AVALIAÇÃO DE TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS EM PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS DE BLOCOS DE CONCRETO.
Rodrigo Menegaz Müller
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL
DO
RIO
DE
JANEIRO
COMO
PARTE
DOS
REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM
ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
__________________________________________________
Profª Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc.
__________________________________________________
Prof. Jacques de Medina, L.D.
__________________________________________________
Profª. Lídia da Conceição Domingues Shehata, Ph.D.
__________________________________________________
Prof. Fernando José Pugliero Gonçalves, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
JUNHO DE 2005
MÜLLER; RODRIGO MENEGAZ
Avaliação de Transmissão de Esforços em
Pavimentos Intertravados de Blocos de Concreto.
[Rio de Janeiro] 2005
XXI, 234 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc.,
Engenharia Civil, 2005)
Tese – Universidade Federal do Rio de Janeiro,
COPPE
1.Pavimentos Intertravados 2.Transmissão de
Esforços 3. Avaliação de Pavimentos 4. Peças
Pré-moldadas
I. COPPE/UFRJ II. Título (série).
Aos meus pais, Clarence e Rosângela,
meu irmão Gustavo, minha irmã Clarissa,
por todo o incentivo e apoio que me deram,
durante estes dois anos longe de vocês, para a realização deste trabalho.
ii
AGRADECIMENTOS
Agradeço:
•
À “Prô”. Laura Maria Goretti da Motta por todos seus ensinamentos
acadêmicos, sua dedicação diária para a realização desta tese e de minha
formação profissional e pessoal, pelos seus ensinamentos de humildade, carinho
e, principalmente, de amizade. Nunca me esquecerei da recepção calorosa no
primeiro dia de aula e, a partir deste dia, comecei a admirá-la ainda mais.
Obrigado por tudo;
•
Aos meus pais Clarence e Rosângela, pela vida a mim dada, pelo grande carinho
e amizade dedicada a este filho durante todos estes anos. Sem vocês não seria
esta pessoa que hoje sou. O exemplo de vida que me deram espero levar para
sempre;
•
Aos meus irmãos Gustavo e minha irmã Clarissa, pelo carinho que temos, pelos
momentos de amizade e por tudo aquilo que vivemos juntos durante todo os
anos de convivência diária;
•
.À minha namorada Bianca, que convive em minha vida por incríveis e
inimagináveis cinco anos, obrigado por esperar estes dois anos e suportar minha
ausência do seu lado;
•
Ao colega, irmão, sócio e amigo Marcos Antônio Fritzen, pela amizade nestes
dois anos de convivência diária, pelos momentos de discussão e reflexão sobre
os mais variados assuntos. Ainda bem que além de gaúcho, você é gremista, pois
se não fosse assim nossa convivência seria impossível depois do rebaixamento
do “timão”;
•
À minha “família” no Rio de Janeiro: Vitor Hugo Biasuz, a que me atrevo a
chamar de “pai carioca” apesar de gaúcho, “Lora”, Vitor, Paulinho e Nessa, por
terem me aceitado em sua casa por tanto tempo, sem vocês não teria tido carinho
iii
familiar e, com certeza, não teria conseguido suportar a distância, vocês estão
guardados em meu coração para sempre;
•
À empresa HOLCIM S.A, que proporcionou a utilização do trecho experimental
de pavimentos intertravados, construído junto a sua sede de Cantagalo – RJ, para
a realização de grande parte desta tese e pelo apoio financeiro dado. Um
agradecimento especial aos seus funcionários que estavam sempre dispostos a
colaborar com a execução dos ensaios, especialmente aos Eng. Eduardo, que
muitas vezes abriu mão de seu tempo de trabalho para ajudar com a pesquisa, e
ao Eng. Luis Otávio, que iniciou os estudos referentes a Pavimento Intertravados
na COPPE/UFRJ e idealizou grandes idéias para a continuidade dos trabalhos
realizados. Aos funcionários de Cantagalo, especialmente: Nelson, Davi,
Amarildo e Sérgio;
•
À ABCP que contribuiu financeiramente para a realização dos ensaios realizados
no painel experimental, principalmente ao Eng. Eduardo D’Ávilla, que se tornou
um grande amigo, apesar de colorado;
•
Aos funcionários s laboratoristas do Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ,
principalmente aos amigos Bororo, pelas conversas e reflexões sobre historia e
outros assuntos pertinentes e não pertinentes, não se esqueça: “a mesa é minha e
deixo como quiser”, Max, nossa mão de obra mais preciosa, França, Álvaro,
Ricardo, Sérgio, Maurão, Carlinhos, Eduardo, Ana Maria, Neide, Salviano,
“Baixinho”, entre outros;
•
Aos novos e grandes amigos formados no convívio diário nos laboratórios:
Leonardo, Mariluce, Raphael, Marcelinho, Alex, Rosane, Tatiana, Fernando,
Cinconegui, Fabrício, Chico, Sidclei, Nicolle, Beatriz, Roberto, Chico, Joelson,
e todos que por falta de uma boa memória tenha me esquecido.
•
Aos Professores da Universidade de Passo Fundo, que me passaram as noções
básicas sobre as atribuições de um engenheiro e ensinaram a conviver neste
iv
meio, principalmente aos Professores Antonio Thomé, Vera, Mário, Adalberto
Pandolfo, Gilnei e Moacir
•
Aos Professores da pós-graduação, Paulo Santa Maria, nosso eterno mestre Prof.
Dirceu Veloso, Francisco Lopes, Ian Martins, Francisco Casanova, Márcio
Almeida, Willy Lacerda, Maurício Erlich, pelos conhecimentos passados sobre
esta grande área da Eng. Civil,
•
Ao Prof, Jacques de Medina, nosso grande mestre da pavimentação, pelas
conversas nos corredores e as “aulas” particulares dadas nas viagens e nas
caronas até o Leblon;
•
Ao Prof. Fernando Pugliero Gonçalves, que me passou os primeiros
ensinamentos da engenharia rodoviária, profissão tão honrosa e necessária a
nosso país, e pela sua presença honrosa em minha banca examinadora;
•
À Profa. Lídia Shehata, por tê-la como membro de minha banca examinadora;
•
Ao CNPQ, pela bolsa de estudos que possibilitou minha estada no Rio de
Janeiro para a realização do Mestrado.
v
Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
AVALIAÇÃO DE TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS EM PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS DE BLOCOS DE CONCRETO.
Rodrigo Menegaz Müller
Junho/2005
Orientadora: Laura Maria Goretti da Motta
Programa: Engenharia Civil
Este trabalho tem como objetivo principal avaliar as tensões transmitidas da
camada de revestimento de pavimentos intertravados de peças pré-moldadas de concreto
(PPC) para a camada de base, em um painel experimental, com a utilização de células
de carga, bem como a medição de deslocamentos da superfície do pavimento com a
utilização de LVDT. Para tanto foram utilizadas as dependências do Setor de Modelos
Físicos do Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ, onde foram realizadas trinta e
duas variações de estruturas do conjunto colchão de areia/PPCs, nas quais variaram-se a
espessura dos blocos (40, 60, 80 e 100mm), a espessura do colchão de areia (50 e 75mm
sem compactação), o modelo de assentamento (espinha de peixe, trama e linear) e o
formato das peças (retangular e dentada). Realizaram-se, ainda, ensaios de transmissão
de esforços da camada de revestimento de PPCs de um trecho experimental, de
pavimentos intertravados, para o meio da camada de colchão de areia e para o topo da
camada de base cimentada. Esse trecho experimental está localizado no acesso à fábrica
de cimentos da HOLCIM S.A., localizado no município de Cantagalo - RJ, o qual foi
dividido em quatro subtrechos em que variaram-se a espessura das peças de concreto
(40, 60, 80 e 100mm). Acompanhou-se, também, o desempenho nos dois primeiros anos
de utilização desse pavimento, por meio de ensaios de resistência à derrapagem, com o
Pêndulo Britânico, de permeabilidade e ensaios de deflexões com a viga Benkelman
convencional e a eletrônica; adotaram-se alguns procedimentos para a execução destes
ensaios. As tensões transmitidas para a camada de base e as deformações devido a
carregamentos aplicados no revestimento nos experimentos executados no trecho e no
painel experimental foram comparadas com análise numérica utilizando-se o programa
FEPAVE2. Foi comprovado que a modelagem de pavimentos intertravados pede ser
realizada através de métodos utilizados para análise de tensões em pavimentos flexíveis
e que os módulos das camadas de PPC variam com o arranjo e com a espessura das
peças.
vi
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
EVALUATION OF LOAD SPREADING IN INTERLOCKING CONCRETE
BLOCKS PAVEMENTS
Rodrigo Menegaz Müller
June/2005
Advisor: Laura Maria Goretti da Motta
Department: Civil Engineering
The mair purpose of this dissertation is to evaluate the stress speeding from the
loaded surface of interlocking precast concrete block pavements (“PPC” in Portuguese)
to the granular base layer in a laboratory experimental panel using load cells, also
measured surface displacement using LVDT. In the area of Physical Modeling of the
COPPE/UFRJ’s Geotecnical Laboratory, studies contemplated thirty-two combinations
of concrete blocks thickness (40, 60, 80 and 100mm) and sand mattress (50 and 75mm
non compacted). Also varied the seating (fish spire, weared and linear) and the block
geometry (plain rectangular blocks and tooth-like side blocks). Field loading tests were
made to observe spreading down of efforts in an experimental block pavement, from the
seating mattress to the tops of cemented base layer. This experimental panel at the
entrance of a Portland cement plant (HOLCIM, Cantagalo City in State of Rio de
Janeiro) was divided into four sections of different block thickness (40, 60,80 and
100mm). Measured surface friction using the British Pendulum and made deflectometry
user conventional Benkelman bean and with an electronic bean. Stresses and
displacement distribution measured in both laboratory panels a field sections were
compared with calculated values determined using FEPAVE2 computer program. Is
was shown that modeling of interlocked concrete blocks pavements is possible though
stress analyses used for flexible pavements, and that deformability module of PPC layer
vary with block laying pattern and block thickness.
vii
ÍNDICE
1
INTRODUÇÃO........................................................................................................ 1
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E BREVE HISTÓRICO DOS
PAVIMENTOS INTERTRAVADOS.............................................................................. 7
2.1
O PAVIMENTO ................................................................................................... 7
2.2
CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS .................................................................... 8
2.3
BREVE HISTÓRICO DOS PAVIMENTOS INTERTRAVADOS................................... 11
2.4
ESTRUTURA TÍPICA DE UM PAVIMENTO DE PPC.............................................. 18
2.4.1
Camada de Revestimento de PPC .............................................................. 20
2.4.1.1
Arranjos ou Modelos de Assentamento das PPC ............................... 20
2.4.1.2
Formato das PPC ................................................................................ 21
2.4.1.3
Espessura das PPC.............................................................................. 24
2.4.2
Influência do Colchão de Areia .................................................................. 25
2.4.2.1
Granulometria do Colchão de Areia................................................... 26
2.4.2.2
Ensaios de Durabilidade da Areia ...................................................... 29
2.5
CARACTERÍSTICAS DE INTERTRAVAMENTO DE UM PAVIMENTO DE PPC ......... 33
2.6
CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO DOS BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO ..
........................................................................................................................ 35
2.7
3
UTILIZAÇÃO DE PAVIMENTOS INTERTRAVADOS EM RODOVIAS ....................... 41
INSTRUMENTAÇÃO E AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS.............................. 45
3.1
INSTRUMENTAÇÃO DE PAVIMENTOS ............................................................... 45
3.1.1
Identificação dos Pontos de Instalação das Células.................................... 47
3.1.2
Instrumentação em Estruturas de Pavimentos ............................................ 49
3.2
AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS .......................................................................... 52
3.2.1
Avaliação Estrutural ................................................................................... 53
3.2.1.1
Ensaios Destrutivos ............................................................................ 54
3.2.1.2
Ensaios Não Destrutivos..................................................................... 57
3.2.2
Avaliação Funcional ................................................................................... 67
3.2.2.1
Irregularidade ..................................................................................... 67
3.2.2.2
Avaliação da Resistência à Derrapagem ............................................ 70
3.2.2.3
Permeabilidade ou Drenabilidade de Pavimentos .............................. 76
viii
4
COMENTÁRIOS SOBRE A CONSTRUÇÃO DO TRECHO
E DO PAINEL EXPERIMENTAL ................................................................................ 84
CONSTRUÇÃO DO TRECHO EXPERIMENTAL .................................................... 84
4.1
4.1.1
4.2
Dimensionamento do Trecho Experimental ............................................... 85
5
PAINEL DE SOLOS REFORÇADOS ...................................................................... 87
4.2.1
Estrutura do Painel de Solos Reforçados.................................................... 88
4.2.2
Sistema de Aplicação do Carregamento..................................................... 88
4.2.3
Areia de Quartzo......................................................................................... 91
MÉTODOS E MATERIAIS................................................................................... 93
5.1
INTRODUÇÃO ................................................................................................... 93
5.2
CALIBRAÇÃO DAS CÉLULAS DE CARGA ........................................................... 94
5.2.1
Resultados Obtidos da Calibração das Células de Carga ........................... 96
5.2.1.1
Teste Realizado no Setor de Modelos Físicos .................................. 101
5.2.1.2
Teste realizado com o cilindro de CBR............................................ 102
5.2.2 Calibração do LVDT ................................................................................ 103
5.3
AQUISIÇÃO
DE
DADOS PROVENIENTES
DOS
INSTRUMENTOS UTILIZADOS
NA
PESQUISA................................................................................................................... 104
5.4
EXPERIMENTOS REALIZADOS NO SETOR DE MODELOS FÍSICOS ..................... 106
5.4.1
Aplicação do Carregamento ..................................................................... 106
5.4.2
Instalação das Células de Carga ............................................................... 107
5.4.3
Montagem do Pavimento Intertravado ..................................................... 108
5.4.4
Os Blocos de Concreto Utilizados nos Ensaios Realizados no Setor de
Modelos Físicos.................................................................................................... 112
5.4.4.1
Ensaios de Compressão Axial .......................................................... 113
5.4.4.2
Ensaios de Desgaste ......................................................................... 114
5.4.4.3
Ensaios de Pêndulo Britânico ........................................................... 120
5.4.5
A Areia Utilizada no Colchão e no Rejunte dos Ensaios Realizados no
Setor de Modelos Físicos...................................................................................... 121
5.4.6
Transmissão de esforços da superfície do pavimento de PPC para a camada
de base123
5.4.7
Determinação dos Deslocamentos Verticais e Horizontais...................... 123
5.4.8
Determinação do esforço de compressão entre os blocos ........................ 125
5.4.9
Ensaio de Permeabilidade Realizados no Painel Experimental................ 127
ix
6
ANÁLISE
DE
RESULTADOS
DO
PAINEL
EXPERIMENTAL ....................................................................................................... 130
ANÁLISE DA TENSÃO VERTICAL .................................................................... 130
6.1
6.1.1
Influência da Compactação na Transmissão de Esforços......................... 150
6.1.2
Influência da Espessura das Juntas na Transmissão de Esforços ............. 156
6.1.3
Análise das tensões verticais transmitidas com o carregamento aplicado no
colchão de areia .................................................................................................... 161
6.2
ANÁLISE DA TENSÃO HORIZONTAL ............................................................... 162
6.3
ANÁLISE DOS DADOS DE DESLOCAMENTO VERTICAL ................................... 163
6.3.1
Influência da Compactação na Deformação Vertical ............................... 174
6.3.2
Influência da Espessura das Juntas na Deformação Vertical ................... 181
6.3.3
Análise das deformações verticais com o carregamento aplicado no colchão
de areia.................................................................................................................. 184
6.4
ANÁLISE NUMÉRICA ...................................................................................... 185
6.4.1
7
Considerações Finais da Análise Numérica ............................................. 190
ANÁLISE
DE
RESULTADOS
DO
TRECHO
EXPERIMENTAL ....................................................................................................... 192
7.1
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO TRECHO EXPERIMENTAL DE CANTAGALO 192
7.1.1
Ensaios Deflectométricos Realizados no Trecho Experimental............... 192
7.1.2
Ensaios de Resistência à Derrapagem Realizados no Trecho Experimental..
.................................................................................................................. 195
7.1.3
Ensaios de Permeabilidade Realizados no Trecho Experimental............. 199
7.1.4
Ensaios Realizados na Areia Utilizada no Trecho Experimental ............. 200
7.1.5
Considerações Finais Sobre a Avaliação do Trecho Experimental.......... 202
7.2
ANÁLISE DA TRANSMISSÃO DE TENSÕES NO TRECHO EXPERIMENTAL .......... 203
7.2.1
Instalação das Células de Carga ............................................................... 203
7.2.2
Análise dos Dados do Trecho Experimental de Cantagalo - RJ............... 207
7.2.2.1
7.3
ANÁLISE NUMÉRICA ...................................................................................... 210
7.3.1
8
Leitura das Cargas Através dos Sensores ......................................... 207
Considerações Finais da Análise Numérica ............................................. 215
CONCLUSÕES
E
SUGESTÕES
PARA
ESTUDOS
FUTUROS .................................................................................................................... 218
x
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 2.1 – CARGAS APLICADAS EM UM PAVIMENTO (SANTANA, 1993A) ................... 8
FIGURA 2.2 – SEÇÃO
TRANSVERSAL TÍPICA DE UM PAVIMENTO FLEXÍVEL
(MARQUES,
2002)......................................................................................................................... 9
FIGURA 2.3 – SEÇÃO
TRANSVERSAL TÍPICA DE UM PAVIMENTO RÍGIDO
(MARQUES,
2002)....................................................................................................................... 10
FIGURA 2.4 – VILA ÁPIA EM ROMA (MADRI, 2004)....................................................... 13
FIGURA 2.5 – PAVIMENTO
DE
BLOCOS
DE
ARGILA
NA CIDADE DE
RIO BRANCO – ACRE
(NASCIMENTO, 2005) ......................................................................................... 14
FIGURA 2.6 - PAVIMENTO DE PÉ-DE-MOLEQUE SITUADO EM SÃO JOÃO DEL REI ............. 16
FIGURA 2.7 - RUA
DE PAVIMENTO DE PÉ-DE-MOLEQUE LOCALIZADA NA
CIDADE
DE
PARATY – RJ ........................................................................................................... 16
FIGURA 2.8 – ESTRUTURA TÍPICA DE UM PAVIMENTO DE PPC (HALLACK, 1998)......... 19
FIGURA 2.9 – PRINCIPAIS TIPOS DE ASSENTAMENTO DAS PPC (HALLACK, 1998)......... 21
FIGURA 2.10 - EFEITO
DO ARRANJO DE ASSENTAMENTO DAS PEÇAS DE CONCRETO NO
DESEMPENHO DO PAVIMENTO SOB SOLICITAÇÃO DO TRÁFEGO (SHACKEL, 1990). 22
FIGURA 2.11 – EFEITO
DO ARRANJO E FORMATO DAS
PPC
NA DEFORMAÇÃO SOBRE A
AÇÃO DO NÚMERO DE SOLICITAÇÕES (SHACKEL, 1990) ....................................... 23
FIGURA 2.12 - EFEITO
DA ESPESSURA DAS PEÇAS DE CONCRETO NO DESEMPENHO DO
PAVIMENTO SOB SOLICITAÇÃO DO TRÁFEGO (SHACKEL, 1990) ............................ 25
FIGURA 2.13 – EFEITO
DA ESPESSURA DA CAMADA DE AREIA DE ASSENTAMENTO NO
DESEMPENHO DO PAVIMENTO (SHACKEL, 1990) .................................................. 26
FIGURA 2.14 – TIPOS
DE INTERTRAVAMENTO: VERTICAL, ROTACIONAL E HORIZONTAL
(ICPI, 2002A).......................................................................................................... 35
FIGURA 2.15 - MOVIMENTO DE GIRAÇÃO DAS PPC (HALLACK, 1998) ......................... 36
FIGURA 2.16 – DIAGRAMA DA DOSAGEM ELABORADA POR CRUZ (2003) EM FUNÇÃO DOS
MATERIAIS E DA VIBROPRENSA UTILIZADA .............................................................. 39
FIGURA 2.17 – RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ENCONTRADOS
POR CRUZ (2003) ................................................................................................... 40
FIGURA 2.18 – RODOVIA DE PPC EM QWA-QWA, ÁFRICA DO SUL (MADRI, 2004) ....... 44
FIGURA 2.19 – RODOVIA CONSTRUÍDA COM PPC NA COSTA RICA (MADRI, 2004)........ 44
FIGURA 2.20 – RODOVIA CONSTRUÍDA COM PPC NA COLÔMBIA (MADRI, 2004) .......... 44
xi
FIGURA 3.1 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ZONA DE TRAÇÃO ABAIXO DA CAMADA
DE ............................................................................................................................ 48
FIGURA 3.2 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO INTERIOR DE UM PAVIMENTO INTERTRAVADO
(HALLACK, 1998)................................................................................................. 49
FIGURA 3.3 – DEFORMAÇÕES
ELÁSTICAS ENCONTRADAS POR
WELLNER & GLEITZ
(1996) PARA PAVIMENTOS INTERTRAVADOS ............................................................ 51
FIGURA 3.4 – DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS NO CENTRO DE APLICAÇÃO DO CARREGAMENTO
(WELLNER & GLEITZ, 1996).............................................................................. 52
FIGURA 3.5 – ESQUEMA DA VIGA BENKELMAN (DNER, 1994) ....................................... 60
FIGURA 3.6 – ESQUEMA DO SISTEMA DE REFERÊNCIA NA VIGA E NO CAMINHÃO (DNER,
1994)....................................................................................................................... 61
FIGURA 3.7 – BACIAS DE DEFLEXÃO MEDIDAS NO PAVIMENTO COM PMF E COM BLOCOS
VAZADOS (MALYSZ, 2004) ................................................................................... 64
FIGURA 3.8 – VALORES
DE COEFICIENTES DE ATRITO DINÂMICO EM PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS (ITO ET AL, 2000) ........................................................................ 75
FIGURA 3.9 – PERMEÂMETROS UTILIZADOS NA PESQUISA DE COOLLEY (1999)............ 79
FIGURA 3.10 – “CONSTANT WATER LEVEL TYPE PERMEABILITY TESTER” (KARASAWA
& SUDA, 1996) ...................................................................................................... 79
FIGURA 3.11 - GERADOR DE CHUVA ARTIFICIAL (JAMES & VON LANGSDORFF, 2003)
................................................................................................................................ 80
FIGURA 3.12 – EXECUÇÃO DOS PAVIMENTOS INTERTRAVADOS DRENANTES ................... 81
FIGURA 3.13 – PERMEABILIDADE DE PAVIMENTOS DE BLOCOS DE CONCRETO EM VÁRIAS
IDADES (ITO ET AL. 2000) ....................................................................................... 82
FIGURA 4.1 – TRECHO
EXPERIMENTAL DE PAVIMENTO INTERTRAVADO LOGO APÓS A
CONSTRUÇÃO DO MESMO (CRUZ, 2003) ................................................................. 85
FIGURA 4.2– REPRESENTAÇÃO
DA MONTAGEM DO MURO DO PAINEL DE SOLOS
REFORÇADOS (BARBOSA JUNIOR, 2003) ............................................................ 89
FIGURA 4.3– REPRESENTAÇÃO
DO PAINEL DE CONTROLE PNEUMÁTICO DEPOIS DE
MELHORADO (BARBOSA JUNIOR, 2003)............................................................. 90
FIGURA 4.4 - CURVA
GRANULOMÉTRICA DO SOLO UTILIZADO NO PAINEL DE MODELOS
FÍSICOS (SARAMAGO, 2002) ................................................................................ 91
FIGURA 5.1 – REPRESENTAÇÃO
DE UMA DAS CÉLULAS DE CARGA UTILIZADA PARA OS
ENSAIOS DE TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS ................................................................. 95
xii
FIGURA 5.2– EXEMPLO DE CICLOS DE ACRÉSCIMO DE CARGA DURANTE A CALIBRAÇÃO DA
CÉLULA DE CARGA 10549 UTILIZADA NO ESTUDO
FIGURA 5.3– EXEMPLO
................................................... 97
DE CICLOS DE DECRÉSCIMO DE CARGA DURANTE A CALIBRAÇÃO
DA CÉLULA DE CARGA 10549 UTILIZADA NESTE ESTUDO ......................................... 97
FIGURA 5.4– EXEMPLO DOS CICLOS DE CARGA E DESCARGA OBSERVADOS PARA A CÉLULA
O
N
10549.................................................................................................................. 98
FIGURA 5.5– EXEMPLO
DA CURVA MÉDIA DOS CICLOS DE CARREGAMENTO E
DESCARREGAMENTO PARA A CONVERSÃO DAS LEITURAS DE MV PARA KG PARA A
O
CÉLULA N
10549 .................................................................................................... 98
FIGURA 5.6– EXEMPLO DA DISPERSÃO DOS RESULTADOS DO CARREGAMENTO DA CÉLULA
O
N
10549.................................................................................................................. 99
FIGURA 5.7– ASPECTO
DAS CÉLULAS DE CARGA APÓS A SUA RETIRADA DO TRECHO
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 100
FIGURA 5.8– CÉLULA
DE CARGA
10549,
QUANDO SUBMETIDA AO TESTE DE CARGA
DISTRIBUÍDA REALIZADO NO PAINEL DE SOLOS REFORÇADOS ................................ 101
FIGURA 5.9 – TESTE REALIZADO NO CILINDRO CBR NA CÉLULA DE CARGA 10818 ....... 102
FIGURA 5.10– ESQUEMA DA COLOCAÇÃO DOS SENSORES NOS TESTES REALIZADOS COM AS
CÉLULAS DE CARGA NO INTERIOR DOS SOLOS ........................................................ 103
FIGURA 5.11 – LVDT UTILIZADO NA PESQUISA ............................................................. 103
FIGURA 5.12– VALORES MÉDIOS DA DEFORMAÇÃO MEDIDOS COM O LVDT ................. 104
FIGURA 5.13– TELA
DO PROGRAMA DE AQUISIÇÃO DE SINAIS PROVENIENTES DOS
INSTRUMENTOS ...................................................................................................... 105
FIGURA 5.14– EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA COLETA DE SINAIS DOS INSTRUMENTOS
UTILIZADOS ........................................................................................................... 106
FIGURA 5.15– VISTA
DO SISTEMA DE APLICAÇÃO DO CARREGAMENTO NAS
SISTEMA DE REAÇÃO NOS ARRANJOS REALIZADOS NO
PPC
E DO
PAINEL DE MODELOS FÍSICOS
.............................................................................................................................. 107
FIGURA 5.16– EXEMPLO
DA INSTALAÇÃO DAS CÉLULAS DE CARGA NO PAINEL
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 108
FIGURA 5.17– ASPECTOS
DA MONTAGEM DOS ARRANJOS TESTADOS NO
PAINEL
EXPERIMENTAL ..................................................................................................... 110
FIGURA 5.18– ASPECTOS DA FASE DE COMPACTAÇÃO E SELAGEM DAS JUNTAS ............. 111
FIGURA 5.19– PAINEL DE SOLOS REFORÇADOS APÓS TODAS AS ETAPAS CONSTRUTIVAS 112
FIGURA 5.20– BLOCOS DE CONCRETO UTILIZADOS NESTA PESQUISA ............................. 113
xiii
FIGURA 5.21 - MÁQUINA DE DESGASTE AMSLER-LAFFON DO IME (CRUZ, 2003) ....... 115
FIGURA 5.22- RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E À ABRASÃO OBTIDA POR
CRUZ (2003) ........................................................................................................ 117
FIGURA 5.23 – SUPERFÍCIE
DE DOIS BLOCOS UTILIZADOS NOS ENSAIOS DO PAINEL
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 118
FIGURA 5.24 – VALORES
DE DESGASTE DOS BLOCOS APÓS A ATUAÇÃO DA PLACA
VIBRATÓRIA E CARREGAMENTO COM MACACO HIDRÁULICO.................................. 119
FIGURA 5.25 – ENSAIO DE PÊNDULO BRITÂNICO REALIZADO EM PEÇAS INDIVIDUAIS ... 120
FIGURA 5.26 – MEDIDOR DE DESLOCAMENTOS CAM (MODIFICADO DE VILCHEZ, 2002).
