabalhos já realizados anteriormente confirmam que a
presença de partículas com diâmetros abaixo de 75 µm provoca perdas de reajustamento e
desnível entre os blocos, além de conduzir a um endurecimento exagerado nesta camada.
Para se evitar a presença destes materiais deve-se lavar a areia com água e evitar o contacto
desta com o solo [MÜLLER; 2005]. Segundo ACC, (1983) a areia não deve conter mais que 3%
em peso de silte e argila, e ser isenta de sais destrutivos e/ou contaminantes.
No Quadro 2.2 apresenta-se a composição granulométrica da areia a ser utilizada no
colchão em alguns países. Nos Estados Unidos e no Canadá as especificações não fazem
referência à forma dos grãos da areia utilizada, apesar de ser recomendada a utilização de
grãos angulares ou pontiagudos. [CRUZ; 2003]
Quadro 2.2 – Recomendações para a granulometria da areia a utilizar no colchão de areia
[CRUZ; 2003]
Granulometria da areia a ser utilizada no colchão
Peneiro
Austrália
Inglaterra
(mm)
África do Sul
E.U.A.
Canadá
% que passa
9,52
100
100
100
100
100
4,75
95 a 100
90 a 100
90 a 100
95 a 100
95 a 100
2,36
80 a 100
75 a 100
75 a 100
85 a 100
80 a 100
1,18
50 a 85
55 a 90
55 a 90
50 a 85
50 a 90
0,60
25 a 60
35 a 59
35 a 70
25 a 60
25 a 65
0,30
10 a 30
8 a 30
8 a 35
10 a 30
10 a 35
0,150
5 a 15
0 a 10
1 a 10
2 a 10
2 a 10
0,075
0
0a3
0a3
0
0
13
2.3.4 Camada de desgaste
A camada de revestimento constituída pelos BB estabelece a condição de conforto ao
utente, durabilidade do pavimento e contribui decisivamente para a função estrutural do
pavimento (distribuição de tensões) por intermédio das suas características de travamento,
além de suportar as tensões de corte superficiais de contacto das rodas dos veículos.
A capacidade de distribuição dos esforços da camada de desgaste depende
essencialmente da espessura, formato e arranjo dos BB.
Os BB podem ter espessuras que variam desde os 5,5 cm aos 10 cm, podendo mesmo
chegar aos 12 cm. Estes deverão ter as seguintes características [CETUR; 1998]:
Coeficiente de absorção de água, máximo de 5%.
Resistência à rotura (compressão diametral), mínimo de 40 kg/cm2.
Resistência à abrasão, comprimento médio de impressão, máximo de 22 mm.
A resistência à compressão dos blocos de betão deve ser definida em projecto,
2
mas o seu valor não deve ser inferior a 500 kg/cm .
No Quadro 2.3 são apresentados as características físicas e figuras de grande parte
dos BB mais comuns existentes em Portugal, de acordo com a norma EN 1338:2004. De referir
que existem BB nas mais variadas cores. [ARTEBEL; 2007; PRESDOURO; 2007; SOPLACAS;
2007]
14
Quadro 2.3 - Características físicas dos blocos para pavimentos
Nome dos
Blocos
Hexagonais
"UNICOLOC"
“Uni”
Dimensões (mm)
Figura
L
L1
L2
B
Massa
e
volúmica
(kg/m2)
-
Unidades
por m2
195
97
170
55
120
38
-
-
225
100
225
26
-
-
60
135
11
2,
5
22
112,
5
5
Rectan-
10
gulares
0
-
-
-
-
-
-
-
-
200
39
80
175
100
225
55
130
80
175
50
“Delta”
-
200
100
200
60
135
38
“Uni-Decor”
-
140
90
230
60
130
36
-
-
165
60
135
-
-
80
175
Perfil "I"
20
0
e – espessura
15
35
2.4 Controlo de qualidade
2.4.1 Aspectos gerais
O sistema de garantia da qualidade apoia-se, fundamentalmente, em normas e
recomendações técnicas, impostas às soluções projectadas e aos materiais utilizáveis, num
plano de trabalhos rigoroso e no respectivo controlo de execução, e num sistema de controlo
da qualidade, constituído, fundamentalmente, por estudos prévios de formulação e ensaios em
laboratório e em obra.
O sistema do controlo de qualidade visa, fundamentalmente, assegurar o cumprimento
das prescrições contratuais e particularmente, o respeito das especificações técnicas do
projecto, de modo a garantir que os parâmetros funcionais de segurança e conforto do futuro
pavimento sejam garantidas.
Visa pois a garantia do respeito das secções projectadas e consequentemente, das
espessuras e das regularidades longitudinal e transversal, e que dependem em última análise,
da homogeneidade da colocação da camada superficial em obra. Esta por sua vez resulta
directamente dos equipamentos utilizados e da fiabilidade destes, na uniformidade e
compactação das camadas inferiores e muito particularmente da experiência do pessoal na
utilização dos equipamentos e colocação manual dos BB, se for o caso.
O esquema de controlo utilizado, que é devidamente ajustado, função da maior
qualificação e fiabilidade com que a produção e colocação em obra decorre, abrangendo, pois
os objectivos descritos, bem como:
Recolha de amostras para controlo das granulometrias dos agregados, módulo
de finura e teor de água das areias, etc.
Requisitos e métodos de ensaio dos blocos prefabricados de betão para PBB de
acordo com a norma Europeia EN1338:2003.
2.4.2 Norma EN 1338:2003
Entende-se por norma como sendo uma especificação aprovada por um organismo de
normalização. As normas são voluntárias, excepto se são impostas pela legislação.
16
Em 1993 foi elaborado pelo CEN o projecto de uma norma dedicada exclusivamente
para BB, identificada como ENV 1338 – Concrete Paving Blocks – Requirements and Test
Methods, a serem utilizados em áreas como: calçadas, áreas urbanas das cidades, ciclovias,
estacionamentos, estradas principais e secundárias, áreas industriais como portos e terminais
de carga, aeroportos, paragens de autocarros e postos de gasolina.
Em 2003 a norma deixou de uma ENV 1338 (pré-norma), passando a ser norma EN
1338:2003
A norma EN 1338:2003 diferencia-se das outras normas internacionais principalmente
por incorporar um sistema no processo de fabricação dos BB que possibilita ao produtor
garantir um sistema adequado de qualidade dos produtos fabricados e remetidos para os
respectivos clientes, de acordo com as normas específicas dos países produtores e do CEN.
A norma consta de três partes interligadas, sendo a primeira parte destinada às
definições gerais e requisitos de materiais e produtos fabricados (Capítulos 3, 4 e 5). A
segunda parte trata da avaliação da conformidade dos produtos produzidos e critérios de
atendimento aos requisitos especificados (Capítulos 6 e 7). Consta ainda na norma o capítulo 8
e doze anexos que descrevem a metodologia dos ensaios que são requeridos no capítulo 5.
Alguns destes ensaios já foram relatados anteriormente, aquando da função e materiais
aplicados na camada de desgaste.
De seguida são apresentados os títulos dos 9 capítulos, bem como dos seus respectivos
12 anexos [CEN; 2003]:
1. Campo de aplicação
2. Referências normativas
3. Termos e definições
4. Requisitos dos materiais
5. Requisitos dos produtos
6. Avaliação dos critérios de conformidade
7. Marcação, rotulagem e embalagem
8. Relatório dos ensaios
Os 12 anexos são:
Anexo A (informativo) Sistemas de inspecção;
Anexo B (normativo) Procedimento dos testes para aceitação da remessa no
acto de entrega;
Anexo C (normativo) Medição das dimensões de um bloco simples;
17
Anexo D (normativo) Determinação da resistência a ciclos de gelo/degelo com
sal de descongelação;
Anexo E (normativo) Determinação da absorção total de água;
Anexo F (normativo) Medição da força
Anexo G (normativo) Medição da resistência ao desgaste por abrasão;
Anexo H (normativo) Medição da resistência à abrasão, de acordo com o teste
Böhme;
Anexo I (normativo) Medição do valor da resistência ao escorregamento em
superfícies não polidas (USRV);
Anexo J (normativo) Verificação dos aspectos visuais;
Anexo K (informativo) Exemplo da aplicação do método de controlo da
conformidade por variáveis da tensão de rotura;
Anexo ZA (informativo) Secções desta Norma Europeia relativas às disposições
da Directiva EU “Produtos de Construção”
Seguidamente são apresentados alguns dos ensaios que se podem realizar nos BB
segundo a norma europeia EN 1338:2003:
O ensaio de resistência adoptado é o de tracção por compressão diametral, em que o
valor médio da tensão de rotura terá de ser superior a 3,6MPa. Este ensaio tem uma vantagem
quando comparado com o ensaio à compressão, pois não é necessário utilizar pratos
superiormente e inferiormente, mas apenas um espaçador de madeira. A Figura 2.10 mostra
um esquema do ensaio, e a Figura 2.11 uma foto do dispositivo para a realização do ensaio.
Figura 2.10 - Esquema do ensaio de tracção por compressão diametral [CEN; 2003]
18
Figura 2.11 - Ensaio de tracção por compressão - método da norma EN 1338
O ensaio de resistência ao desgaste por abrasão consiste na abrasão da face superior
de uma placa com um material abrasivo, em condições normalizadas. O material abrasivo
utilizado neste ensaio é o corindo (alumina branca fundida). Este material nunca poderá ser
usado mais do que três vezes.
A máquina de desgaste por abrasão está representada na Figura 2.12.
Figura 2.12 - Princípio da máquina de desgaste por abrasão [CEN; 2003]
A medição do valor da resistência ao atrito em superfícies não polidas (USRV) num
provete é efectuada através da utilização do pêndulo de atrito, para se avaliarem as
propriedades de atrito da superfície do provete. O equipamento para esta medição mostra-se
na Figura 2.13.
19
Figura 2.13 - Equipamento pêndulo de atrito [CEN; 2003]
Os ensaios especificados na EN 1338:2003 que determinam a conformidade dos BB
estão listados no Quadro 2.4.
Quadro 2.4 - Requisitos de projecto da norma EN 1338:2003 [CEN; 2003]
Requisito
Limites aceitáveis
2
Média de 3 resultados < 1,0 kg/m e
Resistência a ciclos de gelo/degelo
nenhum resultado individual > 1,5 kg/m
Absorção total de água
< 6%
Nenhum resultado individual < 3,6MPa e a
Resistência à tracção por compressão
carga de ruptura < 250 N/mm
≤ 23 – Ensaio com disco metálico
Resistência ao desgaste por abrasão
3
> 45
Nenhum bloco deve apresentar fissuras,
Aspectos visuais – Textura e cor
Dimensional (mm)
2
≤ 20 cm / 50 cm – Disco de Böhme
Resistência ao escorregamento
Tolerância
2
quebras ou laminação
Altura da peça
Comprimento
Largura
Altura
< 100 mm
±2
±2
±3
> 100 mm
±3
±3
±4
2.4.3 Marcação CE
Para os BB serem incorporados ou aplicados de forma permanente em obra terão de
possuir marcação CE, ou seja têm de ter uma garantia escrita, dada por uma terceira parte
20
acreditada, de que o produto está em conformidade com a legislação. Assim, a marcação CE
apenas indica que o produto é avaliado face a um conjunto mínimo de requisitos, definidos,
para o caso dos BB, no anexo informativo ZA (parte harmonizada) da norma EN 1338:2003.
A aposição da marcação CE é da responsabilidade do fabricante ou dos seus agentes
ou representantes autorizados estabelecidos no espaço económico europeu, e deve ser aposta
na sequência da aplicação dos mecanismos descritos na directiva ou directivas aplicáveis,
complementados por decisões comunitárias. A marcação CE deve ser colocada de forma
visível, facilmente legível e indelével, no próprio produto, num rótulo nele fixado, na respectiva
embalagem ou nos documentos comerciais de acompanhamento.
Resumindo, os BB para possuírem marcação CE terão de ter uma declaração do
fabricante e um certificado de conformidade CE redigido na língua do estado-membro de
destino do produto. [JOUE; 2008]
2.5 Aspectos gerais de construção
Neste sub-capítulo descreve-se os passos a seguir na construção de um PBB. De
realçar que os aspectos construtivos de preparação da fundação e compactação das camadas
de base e sub-base são comuns a qualquer tipo de pavimento flexível, enquanto que as
restantes camadas são particulares do pavimento em questão.