.............................................................................................................................. 124
FIGURA 5.27 – ENSAIOS DE DESLOCAMENTO REALIZADOS ........................................... 125
FIGURA 5.28 – ETAPAS
DO ENSAIO PARA A DETERMINAÇÃO DOS ESFORÇOS DE
COMPRESSÃO ENTRE OS BLOCOS DE UM PAVIMENTO INTERTRAVADO .................... 126
FIGURA 5.29 – ENSAIO DE PERMEABILIDADE REALIZADO NO PAINEL EXPERIMENTAL ... 128
FIGURA 6.1– PRESSÕES LIDAS
NA BASE DOS ARRANJOS DAS
PPCS
DE
ESPESSURA 40MM
.............................................................................................................................. 134
FIGURA 6.2- PRESSÕES LIDAS NA BASE DAS PPCS COM ESPESSURA DE 60MM .............. 135
FIGURA 6.3- PRESSÕES LIDAS NAS PPCS COM ESPESSURA DE 80MM ............................ 136
FIGURA 6.4- PRESSÕES LIDAS BASE DOS ARRANJOS COM PPCS DE ESPESSURA DE 100MM
.............................................................................................................................. 138
FIGURA 6.5– PRESSÕES LIDAS COM O MODELO DE ASSENTAMENTO ESPINHA DE PEIXE .. 139
FIGURA 6.6– PRESSÕES LIDAS NO MODELO DE ASSENTAMENTO TRAMA ...................... 141
FIGURA 6.7– PRESSÕES LIDAS NO MODELO DE ASSENTAMENTO LINEAR ...................... 142
FIGURA 6.8– PRESSÕES LIDAS COM COLCHÃO DE AREIA DE 50MM ............................... 143
FIGURA 6.9– PRESSÕES LIDAS COM COLCHÃO DE AREIA DE 75MM ............................... 146
FIGURA 6.10– PRESSÕES LIDAS NAS PEÇAS DE FORMATO DENTADA ............................ 147
FIGURA 6.11– PRESSÕES LIDAS NAS PEÇAS DE FORMATO RETANGULAR ...................... 149
FIGURA 6.12– INFLUÊNCIA
DA COMPACTAÇÃO NA TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS NOS
BLOCOS DE 60MM COM MODELO DE ASSENTAMENTO FILEIRA OU LINEAR .............. 153
FIGURA 6.13- INFLUÊNCIA
DA COMPACTAÇÃO NA TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS NOS
BLOCOS DE 80MM COM MODELO DE ASSENTAMENTO FILEIRA OU LINEAR .............. 154
FIGURA 6.14- INFLUÊNCIA
DA COMPACTAÇÃO NA TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS NOS
BLOCOS DE 80MM COM MODELO DE ASSENTAMENTO ESPINHA DE PEIXE ................ 155
xiv
FIGURA 6.15– ASPECTOS DO PAVIMENTO INTERTRAVADO COM A UTILIZAÇÃO DE JUNTAS
DE 5MM.................................................................................................................. 157
FIGURA 6.16– DESLOCAMENTO
UTILIZAÇÃO DE JUNTAS DE
DAS PEÇAS DO PAVIMENTO INTERTRAVADO COM A
5MM,
APÓS A REALIZAÇÃO DE TODAS AS ETAPAS DE
COMPACTAÇÃO ...................................................................................................... 157
FIGURA 6.17– COMPARAÇÃO
JUNTAS DE
2MM
E
DA TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS COM ESPESSURAS DE
5MM
COM PEÇAS DE
80MM
DENTADAS NO MODELO DE
ASSENTAMENTO LINEAR ........................................................................................ 159
FIGURA 6.18– COMPARAÇÃO
JUNTAS DE
2MM
E
5MM
DA TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS COM ESPESSURAS DE
COM PEÇAS DE
80MM
RETANGULARES NO MODELO DE
ASSENTAMENTO LINEAR ........................................................................................ 160
FIGURA 6.19– ANÁLISE
DO DESLOCAMENTO VERTICAL, NO ARRANJO ESPINHA DE PEIXE
COM PEÇAS DENTADAS
FIGURA 6.20– ANÁLISE
.......................................................................................... 168
DO DESLOCAMENTO VERTICAL, NO MODELO DE ASSENTAMENTO
TRAMA COM PEÇAS DENTADAS .............................................................................. 169
FIGURA 6.21- ANÁLISE
DO DESLOCAMENTO VERTICAL, NO MODELO DE ASSENTAMENTO
LINEAR, OU ............................................................................................................ 170
FIGURA 6.22- ANÁLISE
DO DESLOCAMENTO VERTICAL, NO MODELO DE ASSENTAMENTO
FILEIRA COM PEÇAS RETANGULARES ..................................................................... 171
FIGURA 6.23- ANÁLISE
DO DESLOCAMENTO VERTICAL NO MODELO DE ASSENTAMENTO
TRAMA COM ........................................................................................................... 172
FIGURA 6.24- ANÁLISE
DO DESLOCAMENTO VERTICAL NO MODELO DE ASSENTAMENTO
ESPINHA DE PEIXE COM PEÇAS RETANGULARES ..................................................... 173
FIGURA 6.25– INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO NOS DESLOCAMENTOS COM A UTILIZAÇÃO
DE BLOCOS DE 60MM, NO MODELO DE ASSENTAMENTO LINEAR ............................. 178
FIGURA 6.26– INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO NO DESLOCAMENTO COM A UTILIZAÇÃO DE
BLOCOS DE 80MM, NO MODELO DE ASSENTAMENTO LINEAR .................................. 179
FIGURA 6.27– INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO NOS DESLOCAMENTOS COM A UTILIZAÇÃO
DE BLOCOS DE 80MM, NO MODELO DE ASSENTAMENTO ESPINHA DE PEIXE ............ 180
FIGURA 6.28– INFLUÊNCIA
DA COMPACTAÇÃO E DA ESPESSURA DAS JUNTAS NOS
DESLOCAMENTOS, COM UTILIZAÇÃO DE BLOCOS DE
80MM
DE FORMATO DENTADA,
NO ARRANJO LINEAR .............................................................................................. 183
xv
FIGURA 6.29– INFLUÊNCIA
DA COMPACTAÇÃO E DA ESPESSURA DAS JUNTAS NOS
DESLOCAMENTOS, COM UTILIZAÇÃO DE BLOCOS DE
80MM, FORMATO RETANGULAR,
NO LINEAR ............................................................................................................. 183
FIGURA 6.30 – DESLOCAMENTOS
ENCONTRADOS COM O CARREGAMENTO APLICADO
DIRETAMENTE SOBRE O COLCHÃO DE AREIA .......................................................... 185
FIGURA 7.1– BACIAS
DE DEFLEXÃO DETERMINADAS COM A VIGA
BENKELMAN
ELETRÔNICA .......................................................................................................... 195
FIGURA 7.2– ENSAIO
DE RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM REALIZADO NO TRECHO
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 197
FIGURA 7.3– CURVAS
GRANULOMÉTRICAS
DA
AREIA
UTILIZADA
NO
TRECHO
EXPERIMENTAL E DA AREIA RETIRADA DO COLCHÃO APÓS UM ANO DE UTILIZAÇÃO
DO TRECHO ............................................................................................................ 201
FIGURA 7.4– EXEMPLO DO TRÁFEGO DE CAMINHÕES DO TRECHO EXPERIMENTAL......... 203
FIGURA 7.5– PASSOS
PARA A COLOCAÇÃO DAS CÉLULAS DE CARGA NO TRECHO
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 205
FIGURA 7.6 – REPRESENTAÇÃO
ESQUEMÁTICA DO TRECHO EXPERIMENTAL, DEPOIS DE
INSTALADAS AS CÉLULAS DE CARGA...................................................................... 206
FIGURA 7.7- CARGAS
LIDAS PELOS SENSORES NO COLCHÃO DE AREIA DO TRECHO
EXPERIMENTAL DE CANTAGALO SOB CARGA DE CAMINHÃO TOCO ........................ 208
FIGURA 7.8- CARGAS LIDAS PELOS SENSORES NA INTERFACE DA BASE COM O COLCHÃO DE
AREIA DO TRECHO EXPERIMENTAL DE
CANTAGALO SOB CARGA DE CAMINHÃO TOCO
.............................................................................................................................. 209
xvi
ÍNDICE DE TABELAS
TABELA 2.1 – RECOMENDAÇÕES
TÉCNICAS DA GRANULOMETRIA DA AREIA A SER
UTILIZADA NO COLCHÃO DE AREIA EM ALGUNS PAÍSES (CRUZ, 2003).................... 28
TABELA 2.2 – ESPECIFICAÇÕES
GRANULOMÉTRICAS PARA OS MATERIAIS A SEREM
UTILIZADOS NO REJUNTAMENTO DAS PEÇAS DO REVESTIMENTO
(HALLACK, 1998)
................................................................................................................................ 28
TABELA 2.3 – GRANULOMETRIA DA AREIA A SER UTILIZADA NO COLCHÃO (CARVALHO,
1998)....................................................................................................................... 29
TABELA 2.4 - LIMITES
ACEITÁVEIS DA AREIA APÓS O ENSAIO DE DURABILIDADE
LILLEY
AND DOWSON (KNAPTON, 1997).......................................................................... 30
TABELA 2.5 – COEFICIENTES DE STUDENT, PARA UM NÍVEL DE SEGURANÇA DE 80% A SER
USADO NO CALCULO DA RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA DAS PPC (ABNT, 1987A)
38
TABELA 3.1 – LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS DE LEITURA DE DEFLEXÃO (DNER, 1994B) .. 62
TABELA 3.2 – PARÂMETROS
CALCULADOS A PARTIR DAS BACIAS DE DEFLEXÃO
(MALYSZ, 2004) ................................................................................................... 64
TABELA 3.3 – FAIXAS
IRI
DE CLASSIFICAÇÃO DE IRREGULARIDADE COM BASE NO
(SOUZA ET AL 2002).............................................................................................. 70
TABELA 3.4 – VALORES
MÍNIMOS SUGERIDOS DA RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM MEDIDO
COM O PÊNDULO BRITÂNICO (PEREIRA, 1998) ..................................................... 73
TABELA 3.5 – VALORES RECOMENDADOS A RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM MEDIDOS COM O
PÊNDULO BRITÂNICO (CRUZ, 2003) ...................................................................... 73
TABELA 3.6 – CLASSIFICAÇÃO
DOS ALGUNS TIPOS DE PAVIMENTOS DE ACORDO COM O
VALOR DE ATRITO DO PAVIMENTO MOLHADO MEDIDOS COM O
“µ-METER” (MAC
LEMAN, 1980 APUD ARAÚJO, 1994) ................................................................... 74
TABELA 3.7 - RESULTADOS DA RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM EM PPCS, MEDIDOS COM O
PÊNDULO BRITÂNICO (CRUZ, 2003) ....................................................................... 75
TABELA 3.8 – VALORES TÍPICOS DE COEFICIENTES DE PERMEABILIDADE DE ALGUNS TIPOS
DE SOLOS (PINTO, 2002) ........................................................................................ 77
TABELA 3.9 – CATEGORIAS
DE
PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS
CONFORME
A
PERMEABILIDADE .................................................................................................... 83
TABELA 4.1 - VARIÁVEIS
DE
ENTRADA
EXPERIMENTAL PELO PROGRAMA DA
PARA
ABCP,
DIMENSIONAMENTO
DO
PAINEL
UTILIZANDO O MÉTODO DA
CCA
(CRUZ, 2003) ......................................................................................................... 86
xvii
TABELA 4.2- VARIÁVEIS
DE SAÍDA DO DIMENSIONAMENTO DO PAINEL EXPERIMENTAL
PELO PROGRAMA DA ABCP (CRUZ,
2003)............................................................. 86
TABELA 4.3 - ESPESSURAS DAS CAMADAS DO PAVIMENTO DO TRECHO EXPERIMENTAL .. 87
TABELA 5.1– VARIAÇÕES DE ENSAIOS REALIZADOS NO SETOR DE MODELOS FÍSICOS .... 93
TABELA 5.2– EXEMPLOS
DOS CICLOS DE CARREGAMENTO E DESCARREGAMENTO DA
O
CARGA E AS LEITURAS OBTIDAS PELO SENSOR N
10549, BEM COMO A DISPERSÃO DOS
DADOS OBTIDOS ....................................................................................................... 96
TABELA 5.3– CONSTANTES
DE CALIBRAÇÃO DAS CÉLULAS DE CARGA EM LABORATÓRIO
.............................................................................................................................. 100
TABELA 5.4- EXEMPLOS
DOS CICLOS DE DEFORMAÇÃO E AS LEITURAS OBTIDAS PELO
LVDT ................................................................................................................... 104
TABELA 5.5– VALORES
DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES DOS BLOCOS DE
CONCRETO APÓS A EXECUÇÃO DOS ENSAIOS NO PAINEL EXPERIMENTAL ............... 114
TABELA 5.6 – VALORES
DE DESGASTE EM
PPCS
COM DIFERENTES RESISTÊNCIAS À
COMPRESSÃO (MODIFICADO DE CRUZ, 2003) ....................................................... 116
TABELA 5.7 – RESULTADOS
DOS ENSAIOS DE
PÊNDULO BRITÂNICO
REALIZADOS NAS
PEÇAS INDIVIDUAIS UTILIZADAS NO PAINEL EXPERIMENTAL .................................. 121
TABELA 5.8 – GRANULOMETRIA
DA AREIA UTILIZADA PARA O COLCHÃO E PARA O
REJUNTE NOS EXPERIMENTOS REALIZADOS NO SETOR DE MODELOS FÍSICOS ........ 122
TABELA 5.9 – RESULTADO
DO ENSAIO DE DEGRADAÇÃO PARA A AREIA UTILIZADA NOS
ENSAIOS REALIZADOS NO PAINEL EXPERIMENTAL .................................................. 122
TABELA 5.10 – VALORES DE COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE ENCONTRADOS NO PAINEL
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 129
TABELA 5.11 – VALORES DE COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE PARA A AREIA UTILIZADA
NO COLCHÃO DO PAINEL EXPERIMENTAL ............................................................... 129
TABELA 6.1– COMPARAÇÕES
REALIZADAS ENTRE OS ENSAIOS DE TRANSMISSÃO DE
ESFORÇOS .............................................................................................................. 131
TABELA 6.2 - TENSÕES
2
6KGF/CM
TRANSMITIDAS DA SUPERFÍCIE DO PAVIMENTO CARREGADO COM
PARA AS CÉLULAS DE CARGA INSTALADAS NA INTERFACE DA BASE COM O
COLCHÃO DE AREIA ............................................................................................... 133
TABELA 6.3– AVALIAÇÃO DAS TENSÕES TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE PPC DE
60MM, COM COLCHÃO DE AREIA DE 75MM E NO MODELO DE ASSENTAMENTO LINEAR,
OU FILEIRA, PARA OS PONTOS DE ANÁLISE NAS DIFERENTES COMPACTAÇÕES
REALIZADAS .......................................................................................................... 151
xviii
TABELA 6.4– AVALIAÇÃO DAS TENSÕES TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE PPC DE
80MM, COM COLCHÃO DE AREIA DE 75MM E NO MODELO DE ASSENTAMENTO LINEAR,
OU FILEIRA, PARA OS PONTOS DE ANÁLISE NAS DIFERENTES COMPACTAÇÕES
REALIZADAS .......................................................................................................... 151
TABELA 6.5– AVALIAÇÃO DAS TENSÕES TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE PPC DE
80MM, COM COLCHÃO DE AREIA DE 75MM E NO MODELO DE ASSENTAMENTO ESPINHA
DE PEIXE, PARA OS PONTOS DE ANÁLISE NAS DIFERENTES COMPACTAÇÕES
REALIZADAS .......................................................................................................... 152
TABELA 6.6– AVALIAÇÃO DAS TENSÕES TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE PPC DE
80MM, COM COLCHÃO DE AREIA DE 75MM E NO MODELO DE ASSENTAMENTO LINEAR,
PARA OS PONTOS DE ANÁLISE NAS DIFERENTES COMPACTAÇÕES COM A UTILIZAÇÃO
DE JUNTAS DE 5MM ................................................................................................ 158
TABELA 6.7- AVALIAÇÃO DAS TENSÕES TRANSMITIDAS COM O CARREGAMENTO APLICADO
DIRETAMENTE SOBRE O COLCHÃO DE AREIA .......................................................... 162
TABELA 6.8– TENSÕES
HORIZONTAIS
(KGF/CM2)
TRANSMITIDAS
ENTRE
PEÇAS
JUSTAPOSTAS COM COLCHÃO DE AREIA DE 50MM .................................................. 163
TABELA 6.9 – DESLOCAMENTOS VERTICAIS DA PLACA METÁLICA EM PPCS COM FORMATO
DENTADO NO ARRANJO ESPINHA DE PEIXE ............................................................. 164
TABELA 6.10 – DESLOCAMENTOS
VERTICAIS DA PLACA METÁLICA EM
PPCS
COM
FORMATO DENTADO NO ARRANJO TRAMA .............................................................. 165
TABELA 6.11 – DESLOCAMENTOS
VERTICAIS DA PLACA METÁLICA EM
PPCS
COM
FORMATO DENTADO NO ARRANJO LINEAR (FILEIRA).............................................. 165
TABELA 6.12– DESLOCAMENTO VERTICAIS DA PLACA METÁLICA EM PPC COM FORMATO
RETANGULAR NO ARRANJO ESPINHA DE PEIXE ....................................................... 166
TABELA 6.13– DESLOCAMENTO VERTICAIS DA PLACA METÁLICA EM PPC COM FORMATO
RETANGULAR NO ARRANJO TRAMA ........................................................................ 166
TABELA 6.14– DESLOCAMENTO VERTICAIS DA PLACA METÁLICA EM PPC COM FORMATO
RETANGULAR NO ARRANJO LINEAR (FILEIRA) ........................................................ 167
TABELA 6.15- AVALIAÇÃO
AREIA DE
75MM
DO DESLOCAMENTO DE
PPC
DE
60MM,
COM COLCHÃO DE
E NO MODELO DE ASSENTAMENTO LINEAR, OU FILEIRA, NAS
DIFERENTES COMPACTAÇÕES REALIZADAS ............................................................ 175
TABELA 6.16- AVALIAÇÃO
AREIA DE
75MM
DO DESLOCAMENTO DE
PPC
DE
80MM,
COM COLCHÃO DE
E NO MODELO DE ASSENTAMENTO LINEAR, OU FILEIRA, NAS
DIFERENTES COMPACTAÇÕES REALIZADAS ............................................................ 176
xix
TABELA 6.17- AVALIAÇÃO
AREIA DE
75MM
DO DESLOCAMENTO DE
PPC
DE
80MM,
COM COLCHÃO DE
E NO MODELO DE ASSENTAMENTO ESPINHA DE PEIXE NAS
DIFERENTES COMPACTAÇÕES REALIZADAS ............................................................ 177
TABELA 6.18- AVALIAÇÃO
AREIA DE
75MM
DO DESLOCAMENTO DE
PPC
DE
80MM,
COM COLCHÃO DE
E NO MODELO DE ASSENTAMENTO FILEIRA, OU LINEAR, COM
DIFERENTES ESPESSURAS DE JUNTA, NAS DIFERENTES COMPACTAÇÕES REALIZADAS
.............................................................................................................................. 182
TABELA 6.19- AVALIAÇÃO
DOS DESLOCAMENTOS COM O CARREGAMENTO APLICADO
DIRETAMENTE SOBRE O COLCHÃO DE AREIA .......................................................... 184
TABELA 6.20 - TENSÕES TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE PPCS DE 100MM, LIDAS
2
NO SETOR DE MODELOS FÍSICOS E AS ANALISADAS PELO FEPAV2 (KGF/CM
TABELA 6.21 - TENSÕES TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE PPCS
DE
80MM, LIDAS
2
NO SETOR DE MODELOS FÍSICOS E AS ANALISADAS PELO FEPAV2 (KGF/CM
TABELA 6.22 - TENSÕES TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE PPCS
DE
2
DE
) ..... 189
40MM, LIDAS
2
NO SETOR DE MODELOS FÍSICOS E AS ANALISADAS PELO FEPAV2 (KGF/CM
TABELA 7.1– DEFLEXÕES
) ..... 188
60MM, LIDAS
NO SETOR DE MODELOS FÍSICOS E AS ANALISADAS PELO FEPAV2 (KGF/CM
TABELA 6.23 - TENSÕES TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE PPCS
) ..... 188
) ..... 189
MÁXIMAS OBTIDAS NOS ENSAIOS REALIZADOS NAS PRIMEIRAS
AVALIAÇÕES NO MÊS DE ABRIL DE 2004 ................................................................ 194
TABELA 7.2– DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS RELACIONADOS À VIGA BENKELMAN 194
TABELA 7.3 – ENSAIOS
REALIZADOS COM O
PÊNDULO BRITÂNICO
NO TRECHO
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 198
TABELA 7.4– GRANULOMETRIA
DA AREIA UTILIZADA PARA O COLCHÃO DO TRECHO
EXPERIMENTAL APÓS UM ANO DE UTILIZAÇÃO DO PAVIMENTO .............................. 201
TABELA 7.5– RESULTADO
DO ENSAIO DE DEGRADAÇÃO PARA A AREIA UTILIZADA NO
TRECHO EXPERIMENTAL DE CANTAGALO .............................................................. 202
TABELA 7.6 - LOCAIS
DE INSTALAÇÃO DAS CÉLULAS DE CARGA NO TRECHO
EXPERIMENTAL DE CANTAGALO ............................................................................ 204
TABELA 7.7 – VALORES DE TENSÃO (KGF/CM2) TRANSMITIDAS PELO CAMINHÃO PARA AS
CÉLULAS DE CARGA INSTALADAS NO TRECHO EXPERIMENTAL .............................. 210
TABELA 7.8 – TENSÃO
VERTICAL ADMISSÍVEL NO SUBLEITO EM FUNÇÃO DO MÓDULO
RESILIENTE DO MATERIAL E DO NÚMERO N (MOTTA, 1991) ................................ 213
xx
TABELA 7.9 – TENSÕES
ANALISADOS PELO
TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE
FEPAV2
PPCS
DE
100MM
E OS VALORES DE TENSÕES ADMISSÍVEIS NO TRECHO
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 213
TABELA 7.10 – TENSÕES
ANALISADOS PELO
TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE
FEPAV2E
PPCS
DE
80MM
OS VALORES DE TENSÕES ADMISSÍVEIS NO TRECHO
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 214
TABELA 7.11 – TENSÕES
ANALISADOS PELO
TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE
FEPAV2E
PPCS
DE
60MM
OS VALORES DE TENSÕES ADMISSÍVEIS NO TRECHO
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 214
TABELA 7.12 – TENSÕES
ANALISADOS PELO
TRANSMITIDAS PELO REVESTIMENTO DE
FEPAV2
PPCS
DE
40MM
E OS VALORES DE TENSÕES ADMISSÍVEIS NO TRECHO
EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 215
xxi
1
INTRODUÇÃO
Segundo dados da Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes (GEIPOT, 2000)
o Brasil possui uma rede de 160.000km de malha rodoviária pavimentada para um total
de 1.559.941km de estradas não pavimentadas, apresentando uma densidade de
rodovias pavimentadas por área territorial de 0,0187km/km2 muito aquém das
necessidades do país. Cerca de 92% da malha rodoviária não pavimentada encontra-se
sob responsabilidade do poder público municipal e atende à maior parte do escoamento
da produção agrícola e industrial de pequeno porte, que às vezes são inviabilizadas
devido a precariedade do sistema de transporte.
Com base neste panorama, deve-se realizar uma reflexão sobre novas técnicas de
pavimentação a serem utilizadas no meio rodoviário e urbano. Uma das opções é o
pavimento de peças pré-moldadas de concreto (que doravante será designado por PPC),
hoje denominado pavimento intertravado, em referência ao principal mecanismo de
atuação para a garantia do desempenho adequado dos mesmos. Pavimentos, como o
intertravado, que necessitam de mão de obra não especializada para a confecção de sua
estrutura e, principalmente, da sua camada de revestimento, devem começar a ser vistos
com outros olhos pelos órgãos públicos, responsáveis pela pavimentação de vias. Além
de proporcionarem melhorias estéticas, técnicas e de redução de custos para os
transportes, em vias não pavimentadas, geram a utilização intensa de mão de obra local,
proporcionando um aumento da receita familiar com a geração de novos empregos. Para
MADRI (2004), a construção de pavimentos intertravados pode vir a gerar empregos
medidos em torno de um dia-homem/m2 de via.
A industrialização dos blocos de concreto para a pavimentação, com a aquisição de
equipamentos de grande produtividade e elevado grau de precisão dimensional e
estrutural, registra grande crescimento nas últimas décadas. De acordo com SMITH
(2003), nos Estados Unidos, a cada cinco anos dobra-se a quantidade, em metros
quadrados, de aplicação desta técnica e projetava que para o ano de 2005 seriam
utilizados mais de 60 milhões de metros quadrados. Segundo CRUZ (2003), na cidade
1
do Rio de Janeiro já foram assentados mais de um.milhão de metros quadrados de peças
pré-moldadas de concreto. Registra-se ainda um crescimento, no Brasil, de 35% da
utilização de pavimentos intertravados entre os anos de 2002 e 2003 e de mais de 66%
entre os anos de 2003 e 2004. O estado do Rio de Janeiro registrou um crescimento, da
utilização de PPC, em torno de 41% no ano de 2003.
À medida que este tipo de pavimento deixou de ser uma opção somente arquitetônica e
preferencialmente usada para calçadas e praças, foi necessário o desenvolvimento de
métodos de dimensionamento. Estes métodos são empíricos e baseados em métodos de
dimensionamento de pavimentos flexíveis. Atualmente há tendência mundial da
utilização de métodos mecanísticos que admitem que o modelo de comportamento seja
mais de pavimento flexível do que rígido (CRUZ & MOTTA, 2003). Nos Estados
Unidos, a NCA (National Concrete Masonry Associaion), realizou uma adaptação do
método de dimensionamento de pavimentos flexíveis da AASHTO (American
Association of State Highway and Transportation Officials) para a utilização em
pavimentos intertravados. Na Inglaterra um processo semelhante foi implementado
(CRUZ,
2003).
SHACKEL
(1990)
descreve
o
método
LOCKPAVE
de
dimensionamento mecanístico de pavimentos intertravados, tanto para meios
rodoviários quanto para áreas industriais.
Diversos estudos estão sendo realizados com o intuito do aperfeiçoamento de métodos
de dimensionamentos que simulam o revestimento como uma camada elástica linear,
baseados em constatações de que um pavimento intertravado possui diferentes
mecanismos de distribuição de esforços e considerando-se que os pavimentos de peças
de concreto são menos sensíveis a sobrecargas do que os pavimentos flexíveis.
HALLACK (1998) relata que a grande dificuldade de dimensionamento ou de
verificação estrutural de pavimentos intertravados é a determinação do valor do módulo
de elasticidade do revestimento composto pelo colchão de areia e pelas peças de
concreto. Os valores obtidos em estudos realizados com simuladores de tráfego ou com
medições in situ apresentaram grandes dispersões.
CRUZ (2003) relata que a maioria dos métodos utilizados para o dimensionamento de
pavimentos intertravados se baseiam nos seguintes critérios:
2
•
O pavimento intertravado é tratado como um pavimento flexível, passando a
empregar métodos de cálculo de tensões originalmente desenvolvidos para
pavimentos asfálticos;
•
Utiliza-se uma relação linear para representar o comportamento tensãodeformação dos materiais das camadas e do subleito, inclusive admitindo que a
camada composta pelas PPCs e colchão de areia trabalha como uma camada
equivalente ao revestimento asfáltico composto de concreto betuminoso quanto
ao valor de módulo de resiliência;
•
Admite-se que a existência das juntas entre as peças pré-moldadas dispensa a
consideração de tensões de tração quando se realiza o dimensionamento, ou seja,
a analogia com o revestimento asfáltico de uma camada contínua só é valida na
modelagem numérica da distribuição de tensões, mas o comportamento real
desta camada está longe de ser contínuo;
•
As juntas funcionam como descontinuidades para as tensões de tração, ou seja,
não transmitem esforços de tração entre peças e as pequena dimensões das peças
em relação à área de contato das cargas não leva ao desenvolvimento de flexão
na própria peça;
•
Considera-se que a utilização de base estabilizada com cimento é quase uma
imposição da maioria das considerações de carga;
•
Considera-se a espessura e a forma das peças fixas em muitos dos métodos de
dimensionamento.
O entendimento do comportamento tensão x deformação de um sistema em camadas
tem sido facilitado com a realização de instrumentações de seções de pavimentos, que
se tornam de grande importância para o acompanhamento do desempenho de estruturas
de pavimentos ao longo de sua vida útil. Para tanto muitas pesquisas vêem sendo
realizadas em diversos países para avaliar o comportamento de diferentes estruturas de
pavimentos a partir de instrumentações em pistas experimentais. O foco principal é a
interpretação da degradação evolutiva dos pavimentos, em termos dos processos
principais de degradação que comumente condicionam o término de sua vida de serviço
(GONÇALVES, 2002).
3
Para contribuir no entendimento do comportamento e da modelagem dos pavimentos de
PPC, esta tese tem como objetivo investigar o comportamento de estruturas de
pavimentos intertravados em relação à transmissão de esforços e de deslocamentos da
superfície, que é composta por peças de concreto, pela instrumentação de um trecho
experimental e de um painel experimental de laboratório.
A investigação das tensões transmitidas e dos deslocamentos devidos à aplicação de
carregamentos na superfície de um pavimento intertravado foi realizada a partir da
instrumentação de trinta e dois diferentes experimentos realizados no painel
experimental do Setor de Modelos Físicos da COPPE/UFRJ. Nestes ensaios variaram-se
a espessura dos blocos e do colchão de areia, bem como o modelo de assentamento e o
formato dos blocos.
Em continuidade às primeiras investigações acerca do desempenho da estrutura de um
trecho experimental, sob carga pesada que foram feitas por CRUZ (2003), no presente
trabalho são mostradas medidas do comportamento estrutural e funcional dos dois
primeiros anos de utilização do mesmo.
Portanto, esta pesquisa tem como objetivo geral a avaliação da transmissão de esforços
e dos deslocamentos decorrentes da aplicação de carregamentos no revestimento de
pavimentos intertravados, e a comparação entre as diferentes estruturas construídas
tanto no painel quanto no trecho experimental.
Para atingir este objetivo foram realizadas as seguintes atividades:
•
Avaliação, analise e quantificação das tensões transmitidas da camada de
revestimento de PPCs para a camada de base do painel experimental;
•
Avaliação, analise e quantificação dos deslocamentos devido às cargas aplicadas
ao pavimento intertravado montado no painel experimental;
•
Comparar as diferentes estruturas montadas no painel experimental, quanto à
transmissão de esforços e deslocamentos;
•
Instrumentação do trecho experimental de pavimentos intertravados, para avaliar
as tensões transmitidas pelas diferentes espessuras de peças para o colchão de
4
areia e para a camada de base cimentada com a aplicação de carregamentos
dinâmicos;
•
Avaliação do desempenho dos dois primeiros anos de utilização do trecho
experimental.
Esta tese foi estruturada nos seguintes capítulos:
Capítulo 1: Introdução
Procurou-se apresentar a contextualização desta pesquisa e o objetivo da mesma.
Capítulo 2: Revisão Bibliográfica e Breve Histórico dos Pavimentos Intertravados
Faz-se um breve histórico da evolução dos pavimentos intertravados e uma revisão
bibliográfica, no sentido de inserir o presente trabalho no estado atual de
desenvolvimento das pesquisas envolvendo este tipo de pavimento. Abordam-se os
princípios fundamentais do conceito estrutural do pavimento, tipos e formas das peças e
recomendações de materiais a serem utilizados.
Capítulo 3: Instrumentação e Avaliação de Pavimentos
Apresenta-se uma abordagem sobre a instrumentação de camadas de pavimentos,
procedimentos para a realização de avaliações dos equipamentos utilizados e breves
relatos sobre a experiência brasileira nestes estudos. São descritas ainda técnicas de
avaliações estruturais e funcionais de pavimentos e alguns resultados da literatura de
pavimentos intertravados.
Capítulo 4: Construção do Trecho e do Painel Experimental
Apresentam-se às características dos materiais utilizados, as configurações geométricas
e o processo construtivo do painel e do trecho experimental.
Capítulo 5: Métodos e Materiais
5
Apresentam-se as características dos equipamentos utilizados para a instrumentação do
painel e do trecho experimental, bem como os procedimentos adotados para a calibração
dos instrumentos utilizados nos experimentos de transmissão de esforços e de
deslocamentos. Discutem-se, também, os experimentos realizados para a determinação
da transmissão dos esforços e dos deslocamentos medidos no painel experimental.
Capítulo 6: Apresentação e Análise de Resultados do Painel Experimental
São apresentados e discutidos os resultados registrados durante os testes realizados a
partir da instrumentação do painel experimental. Fazem-se avaliações das distribuições
dos esforços e dos deslocamentos gerados pelos carregamentos impostos à superfície de
peças pré-moldadas e apresenta-se uma análise numérica com o programa
computacional FEPAV2 para cálculo de tensões e deformações em estruturas de
pavimentos.
Capítulo 7: Apresentação e Análise de Resultados do Trecho Experimental
São discutidos os resultados dos ensaios realizados para a avaliação estrutural e
funcional do trecho experimental. Apresentam-se os resultados da transmissão dos
esforços medidos com as células de carga instaladas nas camadas de colchão de areia e
na interface do colchão de areia com a base cimentada e realiza-se uma análise
numérica com o programa computacional FEPAV2 para cálculo de tensões e
deformações em estruturas de pavimentos.
Capítulo 8: Conclusões e sugestões para futuras pesquisas
São apresentados os principais resultados obtidos na presente tese e dadas sugestões
para o desenvolvimento de futuras pesquisas.
6
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E BREVE HISTÓRICO
DOS PAVIMENTOS INTERTRAVADOS.
2.1
O Pavimento
Pode-se afirmar que em obras de engenharia civil, como construções de rodovias,
aeroportos, ruas, entre outras, a superestrutura é constituída por um sistema de camadas
de espessuras finitas, assentadas sobre o terreno de fundação, considerado um semiespaço infinito e designado sub-leito, sendo esta superestrutura o pavimento.
O pavimento é uma estrutura construída sobre a superfície do leito, após os serviços de
terraplanagem, por meio de camadas de vários materiais de diferentes características de
resistência e deformabilidade, cuja principal função é fornecer segurança e conforto ao
usuário (SOUZA, 1980; SANTANA, 1993a).
As principais funções de um pavimento, segundo a NBR-7207 (ABNT, 1992), são:
•
Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais provenientes do tráfego;
•
Melhorar as condições de rolamento quanto a comodidade e segurança;
•
Resistir aos esforços horizontais tornando mais durável possível a superfície de
rolamento.
Quando um pavimento é solicitado por uma carga de veículo Q, que se desloca sobre o
revestimento com uma velocidade V, fica sujeito a uma tensão normal na direção
vertical σo (de compressão) e uma tensão cisalhante na direção horizontal τ0 (de
cisalhamento), conforme mostra a Figura 2.1. As variadas camadas componentes da
estrutura do pavimento possuem a função de diluir a tensão vertical aplicada na
superfície para que o subleito receba uma parcela muito inferior desta tensão vertical. A
tensão horizontal aplicada na superfície exige que o revestimento possua uma coesão
mínima para suportar a parcela do esforço de cisalhamento (SANTANA, 1993a).
7
Figura 2.1 – Cargas aplicadas em um pavimento (SANTANA, 1993a)
2.2
Classificação dos Pavimentos
Tradicionalmente, por simplificação, pode-se classificar a estrutura dos pavimentos em:
•
Pavimentos Flexíveis;
•
Pavimentos Rígidos;
•
Pavimentos Semi-Rígidos (Semi-Flexíveis);
Pavimentos Flexíveis:
São pavimentos constituídos por camadas que trabalham muito pouco à tração, quando
comparadas às dos pavimentos rígidos (MARQUES, 2002). Todas as camadas sofrem
deformações elásticas significativas, sob um carregamento aplicado, e a carga é
distribuída em parcelas equivalentes entre suas camadas (PINTO & PREUSSLER,
2002).
8
Normalmente são formados por um revestimento betuminoso sobre camadas puramente
granulares. Nesta categoria se incluem os pavimentos de blocos de concreto instalados
no revestimento. A capacidade de suporte é estabelecida em função das características
de distribuição de cargas por um sistema de camadas superpostas. Um exemplo de uma
seção típica de um pavimento flexível é apresentado na Figura 2.2.
Segundo SHACKEL (1990), os pavimentos intertravados constituídos de blocos de
concreto podem ser considerados pavimentos flexíveis, devido às suas características,
que se assemelham às dos pavimentos asfálticos, tais como de distribuição de cargas, de
deflexão, entre outras.
Escala em m
(desenho esquemático sem escala)
Figura 2.2 – Seção transversal típica de um pavimento flexível (MARQUES, 2002)
9
Pavimentos Rígidos:
Pode-se definir um pavimento rígido como sendo aquele que apresenta uma camada de
revestimento com uma rigidez muito superior à das camadas inferiores, a qual absorve
praticamente todas as tensões provenientes da passagem do tráfego.
Segundo RODRIGUES (1995a), a placa de concreto de cimento portland é o principal
componente estrutural, aliviando as tensões nas camadas subjacentes devido à sua
elevada rigidez à flexão, quando são geradas tensões e deformações de tração na placa,
responsáveis pelos trincamentos por fadiga após um certo número de repetições de
carga.
São pavimentos poucos deformáveis, a determinação de sua espessura é feita em relação
à resistência a tração do concreto e são feitas considerações em relação à fadiga,
coeficiente de reação do subleito e cargas aplicadas. Um exemplo de uma seção
característica de um pavimento de concreto pode ser visto na Figura 2.3.
(desenho esquemático sem escala)
Figura 2.3 – Seção transversal típica de um pavimento rígido (MARQUES, 2002)
Pavimento Semi-rígido ou Semiflexível:
Pode ser considerado uma situação intermediária entre os pavimentos rígidos e
flexíveis. É o caso dos pavimentos constituídos, nas camadas de base e ou sub-base, por
misturas de solo-cimento, solo-cal, solo-betume entre outras, que venham a apresentar
uma razoável resistência à tração (MARQUES, 2002; PINTO & PREUSSLER, 2002).
10
Segundo MEDINA (1997), perdeu o sentido a definição das camadas quanto às suas
funções específicas e distintas umas das outras, à medida que se passou a analisar o
pavimento como um sistema de camadas e calcular as tensões e deformações do
conjunto.
Porém, pode-se afirmar que não existe um determinado tipo de pavimento que seja
considerado melhor solução técnica e econômica em todas as situações. Em um projeto,
é recomendável analisar-se todas as alternativas tecnicamente possíveis de seções de
pavimentos, deixando a escolha final para as análises econômicas e de viabilidade
operacional (RODRIGUES, 1995a).
2.3
Breve Histórico dos Pavimentos Intertravados
Sendo este um trabalho sobre pavimentos intertravados, em que a camada de
revestimento é constituída por peças pré-moldadas de concreto, torna-se relevante um
breve relato histórico sobre o desenvolvimento desta técnica de pavimentação. Esta é
uma técnica moderna que resulta de uma evolução de procedimentos dos quais
encontram-se relatos de 25 séculos atrás, com a colocação de pedras justapostas em seu
estado natural.
O que se relata a seguir é baseado nos estudos apresentados por CRUZ (2003), PREGO
(2001), KNAPTON (1996) e SHACKEL (1990). Estes autores apresentam, em seus
respectivos trabalhos, uma abordagem histórica descrevendo a evolução desta técnica de
pavimentação através dos séculos.
A invenção da roda ocorreu na Mesopotâmia, há mais de 5.000 anos e gerou a
necessidade da utilização de materiais mais resistentes para a construção de estradas,
devido ao aumento da carga transportada por estas. Uma das mais antigas de que ainda
se encontram vestígios está na Grécia, que foi revestida com pedra e construída,
provavelmente, a 1.500 anos antes de Cristo.
Os primeiros caminhos utilizados com fins de transporte de pessoas e cargas entre as
vilas e as colônias são creditados aos povos Etruscos (800 a 350 a.C). Estes povos
11
visavam vencer distâncias e tinham a preocupação de garantir conforto e resistência,
através de uma superfície mais plana possível, e da utilização de materiais disponíveis e
conhecidos na época. No revestimento destes caminhos, eram utilizadas pedras de mão
juntamente com um material mais fino para o preenchimento das juntas entre as pedras.
Os Romanos herdaram vários dos conhecimentos sobre a construção de caminhos dos
Etruscos. Com a necessidade de construir ligações entre todo o Império Romano e
principalmente permitir um rápido deslocamento das tropas militares, os caminhos
Romanos foram construídos de diversas formas, de acordo com a importância,
expectativa de utilização, disponibilidade de material, clima e topografia. Geralmente,
eram constituídos por solos arenosos misturados a pedras naturais do tipo seixo rolado,
já os caminhos mais utilizados eram revestidos por pedras talhadas manualmente em
forma retangular. O revestimento de pedras talhadas foi o preferido pelos Romanos,
quando era exigida grande resistência ao desgaste. Porém, sua utilização dependia
essencialmente da disponibilidade de materiais.
Durante o período que se estendeu entra 400a.C e 200a.C, os romanos intensificaram a
construção de um abrangente sistema de caminhos compreendendo uma extensão de
mais de 75.000 milhas (120.700km). Vinte e nove estradas irradiavam de Roma e se
conectavam a numerosas outras.
Um dos exemplos clássicos deste tipo de pavimentação é a Via Ápia, que foi um dos
caminhos mais importantes do Império Romano e ligava Roma ao sul da Itália, da qual
ainda são encontrados vestígios em algumas partes da Europa. Iniciada pelo censor
romano Appius Cláudios, ligava Roma a Brindisi, numa extensão de 584km, com o
objetivo de transportar provisões, tropas e armamentos da costa do Mediterrâneo à costa
Ádria. Infelizmente, um grande trecho desta histórica estrada foi recoberta por
pavimentos mais modernos, sob a alegação de que sua superfície original era tão
grosseira que os veículos apenas trafegavam com velocidade próxima a 16km/h
(GUIMARÃES, 2002). A Figura 2.4 apresenta um dos poucos locais em que se
mantiveram intactas partes da Via Ápia.
12
Figura 2.4 – Vila Ápia em Roma (MADRI, 2004)
Já no século XVI, quando os espanhóis invadiram o Império Inca, seus expedicionários
ficaram maravilhados com o sistema de estradas que encontraram, ao qual é creditado
um total de 40.000km de estradas construídas. Estas se estendiam entre a Colômbia até
o Chile e Argentina e eram apoiadas por outros dois caminhos longitudinais, o Caminho
Andino e o Costeiro. Os revestimentos destes caminhos variavam entre o de pedra, para
locais muito chuvosos, e o de terra batida em locais com clima seco (PREGO, 2001).
Com o passar dos anos, cada vez mais os caminhos eram utilizados para fins comerciais
e as composições das cargas transportadas se modificaram e começaram a exigir cada
vez mais do revestimento. A natureza das peças utilizadas no revestimento variava em
função da oferta dos materiais locais. O processo evolutivo das peças utilizadas no
revestimento pode ser representado basicamente por quatro tipos de materiais; blocos de
tijolos, pedra talhada, blocos de madeira e peças de concreto.
Blocos de Tijolos de Argila
Existem evidências de uso de tijolos de argila em revestimento na Mesopotâmia há
5.000 anos. Os primeiros relatos da utilização do betume em pavimentação foram desta
mesma época. Neste processo, os tijolos eram aplicados sobre uma camada de betume
objetivando garantir a aderência dos tijolos ao leito do terreno. Porém a durabilidade
dos blocos era pequena, devido ao desgaste gerado pela ação do tráfego. Sua utilização
13
era restrita a regiões que não dispunham de outro material com maior resistência. Ao
final do século XIX, apareceram os primeiros fornos para a queima da argila em altas
temperaturas com isto, os tijolos de argila passaram a ser muito utilizados na Europa e
na América, pois a queima da argila aumentava sua resistência mecânica.
Historicamente, a cidade brasileira de Rio Branco, capital do Acre, vem utilizando o
processo dos blocos de tijolos de argila nos revestimentos de pavimentos de suas ruas
desde 1940. A inexistência de pedra naquela região do país, aliada à grande
disponibilidade de material para a produção de tijolo cerâmico contribuiu de forma
decisiva para este fato. O assentamento é feito diretamente sobre o aterro previamente
preparado oferecendo uma superfície que confere segurança ao rolamento, além de
oferecer resistência à infiltração de água. A matéria prima para a fabricação dos blocos
de tijolos de argila, deve apresentar alto índice de resistência à compressão, para que,
quando convenientemente preparada e queimada, dê origem a blocos que apresentem
boa resistência à compressão e ao desgaste (FUNTAC, 1999). A Figura 2.5 apresenta
um trecho de pavimento com a utilização de blocos de tijolos de argila na cidade de Rio
Branco – Acre (NASCIMENTO, 2005).
Figura 2.5 – Pavimento de Blocos de Argila na cidade de Rio Branco – Acre
(NASCIMENTO, 2005)
14
Pedras Talhadas e Aparadas Manualmente
No século XVIII, surgiam os primeiros modelos de assentamento de pedras talhadas em
fileiras ou tipo espinha de peixe. Naquela época já existia grande preocupação em
manter as juntas estreitas entre as peças, exigindo grandes esforços para homogeneizar
as dimensões das peças. As espessuras variavam entre 90 e 180mm. No século XX, foi
instituída a prática de selar as juntas com argamassa de cimento ou com mistura de
asfalto e areia. No Brasil, este tipo de revestimento é usualmente conhecido como
pavimento de paralelepípedos ou paralelos e pé-de-moleque.
Nos pavimentos de paralelepípedos, as peças possuem dimensões aproximadas de
120mm de largura, 200mm de comprimento e 200mm de altura. Este tipo de pavimento
é muito utilizado nos dias de hoje nas cidades do interior do país e áreas como baias de
ônibus das grandes cidades. O seu assentamento é realizado sobre uma espessa camada
de areia e as juntas entre peças possuem dimensões de até 20mm.
A utilização do revestimento pé-de-moleque é mais antiga que o paralelo, foi trazida
pelos portugueses para o Brasil a partir de 1600. As pedras têm formatos irregulares e
dimensões de até 50 cm e são arrumadas sobre o terreno natural. Exemplos de aplicação
dos pavimentos de pedras pé-de-moleque podem se vistos em cidades históricas do Rio
de Janeiro, como Paraty, e de Minas Gerais, como Tiradentes. Nas Figuras 2.6 e 2.7
estão representados estes tipos de pavimento instalado nos caminhos entre Paraty-RJ e
as cidades mineiras e na área urbana da cidade de Paraty, no chamado “Caminho do
Ouro”. Os portugueses construíram este pavimento para facilitar o transporte do ouro
que era explorado nas cidades mineiras de Tiradentes, São João Del Rei e Ouro Preto e
trazido até a cidade de Paraty no Rio de Janeiro para embarque nos navios que o
levavam a Portugal.
15
Figura 2.6 - Pavimento de pé-de-moleque situado em São João Del Rei
Figura 2.7 - Rua de pavimento de pé-de-moleque localizada na Cidade de Paraty – RJ
16
Blocos de Madeira
No início do século XIX, os revestimentos de peças de madeira eram utilizados com o
objetivo de diminuir o nível de ruído, principalmente onde o tráfego era composto de
carruagens equipadas com rodas de ferro. Os blocos de madeiras tinham, em média,
dimensões entre 125mm e 250mm de comprimento e 75 e 100mm de largura. As peças
eram envolvidas por uma camada de mastique betuminoso onde se colocavam pequenos
grãos de pedra para auxiliar sua ancoragem à base do pavimento.
Embora os pisos de madeira reduzissem o barulho durante a passagem do tráfego,
tornavam-se escorregadios quando molhados. Com o aparecimento do automóvel
dotado de pneus de borracha, este tipo de revestimento foi definitivamente abandonado
(CRUZ, 2003).
Peças Pré-moldadas de Concreto (PPC)
Passar dos tipos de soluções descritas anteriormente para as PPC parece ser uma
evolução natural. As primeiras PPCs foram fabricadas no final do século XIX e algumas
patentes foram registradas antes da primeira Guerra Mundial. Rapidamente foi
reconhecido que as PPC forneciam melhor uniformidade que as peças aparadas e
obviamente não necessitavam re-aparamento antes do assentamento final como
acontecia com as pedras naturais.
Os primeiros avanços no desenvolvimento da utilização da pavimentação com PPC
ocorreram na Holanda e Alemanha no período de reconstrução destes países após a
Segunda Guerra Mundial. A partir de 1950, houve uma evolução dos modelos de
fôrmas existentes para a sua fabricação. Primeiramente as peças imitavam os tijolos e
pedras aparadas da época, objetivando obter sua substituição gradual. Nesta fase, as
únicas vantagens de utilização eram os custos mais baixos e a homogeneidade
dimensional.
Passado este período, foi incorporado um maior refinamento nas formas das peças,
disponibilizando outros modelos, como as de formatos dentados principalmente. O
conceito de intertravamento e melhor controle de espessuras das juntas começava a ser
17
implantados. Benefícios práticos para o assentamento das peças eram facilmente
detectados, permitindo a utilização correta de mão de obra pouco especializada. Por fim,
o desenvolvimento da pavimentação de PPC permitiu relacionar a escolha da forma
geométrica com o desempenho do pavimento.
No final da década de 1970, proliferaram os sistemas de fabricação de PPC em todo o
mundo e pelo menos 200 tipos de formas e diversos tipos de equipamentos de
fabricação eram comercializados. No início da década de 1980, a produção anual já
ultrapassava 45 milhões de metros quadrados, sendo 66% deste total aplicado em vias
de tráfego urbano. A indústria mundial de fabricação de PPC, no final da década de
1990 chegou à impressionante marca de produção de 100m² por segundo durante os dias
úteis de trabalho (SMITH, 2003).
Desde a década de 1980, com a disponibilidade de equipamentos de grande
produtividade, a indústria de pavimentos intertravados de concreto vem crescendo em
grandes proporções em todo o mundo. O que era um material utilizado apenas em áreas
para proporcionar melhores efeitos arquitetônicos ou paisagísticos, começou a dar lugar
a um material versátil que possibilita a harmonização com qualquer tipo de ambiente,
inclusive o rodoviário e o industrial, tanto esteticamente quanto estruturalmente. Nos
Estados Unidos, a cada cinco anos dobra-se a quantidade, em metros quadrados, de
pavimentos que aplicam esta técnica, e projeta-se que em 2005 serão utilizados mais de
60 milhões de metros quadrados nesse país (SMITH, 2003).
2.4
Estrutura Típica de um Pavimento de PPC
A estrutura típica de um pavimento formada pelas camadas constituintes de um
pavimento de PPC está mostrada na Figura 2.8.
A camada de rolamento é formada por PPCs que compõem um revestimento de grande
durabilidade e resistência, assentadas sobre uma camada delgada de areia. Esta
revestimento deve ser capaz de suportar as cargas e as tensões provocadas pelo tráfego
protegendo a camada de base do desgaste por abrasão e a mantendo com baixos níveis
de umidade permitindo melhor estabilidade do material constituinte (HALLACK, 1998;
ABCP, 1999).
18
Figura 2.8 – Estrutura típica de um pavimento de PPC (HALLACK, 1998)
A camada de base recebe as tensões distribuídas pela camada de revestimento. Sua
principal função é a de resistir e distribuir os esforços ao subleito, evitando assim as
deformações permanentes e a conseqüente deterioração do pavimento. Os estudos
realizados por KNAPTON (1976) demonstram que a camada de base deve ser uma
camada pouco permeável, ou impermeável, para evitar a penetração da água e a
prematura deterioração do subleito.
SHACKEL (1990) admite que o dimensionamento poderá requerer, ainda, uma camada
de sub-base, suplementar à base, executada diretamente sobre o leito regularizado ou
sobre o reforço de subleito dependendo da magnitude das cargas geradas pelo tráfego e
das características mecânicas e dos módulos de elasticidade da base e do leito.
Então, pode-se dizer que as camadas constituintes da estrutura de um pavimento
intertravado possuem a função de distribuir a tensão normal vertical aplicada na
superfície, de tal maneira que o subleito receba uma parcela muito inferior desta tensão,
o que caracteriza um pavimento flexível.
19
Alguns outros materiais começam a ser empregados no projeto e na execução de
pavimentos de PPC, como os geotêxteis. Eles possuem a finalidade de proteger as
camadas inferiores da infiltração de água, evitar o bombeamento de finos e conter a
fuga de materiais em áreas próximas às contenções laterais, tais como: meio-fios,
drenos, caixas de serventia, etc. (CRUZ, 2003).
As espessuras das camadas constituintes do Pavimento Intertravado, como nos
pavimentos asfálticos, irão depender das seguintes características (ABCP, 1999):
•
Intensidade do tráfego que circulará sobre o pavimento;
•
Características do terreno de fundação;
•
Qualidade dos materiais constituintes das demais camadas.
2.4.1
Camada de Revestimento de PPC
A camada de revestimento composta por PPC é a superfície de desgaste e cumpre,
ainda, uma importante função estrutural. Ela estabelece a condição de rolamento
(conforto ao usuário), durabilidade do pavimento e contribui decisivamente para a
função estrutural do pavimento (distribuição de tensões) por meio de suas características
de intertravamento, além de suportar as tensões cisalhantes superficiais de contato das
rodas dos veículos.
A capacidade de distribuição dos esforços da camada de revestimento depende
essencialmente de sua espessura, formato e arranjo. Pode-se dizer que a resistência à
compressão individual das peças possui pouca influência neste aspecto (HALLACK,
1998).
2.4.1.1
Arranjos ou Modelos de Assentamento das PPC
O tipo de arranjo tem influência tanto na aparência estética quanto no desempenho do
pavimento, pois ambos são afetados significativamente conforme a escolha do tipo de
assentamento. Porém não existe um consenso entre os pesquisadores sobre a
interferência do tipo de arranjo em sua durabilidade. A Figura 2.9 apresenta os
principais tipos de arranjo existentes (HALLACK, 1998).
20
SHACKEL (1990) relata que os pavimentos com arranjo do tipo “espinha-de-peixe”
possuem melhores níveis de desempenho, apresentando menores valores de deformação
permanente associados ao tráfego, enquanto observaram-se maiores deformações
permanentes em pavimentos com modelos de assentamento do tipo fileira,
principalmente quando o assentamento for paralelo ao sentido do tráfego. A Figura 2.10
ilustra o efeito do tipo de assentamento no desempenho dos pavimentos de PPC, obtido
na pesquisa relatada na referência citada.
O Boletim Técnico da ICPI no 4 (ICPI, 2002b) recomenda a utilização do arranjo do
tipo “espinha-de-peixe” em áreas de tráfego veicular.
Figura 2.9 – Principais tipos de assentamento das PPC (HALLACK, 1998)
2.4.1.2
Formato das PPC
Diversos estudos vêm demonstrando que as PPC de lados segmentados possuem melhor
comportamento do que aquelas que apresentam lados retos ou suavemente curvados. As
peças segmentadas apresentam menores deformações na trilha de roda e menores
deformações horizontais (ondulações) (SHACKEL, 1990). A Figura 2.11 apresenta
valores de deformação horizontal para alguns tipos ou formatos de peças.
21
Figura 2.10 - Efeito do arranjo de assentamento das peças de concreto no desempenho
do pavimento sob solicitação do tráfego (SHACKEL, 1990)
Não existe consenso entre os pesquisadores sobre qual o melhor formato da PPC. De
um lado, SHACKEL (1990) aponta que as peças segmentadas proporcionam melhor
distribuição dos esforços devido a um melhor intertravamento proporcionado pelo
desenho da peça. De outro lado, KNAPTON & COOK (1992) e ABCP (1999) afirmam
que o formato das PPC não exerce uma significativa influência no desempenho e no
mecanismo funcional dos pavimentos. Assim, conclui-se que, no estágio atual de
conhecimento torna-se impossível tomar algum partido, e que o único requisito
recomendado com relação ao formato das peças é que ele seja capaz de permitir o
assentamento em combinação bidirecional. A Figura 2.12 apresenta os formatos típicos
das PPC mais atuais (HALLACK, 1998).
22
Figura 2.11 – Efeito do arranjo e formato das PPC na deformação sobre a ação do
número de solicitações (SHACKEL, 1990)
23
Figura 2.12 – Formatos típicos das PPC (HALLACK, 1998)
2.4.1.3
Espessura das PPC
KNAPTON (1976) relata que as espessuras das peças não são significativas no
comportamento estrutural e funcional dos pavimentos.
No entanto, com a evolução dos estudos, SHACKEL (1990) demonstra que um
aumento na espessura das peças, dentro de um intervalo de 60mm a 100mm, é benéfico
ao desempenho do pavimento. Mostra que ensaios efetuados com o Simulador de
Veículos Pesados, na África do Sul, indicaram que as deformações permanentes no
pavimento eram consideravelmente menores com peças pré-moldadas de concreto de
80mm do que com as peças de 60mm, num mesmo nível de solicitação. O teste com
PPC de 100mm mostrou deformações permanentes inferiores e uma variação muito
acentuada em relação às peças de 80mm, conforme mostra a Figura 2.13.
24
Figura 2.12 - Efeito da espessura das peças de concreto no desempenho do pavimento
sob solicitação do tráfego (SHACKEL, 1990)
2.4.2
Influência do Colchão de Areia
O principal objetivo do colchão de areia é de servir de base para o assentamento das
PPC. Também, espera-se que ele venha a proporcionar uma superfície regular onde se
possa colocar as peças e acomodar suas eventuais tolerâncias dimensionais (CRUZ,
2003).
A camada de areia, ainda, destina-se a ser uma barreira para impedir que eventuais
trincas surgidas na camada de base, quando cimentada, venham surgir na camada de
revestimento. Ela também atua como fonte de preenchimento das partes mais baixas das
juntas. Ressalta-se que a espessura e a qualidade da areia utilizada influi diretamente no
desempenho final do pavimento. O comportamento estrutural está diretamente ligado à
espessura da camada, bem como à granulometria e ao índice de forma dos grãos.
25
A Figura 2.13 (SHACKEL, 1990) mostra a deformação permanente em pavimentos de
PPC com diferentes espessuras da camada de areia. Nela pode-se observar que, para
espessuras de colchão de areia entre 40 e 70mm, as deformações são pequenas e muito
parecidas e, para uma espessura de 100mm, o valor da deformação permanente
quadruplica em relação à espessura de 70mm.
Figura 2.13 – Efeito da espessura da camada de areia de assentamento no desempenho
do pavimento (SHACKEL, 1990)
2.4.2.1
Características do Colchão de Areia
É consenso entre alguns autores (SHACKEL, 1990; BEATY, 1996; YAGINUMA et al,
2000) que a forma dos grãos de areia usada no colchão de assentamento interfere
diretamente no comportamento e na deformação do pavimento intertravado, sendo que
as partículas angulares possuem maior coeficiente de atrito, o que vem a provocar
melhor distribuição dos esforços.
26
Uma característica que influencia negativamente o desempenho do colchão é a presença
de silte e argila na areia. Trabalhos, como o de YAGINUMA et al (2000), confirmam
que a presença de partículas com diâmetro abaixo de 75µm provoca perda de
rejuntamento e desnível entre as peças, além de acarretar um endurecimento
(“Hardening”) excessivo nesta camada. Para se evitar a presença deste material deve-se
realizar uma lavagem da areia com água e evitar o contato desta com o solo (ABCP,
1999).
BEATY (1996) relata que em países como Inglaterra, Austrália, Canadá e Estados
Unidos é comum especificar agregados com dimensão máxima de 5mm e material
passante na peneira nº 200 (75µm) igual ou inferior a 3,0%, e, em locais de tráfego
pesado, não admitir nenhum material passante na peneira de nº 200. No Brasil é
recomendado o peneiramento com malhas de 10mm de abertura com o objetivo de
retirar os grãos de maior dimensão, tornando-a mais fofa (ABCP, 1999).
Grande parte dos pesquisadores consideram que os defeitos prematuros do pavimento
intertravado estão direta ou indiretamente relacionados com a qualidade ou má
execução do colchão de areia e rejuntamento das PPC.