Para a escrita deste sub-capítulo consultou-se o manual espanhol de BB [ADAH; 2004].
2.5.1 Preparação do solo de fundação
A preparação do solo de fundação consiste na escavação ou aterro para se obter a
cota de projecto definida nos estudos preliminares. Convém que as restantes camadas sejam
de espessura constante, pelo que a fundação já deverá alcançar o perfil do traçado do
pavimento (inclinações transversais).
Em seguida, deve-se compactar adequadamente a fundação por forma a garantir a
capacidade de suporte exigida no projecto. O comportamento do terreno natural deve ser o
mais uniforme possível, pelo que convém retirar as zonas brandas e substituí-las por terreno
adequado.
21
Se o terreno de fundação original não possuir as características de suporte
necessárias, deverá proceder-se ao tratamento do mesmo com cimento e/ou cal ou até
substitui-lo por solos mais adequados.
A superfície acabada não deverá variar em mais de 15-20 mm, o que se verifica com
uma régua de 3 metros aplicada tanto paralela, como normalmente ao eixo da via. Ainda
menos poderá haver zonas capazes de reter a água.
2.5.2 Espalhamento e compactação da camada de sub-base
Uma vez verificada a fundação, procede-se ao espalhamento da sub-base em
camadas de espessura adequada, para que, com os meios disponíveis, se obtenha em toda a
espessura o grau de compactação exigido.
Continuar-se-á a compactação até alcançar um grau de compactação correspondente
a 95% do ensaio Proctor modificado.
A superfície acabada não deverá baixar do valor teórico em nenhum ponto, nem diferir
dele em mais de 1/5 da espessura prevista no caderno de encargos do IEP – Instituto de
Estradas de Portugal para a sub-base granular. A superfície acabada não deverá variar mais
de 10 mm, quando verificada com uma régua de 3 metros aplicada tanto paralela, como
normalmente ao eixo da via.
2.5.3 Espalhamento e compactação da camada de base
Deve-se distinguir entre as bases granulares ABGE ou as bases em betão pobre. No
caso de ser ABGE, o espalhamento realiza-se de forma análoga à da sub-base, mas com grau
de compactação maior, que deve alcançar 98% do ensaio Proctor modificado, no caso de
tráfego ligeiro, e os 100%, para o tráfego pesado e médio. As tolerâncias na superfície acabada
também coincidem com as expostas para a sub-base granular.
Se a base for em betão pobre, a colocação em obra é análoga à do betão vibrado em
pavimentos rígidos. A cura realiza-se preferencialmente com produtos filmógenos que evitam a
perda de água no primeiro período de endurecimento do betão.
22
As únicas juntas a realizar serão juntas de trabalho, tanto longitudinais como
transversais. Estas últimas, no caso de redes viárias, dispõem-se perpendiculares ao eixo. Não
se selará nenhuma junta.
A regularidade superficial de cada lote de betão pobre terá de ser controlada nas 24
horas seguintes à sua execução. A superfície acabada não deverá baixar do valor teórico em
nenhum ponto, nem ficar abaixo do mesmo mais de 30 mm. Contudo, não deverá variar mais
de 10 mm, quando verificada com uma régua de 3 metros aplicada tanto paralela, como
normalmente ao eixo da estrada.
2.5.4 Execução dos bordos de confinamento ou remates de bordadura
Os pavimentos de blocos requerem elementos que os confinem para evitar
deslocamentos das peças, abertura das juntas e perda de travamento entre blocos. Estes
elementos devem colocar-se antes dos blocos (Figura 2.14); se se optar por colocar esses
elementos depois, devem limitar-se as cargas sobre o pavimento numa distância de aproximadamente 1 metro, a contar do limite não confinado.
Neste caso, antes de construir o lancil, verificar-se-á a correcta posição dos blocos,
procedendo-se à reconstrução dos mesmos em caso de necessidade.
O lancil deve apoiar-se, no mínimo, 15 cm abaixo do nível inferior dos blocos, para
poder garantir a fixação desejada. [ADAH; 2004]
Figura 2.14 - Disposição dos bordos de confinamento [ADAH; 2004]
23
2.5.5 Espalhamento e nivelamento da camada de areia
Constitui o elemento fundamental que vai incidir sobre o comportamento do pavimento.
Deve depositar-se cuidadosamente, com o objectivo de se conseguir uma camada
uniforme no que respeita a comportamento e, como consequência, em espessura, já que não
se compacta senão após a colocação dos blocos. Para isso, pode utilizar-se uma régua mestra
de nivelamento com guias longitudinais (Figura 2.15 (a)), ou então com recurso a meios
mecânicos (Figura 2.15 (b)).
Não se pode pisar a areia já nivelada, pois a colocação dos blocos realiza-se com a
camada concluída. Também não se deve encher de areia intervalos muito grandes de cada
vez, para não se desperdiçar tanto material e planeia-se melhor o trabalho com intervalos de 3
ou 4 metros.
(a)
(b)
Figura 2.15 - Nivelamento da camada de areia: (a) manualmente [CRUZ; 2003], (b) com
recurso a meios mecânicos [INTERPAVE; 2008]
A espessura final desta camada, uma vez colocados os blocos e vibrado o pavimento,
deve estar compreendida entre 3 e 5 cm (Figura 2.16).
24
Figura 2.16 - Deformação do pavimento segundo a espessura da camada de areia
[ADAH; 2004]
2.5.6 Colocação dos Blocos
Embora se tenham desenvolvido meios mecânicos para este fim, actualmente a
colocação manual continua sendo o processo mais usual nesta actividade. O seu rendimento
2
2
oscila entre 60 m /dia/homem e 110 m /dia/homem conforme o planeamento da obra (Figura
2.17 (a)). Utilizando meios mecânicos do tipo manual, o rendimento sobe até 140
2
2
m /dia/homem, chegando até 200 m /dia/homem no caso de maquinaria mais completa (Figura
2.17 (b)). Deve ter-se em conta que, dependendo do desenho escolhido em planta para a
combinação dos blocos, pode não ser viável o uso de um processo mecânico. Este facto, a
juntar ao custo de alguns equipamentos, explica porque a colocação manual continua a utilizarse em mais de 90% dos casos.
25
(a)
(b)
Figura 2.17 - Colocação dos BB manualmente [CRUZ; 2003] e com meios mecânicos
[INTERPAVE; 2008]
Os blocos colocam-se sem nenhum tipo de ligante. As juntas devem preencher-se com
areia, tal como se explica posteriormente. A sua espessura ideal oscila entre 2 e 3mm.
Todos os blocos devem ficar nivelados, garantindo-se que não existam diferenças de
mais de 1 centímetro, quando se verifica a superfície com uma régua de 3 metros, aplicada
tanto paralela, como normalmente ao eixo da via. No caso em que se apresentem diferenças
maiores, é necessário corrigir a colocação da areia. A diferença de nível entre dois blocos
adjacentes não deve diferir em mais de 2 mm.
O acerto entre os blocos e os bordos de confinamento faz-se com partes de blocos
bem cortadas (Figura 2.18). Se a distância entre o bloco e a linha de confinamento é menor
que 4 cm, não se usam blocos, mas preenche-se o espaço com uma mistura feita com 3 ou 4
partes de areia e uma de cimento.
Figura 2.18 - Acerto dos BB junto aos bordos de confinamento [INTERPAVE; 2008]
No caso de existirem, no interior da área a pavimentar, caixas de visita, sumidouros ou
valetas em BB (Figura 2.19 (a)) ou em betão de cimento (Figura 2.19 (b)), os acertos dos blocos fazem-se da mesma forma que com os lancis ou bordos de confinamento.
26
(a)
(b)
Figura 2.19 - Construção de valetas: (a) em BB, (b) em betão [INTERPAVE; 2008]
2.5.7 Compactação do pavimento
Uma vez terminada a colocação dos blocos numa zona que deva ser utilizada (p. ex.
cargas de obra), ou quando se vai suspender o trabalho, é necessário efectuar a compactação
com compactação da superfície construída, seja com um vibrador de placa ou mediante o uso
de um pilão, no caso de não se dispor daquele aparelho.
Este trabalho faz-se até à distância de 1 metro relativamente ao bordo em que se
suspenderá o trabalho, ou em relação ao qual não se tenha construído o bordo de
confinamento, para evitar que os blocos se desloquem da sua posição.
Quando se dispõe de vibrador de placa (Figura 2.20), basta passar com a máquina
duas ou três vezes sobre a zona construída. Quando a compactação se faz com pilões,
martela-se cada bloco até que ele penetre aproximadamente 1 cm na camada de areia.
Figura 2.20 - Compactação do pavimento [INTERPAVE; 2008; ADAH; 2004]
27
2.5.8 Preenchimento das juntas com areia
Este trabalho é particularmente importante para garantir um bom comportamento do
PBB. Realiza-se espalhando sobre a superfície do pavimento uma areia fina e seca no
momento da colocação.
Posteriormente, com uma escova dura ou com uma vassoura manual (Figura 2.21 (a))
ou mecânica (Figura 2.21 (b)), varre-se para que a areia entre nos espaços deixados entre os
blocos, ao mesmo tempo que se faz uma compactação final que assegure o melhor
enchimento das juntas. A areia que sobra sobre o pavimento deve retirar-se, varrendo, e não
por lavagem com água. Não se deve terminar o dia sem completar a compactação e
preenchimento do pavimento executado, pois a chuva pode danificá-lo.
(a)
(b)
Figura 2.21 - Preenchimento das juntas: (a) manualmente [ADAH; 2004], (b)
preenchimento e compactação através de meios mecânicos [INTERPAVE; 2008]
Uma vez terminado o trabalho de colocação da areia de preenchimento, e se existem
os lancis ou bordos de confinamento necessários, pode permitir-se a passagem de veículos
imediatamente.
2.5.9 Travamentos em PBB
Pode definir-se travamento como sendo a característica que um PBB tem de resistir a
esforços de deslocamentos individuais das peças, sendo estes verticais, horizontais, de
rotação e de giração em torno dos blocos vizinhos. [HALLAC; 1998]
Para alcançar o travamento adequado indispensável ao seu desempenho, os
pavimentos de blocos pré-fabricados de betão necessitam de algum tipo de contenção lateral.
28
Um bom travamento confere aos blocos de betão a capacidade de transmitir as cargas
superficiais aplicadas em pequenas áreas, para áreas mais extensas nas camadas de base,
mantendo as tensões no leito do pavimento dentro dos limites admissíveis. [HALLAC; 1998]
A propriedade de distribuição das cargas vai melhorando com o tempo de utilização do
pavimento. Chega-se progressivamente a um estado de travamento total, a camada de
rolamento vai adquirindo maior rigidez, e os blocos pré-fabricados de betão deixam de
constituir uma mera camada de rolamento e transformam-se numa camada estrutural.
Segundo BURAK, (2002) os PBB devem ter quatro tipos de travamento: horizontal,
vertical, rotacional e de giração, que actuem simultaneamente ao longo de sua vida de serviço
sendo estes tipos de travamento descritos a seguir.
Figura 2.22 - Tipos de Travamento: (a) Vertical, (b) Rotacional, (c) Horizontal [BURAK;
2002]
Travamento vertical á a capacidade que os blocos adquirem de não se moverem
verticalmente em relação aos blocos vizinhos. É conseguido através da resistência ao corte
vertical, absorvido pelas juntas entre os blocos e a capacidade estrutural das camadas
inferiores do pavimento. Os blocos que melhor impedem este tipo de movimento são os de
encaixes reentrantes, pois quando é aplicado um carregamento vertical o contacto machofêmea distribui os esforços para os blocos vizinhos. A Figura 2.22 (a) representa um esquema
do travamento vertical.
Travamento rotacional é a capacidade que os blocos adquirem de não girar em torno
de seu próprio eixo vertical. Pode ser melhorado aumentando a espessura dos blocos e o
consequente confinamento oferecido pelos blocos vizinhos. Esse movimento pode ser
provocado pela frequência e o tipo do tráfego, principalmente em áreas de travagem,
29
aceleração e em curvas onde existe um aumento da tensão radial provocada pelo arrasto dos
pneus. A Figura 2.22 (b) representa esquematicamente o travamento rotacional.