A Tabela 2.1 (CRUZ, 2003) apresenta as recomendações técnicas utilizadas em alguns
países para as areias das camadas de assentamento e rejuntamento das PPC. Relata-se
que 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 por vários pesquisadores e institutos técnicos desses países. As
especificações granulométricas para os materiais a serem utilizados no rejuntamento das
peças são mostradas na Tabela 2.2 (HALLACK, 1998).
No Brasil, segundo CARVALHO (1998), recomenda-se que a areia utilizada no colchão
apresente no máximo 5% de silte e argila (em massa) e no máximo 10% de material
retido na peneira de 4,8mm e recomenda-se que a areia a ser utilizada deve se enquadrar
na faixa granulométrica apresentada na Tabela 2.3 (ABCP, 1999).
27
Tabela 2.1 – Recomendações técnicas da granulometria da areia a ser utilizada no
colchão de areia em alguns países (CRUZ, 2003)
Granulometria a ser utilizada no colchão de areia
Peneiras
Austrália
Inglaterra África do Sul
(mm)
U.S.A
Canadá
% passante
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
Tabela 2.2 – Especificações granulométricas para os materiais a serem utilizados no
rejuntamento das peças do revestimento (HALLACK, 1998)
Granulometria Para Rejuntamento das PPC
Peneiras
(mm)
Areia
Areia
Natural Artificial
Canadá
Austrália
África do Sul
% passante
4,75
100
100
100
100
100
2,36
95 a 100
95 a 100
95 a 100
100
100
1,18
70 a 100
70 a 100
90 a 100
90 a 100
90 a 100
0,60
40 a 75
40 a 100
35 a 80
60 a 100
60 a 100
0,30
10 a 35
20 a 40
15 a 50
30 a 60
30 a 60
0,150
2 a 15
10 a 25
2 a 15
15 a 30
15 a 30
0,075
0a1
0a1
0
5 a 10
5 a 10
28
Tabela 2.3 – Granulometria da areia a ser utilizada no colchão (CARVALHO, 1998)
Abertura da
% passante
Peneira (mm)
em massa
9,5
100
4,8
95 a 100
1,2
50 a 85
0,6
25 a 60
0,3
10 a 30
0,15
5 a 15
0,075
0 a 10
Nos pavimentos de PPC que recebem tráfego pesado, alguns pesquisadores
recomendam considerar, nas especificações do projeto, a realização de ensaios de
degradação ou durabilidade das areias que serão utilizadas no colchão e no
rejuntamento. Alguns destes ensaios são comentados a seguir.
2.4.2.2
Ensaios de Durabilidade da Areia
a) Ensaio de Durabilidade Lilley and Dowson
Este ensaio é o mais utilizado e especificado internacionalmente. Foi desenvolvido na
Inglaterra como resultado da colaboração conjunta da “Cement and Concrete
Association” e uma das maiores produtoras de PPC daquele país. Foi desenvolvido
especificamente para aplicações na camada de colchão de areia utilizado nos
pavimentos intertravados (KNAPTON, 1997).
A metodologia deste ensaio inclui os seguintes passos (CRUZ, 2003):
1. Coletar uma amostra representativa de areia de aproximadamente 5kg;
2. Homogeneizar a amostra convenientemente;
3. Utilizando um quarteador, separar 1200 gramas da amostra principal;
4. Secar a amostra em estufa, a temperatura constante de 100 – 105ºC, por um
período de 24 horas;
29
5. Da amostra seca, quartear novamente 3 sub-amostras de 200g;
6. Realizar o ensaio de granulometria com as 3 sub-amostras;
7. Após o ensaio de granulometria, remisturar as 3 amostras, colocando-as em um
jarro de porcelana ou material inerte e resistente, juntamente com uma esfera de
aço com 25mm de diâmetro e com uma massa de 135 ± 3g;
8. O jarro é devidamente tampado e colocado em movimento giratório com uma
rotação de 50rpm durante 6 horas (aproximadamente 18.000 revoluções);
9. As amostras são removidas cuidadosamente da jarra de porcelana e um novo
ensaio de granulometria é executado;
10. A média dos 3 valores obtidos na porcentagem passante em cada peneira é
registrada;
11. A diferença aritmética encontrada entre as duas percentagens passantes de cada
peneira antes e depois do ensaio é denominado o valor da degradação da areia.
Os limites mínimo e máximo recomendados para os resultados do ensaio de
durabilidade Lilley and Dowson são reproduzidos na Tabela 2.4, conforme KNAPTON
(1997).
Tabela 2.4 - Limites aceitáveis da areia após o ensaio de durabilidade Lilley and
Dowson (KNAPTON, 1997)
Peneiras (%
passante)
N° 200
(0,075mm)
N° 100
(0,150mm)
Nº 50
(0,300mm)
Variação da % passante
% passante máxima
da areia antes e depois do
antes e depois do
ensaio.
ensaio
2
2
5
15
5
35
30
b) Ensaio de Degradação Micro-Deval
O ensaio de degradação Micro-Deval foi originalmente desenvolvido na França para
agregado graúdo. Foi adaptado pelo Ministério do Transporte de Ontário, Canadá, para
avaliação da qualidade do agregado miúdo para concreto e asfalto, como substituto do
ensaio de sanidade a sulfatos (CRUZ, 2003).
As etapas da realização deste ensaio são (CRUZ, 2003):
1. Preparar uma amostra representativa de agregado fino, com granulometria
passando na peneira 4,75mm;
2. Utilizando um quarteador, separar 2 amostras com 700g;
3. Lavar com água corrente as amostras selecionadas, sobre uma peneira 0,075mm,
desprezando as partículas passantes nesta peneira;
4. Secar as amostras em estufa à temperatura constante de 100 – 105ºC até a
constância de massa;
5. Da amostra que contém 700g, separar 500g, saturando-a em água por 24 ± 4
horas, eliminando o excesso de água;
6. Colocar a amostra saturada em um recipiente cilíndrico de aço inoxidável de
capacidade de 5 litros, com 750ml de água;
7. Uma carga de bolas de aço inoxidável, com diâmetro de 9,5 ± 0,5mm e com
massa total de 1250 ± 5g, é colocada no interior do cilindro que é fechado
adequadamente;
8. O cilindro é posto em rotação com 100 ± 5rpm por 15 minutos ± 10 segundos;
9. Remover as bolas de aço através de lavagem nas peneiras de 6,7mm e proceder
granulometria por lavagem na peneira 0,075mm do material ensaiado;
10. O material retido é seco em estufa até atingir massa constante;
11. O resultado do ensaio é calculado como a perda de massa, expressa como a
percentagem da massa inicial (Massa seca após o teste/Massa seca antes do
teste*100), com precisão de 0,1%.
c) Ensaio de Degradação por Atrito Modificado
O ensaio de atrito para determinação da resistência ao desgaste por atrito está
normalizado na Inglaterra desde 1960 e na norma Americana ASTM D2-1698 desde
31
1972. Este ensaio continua sendo utilizado até hoje na Inglaterra em lastro de ferrovia
para o material passante na peneira de 50mm e retido na peneira de 37,5mm, tendo sido
adaptado para o colchão de areia dos pavimentos intertravados, reduzindo o volume do
cilindro de atrito e mudando a malha das peneiras para 10 vezes menor (CRUZ, 2003).
Os procedimentos deste ensaio são (CRUZ, 2003):
1. Preparar 3 amostras de areia com 500g (passando nas peneiras de 5mm);
2. Cada amostra é colocada junto com a mesma massa de água em um cilindro de
aço inoxidável de 150mm de altura com 100mm de diâmetro;
3. Os cilindros são montados em um eixo inclinado a 30°, com rotação sobre o seu
próprio eixo, e colocado em rotação de 30 a 33rpm por 10.000 revoluções;
4. O desgaste acontece com o próprio movimento dos grãos uns sobre os outros e,
como o cilindro encontra-se inclinado, os grãos das amostras se movimentam
em toda a extensão do cilindro;
5. A amostra é seca e nova granulometria é realizada em algumas peneiras (entre a
4,75mm até a 0,075mm) e verificada a diferença de massa da amostra antes e
depois do ensaio;
6. O resultado é a quantidade de material passante na peneira 0,075mm.
d) Ensaio de Degradação por Viscosidade Seca
O ensaio de Viscosidade Seca serve para avaliar a qualidade da areia através da forma
de seus grãos. MORI & KARASAHARA (2000) e YAGINUMA et al (2000) utilizaram
este ensaio correlacionando o tempo de escoamento da areia em um funil padrão com a
forma de seus grãos. Quanto mais angular é a forma dos grãos maior é o tempo de
escoamento (CRUZ, 2003).
A metodologia de execução deste ensaio é a seguinte (CRUZ, 2003):
1. Preliminarmente, é realizada uma granulometria com as peneiras 0,6mm e
0,3mm;
2. Separar o material retido na peneira 0,3mm até obter uma massa de 500g ou
680cm³;
3. A amostra preparada é colocada no funil com capacidade suficiente para
armazenar 500g de amostra. O bico do funil deverá ter diâmetro de 10mm;
32
4. Utilizando um cronômetro, mede-se o tempo de escoamento de toda a amostra;
5.
O tempo de escoamento, expresso em segundos, é a viscosidade.
e) Ensaio de Degradação por Trituração
O ensaio de Trituração é um ensaio complementar que segue a mesma linha do ensaio
de Impacto. Também é indicado por MORI & KARASAHARA (2000), e seu resultado
é referido à porcentagem de areia passante na peneira de 0,075mm após a trituração
(CRUZ, 2003).
O ensaio de trituração é realizado no cilindro do ensaio de CBR de 150mm de diâmetro,
que é preenchido com areia com umidade natural até 1/3 de sua altura. Utilizando um
soquete de compactação de 4,5kg e 45cm de altura de queda, aplicam-se 67 golpes por
camada na amostra moldada no cilindro. Após a aplicação dos golpes, efetua-se a
granulometria por lavagem na peneira 0,075mm. O resultado é expresso como o
percentual passante na peneira 0,075mm antes e depois do ensaio ou como o percentual
passante antes e depois em cada peneira.
2.5
Características de Intertravamento de um Pavimento de PPC
Pode-se definir intertravamento como sendo a característica que o pavimento de peças
pré-moldadas de concreto tem de resistir aos esforços de deslocamentos individuais das
peças, sendo estes verticais, horizontais, de rotação e giração em torno das peças
vizinhas (HALLACK, 1998).
Segundo SHACKEL (1990), KNAPTON & ALGIN (1996), HALLACK (1998), e ICPI
(2002a), o pavimento de PPC deve ter quatro tipos de intertravamento (horizontal,
vertical, rotacional e de giração), que atuem simultaneamente ao longo de sua vida de
serviço e estão descritos a seguir.
Para alcançar o travamento adequado indispensável ao seu desempenho, os pavimentos
de peças pré-moldadas de concreto necessitam de algum tipo de contenção lateral,
comumente meios-fios. Um bom travamento confere às peças de concreto a capacidade
de transmitir as cargas superficiais aplicadas em pequenas áreas, para áreas mais
33
extensas nas camadas de base, mantendo as tensões no subleito dentro de limites
admissíveis (HALLACK, 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 chamado
intertravamento, a camada de rolamento vai adquirindo maior rigidez, e as peças prémoldadas de concreto deixam de constituir uma mera camada de rolamento e
transformam-se numa camada estrutural.
Intertravamento Horizontal
É a capacidade que as peças adquirem de não se deslocarem horizontalmente em relação
às vizinhas. Está diretamente relacionado com o formato e arranjo de assentamento das
PPC sobre a camada de areia. Contribui na distribuição dos esforços de cisalhamento
horizontal principalmente em áreas de aceleração e frenagem. Pode-se dizer que as
juntas são as principais responsáveis pelo intertravamento horizontal, quando
convenientemente preenchidas com material adequado. A Figura 2.14 (c) representa um
esquema do intertravamento horizontal (ICPI, 2002a).
Intertravamento Vertical
É a capacidade que as peças adquirem de não se moverem verticalmente em relação às
vizinhas. É conseguido através dos esforços de cisalhamento absorvidos pelo
rejuntamento entre as peças e a capacidade estrutural das camadas inferiores do
pavimento. Os desenhos de peças que melhor impedem este tipo de movimento são as
de encaixes reentrantes, pois quando é aplicado um carregamento vertical o contato
macho-fêmea distribui os esforços para as peças vizinhas. A Figura 2.14 (a) representa
um esquema do intertravamento vertical (ICPI, 2002a).
Intertravamento Rotacional
É a capacidade que as peças adquirem de não girar em torno de seu próprio eixo
vertical. Pode ser melhorado aumentando a espessura das peças e o conseqüente
confinamento oferecido pelas peças vizinhas. Esse movimento pode ser provocado pela
34
freqüência e o tipo do tráfego, principalmente em áreas de frenagem, aceleração e em
curvas onde existe um aumento da tensão radial provocada pelo arrasto dos pneus. A
Figura 2.14 (b) representa esquematicamente o intertravamento rotacional (ICPI,
2002a).
(a)
(b)
(c)
Figura 2.14 – Tipos de intertravamento: vertical, rotacional e horizontal (ICPI, 2002a)
Intertravamento de Giração
É a capacidade que os blocos adquirem de não girarem em torno de seu próprio eixo
horizontal, isto é, eventualmente, uma ou mais peças poderão girar, ainda que mantendo
a planicidade da superfície do pavimento, conforme mostra a Figura 2.15 (HALLACK,
1998).
Este fenômeno é de rara ocorrência e pode ser evitado com um bom confinamento
lateral da camada e das peças pré-moldadas, construindo-se as juntas entre as peças com
larguras adequadas (2,5 - 3mm) e mantendo-as preenchidas com material de
rejuntamento.
2.6
Critérios de Aceitação dos Blocos de Concreto para Pavimentação
Como já dito anteriormente, os blocos de concreto colocados justapostos irão formar a
camada de revestimento ou de rolamento dos pavimentos intertravados, e estes blocos
35
devem passar por alguns ensaios para o controle de qualidade dos mesmos. A normas
brasileiras para os blocos de concreto destinados à pavimentação são a NBR 9781
(ABNT, 1987b)– “Peças de concreto para pavimentação. Especificação” e a NBR
9780 (ABNT, 1987a) – “Peças de concreto para pavimentação. Determinação da
resistência à Compressão”.
Figura 2.15 - Movimento de giração das PPC (HALLACK, 1998)
As variações nas peças, mesmo quando moldadas em um mesmo equipamento, com o
mesmo processo de cura, estocagem e transporte podem ocorrer tanto nas dimensões
quanto na superfície, nas arestas, nas quinas e em suas resistências.
Primeiramente, realiza-se inspeção visual das PPC, que objetiva a identificação de peças
com defeitos que possam vir a prejudicar o assentamento, o desempenho estrutural ou a
estética do pavimento.
A variação entre as dimensões fornecidas pelo fabricante e as reais não devem
ultrapassar as seguintes valores (ABREU & KATTAR, 2000):
•
3mm no comprimento e na largura;
•
5mm na espessura;
•
Além disso, os cantos vivos (bordas, quinas e chanfros) não devem apresentar
defeitos ou perdas de material e nem rebarbas.
36
As características mecânicas dos blocos deverão ser verificadas em laboratório, de
maneira que atendam às normas brasileiras. Segundo a NBR 9781 (ABNT, 1987b),
deve-se ter:
•
Resistência à compressão característica maior ou igual a 35MPa, para
solicitação de veículos comerciais de linha;
•
Resistência à compressão característica maior ou igual a 50MPa, quando
houver tráfego de veículos especiais ou solicitações capazes de produzir
acentuados efeitos de abrasão.
Deve-se destacar que os diferentes requisitos de resistência que as PPC devem atender
em diversos países dependem também das condições climáticas. Em países de climas
frios, como o Canadá, a resistência dos blocos deve ser muito alta para resistir ao
congelamento da água no inverno; em outros onde não existe a problemática do
congelamento, a resistência pode ser menor, apenas para resistir ao desgaste à abrasão
provocada pela passagem das cargas de tráfego. Os blocos podem ser avaliados quanto à
sua resistência por diversos ensaios como: compressão, flexotração, tração indireta e
outros, conforme relatado em CRUZ (2003).
Para a aceitação dos lotes, todas as peças devem ser separadas em lotes constituídos a
critério do comprador e submetidos ao controle de aceitação, satisfazendo às seguintes
condições conforme NBR 9781 (ABNT, 1987b):
•
O lote deve ser formado por peças com as mesmas características, produzidas
sob as mesmas condições e os mesmos materiais;
•
O lote deve ser formado por no máximo 1600m2 de pavimento a ser executado;
•
A amostra deve ter no mínimo 6 peças, para lotes de até 300m2, e uma peça
adicional para cada 50m2 suplementar, até o máximo de 32 blocos.
O ensaio de resistência deve ser executado de acordo com a NBR 9780 (ABNT, 1987a).
O valor característico da resistência à compressão, admitindo que esta grandeza tenha
uma à distribuição normal, pode ser estimado pela seguinte expressão:
fpk = fp – t.s
37
onde:
•
Fpk = resistência característica à compressão;
•
fp = resistência média das peças ensaiadas;
•
s = desvio padrão da amostra
•
em MPa;
ƒ
fpi = resistência individual das peças ensaiadas;
ƒ
n = número de peças ensaiadas na amostra;
t = coeficiente de Student, fornecido na Tabela 2.5 de acordo com o tamanho da
amostra.
Tabela 2.5 – Coeficientes de Student, para um nível de segurança de 80% a ser usado
no cálculo da resistência característica das PPC (ABNT, 1987a)
n
t
n
t
6
0,92
18
0,863
7
0,906
20
0,861
8
0,896
22
0,859
9
0,889
24
0,858
10
0,883
26
0,856
12
0,876
28
0,855
14
0,870
30
0,854
16
0,866
32
0,842
CRUZ (2003) relacionou a resistência à compressão das PPCs a algumas variáveis
relacionadas ao tipo de materiais utilizados, como mostra a Figura 2.16, e ao tipo de
cura recomendado. O objetivo foi de determinar uma metodologia de dosagem para a
fabricação de blocos de concreto para pavimentação e avaliar o desempenho das PPC,
fabricadas segundo a metodologia proposta, dentro dos critérios estabelecidos pela
normas brasileiras e européias. O método de dosagem proposto está detalhado em
CRUZ (2003).
Os tipos de cura utilizados na pesquisa de CRUZ (2003) foram:
38
•
TIPO A - Imediatamente após a moldagem das PPC, as mesmas foram
acondicionadas em câmara fechada com ciclos de aspersão de água contínua, por
período de 24 horas. Após este período, as PPC foram levadas para ambiente
natural;
•
TIPO B - Imediatamente após a moldagem das PPC, as mesmas foram
acondicionadas em câmara fechada com ciclos de aspersão de água contínua, por
período de 24 horas. Após este período as peças foram transferidas para paletes,
foi aspergida água sobre todo o lote de PPC e, finalmente, as peças foram
envolvidas por um plástico preto, impedindo a evaporação de água diretamente
para o ambiente, e protegendo as PPC do ataque de vento e sol. As amostras
ficaram neste ambiente até sete dias. Após este período, foram levadas para
ambiente natural;
•
TIPO C - Imediatamente após a moldagem das PPC, estas foram transportadas
diretamente para o estoque, sem preocupação de qualquer tipo de cura.
Figura 2.16 – Diagrama da dosagem elaborada por CRUZ (2003) em função dos
materiais e da vibroprensa utilizada
39
Dentre os inúmeros resultados alcançados por CRUZ (2003) podem-se destacar os
listados na Figura 2.17.
Figura 2.17 – Resultados dos ensaios de resistência à compressão encontrados por
CRUZ (2003)
CRUZ (2003) relata as seguintes conclusões de seus estudos sobre a resistência à
compressão simples, obtidas de ensaios realizados de acordo com a NBR 9780, (ABNT,
1987a) das peças de concreto confeccionadas:
ƒ
A resistência da peça não é função direta do consumo de cimento, como nos
concretos plásticos;
ƒ
As peças que foram armazenadas em câmara de cura por 24 horas e após este
período recolhidas à área de estoque (cura TIPO A) apresentaram os maiores
resultados, seguidos, com pequena diferença, pelas peças que após as 24 horas
na câmara de cura ficaram acondicionadas sete dias em ambiente coberto com
lona preta (cura TIPO B). As PPC que não sofreram nenhum tipo de cura
tiveram valores de resistência, em média, 20% menores que as que tiveram cura;
40
ƒ
A relação existente entre o MFC (Módulo de Finura do Concreto) e a umidade
do concreto fresco e a resistência à compressão. Analisando os resultados de
mesma umidade variando o MFC, os resultados de resistência são menores
quando é fixada uma umidade abaixo da considerada ótima e aumentado o MFC,
porém quando se aumenta o MFC em conjunto com a umidade um novo ponto
de compacidade é determinado, influenciando positivamente na resistência à
compressão.
ƒ
Para os traços de mesmo MFC, aumentando o percentual de umidade de 5,0 para
7,0%, observa-se, em geral, um aumento de resistência, particularmente para
maiores valores de consumo de cimento;
ƒ
Os resultados comprovaram que a umidade influi na resistência à compressão
para uma mesma energia de vibração e granulometria do traço;
ƒ
Para os dois tipos de vibroprensas utilizados, notou-se que ocorreu uma variação
de resistência à compressão de 25 a 50%.
2.7
Utilização de Pavimentos Intertravados em Rodovias
São apresentadas a seguir informações de obras recentes que mostram a utilização de
pavimentos intertravados em rodovias, não em vias urbanas já bastante conhecidas em
nosso meio, mas aquelas que ligam pontos fora das cidades e possuem características
próprias de tráfego comercial, tanto no volume quanto no tipo.
O pavimento intertravado de PPC vem se desenvolvendo a tal ponto que se pode
afirmar não existir um nicho sequer da engenharia de pavimentos que não tenha sido
permeado por este tipo de revestimento: calçadas, ruas, caminhos, pisos industriais,
portos, aeroportos e em rodovias, por todos os lugares do mundo em maior ou menor
quantidade (MADRI, 2004).
MADRI (2004) relata que, a partir dos anos 1990, a África do Sul iniciou um extenso
programa de construção de rodovias com PPC que foram financiadas pelo BSDA –
Banco de Desenvolvimento do Sul da África. Entre diversas obras, destacam-se:
•
Rodovia Principal 127, Boston – Impedele, em Kwazulu Natal, com 12km de
extensão;
•
Rodovia em Bnabela, Warmbaths, com 14km;
41
•
Nova rodovia em Wadela;
•
Nova rodovia em projeto no norte do país com mais de 20km de extensão.
Dentre estas, cabe ressaltar a estrada que liga várias cidades ao centro industrial de
Phuthditijhaba, em Qwa-Qwa, cerca de 300km ao sul de Johannesburgo. A estrada, em
formato de “T”, possui dois trechos com extensão total de 10,9km e largura de 8m. Esta
obra foi executada inteiramente com pavimento intertravado e foi concebida a partir de
uma proposta alternativa ao projeto original que previa pavimento de concreto asfáltico.
Na fase de projeto, o pavimento intertravado custava cerca de 13% a mais que a opção
mais barata em concreto asfáltico, porém foi possível reduzir o custo no
desenvolvimento do projeto e da obra. O projeto oferecia, também, uma alta geração de
empregos, maior durabilidade e a possibilidade de produção dos blocos ao longo da
rodovia, por meio de fabricantes locais. Passados 8,5 anos da finalização da obra, o
pavimento não apresentava afundamentos ou vazios. A espessura não se reduzira e o
conforto ao rolamento continuava excelente. A Figura 2.18 mostra o aspecto de dois
trechos da estrada em Qwa-Qwa (MADRID, 2004).
Na América do Sul, alguns países vêm se destacando na construção de rodovias com a
utilização de PPC no revestimento de pavimentos, como a Costa Rica e a Colômbia.
As rodovias com pavimento intertravado na Costa Rica merecem atenção pela área de
implementação e pelo papel de suporte ao projeto de Eco-desenvolvimento de
Papagayo, na província de Guanacaste, no meio da Floresta Tropical Semi-úmida
costarriquenha. Seu revestimento é composto por PPC de 80mm de espessura,
retangulares com três formatos diferentes: 100mm x 100mm, 100mm x 200mm e
200mm x 200mm, em um padrão aparentemente aleatório, variando do espinha-depeixe ao formato de fileiras. O revestimento está assente sobre uma camada de 600mm
de espessura de base granular e 40mm de colchão de areia. A Figura 2.19 apresenta
aspectos deste pavimento.
No inicio de 2004, na Colômbia, foi concluída a construção de 680m de uma estrada na
montanha, na parte alta de Envigado, cidade a sudeste de Medelin. A estrada tem
largura de 7m e foi executada com PPC de 80mm de espessura, assentes sobre uma base
granular de 360mm e um colchão de areia de 40mm. O formato das PPC foi o
42
retangular de 200mm x 200mm, montadas em um padrão espinha-de-peixe. A Figura
2.20 mostra dois trechos deste pavimento.
A virtude principal de se construir estradas com pavimentos intertravados reside na
possibilidade de ter, pelo menos durante as obras, um uso intensivo de mão-de-obra,
algo em torno de um dia-homem/m2 de via. Adicionalmente, ganha-se a capacitação de
pessoas para este trabalho e a possibilidade de melhorar a renda das comunidades em
vários serviços. Ganha-se, também, qualidade de vida, com o estímulo para uma
sensação de orgulho e participação da comunidade, além, é claro, da melhoria da
própria estrada.
Para a engenharia, os pavimentos de blocos são de fácil execução e exigem pouca
manutenção, que pode ser feita pela própria comunidade local, sem a necessidade de
equipamentos sofisticados. E as rodovias podem ser projetadas para qualquer nível de
tráfego (desde muito leve até muito pesado), usando o mesmo tipo de revestimento:
blocos, camada de areia para assentamento e areia de rejuntamento. Todos os insumos
são de produção nacional, com grande vida útil e recicláveis, caso necessário.
São países em desenvolvimento os que lideram o uso de pavimentos intertravados em
estradas: Nicarágua, Costa Rica, Colômbia e, muito possivelmente, o Brasil, dado o
interesse do Estado de São Paulo em construir uma via com mais de 40km nas reservas
ecológicas localizadas na região Sul do Estado, que seria a mais longa rodovia
construída com esta tecnologia no mundo. O mais importante não é ressaltar que o
pavimento de blocos de concreto pode ser usado em estradas, mas sim que a técnica
pode ser ajustada para qualquer esquema de engenharia, organização e trabalho
(MADRI, 2004).
43
Figura 2.18 – Rodovia de PPC em Qwa-Qwa, África do Sul (MADRI, 2004)
Figura 2.19 – Rodovia construída com PPC na Costa Rica (MADRI, 2004)
Figura 2.20 – Rodovia construída com PPC na Colômbia (MADRI, 2004)
44
3
INSTRUMENTAÇÃO E AVALIAÇÃO DE
PAVIMENTOS
3.1
Instrumentação de Pavimentos
Segundo WERNECK (1996), os termos instrumentos e instrumentação podem ser
definidos da seguinte maneira:
•
Instrumento: é geralmente um equipamento eletrônico que manipula sinais
elétricos que representam grandezas físicas, normalmente possuem uma entrada
de leitura de dados, a interface entre o meio e o instrumento, o processamento
do sinal e uma saída de dados. A variável física a ser medida pode ser, por
exemplo: temperatura, pressão, carga, etc. Os instrumentos medem, controlam,
atuam, monitoram, transferem ou registram informações úteis relativas a
eventos naturais ou tecnológicos. Por instrumentos podemos entender desde
voltímetros até analisadores digitais de espectro, de computadores até robôs;
•
Instrumentação: pode ser definida como um conjunto de técnicas para o
projeto de desenvolvimento e construção de equipamentos eletrônicos.
Diversos estudos (VAN DEUSEM et al, 1992; SILVA, 2001; GONÇALVES, 2002)
vêem destacando a importância da instrumentação como elemento auxiliar na
interpretação do desempenho de estruturas de pavimentos. Pode-se destacar que,
atualmente, existem diversos tipos de instrumentos disponíveis para serem instalados
em estruturas de pavimentos. Estes equipamentos permitem a determinação de
parâmetros tais como: tensão e deformação horizontal, tensão e deformação vertical,
afundamentos na superfície do pavimento, sucção, temperatura e pluviometria.
Entretanto, alguns autores apontam dificuldades para a determinação de medidas
confiáveis de tensão vertical e horizontal no interior das camadas que constituem o
pavimento. Estas dificuldades devem-se aos seguintes aspectos (Hadala, 1967;
Hvorslev, 1976; Dunnicliff, 1998 apud GONÇALVES 2002):
•
Relação existente entre a rigidez da célula instalada e a rigidez relativa do
material constituinte da camada;
•
Uso de técnicas inadequadas de instalação dos equipamentos.
45
Pode-se dizer que a instalação de instrumentos para o registro de dados da distribuição
de cargas ou tensões pode ser realizado durante ou após o período de construção do
trecho. Os locais mais comuns para as instalações são: no fundo da camada de
rolamento e no topo do subleito. Um aspecto importante de ser observado na escolha
dos sensores a serem utilizados para instrumentar estruturas de pavimentos, é que sua
instalação no interior das camadas da estrutura pode vir a distorcer a distribuição de
tensões e de deformações esperadas. Tentando evitar isto, é necessário que o sensor
tenha, na medida do possível, as características de rigidez do material da camada
(GONÇALVES, 2002).