Travamento horizontal é a capacidade que os blocos adquirem de não se deslocarem
horizontalmente em relação aos blocos vizinhos. Está directamente relacionado com o formato
e arranjo da camada superficial sobre a camada de areia. Contribui na distribuição dos
esforços de corte longitudinais principalmente em áreas de aceleração e travagem. Pode-se
dizer que as juntas são as principais responsáveis pelo travamento horizontal, quando
convenientemente preenchidas com material adequado. A Figura 2.22 (c) representa um
esquema do travamento horizontal [BURAK; 2002].
Travamento de giração é a capacidade que os blocos adquirem de não girarem em
torno de seu próprio eixo vertical, isto é, eventualmente, uma ou mais peças poderão girar,
ainda que mantendo a superfície do pavimento plana, conforme mostra a Figura 2.23
[HALLAC; 1998].
Figura 2.23 - Movimento de giração dos blocos de betão da camada superficial
Este fenómeno é de rara ocorrência e pode ser evitado com um bom confinamento
lateral da camada e dos blocos pré-fabricados, construindo-se as juntas entre os blocos com
larguras adequadas (2,5 - 3mm) e mantendo-as preenchidas com areia. [HALLAC; 1998]
2.6
Solicitações
As solicitações actuantes em PBB estarão dependentes do tipo de tráfego ou cargas
solicitadas. Segundo NEVES, (2001) as principais características das solicitações aplicadas ao
pavimento provocadas pela passagem de veículos são:
A intensidade da carga que actua em cada roda do veículo;
30
As condições de aplicação dessa carga, normalmente caracterizadas pela geometria e
tensão relativas ao contacto de pneu com a superfície do pavimento.
O eixo de um veículo automóvel é o conjunto de rodas cujos centros estão contidos no
mesmo plano vertical e transversal ao veículo. Consoante a proximidade dos eixos, é corrente
distinguir eixo simples, caso de um eixo isolado, por oposição a eixos múltiplos, quando se têm
vários eixos relativamente próximos. No caso dos veículos pesados, é frequente ter-se um eixo
simples dianteiro e dois ou mais eixos traseiros.
Em geral, os eixos têm uma única roda em cada extremidade que se designa por roda
simples. No caso dos veículos pesados, nos eixos traseiros sobretudo, é corrente cada
extremidade possuir mais do que uma roda.
As rodas são providas de aros pneumáticos designados por pneus, caracterizados
pelas dimensões, rigidez e pressão de enchimento. À superfície periférica do pneu que se
destina a contactar com o pavimento designa-se por piso e a sua impressão na superfície do
pavimento designa-se por rasto. [NEVES; 2001]
A maioria dos modelos de resposta dos pavimentos considera que a acção das rodas
sobre os pavimentos é traduzida por cargas estáticas uniformemente distribuídas por áreas
circulares, actuando num determinado local da superfície dos pavimentos. No entanto há
outros modelos que consideram que as pressões transmitidas ao pavimento distribuem-se por
áreas de geometria aproximadamente elíptica e, por outro lado, as cargas têm carácter móvel
ao longo do pavimento. Acresce, ainda, que existe um efeito dinâmico das rodas nos veículos
devido à irregularidade superficial dos pavimentos. [NEVES; 2001]
Southgate e Mahbound [citado por NEVES; 2001] estudaram a variação em
profundidade das extensões para diferentes cargas e tensões de contacto das rodas,
considerando que os materiais têm comportamento elástico linear e que a superfície de
contacto das rodas com o pavimento tem geometria circular.
Na Figura 2.24 apresenta-se um esquema de distribuição de tensões em profundidade
na estrutura de um PBB.
31
Figura 2.24 - Distribuição de tensões no interior de um PBB [HALLAC; 1998]
2.7 Degradações
Na maior parte dos casos as degradações nos pavimentos não têm relação directa com
a escolha do material, sendo geralmente consequência de uma inadequação do material ao
uso, podendo este fenómeno ter origem, entre outros, em defeitos de projecto, drenagem mal
concebida e colocado em obra deficientemente.
Os pavimentos rodoviários, logo após a sua construção, começam a ser submetidos a
acções diversas que, continuamente, contribuem para a sua degradação, ou seja, para a
redução progressiva da sua qualidade inicial. Mesmo antes de “entrar em serviço”, as acções
dos agentes atmosféricos provocam solicitações nos pavimentos, mais ou menos severas de
acordo com a sua constituição e localização. [BRANCO; 2006]
A família das deformações observáveis na superfície de um pavimento pode ser
subdividida nos seguintes tipos:
Abatimento (longitudinal, transversal).
Ondulação.
Deformações localizadas.
Rodeiras;
O abatimento é uma deformação com uma extensão significativa, podendo apresentarse ao longo do pavimento ou na direcção transversal, resultando uma redução da capacidade
de suporte dependente da ocorrência de situações patológicas ao nível das camadas
inferiores, em particular no solo de fundação.
32
A ondulação é uma deformação transversal que se repete com uma determinada
frequência ao longo do pavimento, derivando de uma deformação na fundação, originando-se
uma ondulação suave no pavimento.
Uma deformação de outro tipo é a que se verifica numa pequena área do pavimento
denominada de deformação localizada.
As rodeiras são deformações longitudinais, desenvolvendo-se na banda de passagem
dos pneus dos veículos (rodeiras). [BRANCO; 2006]
Nos BB, as degradações mais evidentes são as fendas, deformações, abrasões,
desprendimentos e movimentos. [FERREIRA; 2007]
2.8 Considerações finais
Com o objectivo de ficarmos a conhecer melhor os PBB foi apresentado ao longo deste
capítulo a sua grande versatilidade de aplicação, os materiais a aplicar em cada camada do
pavimento, bem como as suas funções. Abordou-se ainda os aspectos de concepção, bem
como as solicitações a que estão sujeitos.
Ficamos também a conhecer controlo de qualidade dos blocos, mais precisamente a
norma EN 1338:2003 e a marcação CE. As degradações presentes nos pavimentos também
foram abordadas no presente capítulo.
Desta forma, no capítulo 5, aquando da realização do catálogo, ter-se-á em
consideração a contemplação dos aspectos considerados nos PBB.
33
3. Métodos de dimensionamento para PBB
3.1 Generalidades
SHACKEL, (1990) e HALLAC, (1998) descrevem que os métodos de dimensionamento
dos PBB podem ser divididos em quatro categorias:
Baseados em experiência de campo ou experiências locais.
Baseados em dados empíricos.
Baseados em modificações dos métodos existentes para pavimentos flexíveis,
através da modelação da equivalência dos materiais.
Baseados em modelos computacionais.
O dimensionamento dos PBB tem-se desenvolvido num contexto de vários tipos de
aplicações nos últimos 25 anos, desde a utilização exclusiva em vias de pedestres até a
aplicações especiais em áreas com grandes concentrações de cargas estáticas, tal como áreas
portuárias e aeroportuárias.
HALLAC, (1998) refere que a grande dificuldade de dimensionamento dos PBB é a
determinação do valor do módulo de elasticidade da camada de desgaste composta pelos BB +
colchão de areia. Os valores obtidos nos estudos realizados em simuladores de tráfego ou
medições in situ apresentam uma grande dispersão. Além disto, a simulação é complexa para
a sua determinação em conjunto com vários tipos de base (estabilizadas com cimento,
estabilizadas com material betuminoso, materiais granulares e areia), e deve-se, portanto,
estabelecer procedimentos para obtenção dos resultados através de ensaios de laboratório,
retroanálise a partir de medições de deflexões fornecidas por FWD em zonas experimentais ou
através da observação e acompanhamento de pavimentos em serviço.
3.2 Inglaterra e Estados Unidos
De acordo com KNAPTON, (1992) na Inglaterra há mais de 30 anos que existem
métodos de dimensionamento para PBB adaptados da metodologia semi-empírica utilizada em
pavimentos flexíveis. A metodologia de dimensionamento está descrita em normas
internacionais. A associação de portos da Inglaterra, BPA (British Ports Association), adaptou a
34
metodologia para utilização em pavimentos portuários. Esta metodologia desenvolvida pela
BPA foi implementada também nos manuais de dimensionamento da AASHTO.
Nestas metodologias utiliza-se o conceito de camada equivalente entre o revestimento
de material betuminoso para os pavimentos flexíveis e a camada de BB mais colchão de areia
para os PBB.
3.2.1 Método para Pavimentos Industriais e Áreas Portuárias
O método apresentado pela ICPI, (2002) para PBB de portos, foi preparado por
KNAPTON, (1992). É um método adequado para todos os tipos de pavimentos de portos,
sendo também possível utilizá-lo para projectos de estradas de tráfego pesado.
O procedimento do projecto é baseado no princípio de que o PBB deve atender uma
condição final de serventia que está associada a critérios de ruptura ligados à deformação
vertical de compressão no topo da fundação ou à deformação de tracção na base considerada
inicialmente no processo como camada de brita graduada tratada com cimento (AGEC).
Admite-se que com uma deformação permanente de 50 a 75 mm atinge-se a ruptura.
Os materiais são classificados pelo seu módulo de Elasticidade (E) e pelo coeficiente
de Poisson (ν). A fadiga é tida em conta definindo-se uma tensão de tracção limite na base das
camadas com ligantes hidráulicos e aplicando-se um factor de redução para considerar as
repetições.
A calibração do método foi feita com a sistemática de se dimensionar algumas
estruturas considerando três valores de CBR do solo da fundação (1%, 2% e 5%), utilizando
uma estrutura composta, com reforço da fundação de 60 cm no caso do CBR=1%, 35 cm para
o CBR=2% e sem reforço no caso do CBR=5%. Em todos os casos foi considerada uma subbase de 15 cm. A base escolhida foi tratada com cimento, com uma certa resistência
estabelecida, e variável com o tráfego, este expresso em repetições do eixo padrão de 82 kN,
estando as espessuras compreendidas entre 10 e 22,5 cm, independentemente do CBR do
solo da fundação.
Calcula-se as tensões médias de tracção na base e admite-se que estas são as
tensões admissíveis para quaisquer outras situações.
As tensões são calculadas com recurso ao programa LUSAS, de MEF (elementos
35
axissimétricos), da Universidade de Newcastle. Admite-se uma estrutura de diâmetro de 7m e
profundidade de 2,4m e com 63 BB rectangulares. Aplica-se uma carga simples no centro da
malha circular com o raio calculado para que a pressão de contacto fosse sempre 0,8 MPa. Os
materiais usados na modelação foram:
BB de 8 cm sobre um colchão de areia de 3 cm modelados como sendo um só
material de E= 4000 MPa e ν =0,15.
Base de brita tratada com cimento (AGEC) com resistência à compressão de
10 MPa a 7 dias, sendo E= 35000 MPa e ν =0,15.
Sub-base granular com E= 300MPa e ν =0,20.
Reforço da fundação com E= 150 MPa e ν =0,25.
Solo da fundação, sendo E= 10xCBR e ν =0,25.
No manual deste método de dimensionamento é apresentado um gráfico de
dimensionamento que correspondente a estes materiais e condições. Dimensiona-se para
estes materiais e utiliza-se, se for de interesse, uma tabela de factor de equivalência entre
materiais que permite substituir o material de base, AGEC de 10 MPa por outro. A equivalência
é estabelecida através dos factores do Método da AASHTO, (1993) para pavimentos
betuminosos, adoptando como referência a AGEC. Por exemplo, a espessura necessária de
brita não tratada será de 2 a 4,67 vezes maior do que a obtida no gráfico de dimensionamento
para a espessura da base com AGEC, de resistência à compressão de 10 MPa e flexão de 1,9
MPa. Se for usada base tratada com betão betuminoso, a espessura pode ser 2,8 vezes.
Outra importante característica deste método é a introdução do conceito de uma
unidade de carga que avalia a agressividade da cada carga real sobre o pavimento,
denominada PAWL (Port Area Wheel Load). Esta unidade está correlacionada com um índice
de classificação conforme o tipo de carregamento, denominado LCI (Load Classification Index).