Para a escolha dos equipamentos a serem utilizados, deve-se levar em conta o seu
desempenho, com base em determinadas características do instrumento aceitas
universalmente. Estas características são utilizadas para caracterizar tais instrumentos,
de um modo geral, e possibilitar a comparação entre suas performances. As
características mais comuns dos equipamentos são: (WERNECK, 1996):
•
Faixa: ou range (do inglês), representa todos os níveis de amplitudes do sinal de
entrada nos quais se supõe que o instrumento opere;
•
Resolução: é o menor incremento do sinal de entrada que é sensível ou pode ser
medido pelo instrumento;
•
Sensibilidade: é a função de transferência do equipamento, isto é, a relação
entre o estimulo de entrada e o sinal de saída por ele produzido;
•
Linearidade: quando se mede com o instrumento um valor padrão conhecido
que varia de maneira conhecida, se o instrumento for perfeito ou ocorrer um erro
desprezível, a “curva” obtida é uma reta; no entanto, como sempre ocorre um
erro, a curva obtida “foge” em alguns pontos da “curva” ideal (reta). A distância
máxima observada entre uma medida feita pelo instrumento e o valor padrão
dividido pela faixa e multiplicada por 100 fornece a linearidade (%);
•
Histerese: se o estímulo de entrada, que existe em um instrumento, crescer até
um determinado ponto o instrumento irá acusar um certo valor, mas se o
estimulo começar de um ponto mais elevado e decrescer até o mesmo valor
anterior, o equipamento poderá acusar um valor diferente daquele acusado
anteriormente. Pode ocorrer histerese por diversas razões, como, por exemplo:
46
atrito mecânico dos ponteiros de um instrumento de medida, resposta de
freqüência, inércia molecular, etc;
•
Exatidão ou erro: é a diferença absoluta entre o valor real e o valor medido
pelo instrumento. Pode ser dada em porcentagem ou em partes por milhão
(PPM) quando este valor for muito pequeno;
•
Precisão ou repetibilidade: é a capacidade de se obter um mesmo valor em
diversas medidas; pode ser dada pelo desvio padrão das medidas efetuadas de
um mesmo valor ou pelo maior erro em qualquer medida;
•
Estabilidade: é a capacidade de um instrumento voltar a situação de regime
permanente (steady state) depois de receber um sinal transitório, como um
degrau ou um pulso, por exemplo. Depende principalmente do ganho de
representação e da freqüência da ressonância do sistema.
VAN DEUSEN et al (1992) sugerem, ainda, alguns outros fatores a serem considerados
para a seleção de instrumentos a serem utilizados em pistas experimentais, que são eles:
3.1.1
•
Durabilidade;
•
Resistência Mecânica;
•
Configuração Geométrica;
•
Vida de Fadiga;
•
Locais de Instalação.
Identificação dos Pontos de Instalação das Células
Para a identificação dos pontos de instalação, deve-se ter claro onde se localizam os
pontos críticos de tensões. Faz-se necessário inicialmente a identificação da estrutura do
pavimento a ser instrumentada. Para pavimentos flexíveis (como são considerados os
pavimentos intertravados), a distribuição das tensões geradas pela passagem das cargas
do trafego se dá de modo que as camadas de revestimento e de base aliviem as tensões
normais verticais de compressão no subleito por meio de absorção de tensões
horizontais e verticais.
47
Devido à ocorrência de tensões de tração no limite inferior da camada de revestimento
flexível, o que no caso dos pavimentos asfálticos proporciona seu rompimento por
fadiga e nos pavimentos intertravados o deslocamento do colchão de areia e das peças
de PPC quando não se tem uma boa contenção lateral, nestes locais são encontradas as
tensões críticas provenientes da passagem do tráfego. Na Figura 3.1 é representada
esquematicamente a zona de tração abaixo da camada de revestimento, enquanto na
Figura 3.2 está o esquema de distribuição de tensões na estrutura de um pavimento
intertravado (HALLACK, 1998).
Segundo HUANG (1993), a verificação das tensões verticais de compressão são
necessárias para o controle das deformações permanentes, devido ao fato das
deformações plásticas serem proporcionais às deformações elásticas nos materiais de
pavimentação.
Figura 3.1 – Representação esquemática de zona de tração abaixo da camada de
revestimento (MEDINA, 1997)
48
CARGA DA RODA
CARGA SOBRE AS PEÇAS
C A R G A SO BR E A BA SE
C A R G A S O B R E O S U B L E IT O
Figura 3.2 – Distribuição de tensões no interior de um pavimento intertravado
(HALLACK, 1998)
3.1.2
Instrumentação em Estruturas de Pavimentos
A finalidade principal da instrumentação em estruturas de pavimentos in situ é a
obtenção de subsídios que possibilitem uma explicação racional do desempenho
oferecida ao longo de sua vida de serviço (GONÇALVES, 2002).
Para SHACKEL (1990), devido à simplicidade e aos baixos custos muitas, organizações
vêem conduzindo ensaios de distribuição de tensões em pavimentos intertravados
utilizando discos rígidos para a aplicação do carregamento no revestimento. Estes
estudos possuem pouca correlação com o desempenho dos pavimentos sob a ação do
tráfego. Entretanto, tornam-se úteis quando são utilizados para medir a equivalência
estrutural entre pavimentos com diferentes estruturas e também para verificar a
distribuição de tensões normais verticais e cisalhantes horizontais.
49
SANTANA (1993b) e SHACKEL (1990) citam os estudos realizados por KNAPTON
(1976), onde realizou-se um estudo laboratorial no chamado “Poço de Prova”, no qual,
foram ensaiadas PPCs de seis formatos diferentes, assentadas sobre uma camada de
colchão de areia de 6cm (após compactação 5cm) espalhada sobre uma placa de
concreto armado. Os blocos foram montados sob o arranjo espinha de peixe e linear. Na
placa de concreto foram dispostas vinte e seis células de carga para determinar as
tensões normais verticais transmitidas pelo conjunto PPCs/colchão de areia, devido a
um carregamento na superfície sobre placa rígida (diâmetro da placa rígida de 25cm). O
Poço de Prova possuía 4m2 de área superficial. CLARK (1981) estendeu este trabalho,
analisando também os efeitos do carregamento em uma camada de base.
WELLNER & GLEITZ (1996) estudaram as deformações permanentes e elásticas da
superfície de pavimentos intertravados com o auxílio de LVDTs (“Linear Variable
Diferencial Transducer”), posicionados a distâncias fixas do centro de aplicação do
carregamento. Neste experimento, foram medidas as deformações elásticas, após uma
série de repetições de ciclos de carregamentos dinâmicos, (10.000, 125.000, 500.000 e
1.000.000 de ciclos). Foram testados três tipos de blocos (retangular, dentado e uma
peça especial dentada em formato de “L”) de 80mm de espessura. Alguns resultados
encontrados por WELLNER & GLEITZ (1996) podem ser observados na Figura 3.3 e
Figura 3.4.
A experiência brasileira em instrumentação ainda é pequena, merecendo ênfase os
seguintes experimentos: o trecho experimental construído em 1976, em Santa Catarina,
na BR101, na localidade de Nova Brasília, município de Imbituba (PINTO et al., 1977);
a instrumentação do painel de pavimento flexível, construído na COPPE/UFRJ em 1979
(MOTTA, 1979); a Pista Experimental Circular do IPR/DNER instrumentada em 1993
para a pesquisa de concreto rolado (DNER,1993); a construção e instrumentação de
uma pista experimental com 9,8m de comprimento por 3m de largura no campus da
USP na cidade de São Paulo, para estudar o comportamento de placas de WTUD
(“Whitetopping Ultra Delgado”) quando submetidas ao efeito do empenamento térmico
(PEREIRA et al., 2000).
50
SILVA (2001) descreve a instrumentação, realizada em 1998, da Pista Circular
Experimental do IPR/DNER com seis extensômetros e duas células de carga, para a
pesquisa de whitetopping – WT. Relata ainda que em outubro de 2000 foram instalados
onze termopares nessa pista para monitorar a temperatura das placas de whitetopping .
GONÇALVES (2002) relata a instrumentação de seis Pistas Experimentais na
Universidade Federal do Rio Grande do Sul para estudar o desempenho de misturas
asfálticas convencionais e modificadas com polímeros, nas quais foram instalados
medidores de tensões e deformações em toda a estrutura dos pavimentos pesquisados.
As cargas de tráfego eram aplicadas pelo Simulador de Tráfego UFRGS-DAER, onde
variaram-se os níveis, as formas de carregamento e a pressão de inflação dos pneus.
Distância do Centro de Aplicação do Carregamento (cm)
0
0
0
15
30
75
75
50
0,05
Deformação Elástica (mm)
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
1000000
500000
125000
10000
Figura 3.3 – Deformações elásticas encontradas por WELLNER & GLEITZ (1996)
para pavimentos intertravados
51
Nº de Ciclos
Deformação Elástica (mm) no Centro de Aplicação do
Carregamento
0
1.000 50.000 125.000
0
250.000
1.000.000
1.000.000
500.000
1
2
3
4
5
6
7
8
Retangular
Dentada
Especial "L"
Figura 3.4 – Deformações elásticas no centro de aplicação do carregamento
(WELLNER & GLEITZ, 1996)
3.2
Avaliação de Pavimentos
A avaliação de pavimentos destina-se ao levantamento de informações e parâmetros,
que irão permitir uma tomada de decisões relativas ao que fazer com o pavimento
avaliado (RODRIGUES, 1995a). A avaliação visará, portanto, a determinação dos
seguintes parâmetros:
•
Determinar as necessidades atuais e futuras de manutenção dos pavimentos ao
longo da rede viária;
•
Estimar a vida restante dos pavimentos;
•
Calcular o custo operacional dos veículos;
•
Determinar índices de condição ou aptidão dos pavimentos, que possam vir a ser
úteis para efeito de priorização em obras de restauração.
Para o DNER (1983), a medição das características do pavimento e a avaliação dos
dados obtidos têm três principais objetivos:
52
•
Verificar se a função pretendida ou o desempenho esperado está sendo
alcançado;
•
Fornecer informações para o planejamento da restauração do pavimento
existente;
•
Fornecer informações para melhorar a tecnologia de projeto, construção e
manutenção.
A avaliação de pavimentos constitui-se nas seguintes categorias:
•
Avaliação da Condição Estrutural
•
Avaliação da Condição Funcional
3.2.1
Avaliação Estrutural
A avaliação da condição estrutural de um pavimento implica em avaliar sua capacidade
de resistir aos esforços e a deterioração provocada pela passagem das cargas de tráfego.
Pode-se dizer que, para uma adequada análise desta condição, é necessária a obtenção
dos seguintes elementos (GONÇALVES, 1999):
•
Parâmetros que descrevam a deformabilidade elástica ou viscoelástica dos
materiais das camadas, para a obtenção das tensões e deformações induzidas
pelas cargas de tráfego nas estruturas dos pavimentos;
•
Parâmetros que descrevam a resistência dos materiais ao acúmulo de
deformações plásticas sob cargas repetidas, os quais são funções da natureza do
material, de suas condições de umidade e densidade, entre outras;
•
Integridade das camadas asfálticas e cimentadas.
Em um sentido mais amplo, a avaliação estrutural de um pavimento consiste no cálculo
das respostas da estrutura à passagem das cargas de tráfego, na forma de tensões,
deformações e deflexões nos pontos críticos da estrutura, de modo que se possa avaliar
sua capacidade de resistir aos mecanismos de degradação provocada pela ação repetida
das cargas de tráfego (RODRIGUES, 1995b).
A avaliação estrutural de pavimentos, nos últimos anos, tem merecido uma atenção
especial dos engenheiros rodoviários, pois uma correta determinação da condição
estrutural é de grande e fundamental importância para a aplicação de métodos
53
mecanísticos-empíricos de projeto de pavimentos novos ou de reforços. Os
procedimentos mecanísticos, nos quais o pavimento é tratado como uma estrutura
dividida em camadas de comportamento elástico ou visco-elástico, permite cálculos das
tensões e deformações geradas pela passagem das cargas de tráfego, cujos valores
podem ser correlacionados com o desempenho destes pavimentos.
Para a obtenção destes parâmetros pode-se lançar mão de duas alternativas
complementares entre si para a obtenção de dados que irão permitir a realização da
análise tensão versus deformação:
•
Avaliação Estrutural por Ensaios Destrutivos;
•
Avaliação Estrutural por Ensaios Não Destrutivos.
3.2.1.1
Ensaios Destrutivos
Pode-se dizer que as avaliações estruturais por ensaios destrutivos consistem na abertura
de poços de sondagem para a identificação da natureza e da espessura das camadas do
pavimento, bem como a coleta de amostras dos materiais constituintes das mesmas, para
futuros ensaios laboratoriais. Inclui-se em ensaios destrutivos a determinação em
laboratório de índices de caracterização (CBR, LL, LP), propriedades físicas
(granulometria, densidade, umidade, entre outros) ou propriedades fundamentais aos
procedimentos mecanísticos (módulo de resiliência, resistência à tração ou a
compressão, fadiga e deformação permanente sob cargas repetidas).
Entretanto, pode-se dizer que as propriedades citadas anteriormente, medidas em
laboratório, não refletem, de maneira total, o desempenho do material no campo
somando-se ainda, que os métodos de laboratório não representam com exatidão as
mudanças das características mecânicas dos materiais sob a ação de cargas combinadas
com o clima, que ocorre no campo com o passar do tempo (MACÊDO, 1996).
Ensaio Triaxial Sob Cargas Repetidas
54
Nos últimos anos, ensaios triaxiais sob cargas repetidas – ou ensaios triaxiais
dinâmicos, vêem sendo amplamente utilizados para a investigação do comportamento
de materiais granulares e finos, para a utilização em camadas inferiores do pavimento.
As deformações resilientes são deformações elásticas, no sentido de que são
recuperáveis, entretanto, não variam necessariamente de modo linear com as tensões
aplicadas e dependem de vários fatores que não são considerados no conceito
convencional de elasticidade (DNER, 1996).
Os ensaios triaxiais dinâmicos são compostos, basicamente, por duas fases. A primeira
fase, chamada de fase de condicionamento, tem por objetivo reduzir a influência das
deformações plásticas permanentes que ocorrem nos primeiros estágios e reduzir ao
máximo o efeito da história das tensões no valor do módulo de resiliência. Pode ser
descrito como uma seqüência de carregamentos dinâmicos que permite ao material uma
condição de pré-adensamento (FERREIRA, 2002). Na segunda fase do ensaio, são
obtidos os valores de MR. Para cada par de tensões σd e σ3 aplicadas, é realizada a
medição da deformação resiliente. Então, é calculado o módulo de resiliência, obtendose, por regressão linear, os valores de k1, k2 e k3 dos modelos correspondentes ao
comportamento resiliente adotado.
No Brasil, a partir do convênio entre a COPPE/UFRJ e o IPR, no ano de 1977, iniciouse a realização de ensaios dinâmicos que permitiram quantificar o módulo de resiliência
de materiais utilizados em pavimentos. Nesta época, o equipamento montado era
semelhante ao desenvolvido na Universidade de Berkeley, onde se ensaiavam amostras
de 5cm de diâmetro e de 10cm de altura. Atualmente, pode-se ensaiar corpos de prova
de 10cm x 20cm e de 15cm x 30cm no Laboratório de Geotecnia da COPPE. O avanço
computacional das últimas décadas proporcionou a automação deste ensaio e uma
redução significativa dos erros laboratoriais; no caso da COPPE, a automação foi
elaborada por VIANNA (2002).
Os ensaios triaxiais dinâmicos são cada vez mais utilizados no Brasil e no mundo para a
caracterização mecânica dos materiais empregados em projetos rodoviários.
55
Para a realização do ensaio, aplica-se uma tensão desvio (σd) e uma horizontal (σ3) e
medem-se as deformações específicas verticais recuperáveis (εr).
Segundo MACÊDO (1996), pode-se dizer que primeiramente, ocorre uma compressão
volumétrica devido à aplicação de uma pressão confinante (σ3). A aplicação da tensão
desvio (σd) resulta em uma redução da altura do corpo de prova. Parte desta redução, no
descarregamento, é recuperada – deformação elástica ou resiliente, e parte é absorvida
pela amostra –deformação plástica.
O módulo de resiliência (MR), que é uma estimativa do módulo secante de Young,
porém dinâmico, é determinado pela seguinte relação:
MR = σd / εr
Onde:
•
MR = módulo de resiliência;
•
σd = tensão desvio aplicada ciclicamente;
•
εr = deformação específica axial recuperável.
Como o MR não é linear com o estado de tensões, utilizam-se modelos para expressar a
relação do MR com as tensões confinantes e desvio. Um modelo genérico para qualquer
tipo de solo é o chamado de Modelo Composto, que foi proposto por MACÊDO (1996).
O Modelo Composto é expresso por:
MR = k1 . σ3 k2 . σd k3
Onde:
•
k1, k2 e k3= parâmetros de resiliência determinados em ensaios triaxiais;
•
σ3 = tensão de confinamento;
•
σd = tensão desvio axial.
56
3.2.1.2
Ensaios Não Destrutivos
A avaliação estrutural por ensaios não destrutivos (NDT) consiste na realização de
provas de carga “insitu” para a medida de parâmetros de resposta da estrutura às cargas
de roda em movimento. As respostas medidas são as deflexões (deslocamentos verticais
de superfície) cuja medida é obtida de maneira simples e confiável, razão pela qual a
totalidade dos equipamentos utilizados para a realização de ensaios não destrutivos são
deflectômetros (GONÇALVES, 1999).
Os ensaios NDT provocam menores interrupções no tráfego, fornecendo assim maior
flexibilidade para a avaliação quantitativa da condição do pavimento em qualquer
estágio de sua vida de serviço e possibilita o retorno no mesmo ponto a cada avaliação.
Dentre as principais vantagens da utilização deste ensaio pode-se citar (MACÊDO,
1996):
•
Determinação dos módulos das camadas do pavimento, que possibilitam realizar
melhor julgamento acerca da integridade estrutural das camadas de um
pavimento;
•
Formação de uma base de dados para os métodos mecanísticos de projeto de
reforço estrutural do pavimento;
•
Formação de uma base de dados para a utilização em Sistemas de Gerência de
Pavimentos;
•
Mede-se a resposta real do pavimento ao carregamento aplicado, sem submeter
os materiais aos distúrbios causados pela retirada de amostras.
WITCZAK (1989) agrupou o histórico dos ensaios deflectométricos em três fases de
sua evolução, úteis a diferentes níveis de exigência de um projeto de engenharia. Com o
reconhecimento destas fases distintas, passa-se a evitar interpretações errôneas sobre o
comportamento das camadas constituintes da estrutura de um pavimento em situações
específicas, onde se torna inevitável o uso de tecnologias limitadas. Estas fases, de
acordo com a referência acima citada, são:
57
1a FASE: Relação deflexão máxima x Vida dos pavimentos
Nesta fase, media-se apenas a deflexão máxima obtida sob a condição de cargas
conhecidas e através de um critério de ruptura empírico se estimava a vida restante do
pavimento.
2a FASE: Curvas múltiplas de deflexão x Vida dos pavimentos
Nesta fase, reconheceu-se que, embora a deflexão máxima sob a atuação de uma
determinada carga representasse a condição estrutural de um pavimento, em alguns
casos não conseguia explicar o comportamento global da estrutura. Foi detectado que,
em certos casos, altas deflexões eram medidas em locais com um bom conceito de
serventia e, em outros locais, em que o pavimento apresentava baixas condições de
serventia, as deflexões obtidas eram menores. Com isto, tornou-se necessária a
definição de outros parâmetros que, em conjunto com a deflexão máxima, fornecessem
informações mais adequadas acerca do estado estrutural do pavimento.
Dentre as características desta fase, pode-se apontar as seguintes:
•
O reconhecimento de que os pavimentos rompem-se por mais de um mecanismo
de ruptura: fadiga do revestimento asfáltico e deformação plástica da camada de
subleito;
•
Uso da deflexão máxima (D0) e do raio de curvatura (RC) como indicadores da
capacidade estrutural do pavimento.
3a FASE: Análise das bacias de deflexão
Esta é a fase atual, que se caracteriza não apenas pela obtenção da bacia de deflexão,
mas também pela utilização de teorias que visam a avaliação do comportamento
mecânico dos materiais “insitu”, a chamada retroanálise das bacias de deflexões.
Sobre as vantagens e limitações dos ensaios deflectométricos pode-se destacar entre as
suas diversas aplicações, associadas a equipamentos modernos e a técnicas apropriadas
(WITCZAK, 1989):
58
•
Delineamento e análise das seções homogêneas, levando em consideração a
distribuição estatística das propriedades em campo;
•
Variabilidade e confiabilidade no projeto;
•
Efeitos sazonais e anuais devido ao ambiente;
•
O papel das deflexões nos Sistemas de Gerência de Pavimentos;
•
Controle de qualidade no campo, comparando os módulos obtidos para as
camadas com os requeridos em projeto;
•
Usos especializados em pavimentos rígidos, como, por exemplo, no estudo da
eficiência da transferência de cargas nas juntas de placas de concreto.
Além destas, pode-se destacar que os ensaios deflectométricos são relativamente
baratos, permitindo que sejam ensaiados muitos mais pontos sem maiores
conseqüências para a normalidade do tráfego (MACÊDO, 1996). Dentre os
equipamentos desenvolvidos para a medida de deflexões dois se destacam a Viga
Benkelman e o FWD, que serão descritos a seguir.
Viga Benkelman
A viga Benkelman (vB) pode ser descrita como um equipamento simples e barato
utilizado para determinar as deflexões de um pavimento. Foi desenvolvida, na década de
1950, na WASHO Road Test, pelo engenheiro A. C. Benkelman e seu uso, desde então,
tem sido crescente e de grande importância para trabalhos, pesquisas e projetos de
reforços de pavimentos em todo o mundo (HAAS et al, 1994).
Sua utilização, no Brasil, de forma sistemática para a avaliação estrutural de pavimentos
flexíveis, pode ser considerada uma prática estabelecida desde a década de 1960.
Segundo MACÊDO (1996) os primeiros trabalhos publicados sobre o assunto devem-se
a Aratangy1, Lobo Carneiro2,3 e Parreira4.
1.
ARATANGY,N. J., (1962). “Medidas de Deformações dos Pavimentos” 3a RAP’v, ABPV, Rio de Janeiro/RJ.
2.
LOBO CARNEIRO, F. B., (1963). “Viga Benkelman, Instrumento Auxiliar ao Engenheiro de Concervaçao”.
6aRAP’v
3.
LOBO CARNEIRO, F. B., (1965). “ ”Record No 128 HRB
4.
PARREIRA, O. A., (1969).”Determinação das Características Estruturais de Pavimentos a partir da Linha de
influência Obtida em Ensaios de Cargas com Pneus”. Tese de Especialista, LNEC.
59
A viga Benkelman foi desenvolvida com a finalidade de medir-se a Deflexão Máxima
(D0) e, posteriormente, o Raio de Curvatura (RC). Estes, porém, são os únicos
parâmetros confiáveis que podem ser medidos com a mesma. Como estes dados são
insuficientes para o cálculo dos módulos de resiliência das camadas devem ser coletadas
amostras de alguns, ou de todos, os materiais das camadas constituintes para a
determinação de seus respectivos módulos em laboratório (DNER, 1996). Ao contar
com esta complementação, pode-se dizer que os resultados encontrados, com a viga
Benkelman, são tão confiáveis quanto os determinados com o auxílio do Falling Weith
Defletometer (FWD) em uma avaliação estrutural (RODRIGUES, 1995).
A viga Benkelman é considerada um deflectômetro quase-estático, isto é, as cargas
aplicadas ao pavimento movem-se a baixas velocidades (da ordem de 3km/h) e as
cargas são em verdadeiras grandezas aplicadas em eixos de caminhões (DNER, 1996).
A viga Benkelman é formada por um conjunto de sustentação em que se articula uma
haste metálica interfixa, dividindo a barra em duas partes proporcionais, cujos
comprimentos a e b seguem as relações de 2/1, 3/1 ou 4/1, como o indicado na Figura
3.5
Figura 3.5 – Esquema da viga Benkelman (DNER, 1994)
A extremidade do braço maior contém a ponta de prova. Na extremidade de braço
menor é fixado um extensômetro com precisão de centésimos de milímetro (10-2mm) e,
60
com a finalidade de evitar eventuais inibições do ponteiro do extensômetro, é colocado
um pequeno vibrador no mesmo (DNER, 1994).
As medições são feitas inserindo a ponta de prova entre as rodas de um caminhão com
8,2tf de carga no eixo traseiro, simetricamente distribuídas em relação às rodas.
Posicionado o caminhão e ajustada a viga, são feitas as leituras nos pontos préestabelecidos, quando se quer medir toda a bacia de deflexão. A Figura 3.6 mostra, de
maneira esquemática, o sistema de referência da viga e do caminhão (DNER, 1994).
Figura 3.6 – Esquema do sistema de referência na viga e no caminhão (DNER, 1994)
Para a determinação da bacia de deformação por intermédio da viga Benkelman, as
estações devem ser convenientemente marcadas e estar localizadas nas trilhas de rodas,
de maneira que as rodas traseiras do veículo mantenha-se a uma distância fixada da
borda do revestimento, de acordo com a Tabela 3.1.
Segundo ROCHA FILHO e RODRIGUES (1996), este ensaio pode ser feito de duas
formas:
•
Com o caminhão sendo deslocado à frente, a baixa velocidade constante e, ao
passar sobre cada ponto pré-determinado, é feita a leitura, método conhecido
como Creep Speed Normal Deflection;
61
•
Com o caminhão se deslocando e parando em cada ponto de medição, método
conhecido como Creep Speed Rebound Deflection (método mais utilizado no
Brasil).
Tabela 3.1 – Localização dos pontos de leitura de deflexão (DNER, 1994b)
Largura da Faixa
Distância à Borda do
de Tráfego (m)
Revestimento (m)
2,70
0,45
3,00
0,60
3,30
0,75
3,50 ou mais
0,90
ROCHA FILHO e RODRIGUES (1996) fazem os seguintes comentários em relação à
avaliação estrutural feita com a viga Benkelman tradicional:
•
Apresentam elevada dispersão nas deflexões medidas;
•
A dispersão aumenta quanto mais distante do ponto de aplicação da carga a
medição for feita;
•
A dispersão das leituras é um pouco menor quando realizadas com o caminhão
parando em cada ponto;
•
A precisão dos resultados é função de vários fatores, como: habilidade do
motorista; condições mecânicas do veículo (embreagem e freios); experiência,
habilidade e coordenação da equipe responsável pelas leituras.
Porém, a partir da automação das leituras da viga Benkelman, é possível melhorar muito
a confiabilidade das medidas. A viga Benkelman automatizada é operada segundo o
mesmo princípio da viga Benkelman comum. A diferença consiste no fato que a viga
automatiza mede e grava automaticamente as deflexões ponto a ponto enquanto o
operador dirige o veículo de teste (HAAS et. al., 1994). CERATTI et. al. (2000) usaram
um equipamento automatizado que permite que sejam feitas leituras de deflexão a cada
5cm, desde o ponto de aplicação do carregamento até quando não há mais influência do
próprio, o que possibilita a obtenção de uma bacia deflectométrica mais acurada.
62
Desde 1969, é utilizada no LNEC de Lisboa a viga Benkelman automatizada, para o
levantamento das bacias de deflexão (MEDINA et al, 1994). No Brasil, passou-se a
contar com a viga Benkelman automatizada somente a partir de 1999, portanto com 30
anos de atraso.
Dentre as principais vantagens deste equipamento, destacam-se:
•
A sensibilidade das medições, uma vez que a viga Benkelman automatizada
utiliza em geral sensores do tipo LVDT;
•
Obtenção mais precisa da bacia deflectométrica;
•
Registro automático das deflexões e da distância radial em relação ao ponto de
aplicação do carregamento.
São exemplos deste tipo de equipamento:
•
O Defletógrafo Lacroix, desenvolvido na França;
•
O British Pavement Deflection, desenvolvido no Reino Unido, segundo o mesmo
princípio do Defletógrafo Lacroix;
•
O California Traveling Deflectometer, desenvolvido no Estados Unidos;
•
Os Defletógrafos Digital Solotest e SIGEO, desenvolvidos no Brasil.
MALYSZ (2004) construiu um trecho experimental de pavimento intertravado de
blocos de concreto vazados, para comparação de desempenho com um pavimento
asfáltico permeável de PMF (pré-misturado a frio). Em sua pesquisa, realizou uma
campanha de ensaios deflectométricos com a viga eletrônica de ambas as estruturas,
compostas por uma base de 30cm de brita permeável envolta em uma manta de geotextil
impermeável. Os resultados das avaliações realizadas por MALYSZ (2004) podem ser
observadas na Tabela 3.2 e na Figura 3.7. MALYSZ (2004) relata uma sensível
melhoria na condição estrutural do pavimento, que as deflexões máximas (D0)
diminuíram após quatro meses de uso, e os raios de curvatura aumentaram, nota-se
também que as deflexões no blocos de concreto vazados foram menores que no
pavimento com PMF e aponta que estes resultados resultam de um bom intertravamento
entre os blocos.
63
Tabela 3.2 – Parâmetros calculados a partir das bacias de deflexão (MALYSZ, 2004)
Data do
Levantamento
PMF
D0
σ
(10-2mm) (10-2mm)
Blocos Vazados
Rc
D0
σ
Rc
(m)
(10-2mm)
(10-2mm)
(m)
8/10/2003
250
37
19
201
37
30
11/02/2004
187
40
40
167
20
58
Bacias de deflexão medidas no pavimento de PMF
Bacias de deflexão medidas nos blocos vazados
Figura 3.7 – Bacias de deflexão medidas no pavimento com PMF e com blocos
vazados (MALYSZ, 2004)
64
FWD
Os equipamentos de carregamento por impulso geralmente transmitem o esforço ao
pavimento através de um conjunto de pesos que caem sobre uma placa de carga. Estes
equipamentos são tipicamente conhecidos como Falling Weight Deflectometer (FWD)
(HAAS et al, 1994).