A agressividade é calculada segundo a seguinte expressão:
D=
3.1
Onde:
D - Agressividade da carga sobre o pavimento.
W - Carga da roda (kN).
P - Pressão pneumática (N/mm²).
12000 - Carga de 120 kN por roda.
36
0,8 - Pressão de contacto em N/mm².
O Quadro 3.1 mostra a classificação LCI em função do tipo de equipamento.
Quadro 3.1 - Índice de classificação de carga (LCI) para pavimentos industriais de
grandes cargas [CRUZ; 2003]
Número de PAWL’S
LCI
Exemplos de Empilhamentos
Menor que 2
A
Veículos de estrada
2a4
B
Empilhador – sem contentor
4a8
C
Vagão
8 a 16
D
Empilhador – contentor com 20 ft
16 a 32
E
Empilhador – contentor com 40 ft
32 a 62
F
Empilhador Pesado
64 a 128
G
Ponte Rolante – para cargas a granel
128 a 256
H
Guindaste de pneus
HALLAC, (1998) observa que, segundo esse método, aumentando o número de
solicitações da carga em 10 vezes, a espessura do pavimento aumentará cerca de 20 mm,
enquanto que ao multiplicar a carga solicitante por um factor igual a 2, o aumento de espessura
do pavimento será na ordem dos 75 mm a 100 mm.
3.2.2
Método para áreas aeroportuárias - Placas de estacionamento
Os critérios de dimensionamento para áreas aeroportuárias podem ser considerados os
mesmos que estão estabelecidas para terminais de cargas industriais. Para determinação do
tráfego, é considerado o número de descolagens anuais por tipo de aeronave, bem como as
cargas críticas distribuídas por eixo das aeronaves. [CRUZ; 2003]
A FAA (Federal Aviation Administration) estabelece que o dimensionamento utilizado
em pavimentos flexíveis para as placas de estacionamento de aeronaves pode ser aplicado na
sua íntegra para os PBB.
CRUZ, (2003) refere que, pelo método de dimensionamento da FAA, geralmente a
camada de desgaste tem uma espessura que pode variar entre 100 mm a 125 mm de betão
betuminoso a quente (BD). Esta camada de BD poderá ser substituída por BB mais o colchão
de areia de mesma espessura resultando num revestimento mais resistente que o flexível de
BD especificado no manuais de dimensionamento da FAA. Este facto tem sido comprovado
37
nas pesquisas de PBB, onde é observado que neste tipo de pavimento a transmissão das
cargas para a camada de base é menor do que a observada nos pavimentos betuminosos.
Segundo COOK, (1996) os BB utilizados em áreas aeroportuárias deverão ter uma
espessura de 80 mm e o colchão de areia deve ter 30 mm, conforme recomendado pela
própria FAA.
3.3 Austrália
O LOCKPAVE é um sistema de dimensionamento automático de PBB desenvolvido na
Austrália. SHACKEL, (1990) autor do método, descreve que este é um método de
dimensionamento mecanicista para PBB, tanto para estradas como para zonas industriais.
As hipóteses deste método são:
As rodeiras do pavimento são estimadas através da deformação de
compressão vertical induzida pelo tráfego no topo da fundação.
Caso a camada de base ou sub-base seja tratada com ligantes hidráulicos, a
fadiga nestas camadas é tida em conta através da deformação horizontal de
tracção admissível.
Não se considera fadiga nos BB, mesmo admitindo que o conjunto dos blocos
actue como se tivesse um módulo resiliente próximo ao que apresentaria uma
mistura betuminosa.
Os materiais são considerados elásticos lineares, sendo que para os BB considera-se
uma camada elástica equivalente isotrópica, com módulos variando de 900 MPa a 7500 MPa,
sendo o mais comum 3200 MPa. Estes valores foram estimados através de um FWD, por
retroanálise, tendo, portanto, um grau de incerteza. Admite-se também que o módulo do
conjunto BB+areia tem um valor inicial que é próximo do módulo resiliente da base granular e
que vai crescendo gradualmente, aumentando a sua rigidez com a passagem do tráfego até
10000 ciclos aproximadamente, por acção da rotação progressiva e do travamento, conforme
se mostra na Figura 3.1.
38
Figura 3.1 - Efeito progressivo da rigidez em função do carregamento inicial [SHACKEL;
1990]
A escolha da espessura dos BB neste método é possível dentro de quatro valores: 6, 8,
10 e 12cm. Além disto, a escolha do tipo de base e sub-base é em função do tráfego e da
fundação.
O método permite estimar as características de elasticidade dos materiais por
correlações, tendo também tendo em conta a drenagem.
A carga de projecto é obtida de uma combinação de cargas, quer para estradas, quer
para áreas industriais e aeroportos. A pressão de contacto é de 0,70 MPa.
Para uma estrutura com a camada de base granular, considera-se apenas a
deformação permanente como o estado limite de ruína, sendo considerada a seguinte equação
para a deformação admissível no topo da fundação:
3.2
Sendo:
- Deformação vertical no topo da fundação (MPa).
N - número de repetições de carga.
Caso a camada de base seja tratada com um ligante hidráulico, a expressão utilizada
para calcular a fadiga é:
3.3
39
Onde:
- Deformação vertical de tracção admissível na camada de AGEC (MPa).
- Resistência característica à compressão do material da base (MPa).
- Módulo de elasticidade da camada de base (GPa).
N - número de repetições de carga.
No modelo mecanicista empregam-se análises computacionais que permitem fazer
uma previsão do desempenho da vida útil do pavimento, a partir da repetição das cargas do
tráfego que produzem deformações na estrutura do pavimento que acumulativamente
provocam a sua ruptura. SHACHEL, (2000) desenvolveu um programa que permite fazer o
dimensionamento mecanicista de tal forma que se escolhe um sistema combinado de
espessura e propriedades dos materiais utilizados nas camadas que garantirá que a
deformação crítica gerada pelo carregamento analisado não será suficiente para promover
fissuras e/ou deformações permanentes na estrutura do pavimento durante o período de
dimensionamento.
Este programa de dimensionamento mecanicista, especialmente desenvolvido para ser
utilizado em PBB foi iniciado em 1985 e vem sendo utilizado em vários países, sendo uma
importante contribuição no dimensionamento deste tipo de pavimento. [SHACKEL; 1990]
Basicamente, o algoritmo da metodologia de dimensionamento consiste no seguinte:
a) Escolher uma estrutura típica de um pavimento. Esta escolha geralmente é
baseada em experiências anteriores, porém poderá também ser arbitrária. A
estrutura do pavimento é definida como uma sucessão de camadas
sobrepostas à fundação.
b) Definir as propriedades dos materiais utilizados na estrutura do pavimento;
c) Fornecer uma espessura inicial para cada camada. No processo, as
espessuras iniciais geralmente correspondem
às espessuras mínimas
usualmente praticadas (geralmente para base e sub-base a espessura mínima
adoptada é de 100 mm).
d) O tráfego previsto para o período de dimensionamento é caracterizado pela
sua magnitude, área de contacto e pressão dos pneus. O tempo de vida útil
que se espera do pavimento é quantificado por meio da capacidade estrutural
do pavimento em suportar o número de repetições da aplicação das cargas do
tráfego.
40
e) A tensão e/ou deformação no pavimento devida ao carregamento do tráfego é
calculada usando um programa computacional de análise de tensão,
deformação e deflexão de multi-camadas elásticas do pavimento.
f)
O número de repetições das cargas do tráfego e as tensões e deformações
calculadas são utilizadas para estimar a vida útil do pavimento. As hipóteses
utilizadas para esta previsão são duas: o número de repetições das cargas
para atingir a fadiga em qualquer camada com ligantes hidráulicos, medida
através das tensões horizontais de flexão, ou da deformação vertical que cause
afundamento permanente na fundação.
g) Se no passo f), verificar-se que o número de repetições das cargas é menor
que o previsto pelo projecto (passo d)), será necessário aumentar a espessura
da estrutura do pavimento ou adicionar uma ou mais camadas. Repetir os
passos a partir do c) até que sejam satisfeitos os parâmetros estabelecidos
para garantir a durabilidade do pavimento nas condições do projecto.
O programa é desenvolvido por um fluxograma constituído por 4 módulos
independentes, que, quando necessário, poderão ser modificados a partir de novas premissas
tecnológicas sem prejuízo do funcionamento do programa principal.
Na modelação da camada de revestimento, algumas premissas são adoptadas:
Os formatos dos BB são considerados.
O modelo de assentamento dos BB é tido em conta.
Os PBB com espessuras menores que 80 mm são somente utilizados em
áreas de tráfego ligeiro.
Uma estimativa da rigidez da camada de revestimento pode ser obtida com base em
medições de deflexão através de equipamentos FWD, por retroanálise, considerando-se os BB
+ colchão de areia como uma camada equivalente elástica e homogénea.
Através de ensaios triaxiais dinâmicos, são obtidos o módulo resiliente (Mr), e o
coeficiente de Poisson para as camadas de base, sub-base e fundação. Quando não for
possível realizar os ensaios triaxiais, o Mr poderá ser estimado através do sistema de
classificação de solos, como o da AASHTO. Para a fundação, na ausência de ensaio do Mr,
poderão ser usadas relações empíricas entre Mr e CBR tais como:
E = 10 x CBR
E = 17,6 x CBR
3.4
0,64
3.5
41
Onde:
E em MPa.
CBR em %.
Nas camadas de base, sub-base e fundação são considerados critérios de drenagem,
uma vez que este factor interfere directamente na rigidez e resistência das camadas.
No Quadro 3.2 apresentam-se valores dos módulos dos BB medidos com um FWD e
em laboratório, por vários autores e o Quadro 3.3 mostra os factores de drenagem que são
considerados.
Quadro 3.2 - Módulo dos BB determinados através do FWD e em ensaios de laboratório
[SHACHEL; 2000]
Condição do Ensaio
Módulo (MPa)
FWD – BB Rectangulares
500 – 700
FWD – BB Diversas secções
720 – 9600
FWD – BB “Uni”
75 – 19000
Laboratório – BB Rectangulares
600 – 750
Laboratório – BB “Uni”
400 – 6000
Laboratório – BB “Uni” furados
1000 – 4000
Quadro 3.3 - Factores de drenagem considerados no método de dimensionamento do
programa da LOCKPAVE [SHACHEL; 2000]
Tempo que o pavimento permanece
saturado
Condições de drenagem
1% até
> 5% até
5%
25%
1,00
0,90
0,85
0,80
0,90
0,85
0,75
0,70
0,85
0,75
0,70
0,60
0,75
0,70
0,60
0,50
0,70
0,65
0,50
0,40
<1%
EXCELENTE – Tempo de drenagem de 12
horas ou menos (Pavimento geralmente seco)
BOM – Tempo de drenagem de 24 horas
NORMAL – Tempo de drenagem de 1 semana
ou menos (Pavimento geralmente húmido)
MAU – Tempo de drenagem de 1 mês
MUITO MAU – Não é capaz de drenar
(Pavimento geralmente molhado)
>25%
A variável de entrada, carregamento, requerida pelo programa, é representada pelo
nível de carga aplicado bem como pelo número de repetições do carregamento para o período
42
de dimensionamento do projecto. O programa tem em conta a sobreposição de cargas do eixo
dos veículos representado pela Figura 3.2.
Figura 3.2 - Efeitos da sobreposição de tensões originadas pelo eixo dos veículos em
profundidade na estrutura do pavimento [SHACHEL; 2000]
Na
figura
seguinte
mostra-se
mm
diagrama
esquemático
do
processo
dimensionamento usando pelo programa LOCKPAVE.
Figura 3.3 - Diagrama esquemático do processo de dimensionamento pelo programa
LOCKPAVE [SHACHEL; 2000]
43
de
3.4 Brasil
No Brasil, os métodos de dimensionamento para PBB usados por projectistas são
basicamente os descritos nos pontos precedentes. Um dos únicos trabalhos existentes foi
apresentado por HALLAC, (1998).
HALLAC, (1998) propõe uma metodologia de dimensionamento mecanicista para
aplicações em áreas de terminais de carga e zonas industriais onde circula grande variedade
de veículos e equipamentos com diversas configurações de eixos, compreendendo, além de
camiões, empilhadores pesados, guindastes e porta contentores.