Os equipamentos tipo FWD simulam o efeito da passagem de uma roda em movimento
sobre o pavimento. Tal simulação é feita por meio da queda de um conjunto de massas,
de uma determinada altura, sobre um sistema de amortecedores capazes de transmitir ao
pavimento um pulso de carga com formato aproximadamente igual a uma senóide. A
força de pico imposta ao pavimento pode ser determinada através da seguinte expressão:
F = (2.m.g.h.k.)1/2
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 de sua
queda ao trabalho desenvolvido pelos amortecedores após a queda (CARDOSO, 1995).
O carregamento é transmitido ao pavimento através de uma placa de 30cm de diâmetro.
A carga é medida através de uma célula de carga e aplicada durante de 25 a 30ms,
tempo correspondente ao da passagem de um veículo com velocidade de 60 a 80km/h.
Na realidade, o FWD aplica pulsos de carga no pavimento em forma de ondas, que se
propagam no interior da estrutura a velocidades finitas e são registradas em diferentes
instantes pelos sensores. As deflexões são medidas através de sete sensores: geofones,
65
no caso do FWD da marca Dynatest e LVDTs, no caso do FWD da marca KUAB. Estes
sensores estão dispostos da seguinte forma: um no centro da placa e os outros em
distâncias pré-estabelecidas, ao longo de uma barra metálica de até 4,5m de
comprimento (CARDOSO, 1995).
As deflexões são medidas e armazenadas em um computador, que está ligado ao FWD
através de um cabo. Simultaneamente, são registrados os valores de temperatura da
superfície do revestimento e do ar, a força aplicada ao pavimento e a distância
percorrida.
No Brasil, existem dois modelos de deflectômetros de impacto FWD: o Dynatest versão
norte-americana e o KUAB, sueco, sendo hoje nove equipamentos em uso. As
principais diferenças entre os dois tipos de deflectômetro de impacto existentes no país
são em relação à placa de aplicação do carregamento e ao número de elementos usados
para simular a ação do tráfego. Enquanto o modelo da Dynatest possui uma placa rígida
e um conjunto de massas, o modelo KUAB possui placa segmentada em 4 (quatro)
partes unidas por êmbolos e dois conjuntos de massa.
HACHIYA & TAKAHASHI (1998) utilizaram o FWD para determinar as deflexões em
duas séries de pavimentos intertravados experimentais: na primeira série com
pavimentos intertravados novos e na segunda com pavimentos de blocos de concreto
destinados a reabilitação. Desta forma, o planejamento e a implementação iriam utilizar
métodos de pavimentos flexíveis para projetar os pavimentos intertravados; e
finalmente desenvolver métodos e procedimentos para projetos de pavimentos
intertravados.
KARASAWA et al. (2000) relatam que o problema da ruptura nos blocos de concreto
dos pavimentos intertravados está intimamente ligado aos efeitos causados pelas altas
deflexões da superfície e das juntas entre os blocos. Pode-se dizer, também, que as
deflexões diminuem substancialmente após um ano de utilização do pavimento, período
este, necessário para a estabilização da movimentação do colchão de areia e das juntas
entre os blocos (HATA & YAGINUMA, 1992).
66
3.2.2
Avaliação Funcional
A avaliação funcional se correlaciona com o conforto ao rolamento do pavimento e
engloba o conceito dos usuários quanto ao nível de serviço fornecido pelo pavimento,
bem como se correlaciona com estimativas quanto a custos operacionais dos veículos.
Normalmente, pode ser composta por uma avaliação subjetiva, quando é atribuída uma
nota de 0 a 5 às condições gerais da via, e por uma avaliação objetiva, que pode ser
exemplificada pela medida da irregularidade longitudinal.
Alguns outros componentes de uma avaliação funcional são os indicadores de segurança
de uma determinada via. A resistência à derrapagem em pista molhada pode ser medida
por alguns dos inúmeros equipamentos que os engenheiros tem à disposição. O perfil
transversal da via pode ser medido por perfilômetros transversais, que permitem a
medida de afundamentos de trilha de roda os quais influem diretamente no potencial de
ocorrência de hidroplanagem.
3.2.2.1
Irregularidade
Pode-se conceituar irregularidade longitudinal, ou simplesmente irregularidade de um
pavimento, como sendo um conjunto de desvios da superfície em relação a um plano de
referência ou ao greide de projeto. Desvios estes que podem afetar a qualidade do
rolamento, a dinâmica dos veículos e a ação dinâmica das cargas sobre a via. Em outras
palavras, a irregularidade longitudinal é a diferença entre cotas reais e teóricas do perfil
longitudinal de uma via (SOUZA et al., 2002).
As irregularidades podem ter origem em problemas no processo construtivo, assim
como no uso do pavimento após a execução, resultando do tráfego e do clima. A
irregularidade pode influir na interação da superfície dos pavimentos com os veículos
que utilizam uma determinada via, gerando efeitos sobre os veículos, sobre os
passageiros e motorista e sobre a carga transportada.
A importância da determinação da irregularidade longitudinal na percepção do conforto
dos usuários começou a ser pesquisada desde 1960. Alguns estudos demonstraram que
95% da avaliação relativa à serventia dos pavimentos da AASHO estava ligada
67
exclusivamente à irregularidade do perfil. O conhecimento da irregularidade de uma via
tem correlação com a qualidade ao rolamento, bem como com vários componentes dos
custos operacionais dos veículos. Portanto, a determinação da irregularidade pode ser
considerada como uma boa medida da serventia do pavimento (PINTO e PREUSSLER,
2002).
Diversos países já utilizam índices de serventia baseados exclusivamente em medições
de irregularidade. A sua importância têm sido também reconhecida como forma de
controle de execução de pavimentos novos.
Entre as diversas utilizações das medições das irregularidades longitudinais podem ser
destacadas as seguintes:
•
Parâmetros utilizados na avaliação de pavimentos como subsídio ao diagnóstico
da situação existente;
•
Definição de soluções de restauração ou manutenção de pavimentos;
•
Auxílio ao cálculo de custos de operações de veículos;
•
Controle na qualidade de execução de pavimentos novos;
•
Auxílio às decisões de Sistemas de Gerência de Pavimentos;
•
Atualização de modelos de previsão de desempenho;
•
Estimativa da vida de serventia de uma via.
Medição da Irregularidade Longitudinal
A medição da irregularidade pode se dar em diversas escalas padronizadas, na
dependência do equipamento de medição.
No Brasil, a escala padrão de medição é o chamado QI (“Coeficiente de Irregularidade”
- ou “Índice Quarto de Carro”), reconhecido internacionalmente a partir do uso do
perfilômetro dinâmico de superfície, simplesmente chamado de GMR. O modelo quarto
de carro é um sistema formado por uma massa, uma roda, um amortecedor e uma mola.
A resposta à irregularidade pode ser obtida pela simulação de movimentos no quarto de
carro, e é aceita como medida padrão da irregularidade expressa em contagens por
quilômetro (cont./km).
68
Os dados de QI utilizados na Pesquisa de Inter-relacionamento de Custos Rodoviários
(PICR), obtidos de 1975 a 1981, foram feitos basicamente com o auxílio de
equipamentos tipo resposta. Os equipamentos utilizados foram o Perfilômetro Dinâmico
e o Maysmeter, que se baseiam na reação do equipamento às condições de superfície da
via (PINTO e PREUSSLER, 2002).
Como resultados de uma pesquisa internacional de medição de irregularidades
longitudinais, realizada em Brasília no ano de 1982, foi estabelecida a escala IRI
(“Internacional Roughness Index”). O IRI é considerado uma escala de referência
transferível para todos os sistemas de medição.
O IRI pode ser definido a partir de um perfil levantado por nível e mira ou um
equipamento similar, realizado em trilhas de rodas, com a finalidade de simular os
deslocamentos verticais induzidos dos deslocamentos de um quarto de carro. Este índice
é expresso pela relação entre os movimentos acumulados pela suspensão do veículo e a
distância percorrida por ele, a unidade do IRI é metros por quilometro (m/km).
Os conceitos de QI e IRI são bastante similares e, na prática, eles são altamente
correlacionados. Uma expressão aproximada entre QI e IRI á dada por:
QI(cont/km) = 13 IRI(m/km)
No Brasil, no que diz respeito às estradas pavimentadas, os valores de IRI são
classificados em faixas de qualidade, desde 1m/km, para estradas excelentes, até valores
superiores a 5m/Km, para vias muito ruins. Porém, existem diferentes classificações
quanto aos valores limites destinados a avaliar um determinado pavimento a partir da
irregularidade longitudinal, conforme mostrado na Tabela 3.3 (SOUZA et al., 2002).
69
Tabela 3.3 – Faixas de classificação de irregularidade com base no IRI (SOUZA et al
2002)
Brasil
E.U.A
Excelente 1,0-1,9
Bom
Regular
1,9-2,7
Bom
Bom
2,7-3,5 Regular
Ruim
3,5-4,6
Péssimo
>4,6
3.2.2.2
Muito
Ruim
0-0,95
Espanha
Excelente
>2,7
Regular
Não
Desejável
Uruguai
Muito
0-1,5
0,95-1,5 Aceitável 1,5-2,5
1,5-2,7
Chile
Bom
Bom
0-3,0
2,5-4,0 Regular 3,0-4,0
>4,0
Ruim
>4,0
Bom
0-3,2
3,2-3,9
Regular 4,0-4,6
Ruim
>4,6
Avaliação da Resistência à Derrapagem
A resistência à derrapagem entre as superfícies de um pneu e do revestimento de um
pavimento é uma grandeza que afeta diretamente a segurança do usuário, tendo em vista
que é o principal fator que contribui para a parada do veículo durante a frenagem, ou em
sua permanência na trajetória em curvas horizontais. Outro fator de grande importância
na interação do pneu/pavimento é a presença de água, que forma uma película que vem
a “lubrificar” o contato.
Uma superfície resistente à derrapagem deve ter uma macrotextura suficientemente
rugosa com partículas facilmente visíveis, e uma microtextura áspera com bordas
pontiagudas para serem polidas pelos pneus. É muito importante o tipo de textura da
superfície do pavimento na resistência à derrapagem.
A variação do coeficiente de atrito longitudinal de rolamento é função da velocidade. As
superfícies ásperas em uma escala microscópica apresentam um alto coeficiente de
atrito a baixas velocidades (50km/h) e uma superfície polida tem baixo coeficiente de
atrito com a mesma velocidade. E a queda do coeficiente de atrito com o aumento da
velocidade decorre da ausência de macrotextura suficiente (PEREIRA, 1998).
Segundo PEREIRA (1998), muitas variáveis podem contribuir para a resistência à
derrapagem. Elas incluem o coeficiente de atrito, microtextura e macrotextura do
revestimento, variáveis de construção, características de drenagem da superfície,
70
volume de tráfego, meio ambiente, geometria da estrada, carga e velocidade do veículo,
profundidade das ranhuras e pressão dos pneus, experiência do motorista e densidade
das curvas.
Quando os pneus se deslocam sobre uma pista molhada devido à presença de uma
lâmina de água, na área de contato pneu/pavimento desenvolvem-se pressões
hidrodinâmicas. Estas pressões, em função da velocidade e da textura superficial
oferecida pela pista, podem atingir valores tais que tendem a levantar os pneus sobre
uma onda que se desenvolvem à sua frente. Se a carga aplicada aos pneus pelo peso do
veículo for menor que a resultante vertical direcionada para cima proveniente das
pressões hidrodinâmicas e os pneus deslizarem sem manter contato com o pavimento e
sem controle direcional, ocorre o fenômeno da hidroplanagem. São conhecidos três
tipos de hidroplanagem (APS et al., 2003):
•
Hidroplanagem Dinâmica;
•
Hidroplanagem Viscosa;
•
Hidroplanagem de reversão da borracha do pneu ou por desvulcanização.
Medidas uniformes, seguras e acuradas devem ser obtidas para avaliar a resistência à
derrapagem de uma via e compará-la a um valor mínimo de segurança. No entanto, a
resistência à derrapagem de um pavimento não pode ser considerada como sendo a
única responsável pelas características gerais de segurança do tráfego, isto é, devem ser
encaradas como a capacidade do revestimento contribuir para o atrito entre o
pneu/pavimento, sob condições molhadas.
Pode-se citar diversos tipos de equipamentos para determinar o coeficiente de atrito
entre o pneu e o pavimento; entre eles:
•
Skidometer – BV-11 Skid Trailler;
•
Mark 2 Saab Friction Tester (SFT);
•
Veículo de Frenagem Diagonal (Braked Vehicle – DBV);
•
M 6800 – Ranway Friction Tester (RFT);
•
Medidor de Valor µ (µ-meter);
•
Pêndulo Britânico.
71
No Brasil, a avaliação de atrito é mais usual nas pistas de aeroportos do que em
rodovias ou vias urbanas. No caso dos aeroportos, a experiência brasileira é significativa
e se utilizam diversos equipamentos. Porém, a experiência em vias urbanas é escassa,
sendo que o equipamento mais comumente utilizado é o Pêndulo Britânico (utilizado
para avaliação do atrito nesta pesquisa), devido a baixos custos, facilidade de transporte
e manuseio simples (PEREIRA, 1998).
Pêndulo Britânico
O Pêndulo Britânico é um equipamento portátil, que foi desenvolvido para proporcionar
ao engenheiro rodoviário uma rotina de avaliação da resistência a derrapagem em
superfícies úmidas. O aparelho mede a resistência ao atrito entre a tira de borracha
(montada no final do braço do pêndulo) e a superfície da via simulando um veículo a
50km/h. PEREIRA (1998) apresenta valores mínimos de atrito sugeridos para alguns
locais, conforme apresentado na
Tabela 3.4. Na Tabela 3.5 (CRUZ, 2003) apresenta os valores de resistência à
derrapagem medidos com o Pêndulo Britânico para pavimentos intertravados.
O ensaio permite apreciar um aspecto das qualidades de aderência de uma superfície
rodoviária molhada, por atrito a baixa velocidade, de um patim de borracha sobre esta
superfície. O objetivo do ensaio é medir um coeficiente de atrito que é, por definição, a
média dividida por cem de um certo número de leituras efetuadas no mostrador do
aparelho (ABPv, 1999).
A velocidade admissível de uma pista pode variar de 50km/h até 130km/h. Assim, os
valores de resistência à derrapagem a 50km/h, não podem traduzir sozinhos o
desempenho a altas velocidades. A queda da resistência ao atrito com o aumento da
velocidade em pistas úmidas depende da textura da superfície e é consideravelmente
menor em pistas rugosas do que em lisas. Se esse ensaio for usado em pistas de altas
velocidades, é necessário um critério adicional indicando a textura (PEREIRA, 1998).
Segundo ARAÚJO (1994), o valor de atrito medido com o “µ-meter” pode variar de
0,77 para CPA (camada porosa de atrito), conforme apresentado na Tabela 3.6.
72
Tabela 3.4 – Valores mínimos sugeridos da resistência à derrapagem medido com o
Pêndulo Britânico (PEREIRA, 1998)
Categoria
Valor Mínimo
Tipo de Local
(superfície molhada)
Locais difíceis tais como:
(i) Pistas circulares;
(ii) Curvas com raio maior que 1,5m em qualquer
A
via;
0,65
(iii) Rampas, 1:20 ou inclinações com mais de
100m de comprimento;
(iv) Acesso para tráfego leve em qualquer via.
Rodovias nacionais e rodovias classe 1 e vias
B
urbanas de tráfego intenso (mais de 2.000
0,55
veículos/dia
C
Todos os demais locais
0,45
Tabela 3.5 – Valores recomendados a resistência à derrapagem medidos com o Pêndulo
Britânico (CRUZ, 2003)
Valor BPN
Categoria
> 0,65
Muito Bom
0,30 – 0, 65
Bom
0,25 – 0,34
Regular
< 0,24
Insatisfatório
73
Tabela 3.6 – Classificação de alguns tipos de pavimentos de acordo com o valor de
atrito do pavimento molhado medidos com o “µ-meter” (MAC LEMAN, 1980 apud
ARAÚJO, 1994)
Tipo de Pavimento
Valor de Atrito no Pavimento
Molhado
Camada Porosa da Atrito
0,77
Concreto Asfáltico de Textura Fechada, Estriado
0,75
Concreto Asfáltico de Textura Aberta
0,74
Concreto Cimento Estriado
0,74
Concreto Asfáltico de Textura Aberta, Estriado
0,73
Concreto Asfáltico Novo, Estriado
0,73
Lama Asfáltica
0,70
Concreto Cimento Acabado com Escova de Aço
0,68
Concreto Cimento Acabado com Pente de Aço
0,68
Concreto Cimento com Textura Aberta
0,66
Concreto Asfáltico com Textura Fechada
0,66
Concreto Asfáltico Novo
0,62
CRUZ (2003) escolheu 2 traços para cada módulo de finura do concreto (MFC) para
confecção de PPC que foram submetidas ao ensaio de Pêndulo Britânico. Para cada
traço, foram realizados ensaios considerando a superfície da PPC na Via Seca, sem a
presença de água, e em Via Úmida, com presença de água corrente. Foram realizadas
cinco determinações em cada PPC ensaiada, e fez-se a média dos valores medidos. A
Tabela 3.7 apresenta os resultados obtidos por CRUZ (2003).
74
Tabela 3.7 - Resultados da resistência à derrapagem em PPCs, medidas com o pêndulo
britânico (CRUZ, 2003)
Identificação
Pêndulo Britânico (BPN)
MFC = 2,8 + ou – 0,2
MFC
5,0%
Umidade do Concreto (%)
MFC = 3,0 + ou – 0,2
7,0%
Consumo de Cimento
7,0%
420
(kg/m3)
Índice BPN
5,0%
Via seca
0,83
0,83
0,85
0,79
Via úmida
0,74
0,74
0,76
0,72
ITO et al. (2000) determinaram o coeficiente de atrito dinâmico para um pavimento
intertravado com velocidades variando de 20 a 80km/h, neste artigo não tendo sido
descrito o equipamento utilizado. Os coeficientes de atrito foram determinados em três
períodos: o primeiro após a construção, o segundo seis meses após a liberação ao
tráfego e o terceiro um ano após a liberação ao tráfego, objetivando realizar uma
comparação entre os resultados obtidos e determinar um possível polimento das peças
pela passagem dos veículos. A Figura 3.8 apresenta os valores de coeficiente de atrito
dinâmico encontrados por ITO et al. (2000).
0,7
Coeficiente de Atrito Dinâmico
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Velocidade (km/h)
Após 12 meses
Após 6 meses
Após a Construção
Figura 3.8 – Valores de coeficientes de atrito dinâmico em pavimentos intertravados
(ITO et al, 2000)
75
3.2.2.3
Permeabilidade ou Drenabilidade de Pavimentos
A permeabilidade pode ser descrita como a capacidade de um meio poroso em permitir
a passagem de um líquido qualquer (água, óleo, etc). No caso de pavimentos, o meio
poroso a ser considerado pode se referir apenas à camada de revestimento ou a uma das
camadas constituintes (base, sub-base, etc.), chamada de camada drenante, ou ao
pavimento como um todo, onde toda a estrutura do pavimento tem por objetivo escoar a
água da superfície podendo ser chamado de pavimento drenante (MOTTA, 2005).
Experimentalmente, Darcy, em 1850, verificou como os diversos fatores influenciavam
a vazão da água e, baseado em seus experimentos, estabeleceu a teoria da
permeabilidade para os solos. O fluxo de água é proporcional ao gradiente hidráulico e à
área de uma amostra (PINTO, 2002):
Q = k.i.A
onde:
•
Q = vazão;
•
A = área do permeâmetro;
•
i = gradiente hidráulico, que é a relação entre a carga que se dissipa na
percolação (h) e a distância ao longo da qual a carga de água se dissipa (L).
A Lei de Darcy pode ser escrita na seguinte forma:
Q = k.A.h/L
O gradiente hidráulico pode ser definido como a perda de carga por comprimento. A
perda de carga aumenta linearmente com a velocidade da água, uma vez que esta seja
transmitida por um fluxo laminar. Quando o fluxo da água torna-se turbulento, a relação
entre a perda de carga e a velocidade comporta-se de maneira não-linear. Assim, na
condição turbulenta do fluxo da água, a lei de Darcy, não é válida (COOLEY, 1999).
76
Dois ensaios distintos são usados para medir a permeabilidade da Lei de Darcy: o de
permeâmetro de carga constante e o de permeâmetro de carga variável. O ensaio de
carga constante é aplicável a materiais com coeficiente de permeabilidade relativamente
baixos, como as argilas, enquanto o ensaio de carga variável é recomendado para
materiais com coeficiente de permeabilidade mais elevados (COOLEY, 1999; PINTO,
2002). A Tabela 3.8 mostra valores típicos de coeficientes de permeabilidade de alguns
tipos de solos (PINTO, 2002).
Tabela 3.8 – Valores típicos de coeficientes de permeabilidade de alguns tipos de solos
(PINTO, 2002)
Tipo de Solos
Coeficientes de Permeabilidade (cm/s)
Argilas
<10-9
Siltes
10-6 a 10-9
Areia argilosas
10-7
Areias finas
10-5
Areias médias
10-4
Segundo COOLLEY (1999) e BROWN et al. (2004), diversos fatores foram
identificados e podem afetar a drenabilidade de pavimentos asfálticos. Entre eles, os
mais importantes são:
•
Distribuição granulométrica e formato dos agregados;
•
Composição molecular do ligante asfáltico;
•
Vazios de ar no interior das camadas;
•
Grau de saturação;
•
Tipo de fluxo;
•
Temperatura.
COOLEY (1999) apresenta a descrição de quatro tipos de permeâmetros testados em
seções experimentais de pavimentos nos Estados Unidos. Os testes realizados tiveram
como objetivo avaliar os quatro tipos de permeâmetros para se encontrar um que melhor
correlacione com os ensaios de laboratório, tenha boa repetibilidade e seja de manuseio
simples. Os permeâmetros utilizados na pesquisa estão apresentados na
77
Figura 3.9 (COOLEY, 1999). O permeâmetro que obteve os melhores resultados na
avaliação pretendida foi o Permeâmetro 3. O Permeâmetro 1, embora de fácil manuseio
do equipamento, não mostrou boa correlação com ensaios de laboratório.
QVIST & KIRK (1996) desenvolveram um tipo de permeâmetro para determinar a
infiltração da água em pavimentos de blocos de concreto, na Dinamarca. O
permeâmetro consiste em um tanque, na parte superior, para o armazenamento da água,
sustentado por um tripé, para o nivelamento, tendo no contato entre o equipamento e a
superfície do pavimento um cilindro plástico. O cilindro e o tanque estão conectados
por duas pipetas; a primeira é utilizada para levar a água do tanque até o cilindro e a
segunda é utilizada como uma torneira, que é acionada para começar e encerrar o
ensaio. A seção do cilindro, em contato com o pavimento, possui uma área de 0,07m2.
IMAI et al. (2003); KARASAWA & SUDA (1996); e SHACKEL et al. (1996)
utilizaram em seus trabalhos o “Constant Water Lavel Type Permeability Tester”
(CWLTPT) para medir a drenabilidade de algumas estruturas de pavimentos
intertravados. Este equipamento mede a permeabilidade de toda a estrutura de um
pavimento permeável, por meio de uma carga de água constante em sua superfície,
partindo do principio que a água penetra em toda sua estrutura pela superfície. O
CWLTPT está apresentado na Figura 3.10 (KARASAWA & SUDA, 1996).
Outro ensaio para determinar a permeabilidade e a infiltração da água em pavimentos é
o chamado Gerador de Chuva Artificial (“Artificial Rain Generation”), mostrado na
Figura 3.11 (JAMES & von LANGSDORFF, 2003). Neste ensaio, pode-se, além de
medir a permeabilidade de toda a estrutura do pavimento, determinar a vazão que escoa
pela superfície do pavimento. O ensaio, como diz seu nome, simula uma chuva padrão,
para um determinado caso de projeto, sobre a superfície de um pavimento (JAMES &
von LANGSDORFF, 2003; KARASAWA & SUDA, 1996).
78
Permeâmetro 1
Permeâmetro 2
Permeâmetro 3
Permeâmetro 4
Figura 3.9 – Permeâmetros utilizados na pesquisa de COOLLEY (1999)
Figura 3.10 – “Constant Water Level Type Permeability Tester” (KARASAWA &
SUDA, 1996)
79
Figura 3.11 - Gerador de Chuva Artificial (JAMES & von LANGSDORFF, 2003)
LEENDERS (1988) relata que a infiltração de água pelas juntas dos pavimentos de PPC
pode atingir até, aproximadamente, 45% da infiltração anual. HADE e SMITH (1988)
sugerem que, em área de tráfego de veículos, a infiltração é menor que em área de
tráfego de pedestres. Isto pode ser causado pela sucção da passagem dos pneus dos
veículos pelas juntas.
MALYSZ et al. (2003) utilizaram blocos vazados preenchidos com areia para controle
do escoamento superficial de águas pluviais em localidades urbanas em Porto Alegre. A
Figura 3.12 (a) apresenta a construção do pavimento com blocos vazados desta
experiência.
KNAPTON & COOK (2000) descrevem uma solução de pavimentos permeáveis de
blocos de concreto para o porto de Santos, Brasil, que cobria uma área de 132.000m2
para depósito de contêineres. Foram utilizados blocos de concreto com 80mm e com
juntas de 6mm entre eles. A permeabilidade do colchão de areia foi determinada tendo a
capacidade de escoar uma chuva de 36mm/h. Outra experiência brasileira utilizando
pavimentos permeáveis de blocos de concreto está sendo realizada no Porto de Itajaí,
em Santa Catarina. A permeabilidade do pavimento, como no caso anterior, é realizada
pelas juntas de 6mm entre as peças e pela camada de regularização das PPC, bem como
o material de preenchimento das juntas que não é areia, mas um pedrisco lavado com
80
dimensão máxima entre 3mm e 6mm. A Figura 3.12 (b) mostra a montagem deste
pavimento drenante (REVISTA PRISMA, 2005).
(a) Blocos vazados
(b) Por juntas de 6mm
MALYSZ et al. (2003)
REVISTA PRISMA (2005)
Figura 3.12 – Execução dos pavimentos intertravados drenantes
ITO et al. (2000) determinaram a permeabilidade de um pavimento intertravado,
realizando a comparação de sua permeabilidade em três datas distintas de utilização de
uma via e de uma calçada de pedestres. À primeira medição foi realizada logo após a
construção, a segunda 6 meses após a liberação ao tráfego e a terceira um ano após a
liberação ao tráfego. A Figura 3.13 mostra os resultados de permeabilidade encontrados.
MADRID (2005) e MADRID et al. (2003) relatam que os pavimentos intertravados
jovens tendem a permanecer úmidos por um período de tempo mais longo que os
pavimentos velhos. Esta constatação leva à hipótese de que, com o passar do tempo, as
juntas vão selando devido a fenômenos físicos e a presença de finos nas juntas. Foi
realizado um estudo, totalizando vinte e quatro ensaios de permeabilidade em quatorze
trechos em idades de utilização entre zero e vinte e seis anos. Neste estudo, (MADRID,
2005) chegou às seguintes conclusões:
•
Existe uma excelente relação entre a idade do pavimento de blocos de concreto e
a taxa de infiltração de água. A taxa de infiltração decresce exponencialmente
com a idade do pavimento, independentemente da espessura dos blocos e da
composição e da granulometria da areia de rejunte;
•
A influência da largura das juntas é mais importante do que a inclinação do
pavimento;
81
•
Não é lógico considerar os pavimentos intertravados fundamentalmente
permeáveis, pois qualquer valor de infiltração é alterado rapidamente com o
passar dos anos, chegando a atingir 50% da infiltração inicial nos primeiros
cinco anos de utilização.
1400
Permeabilidade (mm/12seg)
1200
1000
800
600
400
200
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Tempo (meses)
Trilha de roda
Fora da trilha de roda
Calçadas
Figura 3.13 – Permeabilidade de pavimentos de Blocos de Concreto em várias idades
(ITO et al. 2000)
IMAI et al. (2003) relacionaram algumas categorias de pavimentos intertravados
conforme a permeabilidade, medida por permeâmetros, variando o coeficiente de
permeabilidade, medidos em ruas, rodovias e calçadas de pedestres. As categorias
relacionadas pelos autores estão descritas na Tabela 3.9.
82
Tabela 3.9 – Categorias de pavimentos intertravados conforme a permeabilidade
Categorias
A
B
C
D
E
F
G
H
Coeficiente de Permeabilidade (10-2 cm/s)
Média
5,2
6,9
8,8
27,3
28,1
36,1
45,7
53,5
Máximo
5,9
7,9
9,5
34,6
32,8
37,8
46,9
54,3
Mínimo
4,7
5,6
8,1
16,7
20,7
34,3
44,2
52,6
Mediana
5,1
6,9
9,1
29,5
29,0
36,4
45,7
53,6
83
4
CONSTRUÇÃO DO TRECHO E DO PAINEL
EXPERIMENTAL
4.1
Construção do Trecho Experimental
Na pesquisa de mestrado do Engenheiro Luis Otávio Maia da Cruz, foi dimensionado e
construído um trecho experimental de PPC, que é objeto de estudo na presente tese.