O programa utilizado foi o ELSYM 5 (Elastic Layered System), que considera
unicamente a elasticidade linear para todas as camadas que constituem o pavimento. O
conceito de carga de roda simples equivalente foi tido em consideração, sendo tomados para
análise os pontos dos eixos perpendiculares ao plano da superfície do pavimento, sendo que o
primeiro passa pelo centróide da área de contacto de um dos pneus do conjunto, o segundo
distando R (raio da área de contacto) do primeiro, e assim sucessivamente até que o último
coincida com o eixo de simetria do conjunto.
A principal característica do método é admitir um pavimento com três camadas, onde a
camada de base tem rigidez suficiente para não sofrer ruptura por fadiga. Assim, é condição
essencial do método a adopção de material estabilizado com o módulo de elasticidade elevado
e uma deformação pequena na camada de base. O dimensionamento que se faz é a
determinação da espessura da base (H2), uma vez que a camada de revestimento (BB + areia)
é definida de antemão, sendo os demais parâmetros conhecidos. Considera-se um módulo
resiliente para a camada de revestimento de 3000 MPa.
São fornecidas quatro equações para rodado simples (uma roda) e rodado duplo (duas
rodas), onde as variáveis de resposta são a tensão máxima na fibra inferior da camada de base
e a deformação vertical no topo da fundação.
As variáveis de entrada das equações são:
Módulo de elasticidade da camada.
Espessura da camada – neste modelo somente é arbitrada a H2 da base, uma
vez que o sistema é de três camadas e é conhecido o H1.
Carga do pneu.
Pressão de contacto do pneu.
44
Distância entre pneus (para a modelação de rodado duplo).
Para verificar se a espessura da camada de base calculada pela metodologia atende o
critério de ruptura pré-estabelecido para verificar a tensão máxima admissível na fibra inferior
da camada de base, o método recomenda utilizar as equações propostas por BALBO, (2003) –
Equação 3.6, para camadas de brita graduada tratada com cimento (AGEC), e por TRICHÊS,
(2003) – Equação 3.7, para camadas de betão compactadas com cilindro de rasto liso:
= 0,871 – 0,054 log N
3.6
Onde:
- Resistência à tracção por flexão da AGEC;
N - Número previsto de repetições de carga;
= 0,961 – 0,060 log N
3.7
Onde:
- Resistência à tracção por flexão do betão compactado com cilindro;
N - Número previsto de repetições de carga;
Para verificar se a espessura da camada de base calculada pela metodologia
apresentada atende o critério de ruptura pré-estabelecido para verificar a deformação vertical
no topo da fundação, o método recomenda utilizar as equações propostas pela Shell para
dimensionamento de pavimentos flexíveis, apresentadas por SHACKEL, (1990) – Equação 3.8,
ou a apresentada por KNAPTON, (1992) – Equação 3.9, utilizada no método inglês da British
Ports Association:
3.8
3.9
Onde:
- Deformação admissível no topo da fundação.
N - Número previsto de repetições de carga.
45
3.5 Dimensionamento para tráfego ligeiro
Apesar de ser um dos segmentos com mais aplicação em todo o mundo, existe muito
pouco sobre o dimensionamento de PBB em zonas para tráfego ligeiro. Estas zonas são as
preferidas por arquitectos e paisagistas, que utilizam a potencialidade de formatos e cores que
este tipo de pavimento oferece. As áreas de tráfego ligeiro são, geralmente, estacionamentos,
pátios, calçadas, praças, ciclovias e ruas secundárias.
Os problemas que ocorrem nestes tipos de aplicação estão, na sua maioria,
associados a aspectos construtivos: deficiência de compactação da camada de base granular e
falta ou inadequado confinamento nos bordos.
COOK, (1996) propõe uma metodologia empírica para o dimensionamento dos
pavimentos de tráfego ligeiro, tendo por base experiências anteriores. Este autor classifica os
pavimentos para tráfego ligeiro em duas categorias:
A: tráfego de peões e veículos ligeiros.
B: tráfego de veículos ligeiros e poucos veículos pesados.
Em função da categoria da área a ser pavimentada, são propostos fluxogramas de
dimensionamento, descritos na Figura 3.4 para a categoria A, e na Figura 3.5 para a categoria
B.
COOK, (1996) indica que, na ausência de ensaios disponíveis do solo (o que muitas
vezes se verifica), deve-se realizar um teste prático, que é, caminhando sobre o solo da
fundação e verificar a presença das marcas dos passos no solo. A partir desta observação,
classifica-se a fundação conforme se mostra na Figura 3.4.
A Associação Espanhola de PBB [ADAH; 2004] propõe uma classificação de tráfegos
ligeiros em 5 categorias, conforme se mostra no Quadro 3.4.
46
Quadro 3.4 - Categorias de tráfego para pavimentos [ADAH; 2004]
Categoria
Tráfego de Projecto
Descrição
(Veículos pesados por dia)
C0
50 a 150
C1
25 a 49
C2
15 a 24
C3
5 a 14
C4
0a4
Ruas ou artérias principais de elevado tráfego;
Paragem de autocarro; Estações de serviço,
paragens de autocarros, áreas de armazéns,
etc., que não ultrapassem 150 veículos
pesados por dia;
Artérias principais ou estruturais com largura
>6 metros, que não cruzem estradas com
tráfego com superior a 49 veículos pesados
por dia;
Ruas de grande actividade comercial; Ruas
com largura >6 metros e com serviço regular
de autocarros (mais de 1 autocarro/hora);
Ruas comerciais com largura >6 metros e sem
serviço regular de autocarros urbanos (menos
de 1 autocarro/hora);
Arruamentos exclusivamente residenciais com
edifícios já construídos e sem tráfego
comercial; Arruamentos com largura <6
metros, sem tráfego comercial; Parques de
veículos ligeiros; Zonas para peões, sem
acesso de veículos pesados;
Figura 3.4 - Fluxo de dimensionamento empírico para tráfego ligeiro – Peões e carros
ligeiros [COOK; 1996]
47
Figura 3.5 - Fluxograma de dimensionamento empírico de PBB para tráfego ligeiro –
veículos ligeiros e poucos veículos pesados [COOK; 1996]
48
3.6 Considerações finais
Ao longo deste capítulo procedeu-se à descrição de alguns métodos de cálculo para
PBB e podemos concluir que a maioria dos métodos de dimensionamento dos PBB advém de
adaptações da metodologia de cálculo para pavimentos flexíveis, onde o conceito de camadas
equivalentes é utilizado. Duas importantes escolas mundiais, a Americana e a Britânica,
promovem actualmente esta metodologia. Nos Estados Unidos, a NCMA (National Concrete
Masonry Association), fez a adaptação do método de dimensionamento de pavimentos flexíveis
da AASHTO para utilização em PBB. Na Inglaterra, um processo semelhante foi implementado
para pavimentos rodoviários e, em separado, foram feitas adaptações específicas para o
dimensionamento de pavimentos de aeroportos. [CRUZ; 2003]
49
4. Estudo e modelação de um pavimento experimental
4.1 Generalidades
Tendo em atenção os objectivos propostos no capítulo 1, a realização destes ensaios
experimentais, através do estudo do comportamento de um pavimento, em ensaios de carga,
surgiu como uma oportunidade para desenvolver o conhecimento estrutural da camada de
desgaste constituída por BB, que depois serão utilizados para a elaboração de um catálogo de
pavimentos.
Com este objectivo, procedeu-se à realização de ensaios no parque de estacionamento
do hospital da Força Aérea em Lisboa.
Após a exposição resumida do pavimento, efectuar-se-á uma descrição e posterior
apresentação dos resultados dos ensaios de carga realizados no pavimento. Efectua-se ainda
uma breve descrição do equipamento de ensaio utilizado.
Por último procede-se à modelação numérica do pavimento, utilizando como modelo de
cálculo o modelo de Burmister, que considera o pavimento como um conjunto de camadas
horizontais, contínuas e homogéneas, assente sobre um meio semi-infinito. Admite-se que os
materiais apresentam um comportamento elástico linear .
4.2 Descrição do Pavimento
O pavimento em estudo localiza-se no parque de estacionamento do Hospital militar da
Academia da Força Aérea, mais precisamente na Azinhaga dos Ulmeiros, Lumiar, Lisboa
(Figura 4.1).
50
Figura 4.1 - Localização do pavimento em estudo [GOOGLE EARTH; 2008]
A Figura 4.2 mostra um esquema do pavimento em estudo. Este foi construído há cerca
de 10 anos e é constituído por três camadas: a camada de desgaste em blocos de betão
hexagonais vermelhos (Figura 4.3) com 5,5 cm, uma camada de base em pó de pedra com
cerca de 20 cm e a uma camada de sub-base com 20 cm em tout-venant, sendo que esta
última espessura pode variar em algumas zonas do parque de estacionamento.
Figura 4.2 - Esquema do pavimento em estudo
Figura 4.3 - Camada de desgaste em BB hexagonais
51
Para o controlo da compactação determinou-se o teor em água, junto à camada de base.
Para tal recorreu-se a um gamadensímetro, da marca Troxler e modelo nº 3450 (Figura 4.4).
De acordo com o ensaio realizado, esta camada apresenta uma baridade seca in situ de 17,42
3
3
kN/m , uma baridade húmida de 18,12 kN/m e um teor em água in situ de 4%.
Figura 4.4 – Gamadensímetro da marca Troxler
4.3 Ensaios de carga no Pavimento
Com o objectivo de determinar as características mecânicas das várias camadas do
pavimento experimental, recorreu-se ao ensaio de carga não destrutivo com deflectómetro de
impacto. Este equipamento foi desenvolvido para estudar as deflexões de pavimentos sujeitos
a cargas dinâmicas que traduzissem a circulação dos veículos, em termos de velocidade.
No dia 24 de Julho de 2008 realizou-se uma campanha de ensaios, todos na camada
de desgaste, com um deflectómetro de impacto pesado, da marca “KUAB” (Figura 4.6) e
modelo Falling Weight Deflectometer (FWD), com uma placa de carga de 450 mm de diâmetro.
A sua constituição é apresentada na Figura 4.5.
Figura 4.5 - Elementos que constituem um FWD [FORTUNADO; 2006]
52
Em cada ensaio, após o impacto inicial da primeira altura de queda cujo objectivo é
ajustar a placa à superfície do pavimento, procedeu-se a 3 impactos correspondentes a 3
escalões de carga dados no tempo por ordem crescente da força de impacto. As alturas de
queda foram definidas de forma a corresponderem aos valores aproximados das forças de
impacto que se indicam seguidamente: impacto da 2ª altura de queda para a força de pico de
40 kN; impacto da 3ª altura de queda para a força de pico de 100 kN; impacto da 4ª altura de
queda para a força de pico de 150 kN. [NEVES; 2001]
Figura 4.6 - Realização dos ensaios com o FWD
A força de pico imposta ao pavimento pode ser determinada através da Equação 4.1.
F = (2.m.g.h.k.)
1/2
4.1
Onde:
F é a força de pico.
m é a massa que cai.
g é a aceleração da gravidade.
h é a altura de queda.
k é a constante de mola do sistema amortecedor.
Esta equação acima é obtida igualando-se a energia potencial da massa antes da sua
queda e o trabalho desenvolvido pelos amortecedores após a queda. [MÜLLER; 2005]
As deflexões do pavimento induzidas pela carga de impacto foram medidas em vários
pontos através de geofones apoiados na superfície do pavimento, cujas distâncias ao centro da
área carregada são (em cm): 0 (D0), -30 (D1), 30 (D2), 45 (D3), 60 (D4), 90 (D5), 120 (D6), 150
(D7), 180 (D8). [NEVES; 2001]
53
No Quadro 4.1 apresentam-se os valores das deflexões normalizadas para as três forças
de pico medidas na camada de desgaste, bem como a sua análise estatística.
Quadro 4.1 – Deflexões normalizadas e análise estatística
Deflexões (µm)
Local (m)
Força (kN)
D1 (cm)
D0 (cm)
D2 (cm)
D3 (cm)
D4 (cm)
D5 (cm)
D6 (cm)
D7 (cm)
D8 (cm)
-30
0
30
45
60
90
120
150
180
C.D.