Faz-se aqui um breve relato sobre os estudos efetuados por CRUZ (2003).
Com a intenção de verificar o desempenho de um pavimento intertravado sob reais
condições de tráfego, foi construído um trecho experimental no acesso à fabrica de
cimento da Holcim S. A, localizada no município de Cantagalo, interior do estado do
Rio de Janeiro, distante aproximadamente 185km da cidade do Rio de Janeiro.
Segundo CRUZ (2003), a fábrica tem capacidade de produção mensal de cimentos em
torno de 50.000 toneladas, podendo chegar nos próximos cinco anos a 70.000 toneladas.
Além da saída de produtos industrializados, a empresa recebe uma grande quantidade de
insumos necessários à fabricação de cimentos (escória de alto forno, gesso natural,
minério de ferro, areia, entre outros). Numa avaliação superficial, calcula-se que,
aproximadamente, 25.000 toneladas de insumos são recebidos mensalmente na fábrica.
Para o recebimento e a expedição destes produtos é utilizado exclusivamente o
transporte rodoviário.
O trecho experimental foi construído no acesso de veículos pesados, com área de
construção, de forma trapezoidal, com aproximadamente 135m2, distribuída em uma
largura variável de 12 a 15 metros e com comprimento de 10 metros no sentido do
tráfego. O trecho foi dividido em quatro segmentos de 2,50 metros, em cada um dos
quais foram assentadas as peças de formato dentado (de 16 faces) com espessuras 100,
80, 60 ou 40mm. Apesar do dimensionamento recomendar peças com no mínimo
100mm, os blocos de menor dimensão foram instalados a fim de observar seu
comportamento sob cargas de tráfego pesado. A Figura 4.1 apresenta o trecho
experimental após sua conclusão.
84
Figura 4.1 – Trecho experimental de pavimento intertravado logo após a construção do
mesmo (CRUZ, 2003)
4.1.1
Dimensionamento do Trecho Experimental
Para o dimensionamento do pavimento do trecho experimental, foi utilizado o programa
de computador disponibilizado pela ABCP, compilado a partir do método desenvolvido
pela CCA (Concrete and Cement Association). No método da CCA, o número N
calculado se refere a solicitações do eixo padrão de 80kN (8,2tf), segundo os fatores de
equivalência dos estudos de Lilley e Walker, conforme informação do próprio
programa. O método se aplica para um número N, de projeto de 104 a 108. Além do
método da CCA, a ABCP também disponibiliza os métodos de dimensionamento da
PCA (Portland Cement Association) e ICPI (Interlocking Concrete Pavement Institute).
As Tabelas 4.1 e 4.2 referem-se, respectivamente, às variáveis de entrada e saída do
programa disponibilizado pela ABCP compilado a partir dos métodos da CCA.
85
Tabela 4.1 - Variáveis de entrada para dimensionamento do painel experimental pelo
programa da ABCP, utilizando o método da CCA (CRUZ, 2003)
Dados de Entrada
ISC do Subleito
5%
Utilização do Pavimento (dias/ano)
300
Período de Projeto (anos)
20
Composição do Tráfego Informado
Características dos Eixos
Tipos de Veículos
Número de
Tipo de Eixo
Solicitações
1
2
3
Carga por
Eixo (tf)
10
Simples
6,0
10
Simples de Roda Dupla
10,0
70
Simples
6,0
70
Tandem Duplo
17,0
70
Simples
6,0
70
Simples de Roda Dupla
10,0
70
Tandem Triplo
30,0
Tabela 4.2- Variáveis de saída do dimensionamento do painel experimental pelo
programa da ABCP (CRUZ, 2003)
Variáveis de Saída do Programa de Dimensionamento da CCA
Número N (conforme critério da CCA)
1,4x107
Expectativa da vida do pavimento
20 anos
Espessura da sub-base granular
26cm
Espessura da base cimentada
10cm
O método recomenda a utilização de PPC de espessura de 100mm.
O método não especifica a espessura do colchão de areia.
As espessuras sugeridas pelo método da CCA foram substituídas por uma espessura de
15cm de camada de base granular tratada com cimento e 20cm de camada de sub-base
86
para o sub-trecho de 100mm de espessura da PPC e, assim, estabelecido o nível do
pavimento. Nos sub-trechos adjacentes, com espessura de peças de 80mm, 60mm e
40mm, a camada de base foi acrescida de 2cm, 4cm e 6cm respectivamente. A Tabela
4.3 mostra as camadas do trecho experimental.
Tabela 4.3 - Espessuras das camadas do pavimento do trecho experimental
Estrutura das Camadas do Pavimento do Trecho Experimental
Camadas (cm)
Perfil dos Subtrechos
1
2
3
4
10,0
8,0
6,0
4,0
5,0
5,0
5,0
5,0
Base (BGTC)
15
17
19
21
Sub-base
20
20
20
20
PPC
Revestimento Colchão de
Areia
Subleito
Semi-infinito
O trecho foi construído entre os dias 23/01/2003 e 26/01/2003, estando, portanto, em
operação há dois anos. Nos capítulos a seguir serão apresentados os estudos realizados
no trecho experimental pelo autor do presente trabalho.
4.2
Painel de Solos Reforçados
SARAMAGO (2002) construiu um painel experimental para estudar a influência da
compactação de muros de solos reforçados e nele monitorou as tensões desenvolvidas
ao longo dos reforços, os deslocamentos internos e das faces do muro. Este painel está
localizado no interior do Setor de Modelos Físicos, denominado Prédio Willy
Alvarenga Lacerda, nas dependências do Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ, e
foi utilizado no presente estudo para a observação da transmissão de esforços e
deslocamentos em PPC, conforme é detalhado nos capítulos que se seguem.
87
4.2.1
Estrutura do Painel de Solos Reforçados
A estrutura da caixa para ensaios de modelos reduzidos de solos reforçados possui as
seguintes dimensões: 2m de largura, 3m de comprimento e 1,5m de altura e está descrita
por SARAMAGO (2002). As laterais da caixa são em concreto armado com faces
revestidas por placas de polietileno de peso molecular ultra-alto denominado UHMW
1900. Além do UHMW, as faces laterais e de fundo receberam uma fina camada de
graxa de silicone que foi recoberta por uma lona plástica. Este procedimento teve o
objetivo de minimizar o efeito do atrito entre o solo e as faces do modelo de forma a se
aproximar de um estado plano de deformações. A fim de se evitar danos mecânicos
sobre a lona plástica, esta foi recoberta por um geotêxtil tecido.
No estudo de contenção de taludes, pode-se dizer que o modelo físico representa uma
porção de um muro real, permitindo a modelagem do comportamento de um muro de
até, aproximadamente, 7m de altura. A Figura 4.2 representa a montagem do painel de
solos reforçados (SARAMAGO, 2002; BARBOSA JUNIOR, 2003).
4.2.2
Sistema de Aplicação do Carregamento
SARAMAGO (2002) desenvolveu bolsas de ar para aplicação da sobrecarga sobre o
topo do maciço reforçado, sendo as sobrecargas aplicadas pelas bolsas de ar, que
permitem que a caixa do modelo, com apenas 1,5m de altura, possa representar um
trecho de um muro com até 7m de altura.
As bolsas, seis no total (uma reserva), foram construídas com um PVC flexível
conhecido como “manton”, possuindo dimensões de 0,5m x 2,0m. Teste realizado por
SARAMAGO (2002), em uma bolsa teste, demonstrou que esta é capaz de suportar uma
tensão de aproximadamente 500kPa, bem acima da tensão de trabalho que era de
100kPa. Esta tensão máxima de ensaio foi determinada de acordo com as deformações
impostas pela sobrecarga na laje do prédio onde foram realizados os experimentos
(Setor de Modelos Físicos).
A aplicação das pressões nas bolsas pode se dar por meio de um dos dois compressores
disponibilizados para o prédio de Modelos Físicos, ou ainda por um cilindro de ar
88
comprimido. Este cilindro possui uma válvula unidirecional que não permite o retorno
de ar vindo dos compressores. Em caso de falta de energia elétrica, e conseqüente baixa
na pressão dos reservatórios dos compressores, o cilindro de ar supre as bolsas,
evitando-se a interrupção dos ensaios.
Figura 4.2– Representação da montagem do muro do painel de solos reforçados
(BARBOSA JUNIOR, 2003)
O painel de controle pneumático desenvolvido por SARAMAGO (2002) permitia que
as bolsas de ar fossem carregadas de forma independente e, para aplicação de uma
mesma sobrecarga nas cinco bolsas ao mesmo tempo, era necessário que o operador do
quadro abrisse as cinco válvulas no mesmo instante. Tal dificuldade acabava por
interferir na magnitude das sobrecargas aplicadas em cada bolsa. BARBOSA JUNIOR
(2003) aperfeiçoou o painel acrescentando uma sexta válvula que se comportava como
uma válvula geral, enquanto as outras cinco permaneciam como válvulas individuais.
Para aplicação de uma mesma sobrecarga nas cinco bolsas em um mesmo instante,
89
abriam-se todas as válvulas individuais, passando o sistema a ser controlado pela
válvula geral. Quando se queria aplicar cargas independentes nas bolsas de ar, a válvula
geral era completamente aberta, passando o sistema a ser comandado pelas válvulas
individuais.
Para melhor leitura das pressões aplicadas nas bolsas, foram trocados os manômetros
que antes eram de 0 a 4bar (0 a 400kPa) por manômetros de 0 a 1bar (0 a 100kPa). A
Figura 4.3 apresenta o painel depois de serem realizados os melhoramentos descritos.
Este conjunto foi utilizado nos testes de calibração das células de carga utilizadas nesta
pesquisa, conforme se detalha no item 5.2.3 do próximo capítulo.
Válvula
Geral
Válvulas
Individuais
Figura 4.3– Representação do painel de controle pneumático depois de melhorado
(BARBOSA JUNIOR, 2003)
No caso dos experimentos realizados com as PPCs, para o presente estudo, não foram
aplicadas cargas com as bolsas de ar descritas, pois com estas as cargas são aplicadas de
maneira distribuída sobre a superfície do painel, e adequadas para o estudo de
estabilidade de taludes e sistemas de contenção, mas não para representar o
carregamento gerado pela passagem do tráfego sobre o revestimento de pavimentos, que
é constituído de cargas concentradas sob rodas de veículos. Portanto, optou-se, para o
90
estudo das PPCs, pela utilização de um macaco hidráulico e uma placa circular para a
aplicação da carga, como detalhado no capítulo 5.
4.2.3
Areia de Quartzo
Para o desenvolvimento de seu trabalho, SARAMAGO (2002) pesquisou vários solos
no sentido de descobrir qual mais se adequava às condições necessárias ao seu estudo.
Dessa forma, após concluir que as jazidas naturais exploradas no Rio de Janeiro não
eram utilizáveis (em virtude de não terem uma granulometria constante), o referido
autor passou a pesquisar o emprego de solos fabricados. Foi escolhido um solo
“fabricado” de quartzo moído. Segundo SARAMAGO (2002), esta escolha deu-se em
função deste material ser inerte, puramente friccional e encontrado comercialmente em
granulometrias diferentes, sendo possível, com isto, obter uma granulometria bem
graduada. A Figura 4.4 apresenta a curva granulométrica do solo utilizado no painel de
modelos físicos (SARAMAGO, 2002).
Figura 4.4 - Curva granulométrica do solo utilizado no painel de modelos físicos
(SARAMAGO, 2002)
91
Não foram realizados ensaios com este solo no presente trabalho, sendo reproduzidos os
dados obtidos de ensaios realizados por SARAMAGO (2002).
A areia de quartzo escolhida por SARAMAGO (2002) foi submetida à prensa triaxial,
para que as dúvidas existentes quanto ao risco de ocorrer quebra dos grãos durante a
compactação e os carregamentos fossem sanadas. Os resultados observados
demonstraram não ocorrer anormalidade alguma.
92
5
5.1
MÉTODOS E MATERIAIS
Introdução
Estão descritos neste capítulo os procedimentos realizados com o objetivo de calibração
das células de carga e do LVDT utilizados nas medições no trecho e no painel
experimental.
Para a verificação da transmissão de esforços e dos deslocamentos gerados pela
aplicação de um carregamento na superfície de um pavimento intertravado, foram
montadas diversas configurações de arranjo das PPC no painel experimental do setor de
Modelos Físicos do Laboratório de Geotecnia da COPPE. Foram definidas as
utilizações de dois formatos de peças (retangular e dentada), três modelos de
assentamentos (linear, ou fileira, espinha de peixe e trama), quatro espessuras de PPC
(40, 60, 80 e 100mm) e duas espessuras de colchão de areia (50 e 75mm sem
compactação). Porém, devido a não fabricação de peças de 4 e 10cm de espessura no
formato retangular estas não foram incluídas no estudo. As combinações de fatores
realizadas no experimento estão resumidas na Tabela 5.1. As combinações, no total de
24 arranjos, permitiram observar as transmissões de esforços e deslocamentos entre as
PPC mais o colchão de areia e a base de areia padrão do painel.
Tabela 5.1– Variações de ensaios realizados no Setor de Modelos Físicos
Espessura das PPC (cm)
Dentada
Formato das Peças
6
8
10
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Retangular
Trama
Modelos de
Assentamento
4
X
Linear
Espinha de Peixe
X
X
X
X
Espessura do
5,0
X
X
X
X
Colchão de Areia
7,5
X
X
X
X – ensaios realizados
93
Também foram realizadas algumas medições no trecho experimental de pavimento
intertravado construído no acesso à fabrica de cimentos da Holcim S. A, descrito no
capítulo 4. Foram realizados ensaios para a avaliação da condição estrutural e da
condição funcional e ensaios de transmissão de esforços com a utilização de células de
carga. Estes ensaios tiveram a finalidade de proporcionar os primeiros levantamentos do
desempenho do trecho executado e são mostrados no capítulo 7.
5.2
Calibração das Células de Carga
No ano de 2003 foram compradas, pela Holcim S. A, dez células de carga da empresa
TRANSTEC Indústria Brasileira. Estas foram adquiridas com o objetivo de
instrumentar o trecho experimental implementado por CRUZ (2003), porém as células
não chegaram a tempo de serem instaladas na fase construtiva dos sub-trechos. A
intenção era avaliar o comportamento do pavimento intertravado pela medição de
esforços transmitidos da camada de revestimento para as demais camadas constituintes
da estrutura do pavimento.
As células de carga possuem a capacidade de realizar leituras de até 3.000kg. Suas
dimensões são: 7,5cm de diâmetro e 5cm de altura, sendo composta por dois discos
individuais que estão ligados por um pino central responsável pela transmissão do
carregamento do anel superior para o anel inferior. No anel inferior estão posicionados
quatro strain-gages, colados na placa metálica, e um circuito para balanceamento e offset dos strain-gages. A Figura 5 apresenta uma das células de carga, demonstrando os
aspectos relacionados anteriormente.
Para uma correta interpretação dos dados de tensões coletados é necessário,
primeiramente, a investigação do comportamento oferecido pelas células de carga em
relação a ciclos de carga e descarga, de forma que se garanta a reprodução adequada de
dados reais das condições de campo.
94
Figura 5.1 – Representação de uma das células de carga utilizada para os ensaios de
transmissão de esforços
As dez células foram calibradas ao ar com uso de um anel dinamométrico, do
laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ, com capacidade para 10.000kg, aplicandose ciclos de carregamento e descarregamento até o limite das células, ou seja, 3.000kg.
Durante o ciclo de carga e descarga realizado na calibração do primeiro instrumento, foi
observada a presença de histerese em vista disso, foi estabelecida a sistemática de
aplicação de diversos ciclos consecutivos de carga e descarga com o objetivo de
diminuir a histerese observada. Estes ciclos foram realizados em todas as células.
Também foram realizadas algumas simulações para a verificação do comportamento
dos instrumentos adquiridos imersos em meio sólido. Estes testes foram realizados no
setor de Modelos Físicos e em um cilindro de CBR.
95
5.2.1
Resultados Obtidos da Calibração das Células de Carga
Foi construída a Tabela 5.2 para observar os ciclos de carregamento e descarregamento
de carga e as leituras obtidas pelos sensores, bem como a dispersão dos resultados
obtidos.
Durante a calibração das células foi observada, de modo geral, uma ótima repetitividade
dos valores médios medidos. Para melhor visualização da repetibilidade dos ciclos de
carga e descarga da carga aplicada sobre a célula, foram plotados os gráficos
representados nas Figura 5.2 e 5.3, sendo que primeiro contém os ciclos de acréscimo
do carregamento e o segundo os ciclos de decréscimo do carregamento. Já na Figura 5.4
são representados os três ciclos de carregamentos realizados para a calibração de uma
das células, e, na Figura 5.5, a curva média dos ciclos para a conversão das leituras de
mV (leituras lidas a partir das células) para kgf (valores de carga desejados). Também
foi feito o gráfico de dispersão entre os resultados das pressões aplicadas e das pressões
obtidas nas leituras dos sensores, representado na Figura 5.6. Os gráficos de calibração
das demais células de cargas estão apresentadas no Anexo I deste trabalho.
Tabela 5.2– Exemplos dos ciclos de carregamento e descarregamento da carga e as
leituras obtidas pelo sensor no 10549, bem como a dispersão dos dados obtidos
96
3000,0
2500,0
Carga (kg)
2000,0
y = 250,62x - 170,17
R2 = 0,9954
1500,0
y = 250,62x - 170,17
R2 = 0,9954
1000,0
y = 250,62x - 170,17
R2 = 0,9954
500,0
0,0
0
2
4
6
8
10
12
14
-500,0
Leituras (mV)
Carregamento 1
Carregamento 2
Carregamento 3
Figura 5.2– Exemplo de ciclos de acréscimo de carga durante a calibração da célula de
carga 10549 utilizada no estudo
3500,0
3000,0
Carga (kg)
2500,0
y = -250,62x + 3046,1
R2 = 0,9954
y = -250,62x + 3046,1
R2 = 0,9954
2000,0
1500,0
y = -250,62x + 3046,1
R2 = 0,9954
1000,0
500,0
0,0
0
2
4
6
8
10
12
14
Leituras (mV)
Descarregamento 1
Descarregamento 2
Descarregamento 3
Figura 5.3– Exemplo de ciclos de decréscimo de carga durante a calibração da célula
de carga 10549 utilizada neste estudo
97
3500,0
3000,0
Carregamento (kg)
2500,0
2000,0
1500,0
1000,0
500,0
0,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Leituras (mV)
Carregamento 1
Carregamento 2
Carregamento 3
Figura 5.4– Exemplo dos ciclos de carga e descarga observados para a célula no
10549
3500,0
3000,0
2500,0
y = 152,59x - 196,77
R2 = 0,9999
Carga (kg)
2000,0
1500,0
1000,0
500,0
0,0
0,0000
5,0000
10,0000
15,0000
20,0000
25,0000
-500,0
Leitura (mV)
Leitura Média (mV)
Linear (Leitura Média (mV))
Figura 5.5– Exemplo da curva média dos ciclos de carregamento e descarregamento
para a conversão das leituras de mV para kg para a célula no 10549
98
50,0000
40,0000
30,0000
20,0000
10,0000
0,0000
0
5
10
15
20
25
-10,0000
-20,0000
-30,0000
-40,0000
-50,0000
Figura 5.6– Exemplo da dispersão dos resultados do carregamento da célula no 10549
Cabe aqui fazer um comentário sobre o comportamento das células instaladas no trecho
experimental de pavimentos intertravados. Todas as células, dois meses após a
instalação começaram a apresentar um comportamento irregular na medida das tensões.
Optou-se, então, pela abertura do pavimento e retirada das células. Constatou-se que
todas as células apresentavam-se enferrujadas no anel superior e no contato entre os
dois anéis que compõe as células. Devido a estes problemas os ensaios de transmissão
de tensões no trecho experimental foram suspensos e os instrumentos trazidos
novamente ao laboratório para limpeza e nova calibração. Na nova calibração notou-se
que todas as células tiveram uma grande diferença entre a primeira e segunda calibração
no anel dinamométrico. Relata-se, ainda, que as células de carga 10818 e 10822 foram
danificadas neste experimento, porém a célula 10822 foi recuperada pelos técnicos do
laboratório de Geotecnia da COPPE. A Figura 5.7 mostra os detalhes das células de
carga após a retirada do trecho experimental.
Outro comentário sobre a calibração dos instrumentos deve ser feito devido aos
experimentos realizados no painel experimental, que era submetido a uma compactação
dinâmica por, aproximadamente, uma hora em cada montagem do pavimento. Temia-se
que algumas das células utilizadas apresentassem um comportamento não satisfatório
entre a realização de ensaios consecutivos. Portanto, procedeu-se à realização de novas
calibrações dos instrumentos após alguns ensaios. Foram realizadas mais duas
99
calibrações dos equipamentos em uso, que mostraram um bom comportamento quanto à
aplicação de cargas dinâmicas em laboratório. A Tabela 5.3 apresenta os valores
encontrados para as constantes de calibração dos instrumentos utilizados no painel e no
trecho experimental. Valores estes, obtidos através da calibração das células de carga
para a conversão das medidas obtidas dos instrumentos (mV) para as leituras desejadas
(kg).
Figura 5.7– Aspecto das células de carga após a sua retirada do trecho experimental
Tabela 5.3– Constantes de calibração das células de carga em laboratório
Célula de Carga
1a Calibração
2a Calibração
3a Calibração
10548
937,90
153,48
143,64
10549
962,10
147,05
152,59
146,81
10550
961,40
148,77
152,62
150,05
10815
940,00
152,38
154,44
153,01
10816
927,10
149,71
147,00
147,00
10817
967,90
180,34
10818
967,80
10821
973,10
151,64
148,03
10822
958,50
149,27
148,04
10823
978,50
159,39
154,35
147,65
153
4aCalibração
100
5.2.1.1
Teste Realizado no Setor de Modelos Físicos
Foi realizada a montagem do painel de solos reforçados com 1,5m de altura da areia
padrão e instaladas as 10 células de carga em locais aleatórios no interior da última
camada da areia de quartzo. Foi montado o sistema de carregamento, com os colchões
de ar, e o sistema de reação. Aplicavam-se carregamentos no topo de até 100kPa, em
incrementos constantes e com intervalos de 10kPa. Através do equipamento de
aquisição de dados, realizavam-se as leituras das células de carga. A Figura 5.10(a)
representa a distribuição das células na camada de areia antes do preenchimento e da
montagem do sistema de carregamento.
Notou-se uma boa repetibilidade dos dados dos instrumentos instalados no painel de
solos reforçados, quando submetidos às tensões provenientes dos colchões de ar, mesmo
a baixos carregamentos de 10kPa (0,1kgf/cm2), a Figura 5.8 apresenta o resultado
obtido de uma das células de carga instaladas no painel experimental.
2,00E-05
Leituras Provenientes da Célula de Carga (mV)
1,00E-05
0,00E+00
-1,00E-05
-2,00E-05
-3,00E-05
-4,00E-05
-5,00E-05
-6,00E-05
-7,00E-05
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Tempo de Coleta de Dados (s)
Figura 5.8– Célula de carga 10549, quando submetida ao teste de carga distribuída
realizado no painel de solos reforçados
101
5.2.1.2
Teste realizado com o cilindro de CBR
Para verificar o comportamento das células de carga em um meio com densidade
diferente daquela da areia de quartzo, foi utilizado um cilindro de CBR com solo
compactado em cujo interior foi instalado uma célula. Procedeu-se da seguinte maneira
para realizar a compactação do solo e a colocação do instrumento:
•
Preencheu-se uma parte de um cilindro de CBR com solo argiloso e no interior
do cilindro, instalou-se uma das células;
•
Completou-se a altura do cilindro com o mesmo solo;
•
Foi adotada a compactação estática, para que a compactação dinâmica não
viesse a danificar o instrumento durante a compactação do solo;
•
Foram aplicados carregamentos na superfície do solo pela mesma prensa na
qual foi realizada a calibração das células de carga, e medidas as respostas da
célula.
Apesar do solo estar confinado em um ambiente de pequenas dimensões, este foi apenas
um teste para verificar o comportamento do equipamento em um meio sólido, não sendo
considerados os efeitos resultantes das paredes do cilindro, da compactação e da fiação.
As respostas verificadas neste teste mostraram um bom comportamento da célula. A
Figura 5.9 apresenta a resposta da célula de carga 10818 quando submetida a
carregamentos no interior do cilindro CBR.
Figura 5.9 – Teste realizado no cilindro CBR na célula de carga 10818
102
A Figura 5.10(b) mostra a célula de carga sendo colocada no cilindro de CBR e a prensa
utilizada para a compactação do solo.
(a) Esquema do teste realizado no Setor
de Modelos Físicos
(b) Esquema do teste realizado no
cilindro CBR
Figura 5.10– Esquema da colocação dos sensores nos testes realizados com as células
de carga no interior dos solos
5.2.2
Calibração do LVDT
O LVDT utilizado foi da marca WH (“Wykehan Farrance”) fabricado na Inglaterra, a
Figura 5.11 mostra o LVDT utilizado, este possui a capacidade de deslocamentos de
10mm, foi calibrado no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ com um
micrômetro com capacidade de medidas de 0,1mm. Notou-se uma boa repetibilidade
das leituras. Para a calibração foi construída a Tabela 5.4, com os valores obtidos da
leitura do LVDT, e a Figura 5.12 com os valores médios medidos das leituras.
Figura 5.11 – LVDT utilizado na pesquisa
103
Tabela 5.4- Exemplos dos ciclos de deformação e as leituras obtidas pelo LVDT
10
9
8
y = 0,1894x - 0,5814
R2 = 1
Deformação (mm)
7
6
5
4
3
2
1
0
0,000
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
Leitura (mV)
Média
Linear (Média)
Figura 5.12– Valores médios da deformação medidos com o LVDT
5.3
Aquisição de Dados Provenientes dos Instrumentos Utilizados na Pesquisa
Para a aquisição dos sinais provenientes dos instrumentos utilizados, foi adquirido um
equipamento da marca HP (“Hewlet-Packard”), chamado “Agilient 34970A” que foi
responsável pela aquisição dos dados provenientes das células de carga e do LVDT. O
cartão de memória do equipamento tem capacidade para adquirir os sinais de até
104
dezesseis instrumentos simultaneamente, possuindo ainda cartões de memória
adicionais de até trinta e dois sinais.
Os sinais captados pelo equipamento foram transferidos, após a leitura, para um
computador Pentium 200Mhz, equipado com o Software “BenchLinck Data Logger”,
fornecido pelo fabricante do equipamento, responsável pelo arquivamento dos sinais;
podia-se acompanhar o incremento de tensões na tela do computador por meio de
gráficos e tabelas que o programa disponibiliza. A Figura 5.13 apresenta uma das telas
do programa.
Figura 5.13– Tela do programa de aquisição de sinais provenientes dos instrumentos
A alimentação dos instrumentos era feita por uma fonte estabilizada, que permitia o
controle da voltagem de alimentação dos instrumentos, instantaneamente, na face da
fonte. A Figura 5.14 apresenta os equipamentos utilizados para a recepção dos dados
coletados dos instrumentos.
105
Figura 5.14– Equipamentos utilizados para coleta de sinais dos instrumentos utilizados
O tratamento dos dados foi realizado no Software “Excel”, pois o programa
“BenchLinck Data Logger” cria uma porta direta para este, ficando assim mais fácil o
tratamento dos dados adquiridos dos instrumentos.
5.4
5.4.1
Experimentos Realizados no Setor de Modelos Físicos
Aplicação do Carregamento
Para a aplicação do carregamento na superfície do pavimento, utilizou-se um macaco
hidráulico com capacidade de 10 toneladas força. Para a simulação ficar o mais próximo
possível do real, colocou-se entre o macaco hidráulico e a superfície do pavimento uma
placa metálica de aço com 9cm de raio e área de 254,34cm2, tentando simular o contato
do pneu com o pavimento. Embora a rigidez da placa seja muito maior que a do pneu,
foi escolhida a placa metálica, pois esta já estava disponível no Laboratório de
Geotecnia.
106
O sistema de reação adotado foi o mesmo utilizado para os ensaios de solos reforçados,
ou seja, uma viga de aço de aproximadamente 300kg presa na parte superior do local
onde eram realizados o carregamento com o macaco. Com este sistema de reação, as
cargas aplicadas poderiam chegar até 8 toneladas força, caso fosse necessário.
A carga aplicada pelo macaco na placa era verificada através de uma célula de carga
posicionada entre a placa e o macaco. A célula utilizada para a verificação do
carregamento aplicado era do mesmo modelo das que foram utilizadas para o registro
das tensões transmitidas. O carregamento foi levado até a carga que submeteu o
pavimento a uma pressão de aproximadamente 0,56MPa (5,6kgf/cm2). Porém, devido à
aplicação manual do carregamento, esta pressão, na maioria dos casos, ultrapassou a
planejada chegando, em alguns ensaios, até 0,8 MPa (8kgf/cm2). A montagem do
sistema de aplicação do carregamento e do sistema de reação é apresentado na Figura
5.15.
Viga de
Reação
Macaco
Hidráulico
Célula de
Carga
Figura 5.15– Vista do sistema de aplicação do carregamento nas PPC e do sistema de
reação nos arranjos realizados no Painel de Modelos Físicos
5.4.2
Instalação das Células de Carga
As células de carga foram instaladas na interface do colchão de areia e da areia de
quartzo, utilizada normalmente nos ensaios de solos reforçados, que nestes
107
experimentos funcionou como camada adjacente ao revestimento de blocos de concreto.
Foi instalado um conjunto de três células de carga para cada uma das simulações
apresentadas na Tabela 5.1.