40,00
125,89
382,74
102,54
64,97
44,67
19,29
9,14
5,08
4,06
C.D.
40,00
171,01
504,35
121,74
81,16
50,24
19,32
8,70
4,83
3,86
C.D.
40,00
203,64
579,74
130,91
90,39
55,06
20,78
9,35
5,19
5,19
C.D.
40,00
216,58
601,04
135,75
90,16
54,92
21,76
9,33
5,18
1,04
C.D.
40,00
238,71
638,71
151,61
95,70
59,14
21,51
9,68
5,38
4,30
Média
40,00
191,17
541,32
128,51
84,48
52,81
20,53
9,24
5,13
3,69
Mediana
40,00
203,64
579,74
130,91
90,16
54,92
20,78
9,33
5,18
4,06
Mínimo
40,00
125,89
382,74
102,54
64,97
44,67
19,29
8,70
4,83
1,04
Máximo
40,00
238,71
638,71
151,61
95,70
59,14
21,76
9,68
5,38
5,19
d.p.
0,00
43,96
101,29
18,11
12,09
5,53
1,18
0,36
0,20
1,57
N
5
Deflexões (µm)
Local (m)
Força (kN)
D1 (cm)
D0 (cm)
D2 (cm)
D3 (cm)
D4 (cm)
D5 (cm)
D6 (cm)
D7 (cm)
D8 (cm)
-30
0
30
45
60
90
120
150
180
C.D.
100,00
527,41
1405,48
475,43
245,75
145,56
47,26
17,96
8,51
7,56
C.D.
100,00
537,74
1342,03
469,71
249,77
150,98
51,26
20,50
11,18
8,39
C.D.
100,00
600,00
1441,18
512,75
269,61
162,75
53,92
21,57
11,76
8,82
C.D.
100,00
622,81
1450,29
532,16
270,96
160,82
53,61
20,47
11,70
9,75
C.D.
100,00
673,49
1541,45
585,47
290,69
168,88
57,32
21,49
12,28
10,24
Média
100,00
592,29
1436,09
515,10
265,35
157,80
52,67
20,40
11,09
8,95
Mediana
100,00
600,00
1441,18
512,75
269,61
160,82
53,61
20,50
11,70
8,82
Mínimo
100,00
527,41
1342,03
469,71
245,75
145,56
47,26
17,96
8,51
7,56
Máximo
100,00
673,49
1541,45
585,47
290,69
168,88
57,32
21,57
12,28
10,24
d.p.
0,00
60,76
72,65
47,12
18,16
9,39
3,72
1,46
1,49
1,07
D5 (cm)
D6 (cm)
D7 (cm)
D8 (cm)
N
5
Deflexões (µm)
Local (m)
Força (kN)
D1 (cm)
D0 (cm)
D2 (cm)
-30
0
30
45
60
90
120
150
180
C.D.
150,00
826,03
2240,75
807,53
387,33
229,11
71,92
23,63
12,33
12,33
C.D.
150,00
890,33
2190,61
824,11
400,49
240,71
79,89
31,53
16,82
13,67
C.D.
150,00
900,82
2128,00
826,70
402,54
238,85
79,27
31,91
17,50
14,41
C.D.
150,00
993,02
2263,78
908,16
433,14
257,90
85,97
34,17
19,84
15,43
C.D.
150,00
953,50
2141,96
881,12
415,38
245,45
81,82
32,52
18,88
14,69
Média
150,00
912,74
2193,02
849,52
407,78
242,40
79,77
30,75
17,07
14,10
Mediana
150,00
900,82
2190,61
826,70
402,54
240,71
79,89
31,91
17,50
14,41
Mínimo
150,00
826,03
2128,00
807,53
387,33
229,11
71,92
23,63
12,33
12,33
Máximo
150,00
993,02
2263,78
908,16
433,14
257,90
85,97
34,17
19,84
15,43
d.p.
0,00
63,78
59,43
42,91
17,32
10,51
5,11
4,11
2,90
1,18
N
D3 (cm)
5
54
D4 (cm)
4.4 Análise dos Resultados de carga
Em seguida, procede-se à análise dos resultados dos ensaios de carga com o
deflectómetro de impacto, de forma a colocar em evidência os aspectos mais importantes do
comportamento estrutural do pavimento.
Estes aspectos serão tidos em conta na modelação numérica da resposta dos
pavimentos, para solicitações idênticas à dos ensaios de carga realizados, assunto este que
será abordado no subcapítulo seguinte.
Da análise estatística dos resultados das deflexões medidas com o FWD na camada de
desgaste podemos concluir que há uma boa homogeneidade do comportamento estrutural em
cada camada, com excepção de um ou outro resultado.
Ao passar de uma força de 40 kN para 100 kN (aumento de 150%) a deflexão média,
para D0=0 cm aumenta de 541,32 µm para 1436,09 µm (aumento de 165,3%). Agora ao
passar de uma força de 40 kN para 150 kN (aumento de 275%) a deflexão média aumenta de
541,32 µm para 2193,02 µm (aumento de 305,1%). Desta análise constata-se alguma
linearidade no comportamento do pavimento para as deflexões.
Na Figura 4.7 estão representados graficamente os valores das deflexões para valores
normalizados de 40kN, 100kN e 150kN. De referir que as linhas coloridas são os valores
médios para cada força de pico.
-30
20
70
120
170
Deflexões médias (μm)
0
F=40 kN
500
1000
F=100 kN
1500
F=150 kN
2000
Distância ao eixo (cm)
Figura 4.7 - Ensaio FWD (para valores normalizados de 40, 100 e 150 kN)
55
4.5 Modelação numérica do pavimento experimental
4.5.1 Modelos de comportamento dos materiais
Um elemento fundamental para a modelação da resposta de uma estrutura às acções a
que se encontra sujeita são as relações constitutivas de cada um dos materiais que a
constituem. Os solos e os materiais geralmente empregues em pavimentos podem dividir-se
em três grupos, do ponto de vista das respectivas relações tensões/deformações [ANTUNES;
1993]:
Os solos e materiais granulares não tratados, que exibem comportamentos não
lineares, ou seja, o seu módulo de deformabilidade depende do estado de
tensão; relativamente a este tipo de materiais, podem ainda considerar-se dois
tipos de comportamento distintos, caracterizados por diferentes tipos de relações
entre os módulos de deformabilidade e os estados de tensão, consoante se trate
de solos finos ou se trate de solos granulares e de materiais granulares britados;
para além da dependência relativamente ao estado de tensão, o comportamento
dos solos finos poderá ainda depender do tempo de actuação das cargas;
As
misturas
betuminosas,
que
exibem
comportamentos
visco-elásticos,
dependendo da temperatura e do tempo de actuação das solicitações;
As misturas com ligantes hidráulicos, que possuem comportamentos elásticolineares para os níveis de tensão a que são geralmente sujeitos num pavimento.
No entanto a generalidade dos modelos utilizados correntemente na análise estrutural de
pavimentos assenta na hipótese de que os materiais que constituem as camadas apresentam
um comportamento elástico-linear, o que se pode considerar válido para determinadas
condições (condições ambientais, velocidades de circulação, etc.).
No Quadro 4.2 apresentam-se as gamas de valores para os módulos de deformabilidade
dos vários materiais que são geralmente empregues em obras de pavimentação [DOMINGOS;
2007].
56
Quadro 4.2 - Valores para os módulos de deformabilidade dos vários materiais
empregues em pavimentos
Tipo de material
Módulo de deformabilidade (MPa)
Observações
Misturas betuminosas
3000 – 15000
-
Materiais granulares
50 – 1500
Materiais não ligados
Solos
5 – 300
-
Betão de cimento
30000 – 70000
Sem fendilhamento
Materiais tratados com cimento
1000 – 40000
Sem fendilhamento
BB
300 - 5000
-
No Quadro 4.3 encontra-se os valores típicos para o coeficiente de Poisson,
considerados para cada tipo de material. [DOMINGOS; 2007]
Quadro 4.4 - Valores típicos para o coeficiente de Poisson
Material
Gama de valores
Valor típico
Observações
Depende da temperatura (valores
Misturas betuminosas
0,15 – 0,48
0,35 – 0,40
mais
baixos
correspondem
a
temperaturas baixas)
Materiais granulares
0,10 – 0,50
0,35
Solos
0,10 – 0,50
0,35
Betão de cimento
0,15 – 0,40
0,20
Materiais tratados
com cimento
0,30 – Solos não coesivos
0,50 – Solos coesivos
Valores mais elevados
0,10 – 0,35
0,25
correspondem a materiais
fendilhados
4.5.2 Modelos de resposta
Os modelos de resposta consistem em idealizações do comportamento de uma estrutura
que permitem calcular a sua resposta às acções a que esta é sujeita. No caso dos pavimentos
rodoviários, tais modelos permitem, em geral, calcular tensões, deformações e deslocamentos
na estrutura do pavimento e respectiva fundação, induzidos pela passagem dos veículos.
Tendo em vista a análise estrutural de pavimentos, as cargas induzidas pelos rodados dos
veículos são geralmente idealizadas como um conjunto de cargas uniformemente distribuídas
em áreas circulares [ANTUNES; 1993].
Actualmente, um dos modelos de comportamento estrutural mais utilizado é o modelo de
Burmister, que assimila o pavimento e a fundação como um conjunto de várias camadas
57
horizontais (sobrepostas), contínuas, homogéneas, isotrópicas e elásticas, assentes num meio
semi-infinito, em que na superfície actua uma carga vertical uniformemente distribuída numa
área circular de raio r (Figura 4.8). As camadas são consideradas como infinitas na direcção
horizontal, e a camada inferior como tendo uma espessura infinita. As superfícies planas que
separam as camadas são designadas de interfaces, sendo habitual considerar dois tipos de
interface: [NEVES; 2001]
Aderência perfeita entre camadas;
Deslizamento entre camadas (parcial ou total).
Figura 4.8 - Modelo de Burmister [NEVES; 2007 b]
No domínio da análise estrutural de pavimentos foram desenvolvidos vários programas
de cálculo automático baseados no modelo de Burmister. São exemplos o programa ELSYM5,
desenvolvido pela universidade de Berkeley (EUA), o programa ALIZE, desenvolvido no LCPC
(França), o programa BISAR, desenvolvido pela Shell, o programa CHEVIT, da companhia
Chevron, o programa CIRCLY desenvolvido pelo centro de investigação Commonwealth
(Austrália), o programa NOAH, e o programa VEROAD desenvolvido na universidade de Delft
(Holanda). Estes programas assimilam o pavimento a um conjunto de camadas sobrepostas e
carregado à superfície por cargas uniformemente distribuídas em áreas circulares, simulando
as rodas dos veículos. A aderência perfeita entre camadas é a condição mais comum, mas
também o escorregamento entre camadas é aceite pelos programas BISAR, CIRCLY e NOAH
[NEVES; 2001; DOMINGOS; 2007].
Contudo, a maioria dos modelos não permite a variação das propriedades da camada na
direcção horizontal, o que invalida a hipótese das camadas serem assimiladas a um meio
58
contínuo, fazendo com que a resposta de um pavimento rígido, obtida com este modelo, na
vizinhança das descontinuidades deixe de ter significado. No caso dos pavimentos flexíveis,
este modelo de resposta não permite considerar variações das propriedades dos materiais
constituintes das camadas no plano horizontal, como acontece com camadas granulares em
que o módulo de deformabilidade varia em função do estado de tensão. [NEVES; 2001;
DOMINGOS; 2007]
4.6 Modelação do Comportamento nos Ensaios de Carga
A determinação das características mecânicas dos materiais que constituem as
diferentes camadas do pavimento foi feita com recurso ao programa de cálculo automático
BISAR. Através de várias iterações, variando o módulo de deformabilidade das camadas,
foram-se obtendo deslocamentos, até fazer convergir os deslocamentos verticais da superfície
do pavimento calculados, com os deslocamentos experimentais determinados através do
ensaio de carga FWD, para uma carga normalizada de 40 kN (Quadro 4.1).
Os parâmetros mecânicos dos materiais são fixados quando a média do erro de
convergência for inferior a ±15% e é dado pela expressão:
4.2
Sendo:
i
– erro à distância i da origem (%).
exp,i
– deslocamento vertical resultante do ensaio de carga FWD, à distância i da
origem (m).
cal,i
– deslocamento vertical apresentado pelo programa de cálculo automático,
à distância i da origem (m).
No Quadro 4.5 são apresentados os dados e resultados relativos à primeira iteração
realizada, com o respectivo erro.
59
Quadro 4.5 - Dados e resultados da 1ª iteração
DADOS
Camada
RESULTADOS
Deflexões
Deflexões
médias para
calculadas
F=40kN (µm)
(µm)
-30
1,912E+02
2,715E+02
E
Distância
(MPa)
(cm)
Erro
BB (5,5 cm)
1000
0,30
42,02%
Base em Pó de Pedra (20 cm)
680
0,25
0
5,413E+02
4,047E+02
25,24%
Sub-base granular (20 cm)
120
0,35
30
1,285E+02
2,715E+02
111,27%
Solo de Fundação
120
0,35
45
8,448E+01
2,088E+02
147,17%
60
5,281E+01
1,647E+02
211,89%
90
2,053E+01
1,095E+02
433,32%
120
9,237E+00
7,968E+01
762,58%
150
5,132E+00
6,241E+01
1116,12%
180
3,692E+00
5,148E+01
1294,53%
Média
460,46%
No Quadro 4.6 apresentam-se os valores dos módulos de deformabilidade estimados
para as várias camadas do pavimento em estudo, de modo a que a deformada calculada fosse
o mais próximo possível da deformada medida in situ. Para uma melhor análise e com o intuito
de diminuir o erro médio adicionou-se duas camadas do solo de fundação.
Quadro 4.6 - Módulos de deformabilidade estimados para as várias camadas
DADOS
Camada
RESULTADOS
E
Distância
(MPa)
(cm)
Deflexões
Deflexões
médias para
calculadas
Erro
F=40kN (µm)
(µm)
BB (5,5 cm)
1000
0,30
-30
1,912E+02
1,914E+02
0,12%
Base em Pó de Pedra (20 cm)
200
0,25
0
5,413E+02
5,649E+02
4,36%
Sub-base granular (20 cm)
400
0,35
30
1,285E+02
1,914E+02
48,94%
Solo de Fundação (100 cm)
200
0,35
45
8,448E+01
8,282E+01
1,96%
Solo de Fundação (100 cm)
1000
0,35
60
5,281E+01
4,981E+01
5,68%
Solo de Fundação
2000
0,35
90
2,053E+01
2,399E+01
16,84%
120
9,237E+00
1,188E+01
28,61%
150
5,132E+00
6,104E+00
18,94%
180
3,692E+00
3,397E+00
Média
7,98%
14,82%
De seguida são referidas algumas considerações que se tiveram em conta, para que os
valores estimados fossem os mais próximos da realidade. Assim,
60
Teve-se muita atenção com a escolha do local da colocação da placa de carga e dos
geofones, uma vez que, se estes estivessem assentes sobre um BB solto, poderia
influenciar negativamente os resultados, aumentando significativamente a deflexão.
Não se colocou a placa de carga nem os geofones sobre as juntas dos BB, pois, caso
existisse uma pequena movimentação, o resultado do ensaio poderia ser adulterado.
Por último refere-se que os valores dos módulos de deformabilidade foram estimados
através de um FWD, por retroanálise, tendo, portanto, um grau de incerteza.
4.7 Considerações finais
Ao longo deste capítulo procedeu-se à descrição do trecho experimental, apresentou-se
as principais características dos materiais existentes nas camadas do pavimento, descreveu-se
a instrumentação dos pavimentos e os ensaios de carga realizados, analisando-se os
respectivos resultados.
Os ensaios de carga apresentados neste capítulo foram realizados com um
deflectómetro de impacto pesado (FWD), não só pelo facto deste existir no GEAFA, mas
também por este ser um equipamento para ensaios não destrutivos, que na actualidade,
melhor simulam as cargas geradas pelos veículos (valor de pico, tempo de carga). Por outro
lado, o procedimento de ensaio é relativamente simples, traduzindo-se numa maior rapidez de
execução quando comparado por exemplo com a viga Benkelman.
Com a modelação numérica do pavimento, cumpriu-se o objectivo principal pretendido,
que era o de determinar as características mecânicas na camada de BB. Conclui-se que o
módulo de deformabilidade cifra-se na ordem dos 1000MPa, valor que será usado no próximo
capítulo para a elaboração do catálogo de estruturas em PBB.
61
5. Catálogo de pavimentos
5.1 Generalidades
O objectivo do presente capítulo é o de apoiar e orientar a concepção das estruturas de
PBB a adoptar na construção em Portugal.
Os materiais subjacentes à concepção e dimensionamento adoptados visam satisfazer
certos requisitos específicos deste tipo de estruturas, nomeadamente:
Oferecer aos utentes um nível de serviço adequado, permitindo que a circulação
se faça em condições de segurança, conforto e economia.
Corresponder às diferentes classes de tráfego e fundações.
Sistematizar, tanto quanto possível, as estruturas de PBB que têm vindo a ser
adoptadas em Portugal.
5.2 Classificação do Tráfego
Para a elaboração do catálogo de PBB o tráfego será classificado em 3 classes de
tráfego, tendo como base a classificação da Associação Espanhola de PBB [ADAH; 2004]:
Baixa, Média e Alta.
Para o dimensionamento dos PBB apenas será considerado o efeito do tráfego médio
diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido de circulação, na via mais
solicitada por esses veículos (TMDA)p e o seu valor deverá ser obtido a partir de um estudo de
tráfego.
Considera-se veiculo pesado aquele cujo peso bruto é igual ou superior a 3 tf, o que
inclui uma larga gama de veículos, compreendendo autocarros, camiões com ou sem reboque
ou semi-reboque.
O dimensionamento de um pavimento visa assegurar adequadas condições de
circulação do tráfego durante um dado período, que se designa por período de
dimensionamento, minimizando a necessidade de obras de conservação nesse período. Para
os PBB consideram-se períodos de dimensionamento de 20 anos.
62
Para a avaliação da taxa de crescimento anual do tráfego pesado deve ser realizada
com base em estudo específico, onde sejam ponderados os diversos aspectos condicionantes
da sua evolução ao longo do período de dimensionamento. Visto não haver estudos
específicos para os PBB, será considerada uma taxa de crescimento de 1% para as classes de
tráfego baixa e média e 3% para a classe de tráfego alta.
Para exprimir o efeito de um dado número acumulado de passagens de veículos
pesados com características muito diversas faz-se a sua conversão em passagens
equivalentes de um eixo padrão, adoptando-se para tal, factores de agressividade, cujos
valores são definidos em função do manual de concepção de pavimentos para a rede
rodoviária nacional [JAE; 1995].
A avaliação da adequação das estruturas de PBB propostas, em termos de respectiva
capacidade de carga, foi definido um valor admissível para o número acumulado de eixos
padrão de 80 kN.
Tendo em conta os valores admitidos para a taxa média de crescimento anual e para o
factor de agressividade, o tráfego acumulado de eixos padrão durante o período de
dimensionamento, correspondente às três classes de tráfego é dado por:
dim
N80
= 365 x (TMDA)p x C x α x p
Com:
C
5.1
p
(1 t)
1
p t
5.2
em que:
C é o factor de crescimento do tráfego.
t – taxa média de crescimento anual de tráfego pesado (%).
α - factor de agressividade do tráfego (α).
p – período de dimensionamento (anos).
(TMDA)p – tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura,
por sentido e na via mais solicitada.
No Quadro 5.1 indicam-se as 3 classes de tráfego consideradas para o tráfego médio
diário anual de veículos pesados (em cada sentido e na via mais solicitada) no ano de abertura
dim
(TMDA)p, a taxa de crescimento médio, factor de agressividade e N80
63
(20 anos).
Quadro 5.1 – Elementos relativos ao tráfego
PBB
Taxa de
Classe
Parques
Baixa
Zonas
T3
de
crescimento
Factor de
N80 dim
médio (%)
agressividade (α)
(20 anos)
< 15
1
2
2,4x10
15 – 49
1
2
7,9x10
49 – 150
3
2
2,9x10
(TMDA)p
veículos
para
peões;
ligeiros;
Ruas
5
comerciais com largura < 6 m;
Artérias principais ou estruturais
Média
T2
com largura >6 m, que não
cruzem estradas com tráfego com
5
superior a 49 veículos pesados
por dia;
Ruas ou artérias principais de
elevado
tráfego;
Paragem
de
Alta
autocarro; Estações de serviço,
T1
paragens de autocarros, etc., que
6
não ultrapassem 150 veículos
pesados por dia;
(TMDA)p – tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido e na via mais solicitada.
N80 dim – número acumulado de eixos padrão de 80 kN.
Quando os valores a considerar para o tráfego médio diário, a taxa de crescimento, o
factor de agressividade ou o período de dimensionamento forem diferentes dos adoptados no
Quadro 5.1, ou quando se pretenda efectuar uma construção faseada, os valores de tráfego
acumulado serão calculados de acordo com a metodologia adoptada.
5.3 Características dos Materiais
5.3.1 Fundação do pavimento
Recorrendo ao manual de concepção da JAE, (1995) considera-se para os pavimentos
em questão três classes de fundação do pavimento.
Crê-se por fundação do pavimento, para além da camada de leito do pavimento (a
superfície da camada de leito constitui a plataforma de apoio do pavimento), os terrenos
subjacentes que condicionam o seu comportamento. Para efeitos de dimensionamento devem
analisar-se as características dos terrenos até à profundidade de 1 metro.
64
Serão então consideradas três classes de fundação do pavimento, tal como indicado
no Quadro 5.2. Para cada classe admitem-se valores para os módulos de deformabilidade da
fundação do pavimento.
Quadro 5.2 - Classes de Fundação [JAE; 1995]
Módulo da fundação (MPa)
Classe de fundação
Classe de tráfego
Gama
Valor de cálculo
F1
30 a 50
30
T3; T2; T1
F2
51 a 80
60
T3; T2; T1
F3
> 80
100
T3; T2; T1
5.3.2 Materiais granulares
Incluem-se nesta designação os materiais naturais, britados ou tratados com cimento,
que serão empregues nas camadas de base e sub-base do catálogo.
O comportamento das camadas constituintes por materiais naturais ou britados
depende, entre outros factores, das suas características intrínsecas, designadamente:
Da natureza dos agregados (petografia, textura).
Da forma dos agregados (lamelação e alongamento).
Das propriedades físicas dos agregados (porosidade, dureza, resistência ao
desgaste, alterabilidade, etc.).
Da granulometria adoptada (em particular da percentagem de finos – material
passado no peneiro n.º 200 ASTM).
Da quantidade de elementos britados.
O comportamento mecânico das camadas, em particular o seu módulo de
deformabilidade, é ainda fortemente condicionado pelas condições de estado, nomeadamente:
A compacidade.
O teor em água.
O estado de tensão (função da estrutura de pavimento e das condições de
fundação).
Por vezes é necessário recorrer a tratamentos das camadas de base e sub-base
constituídas
por
agregados
ou
solos
granulares
com
adequadas
características
granulométricas e de homogeneidade, com ligantes hidráulicos, para melhorar as condições de
65
apoio da camada de BB+areia. A aplicação em obra deste tipo de misturas pode ser realizada
utilizando cilindros compactadores ou através de agulhas vibradoras.
Para efeitos de dimensionamento de estruturas típicas de PBB, serão consideradas as
características mecânicas aproximadas para as camadas de base e sub-base, como se indica
no Quadro 5.3.
Quadro 5.3 - Características mecânicas adoptadas para os materiais [JAE; 1995]
Módulo de
Símbolo
Designação
deformabilidade
(E)
material britado sem recomposição (tout-
BG
venant) aplicado em camada de base
SbG
AGEC
Sc
≈ 2 x E camada
inferior
material britado sem recomposição (tout-
≈ 2 x E camada
venant) aplicado em camada de sub-base
inferior
agregado não recomposto em central
tratado com Cimento
solo-cimento fabricado em central
Coeficiente de
Poisson ( )
0,35
0,35
15000
0,25
2000
0,35
5.3.3 Blocos de Betão
Nesta rubrica serão abordados os BB, a serem aplicados na camada de desgaste.
Considera-se que os BB juntamente com o colchão de areia funcionam como uma única
camada, de módulo de deformabilidade e coeficiente de Poisson constantes.
Supõe-se que os BB a serem utilizados em estradas e ruas terão uma espessura de 80
mm, sendo esta uma prática comum em Portugal. Os BB mais finos (55 e 60 mm) são usados
somente para passeios, pistas de bicicleta e parques de estacionamento para veículos ligeiros.
Uns blocos mais espessos (100 mm) são usados em quantidades pequenas e em casos
especiais (portos e aeroportos).
Os valores do módulo de deformabilidade, da camada BB+colchão de areia variam
muito consoante a referência, podendo variar entre 300 e 5000 MPa. Tal como já foi descrito
anteriormente o valor do módulo vai crescendo gradualmente com a passagem do tráfego, por
acção do travamento dos BB.
66
Para o dimensionamento do catálogo será usado para o conjunto BB+ colchão de areia
um módulo de deformabilidade de 1000 MPa e coeficiente de Poisson, de 0,30. Estes valores
foram obtidos recorrendo a um caso prático abordado no capítulo anterior.
5.4 Critérios de Dimensionamento
5.4.1 Modelo do pavimento
O pavimento foi modelado, recorrendo mais uma vez ao programa BISAR, como sendo
uma estrutura de multi-camadas (Figura 5.1), com um eixo padrão de 80 kN, uma carga em
cada roda de 20 kN e 500 kPa de pressão de contacto como modelo base. Supôs-se que cada
camada é homogénea, elástica e isotrópica e é caracterizada por E – módulo de
deformabilidade e de ν – coeficiente de Poisson.
Figura 5.1 - Estrutura multi-camadas do pavimento assumida para análise
As estruturas típicas de PBB foram dimensionadas para três tipos de fundação e para
três tipos de tráfego.
5.4.2 Estados limites de ruína
Para os PBB há dois estados limites de ruína principais presentes, o fendilhamento por
fadiga (tensão horizontal de tracção) na base das misturas de materiais com ligantes
hidráulicos e as deformações permanentes (extensão vertical de compressão) no topo do solo
da fundação (Figura 5.2).
67
Figura 5.2 - Estados limites de Ruína nos PBB [NEVES; 2007 a]
O estudo das deformações permanentes, que evoluem no tempo com a passagem do
tráfego e contribuem para o aumento das rodeiras foi feito com base na validação do critério
das deformações permanentes:
z,apl
<
5.3
z,adm
Em que z,apl é determinado através do programa BISAR e z,adm é obtido através da
seguinte equação da Shell:
z,adm
=aN
b
5.4
Em que:
z,apl
– extensão de aplicação vertical de compressão no topo dos solos de
fundação.
z,adm
– extensão admissível vertical de compressão no topo dos solos de
fundação.
N – número admissível de passagens do eixo padrão (80 kN).
a e b – parâmetros característicos dos materiais, em que a = 2,1 ou 1,8 (para
fiabilidade de 85 e 95% respectivamente) e b=-0,25.
Para o dimensionamento nas camadas com ligantes hidráulicos, admitiu-se que a
fadiga das misturas solicitadas à flexão pelos rodados dos veículos pesados se poderia
relacionar com a tensão máxima de tracção (σt), e terá de verificar a seguinte relação:
apl
68
<
adm
5.5
Para o cálculo da tensão máxima de tracção admissível utiliza-se a expressão da JAE
apresentada no manual de concepção de pavimentos para a rede rodoviária nacional:
σt
σr
dim
1 a x log N80
5.6 [JAE; 1995]
Em que:
σt – valor máximo ds tensão de tracção induzida pelo eixo padrão.
σr – resistência à tracção em flexão (Rflexão).
dim
N80
– número admissível de passagens do eixo padrão (80 kN).
a – constante, que depende da composição e propriedades da mistura, para a
qual se admitam valores de -0,06 a -0,1 (adoptou-se -0,08).
No caso de a resistência à tracção ser avaliada à tracção em ensaios de compressão
diametral, poderá admitir-se um factor de 1,5 para converter o valor obtido no que
previsivelmente seria obtido em ensaio de flexão, ou seja:
Rflexão ≈ 1,5 x Rcd
5.7 [JAE; 1995]
Em que:
Rf – resistência à tracção em flexão.
Rcd – resistência à tracção em compressão diamentral, em Rcd toma o valor de 1
MPa no caso de AGEC e 0,3 MPa no caso de Sc.
5.5 Proposta de estruturas tipo para PBB
No presente sub-capítulo propõe-se, em forma de catálogo, um conjunto de estruturas
tipo a adoptar na fase de estudo prévio para PBB.
A organização deste catálogo é feita tento por base os seguintes princípios:
Definição de estruturas tipo para PB, tendo por base a associação de diversos
tipos de materiais para as camadas constituintes.
Consideração das condições extremas mais desfavoráveis das classes de
tráfego e de fundação, para a determinação das espessuras propostas, pelo
que, em face das condições reais a definir em fase de projecto de execução, as
propostas deverão ser ajustadas.
69
Variação das espessuras das camadas de base sub-base de acordo com a
classe de tráfego e fundação (T1, T2, T3, F1, F2 e F3).
A Figura 5.3 mostra, sob forma de catálogo as secções tipo propostas para os PBB.
Figura 5.3 - Secções tipo propostas
A título de exemplo, apresenta-se de seguida a verificação do dimensionamento da
secção tipo proposta com a classe de tráfego T 2 e classe de fundação F1.
No Quadro 5.4 estão resumidos os valores obtidos para a caracterização do tráfego.
Quadro 5.4 - Características do tráfego
t (%)
1,00%
2,00
p (anos)
C
20,00
1,10
70
(TMDA)p
(veículos)
49,00
dim
N80
7,9E+05
Consequentemente, usando as equações apresentadas obteve-se os resultados
referentes à extensão vertical máxima admissível devido às deformações permanentes, que
são mostrados no Quadro 5.5.
Quadro 5.5 - Extensões verticais de compressão admissíveis no topo da fundação
Fiabilidade
z
85%
95%
7,05E-04
6,04E-04
O cálculo da tensão horizontal de tracção admissível na base da camada de solocimento, é apresentado no Quadro 5.6.
Quadro 5.6 - Cálculo da tensão horizontal de tracção na base da camada de Sc
Rcd
0,3
dim
N80
r =1,5xRcd
7,88E+05
0,45
t (kPa)
237,73
Através do programa BISAR obteve-se a extensão vertical de compressão e o valor da
tensão horizontal de tracção na base da camada de solo-cimento, verificando-se o correcto
dimensionamento:
z,apl
-6
-6
= 243 x 10 < z,adm = 604 x 10 (verifica critério das deformações permanentes)
y,apl
= 232,9 kPa <
y,adm
= 237,73 kPa (verifica critério da fadiga)
5.6 Considerações Finais
Como já foi dito, na elaboração do catálogo foram consideradas as condições mais
desfavoráveis de tráfego e de fundação. De referir mais uma vez que este catálogo não é
aplicável em fase de projecto de execução, pelas razões já enunciadas. Nesta fase serão
realizados os cálculos de verificação da capacidade de carga das estruturas projectadas, tendo
em atenção os estudos específicos realizados no seu âmbito, designadamente os estudos de
tráfego e o geológico e geotécnico. A verificação das estruturas apoiar-se-á, então:
No valor real do tráfego de dimensionamento.
Nas características mecânicas da fundação.
71
Nas características mecânicas dos materiais de pavimentação, tendo em atenção
os materiais efectivamente disponíveis.
A experiencia recolhida da aplicação do presente catálogo, durante a construção do
PBB e após a entrada em serviço, permitirá o seu futuro ajustamento e a eventual inclusão de
outras soluções que a prática revele adequadas.
Considera-se, assim, importante que os vários utilizadores e os técnicos que
acompanham o projecto e a construção das obras desenvolvam uma atenta observação do
comportamento das estruturas, e procedam a recolha sistemática de elementos relativos ao
seu comportamento.
72
6. Síntese e conclusões
6.1 Síntese do trabalho
No capítulo 1, referente às considerações iniciais, fez-se a apresentação e
enquadramento do tema e enunciou-se os objectivos da dissertação.
Nos Capítulos 2, pavimentos em blocos e 3, métodos de dimensionamento para
PBB foi feita uma síntese dos conhecimentos relativos à construção e dimensionamento dos
PBB, recorrendo a bibliografia nacional e estrangeira.
No capítulo 4, estudo e modelação de um pavimento experimental, com o intuito de
analisar e conhecer melhor estruturalmente a camada de desgaste de um PBB, realizou-se
ensaios de carga num pavimento experimental.
No capítulo 5, catálogo de pavimentos, apresentou-se um catálogo de estruturas típicas
de PBB, adequado à realidade nacional.
Por fim este capítulo 6, síntese e conclusões, refere-se, nomeadamente às principais
conclusões e às perspectivas de investigação futura.
6.2 Principais conclusões
Para além das conclusões que foram sendo referidas no final de cada capitulo,
apresenta-se em seguida uma síntese geral das principais conclusões, consideradas como as
mais importantes do trabalho realizado:
De todas as vantagens descritas e comentadas ao longo deste trabalho, deduz-se
rapidamente que o PBB é um pavimento idóneo, com potencialidades para ser usado
em variadas circunstâncias. Neste sentido, considera-se que há campos de aplicação,
nos quais os PBB podem ser a solução mais adequada, relativamente a outros
pavimentos, devido sobretudo à sua relação custo - rendimento, qualidades estéticas,
facilidade de construção e manutenção.
Indubitavelmente, pode-se afirmar que os PBB podem ser uma melhor escolha em
termos de custos mais baixos ou melhor comportamento quando:
73

Vão suportar cargas elevadas concentradas em zonas de passagem de
equipamentos ou em zonas onde se prevêem cargas elevadas pontuais.

As intensidades de tráfego são elevadas.

O solo de fundação tem fraca capacidade de suporte.

O pavimento irá suportar variações de temperatura, derrames de carburantes e
onde se prevêem assentamentos locais do terreno.

O aspecto e as características estéticas do pavimento são uma das exigências
principais do projecto.

Necessidade de futuras intervenções em infra-estruturas enterradas, no caso de
pavimentos urbanos.
Em relação ao dimensionamento podemos concluir que a maioria dos métodos de
dimensionamento dos PBB deriva de adaptações da metodologia de cálculo utilizada
em pavimentos flexíveis, onde o conceito de camadas equivalentes é utilizado.
Da
modelação numérica do pavimento experimental, concluí-se que o módulo de
deformabilidade dos BB pode ser estimado em 1000MPa. Foi este o utilizado na
análise estrutural das secções tipo propostas no catálogo de PBB apresentado neste
trabalho.
Para a elaboração do catálogo, foram consideradas as condições mais desfavoráveis
de tráfego e de fundação. O catálogo serve para apoiar a concepção de estruturas de
PBB a adoptar na construção de infra-estruturas novas.
6.3 Investigação futura
A presente dissertação não esgota, porém, a investigação no domínio dos PBB,
considerando-se que os seguintes tópicos podem ser objecto de investigação futura:
Realização de ensaios com FWD noutros trechos experimentais, caracterizados por
diferentes estruturas de pavimentos, condições de fundação (tipos de blocos e
camadas) e de solicitação de tráfego ou cargas.
Realização de ensaios com o FWD não só à superfície, mas nas várias camadas
subjacentes para melhor conhecimento das características de deformabilidade, não só
dos BB, mas também de outras camadas do pavimento.
74
Caracterização do estado híbrido nas camadas com materiais granulares, factor que
influência o comportamento do pavimento.
Utilização de outros meios de cálculo automático na análise estrutural, para além do
método tradicional de múltiplas camadas elásticas lineares, como por exemplo o
método dos elementos finitos, de forma a considerar características mais especificas
dos PBB (Exemplo: descontinuidades).
Construção de um catálogo para estruturas especiais, nomeadamente para aeroportos
e portos.
75
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