As células foram dispostas a distâncias iguais entre si, partindo do centro de aplicação
do carregamento e variando 10cm de distância entre seus centros, resultando na seguinte
configuração: uma célula no centro de aplicação do carregamento, uma a 10cm do
centro e a terceira a 20cm do centro de aplicação do carregamento. Assim sendo, optouse por denominá-las, respectivamente, de “centro”, “10” e “20”, fazendo assim uma
referência ao local onde se encontravam. Todas as células foram niveladas entre si e
alinhadas em cada uma das montagens realizadas. A Figura 5.16 apresenta um exemplo
de uma das etapas de colocação das células.
Figura 5.16– Exemplo da instalação das células de carga no painel experimental
5.4.3
Montagem do Pavimento Intertravado
Para a montagem do revestimento para os experimentos no painel, primeiramente
realizou-se o nivelamento e a compactação da areia de quartzo, Figura 5.17(a), e após,
para evitar a contaminação desta com a areia do colchão colocou-se uma lona plástica
preta entre estas duas camadas.
108
Colocada a lona plástica, realizava-se a distribuição e o nivelamento da areia destinada
ao colchão, conforme as espessuras previstas para o experimento, (Figura 5.17(b)),
tomando o cuidado para esta não ser tocada após o nivelamento. Realizada esta etapa, as
PPC eram assentadas conforme o modelo pré-estabelecido pela ordem dos ensaios,
(Figura 5.17(c)), e a colocação das peças era sempre iniciada por um dos cantos vivos.
Como descrito no capítulo 4, o painel experimental possui uma área superficial de 6m2 e
devido ao grande número de montagens decidiu-se dividir a área superficial em duas e
confeccionar o revestimento de PPC com os dois formatos de peças que se tinha à
disposição (retangular e dentada) para cada experimento em apenas uma montagem.
Com esta formação podia-se estudar a influência do formato das peças para um mesmo
modelo de assentamento e espessura do colchão de areia (Figura 5.17(d)).
Concluída a operação de assentamento dos blocos, o pavimento era submetido à
compactação, ou vibração, com a ação de uma placa vibratória. Segundo CARVALHO
(1993) a compactação deve ser realizada em duas fases descritas a seguir:
•
Compactação Inicial: realizada após a colocação dos blocos, possuindo como
principais funções: rasar os blocos, dar inicio ao adensamento da camada de
areia sob os blocos e induzir a penetração dos blocos na camada inferior,
fazendo com que a areia penetre nas juntas laterais dos blocos de modo a
produzir o intertravamento. Nesta, deve-se passar a placa vibratória no mínimo
duas vezes em cada direção;
•
Compactação Final: realizada após a selagem das juntas, possuindo a função
de dar firmeza ao pavimento. Deve ser realizada com o mesmo equipamento e
da mesma forma da anterior, com a diferença que a placa vibratória deve ser
passada no mínimo quatro vezes em cada direção.
109
(a) Compactação da Areia de
(b) Distribuição e Nivelamento do
Quartzo
Colchão de Areia
(c) Colocação das PPCs no Modelo
(d) Aspecto do revestimento com os
Pré-definido
dois formatos de peças
Figura 5.17– Aspectos da montagem dos arranjos testados no Painel Experimental
Segundo CARVALHO (1993) e SHACKEL, (1990), a passagem do tráfego contribui
para completar a selagem das juntas e para estabilizar as deformações permanentes.
Portanto, optou-se por uma seqüência de compactação diferente da descrita acima,
procurando simular também o efeito da passagem do tráfego sobre o pavimento,
acrescentando uma energia maior na compactação final. A Figura 5.18 apresenta um
exemplo da fase de distribuição da areia de selagem e da compactação sendo realizada.
Assim, a seqüência de compactação realizada no experimento foi a seguinte:
•
Compactação Inicial: realizada após o assentamento dos blocos, por um
período de 15 minutos, passando a placa vibratória em todas as direções e
sentidos;
110
•
Compactação e Selagem das Juntas: realizada em três etapas de 5 minutos,
totalizando 15 minutos. Antes de cada uma das três etapas, foi distribuída sobre
o pavimento a areia destinada à selagem das juntas, procurando-se, também,
efetuar a passagem da placa vibratória em todas as direções e sentidos;
•
Compactação Final: etapa realizada em um período de 30 minutos, podendo
ser dividida em duas etapas de 15 minutos, as quais destinavam-se única e
exclusivamente a estabilizar as deformações permanentes e simular, ainda que
em um processo não usual, a passagem do tráfego.
Figura 5.18– Aspectos da fase de compactação e selagem das juntas
A Figura 5.19 mostra, esquematicamente, uma seção transversal do painel de Modelos
Físicos com a montagem dos arranjos para o experimento com as PPC desta pesquisa,
após as etapas descritas anteriormente.
111
VIGA DE REAÇÃO
5 10
ATUADOR HIDRÁULICO
CÉLULA DE CARGA
PLACA METÁLICA
CÉLULAS DE CARGA
130
170
10 10
REVESTIMENTO DE PPC
COLCHÃO DE AREIA
AREIA DE QUARTZO
desenho esquemático
sem escala-cotas em cm
200
Figura 5.19– Painel de solos reforçados após todas as etapas construtivas
5.4.4
Os Blocos de Concreto Utilizados nos Ensaios Realizados no Setor de
Modelos Físicos
Como dito anteriormente, foram utilizados dois formatos de blocos (retangular e
dentado) em quatro espessuras no formato dentado (40, 60, 80 e 100mm) e duas
espessuras no formato retangular (60 e 80mm). No formato retangular as peças de
espessura 40mm e 100mm, segundo informações do fabricante, não são fabricadas
comercialmente, portanto não foram utilizadas na presente pesquisa. A Figura 5.20
mostra um detalhe dos blocos utilizados na pesquisa.
Os blocos de concreto foram doados para a pesquisa pela empresa PAVIBLOCO PréMoldados de Concreto S.A, localizada no Bairro de Santa Cruz, no município do Rio de
Janeiro, que, além da produção de peças de concreto para pavimentação, fabrica blocos
de concreto para a construção civil (blocos de vedação e blocos estruturais), blocos
vazados (pavigrama ou eco-pave) e meios-fios.
112
Peças Retangulares
Peças Dentadas
Figura 5.20– Blocos de concreto utilizados nesta pesquisa
Segundo a PAVIBLOCO, os blocos foram produzidos conforme as normas NBR 9780 e
9781/87, porém atendendo à resistência mínima de 25MPa de resistência à compressão.
Eles foram inspecionados na chegada ao laboratório e os lotes de 3,5m2 foram
aprovados quanto às suas dimensões e não se apresentavam quebrados ou com qualquer
outra falha perceptível a olho nu. Foram realizados outros ensaios nas peças que não
estão especificados pelas normas brasileiras: ensaio de desgaste e de resistência à
derrapagem com o Pêndulo Britânico.
Após os ensaios no Setor de Modelos Físicos, foram separados alguns blocos para
novos ensaios de compressão e de Pêndulo Britânico. Não foram realizados ensaios de
compressão nos blocos virgens.
5.4.4.1
Ensaios de Compressão Axial
Foram realizados ensaios de compressão, pela empresa HOLCIM S.A, no laboratório de
caracterização de materiais em sua sede no município do Rio de Janeiro, nos blocos de
concreto após os experimentos no painel experimental. Deve-se ressaltar a perda de
resistência de alguns blocos, o que pode ter sido ocasionado pela presença de microfissuras em seu interior, resultado da intensa compactação a que foram submetidos.
Observa-se que os blocos de 60mm e 80mm apresentaram os resultados de resistência
mais baixos nestes ensaios, talvez devido ao número maior de carregamentos a que estes
foram submetidos, já que, durante a execução de alguns experimentos ocorreram
113
problemas com a fonte de alimentação das células e foi necessário repetir os ensaios nos
arranjos com o colchão de areia de 50mm e a com utilização dos blocos de 60 e 80mm.
A Tabela 5.5 apresenta o resumo dos valores de resistência à compressão dos blocos
após os experimentos, estes ensaios foram realizados na empresa HOLCIM S.A.
Tabela 5.5– Valores de resistência à compressão simples dos blocos de concreto após a
execução dos ensaios no painel experimental
Peças de Concreto
(mm)
Dentada
Retangular
5.4.4.2
Resistência
Característica - fck
(MPa)
40
32,80
60
22,70
80
36,70
100
32,90
60
25,80
80
28,10
Ensaios de Desgaste
Os ensaios de desgaste podem ser realizados com a máquina de desgaste Amsler-Laffon
do Instituto Militar de Engenharia (IME), com o que foi relatado por CRUZ (2003). A
Figura 5.21 mostra a máquina de desgaste, composta basicamente por disco horizontal
de ferro fundido que gira em torno do seu eixo vertical, composta de:
•
Dispositivos que mantêm os corpos de prova apoiados sobre a face superior do
disco, sob uma força de 334 N, e os obriga a uma velocidade angular de ¾ de
volta por minuto;
•
Dispositivo que deixa cair sobre o disco, junto a cada corpo de prova, água e
areia (partículas com dimensões compreendidas entre 0,2mm e 0,6mm) com
uma vazão de 150g/minuto;
•
A carga abrasiva utilizada é a areia normalizada, conforme NBR 7214, de
dimensão dos grãos de 0,3mm;
114
•
O ensaio é realizado via seca. Após 250 voltas do disco, é feita a primeira
medição, correspondendo a 250 metros de percurso, e a 500 voltas a segunda
medição correspondendo a 1.000 metros de percurso.
Figura 5.21 - Máquina de desgaste Amsler-Laffon do IME (CRUZ, 2003)
A Tabela 5.6 apresenta alguns resultados de desgaste encontrados por CRUZ (2003) na
máquina Amsler-Laffon. Os resultados expressos estão em função de perda de altura
dos corpos de prova. No presente trabalho foram inseridos os valores de perda de altura
em porcentagem.
HUMPOLA (1996) comenta que o aspecto de cura é um dos fatores de maior influência
na resistência à abrasão das PPC. Relata que é comum estabelecer relações entre a
resistência à compressão e a abrasão sem, contudo, fornecer informações sobre o
processo de cura utilizado. Segundo este autor, os aspectos mais importantes que
influenciam a abrasão das PPC são:
•
Inadequada resistência à compressão;
•
Agregado de baixa resistência;
•
Processo de cura inadequado;
•
Período de cura insuficiente.
115
Tabela 5.6 – Valores de desgaste em PPCs com diferentes resistências à compressão
(modificado de CRUZ, 2003)
Resistência à
Série
Compressão a 28
Amostra
2C
3C
5ª
21,2
27,8
26,3
33,1
Desgaste
do C.P
(mm)
(%)
1
2,531
0,847
33,45
2
3,924
0,251
6,40
3
2,875
1,262
43,90
1
3,614
1,084
29,99
2
4,226
0,735
17,40
3
4,062
0,448
11,03
1
4,137
0,725
17,52
2
4,104
0,622
15,15
3
4,467
1,757
39,33
1
3,907
0,636
16,28
dias (MPa)
1C
Altura
Desgaste
Médio (%)
27,92
19,47
24,00
16,28
2
3
1
5B
29,8
4,559
0,920
20,19
20,19
2
3
1
5C
28,3
2
4,264
1,086
25,47
25,47
3
BULLEN (1992), em seu estudo de correlação de durabilidade das PPC dentro de uma
produção controlada de PPC, utilizando o mesmo processo de cura, aponta apenas uma
linha de tendência entre abrasão e resistência à compressão, mostrando que com o
aumento da resistência à compressão há de fato uma tendência de aumento da
resistência à abrasão.
CRUZ (2003) ressalta em seu estudo, os resultados de resistência à compressão tiveram
variação relativamente pequena entre os valores máximos e mínimos o que provocou
116
uma concentração de pontos em uma faixa de resistência entre 26,0 a 45 MPa, em
média, para valores dispersos de abrasão. A Figura 5.22 mostra o gráfico que relaciona
as resistências à compressão e à abrasão obtidas, (CRUZ, 2003). Ela indica baixa
correlação entre estas grandezas, ao contrário do que se espera normalmente.
Figura 5.22- Relação entre a resistência à compressão e à abrasão obtida por CRUZ
(2003)
Talvez, por este motivo justifica-se a não inclusão do ensaio de abrasão na norma
brasileira, com a alegação de que o desgaste não teria relação direta com a resistência à
compressão. Por este motivo, também, seria recomendável a investigação de outros
ensaios que viessem, de alguma maneira, a se correlacionar com o desgaste das peças
devido à passagem de cargas ou a inclusão do ensaio de abrasão nas normas brasileiras.
Também foi analisado o desgaste das peças com a atuação da placa vibratória durante a
compactação dos ensaios realizados no painel experimental. Para tanto, foram marcadas
um total de dezoito PPC de 100mm e de 60mm (dentada e retangular), e ao final do
ciclo de compactação foram retiradas seis peças e levadas para o setor de Recepção de
amostras onde foram pesados e comparado o peso dos blocos antes e depois da
compactação. Eram realizados os seguintes passos para determinar o desgaste dos
blocos:
•
Foram separados, aleatoriamente, dezoito blocos, de cada formato e espessura;
117
•
Destes, nove foram lavados e pesados e os outros nove eram lavados e
submersos em água por 48h Após este tempo suas superfícies foram secas e
pesava-se os blocos;
•
Todos os dezoito blocos foram instalados para a realização dos experimentos, e
a cada final de ensaio foram retirados seis e levados ao laboratório, três foram
lavados e pesados e três lavados e submersos em água por 48h, para após
secagem das superfícies serem secados e pesados;
•
Foi realizada a comparação dos pesos das amostras, das peças que não foram
submersas e das que foram submersas, antes e depois dos ensaios.
Como eram separadas, inicialmente, dezoito peças e somente foram retiradas seis por
ensaio, verificou-se-se a perda de massa por desgaste devido à placa vibratória após o
final de três ensaios consecutivos. A Figura 5.23 retrata a condição de superfície de dois
blocos, antes e depois dos ensaios, utilizados nos ensaios de desgaste. A Figura 5.24
apresenta os valores de desgaste com a atuação da placa vibratória para os blocos
utilizados na pesquisa realizada no painel experimental.
Figura 5.23 – Superfície de dois blocos utilizados nos ensaios do painel experimental
118
Figura 5.24 – Valores de desgaste dos blocos após a atuação da placa vibratória e carregamento com macaco hidráulico
119
5.4.4.3
Ensaios de Pêndulo Britânico
Os ensaios de Pêndulo Britânico realizados em peças individuais tiveram o objetivo de
determinar a resistência ao escorregamento das PPC utilizadas nos ensaios do painel
experimental. As peças utilizadas para os ensaios não foram submetidas aos ensaios do
painel experimental, portanto não possuíam a superfície desgastada. Foram realizados
ensaios nos blocos, segundo descrito por CRUZ (2003). Os ensaios foram realizados
com a presença de lâmina de água na superfície das peças. A Figura 5.25 mostra a
execução do ensaio e a Tabela 5.7 os resultados obtidos.
Figura 5.25 – Ensaio de Pêndulo Britânico realizado em peças individuais
Os resultados dos ensaios realizados com o Pêndulo Britânico nas peças individuais
estão acima do índice BPN considerado como muito bom recomendado por CRUZ
(2003) (BPN > 0,65). As peças que tiveram os menores valores de BPN foram os blocos
de 40mm de espessura, pois, devido às suas reduzidas dimensões, não comportavam a
largura total do “patim” de borracha.
120
Tabela 5.7 – Resultados dos ensaios de Pêndulo Britânico realizados nas peças
individuais utilizadas no painel experimental
Formato das
Espessura das
Nº das Peças
Peças
PPC (mm)
Ensaiadas
Dentada*
Dentada
Dentada
Retangular
5.4.5
40
60
80
80
BPN
1
0,68
2
0,68
3
0,66
1
0,77
2
0,69
3
0,75
1
0,71
2
0,70
3
0,78
1
0,73
2
0,76
3
0,70
Média BPN
0,67
0,74
0,73
0,73
Areia Utilizada no Colchão e no Rejunte dos Ensaios Realizados no Setor de
Modelos Físicos
Foram realizados alguns ensaios para a classificação da areia que foi utilizada no
colchão e no rejunte entre os blocos do painel de pavimento intertravado do setor de
Modelos Físicos. Foram realizados ensaios de granulometria e de degradação conforme
descrito no capítulo 2 desta tese.
A mesma areia foi utilizada na confecção do colchão e na selagem das juntas entre as
peças, tomando o cuidado para que a areia fosse passada por um peneiramento na malha
de 4,8mm antes de sua colocação como areia de rejunte e pela peneira de abertura
9,5mm antes de sua colocação na camada inferior das peças. As granulometrias da areia
utilizada para o colchão e para o rejunte podem ser observadas na Tabela 5.8.
121
O ensaio de degradação utilizado para verificar o comportamento da areia quanto à
durabilidade foi o de trituração apresentado por MORI & KARASAHARA (2000), cujo
resultado foi expresso em % passante antes e depois do ensaio na peneira 0,075mm.
Optou-se pela realização deste ensaio pela sua facilidade e pela disponibilidade de todos
os equipamentos necessários para sua execução, o que não acontece para os outros
ensaios que necessitam de materiais especiais para sua execução. Os resultados deste
ensaio estão apresentados na Tabela 5.9.
Tabela 5.8 – Granulometria da areia utilizada para o colchão e para o rejunte nos
experimentos realizados no Setor de Modelos Físicos
Colchão de Areia
Abertura das
Areia do Rejunte
Recomendado
Peneiras (mm)
% Passante
9,5
100
100
100
4,8
99
95 a 100
100
1,2
80,69
50 a 85
80,69
0,6
48,05
25 a 60
48,05
0,3
16,88
10 a 30
16,88
0,15
5,01
5 a 15
5,01
0,075
1,17
0 a 10
1,17
pela ABCP
% Passante
Tabela 5.9 – Resultado do ensaio de degradação para a areia utilizada nos ensaios
realizados no painel experimental
Antes do Ensaio
Após o Ensaio
Diferença
% Passante na Peneira
% Passante na Peneira
Entre os
0,075
0,075
Ensaios (%)
1
1,09
2,97
1,88
2
1,25
3,01
1,76
Amostra
Comparando os resultados obtidos na análise da degradação da areia utilizada nos
experimentos do painel experimental e os valores recomendados por KNAPTON (1997)
122
para os limites aceitáveis para o ensaio de degradação Lilley and Dowson,verifica-se
que a areia utilizada passaria no critério de % máxima passante após o ensaio (15%) e
na % máxima de diferença antes e depois do ensaio (5%), apresentadas na Tabela 2.4.
5.4.6
Transmissão de esforços da superfície do pavimento de PPC para a camada
de base
Primeiramente, montou-se o sistema de reação para a aplicação do carregamento e
colocou-se, na seguinte ordem: a placa circular de aço, a célula de carga e o macaco
hidráulico, conforme mostrado na Figura 5.9. Depois dos passos descritos, partiu-se
para a realização dos ensaios propriamente ditos. As tensões foram verificadas
diretamente no sistema de aquisição de dados e aplicaram-se incrementos de tensões até
atingir-se aproximadamente 5,6kgf/cm2 (0,56MPa), na superfície do pavimento. No
mesmo instante, foram registrados os dados das três células de cargas, instaladas na
interface da areia do colchão e da areia de quartzo, nas distâncias já descritas. Os
resultados destes ensaios estão apresentados no capítulo 6.
5.4.7
Determinação dos Deslocamentos Verticais e Horizontais
Para a determinação dos deslocamentos entre os blocos do pavimento intertravado, foi
utilizado um dispositivo tipo “Crack Activity Meter” (medidor de atividade de trincas CAM), representado na Figura 5.26, desenvolvido pelo Instituto Nacional de
Transportes da África do Sul, que é um medidor de deslocamentos que permite efetuar
medições dos movimentos verticais e horizontais entre as paredes de uma trinca. Os
movimentos são medidos por LVDTs. O primeiro LVDT instalado na posição
horizontal, mede o deslocamento relativo na direção horizontal e o segundo na posição
vertical mede o movimento relativo na direção vertical entre as paredes da trinca
(VILCHEZ, 2002).
No caso da utilização do CAM para a medição dos deslocamentos entre dois blocos
justapostos os LVDTs foram posicionados sobre a placa circular, responsável pela
aplicação de tensões sobre a superfície do pavimento, e o equipamento foi apoiado
sobre um bloco lateral que não recebia diretamente os esforços gerados pela placa. Os
123
ensaios de deslocamento vertical e horizontal foram realizados individualmente. A
Figura 5.27(a) apresenta o ensaio de deslocamento vertical sendo realizado e a Figura
5.27(b) o ensaio de deslocamento horizontal. Os ensaios de deslocamento vertical e o de
deslocamento horizontal estão descritos a seguir.
Figura 5.26 – Medidor de deslocamentos CAM (modificado de VILCHEZ, 2002).
Deslocamento Vertical:
•
Monta-se o sistema de reação e de aplicação do carregamento;
•
Ajusta-se a placa circular de modo que um bloco lateral a esta não esteja
sofrendo nenhum tipo de solicitação de superfície;
•
Posiciona-se o CAM, com o LVDT ajustado na posição vertical, sobre o bloco
que não esteja sofrendo carregamento;
•
Posiciona-se o LVDT sobre a placa circular;
•
Aplica-se o carregamento e realizam-se as leituras.
Deslocamento horizontal:
•
Monta-se o sistema de reação e de aplicação do carregamento;
•
Ajusta-se a placa circular de modo que um bloco lateral a esta não esteja
sofrendo nenhum tipo de solicitação de superfície;
124
•
Posiciona-se o CAM, com o LVDT ajustado na posição horizontal, sobre o
bloco que não esteja sofrendo carregamento;
•
Posiciona-se o LVDT sobre a placa circular;
•
Aplica-se o carregamento e realizam-se as leituras.
(a) Ensaio de Deslocamento Vertical
(b) Ensaio de deslocamento horizontal
Figura 5.27 – Ensaios de Deslocamento Realizados
5.4.8
Determinação do esforço de compressão entre os blocos
Para a tentativa de determinação da tensão de compressão entre dois blocos, onde um
era submetido a uma carga externa e outro não, foram realizados os seguintes passos:
•
Após a realização de todas as etapas de compactação, retirava-se um bloco do
pavimento (em geral, com dificuldade, devido ao intertravamento);
•
Cortou-se o bloco, para o encaixe da célula de carga entre os blocos;
•
Recolocou-se o bloco cortado e instalava-se a célula de carga entre os dois
blocos;
•
Preencheu-se o espaço vazio com a areia utilizada no colchão, para a
acomodação da areia aplicavam-se alguns golpes manualmente com um martelo
de borracha;
•
Montou-se o sistema de reação e de aplicação do carregamento;
•
Aplicou-se o carregamento e realizavam-se as leituras.
A Figura 5.28 apresenta os passos para a montagem do experimento para esta medição.
Os resultados destes experimentos estão apresentados no capítulo 6.
125
Figura 5.28 – Etapas do ensaio para a determinação dos esforços de compressão entre
os blocos de um pavimento intertravado
126
5.4.9
Ensaio de Drenabilidade ou Permeabilidade Realizados no Painel
Experimental
Com o objetivo de se realizar a comparação da permeabilidade dos revestimentos
criados pelas PPC de várias espessuras de pavimentos intertravados, realizaram-se
algumas medições da permeabilidade no painel experimental. Foram ensaiadas as
quatro espessuras de peças (40, 60, 80 e 100mm) com espessura do colchão de areia de
7,5cm. Também foi ensaiada a permeabilidade do colchão de areia após a retirada das
peças. A Figura 5.29 mostra o esquema do ensaio de drenabilidade sendo realizado no
painel experimental.
Os ensaios foram realizados com uma proveta com capacidade de 1000ml de
armazenamento de água, com área de contato entre a base da proveta e o pavimento de
31,16cm2. Apesar da recomendação da utilização de uma cola de silicone (COOLEY,
1999), para evitar a saída de água entre o contato da base da proveta e a superfície do
pavimento, foi empregada uma graxa de uso automotivo do tipo GMA-2, não solúvel
em água, pois assim evitou-se a espera do tempo de secagem da cola de silicone. Foram
adotados os seguintes procedimentos para a realização do ensaio:
•
Limpou-se o local em que seria realizado o ensaio;
•
A graxa foi colocada em toda base da proveta, em uma espessura de
aproximadamente 0,5cm;
•
Marcou-se o local, no pavimento, onde a proveta ficaria em contato com as
juntas entre os blocos;
•
Foi colocada uma camada de graxa nas juntas que estivessem em contato com a
base da proveta;
•
Colocou-se a proveta em contato com o pavimento, no local pré-estabelecido;
•
Na parte superior da proveta, colocou-se um peso para melhor fixação e
preenchimento dos vazios entre a base da proveta e o pavimento;
•
Encheu-se a proveta até uma altura determinada e manteve-se a altura de água
na proveta, por um minuto;
•
Completou-se a proveta com água;
•
Anotou-se o tempo que a água escoava entre duas alturas pré-definidas;
•
Mediram-se as alturas pré-definidas da proveta até o pavimento.
127
Foi adotada a colocação da graxa das juntas, entre os blocos, pois, em alguns casos,
somente a graxa colocada na base da proveta não conseguia penetrar nas juntas e assim
a água expulsava a areia da parte superior das juntas, tendo que reiniciar o ensaio.
A área de contato entre a proveta e o pavimento adotada para o cálculo da
permeabilidade não era toda a área molhada, mas somente a parte pertencente às juntas,
pois se considerou o bloco de concreto impermeável.
Foi realizado, também, o ensaio de permeabilidade da areia do colchão em laboratório,
para a verificação de sua influência na drenabilidade dos pavimentos intertravados. Para
tanto, foram retiradas amostras indeformadas do colchão de areia, com auxilio de um
anel de dimensões conhecidas, para se determinar a densidade da areia após
compactação com a placa vibratória. A partir do valor de densidade medida tentou-se
reproduzir a mesma em laboratório e realizar o ensaio de permeabilidade de carga
constante. Foram realizadas aindavariações do índice de vazios da areia para se tentar
correlacionar a permeabilidade encontrada no painel com a encontrada no laboratório.
Figura 5.29 – Ensaio de permeabilidade realizado no painel experimental
128
Os resultados obtidos no painel experimental estão apresentadas na Tabela 5.10 e os
valores de permeabilidade da areia utilizada no colchão de areia do painel estão na
Tabela 5.11.
Tabela 5.10 – Valores de coeficiente de permeabilidade encontrados no painel
experimental
Espessura da Camada Permeável (mm)
Coeficiente de Permeabilidade (cm/s)
PPC 40
3,43x10-1
PPC 60
5,31x10-1
PPC 80
3,50x10-1
PPC 100
1,97x10-1
Colchão de Areia de 65mm (após
1,34x10-2
compactação) (γ = 1.65)
Tabela 5.11 – Valores de coeficiente de permeabilidade para a areia utilizada no
colchão do painel experimental
Massa Especifica
Aparente Seca (g/cm3)
Índice de Vazios.
Coeficiente de Permeabilidade
(cm/s)
1,63
0,626
2x10-2
1,67
0,586
1,35x10-2
1,70
0,559
1,03x10-2
129
6
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS DO
PAINEL EXPERIMENTAL
Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos no painel do Setor de
Modelos Físicos. As observações são divididas em itens, nos quais procura-se
identificar quais as melhores configurações dentre as testadas, que foram apresentadas
no capítulo cinco desta tese, no que diz respeito à transmissão de tensões e deformações
encontradas no painel experimental.
Para a análise dos resultados encontrados no painel experimental, dividiram-se os
ensaios realizados (tensão vertical e horizontal e deformação vertical) em diversas
configurações, analisando-se assim, separadamente, as espessuras das PPCs, os arranjos
ou modelos de assentamento, a espessura do colchão de areia e o desenho das peças
correlacionando cada uma destas com as demais. Através destas comparações
pretendeu-se obter, para cada uma das análises, qual configuração teria o melhor
desempenho. As comparações realizadas estão apresentadas na Tabela 6.1.
6.1
Análise da Tensão Normal Vertical
Para a análise da tensão normal vertical foram realizados 32 ensaios de transmissão de
esforços verticais para a camada de base, com as células de carga instaladas nas
posições relatadas anteriormente (“centro”, “10” e “20”). Os detalhamentos destes
ensaios estão apresentados no capítulo cinco.
130
Tabela 6.1– Comparações realizadas entre os ensaios de transmissão de esforços
Espessura do
Modelos de Assentamento
Espessura da PPC
Colchão de
Desenho da PPC
Areia
Espinha de Peixe Trama Linear 40mm 60mm 80mm 100mm 50mm 75mm Dentada Retangular
Modelos de
Assentamento
Espinha de Peixe
Ensaios Realizados
Trama
Linear
Ensaios
Ensaios
Realizados
Realizados
Ensaios
Ensaios
Realizados
Realizados
40mm
Espessura das
60mm
PPC
80mm
Ensaios Realizados
100mm
Espessura do
50mm
Colchão de Areia
75mm
Retangular
Desenho das PPC
Dentada
Ensaios Realizados
Ensaios Realizados
Ensaios Realizados
Ensaios Realizados
Ensaios
Realizados
Ensaios
Realizados
131
A Tabela 6.2 apresenta os valores de tensões transmitidas da superfície do pavimento
intertravado, sob a pressão aplicada de 6kgf/cm2 (0,6MPa) por placa rígida de 18cm de
diâmetro, para as células de carga instaladas na interface da base de areia de quartzo
com o colchão de areia. A partir desta tabela, foram montadas as figuras comparativas
descritas a seguir e feitas as comparações referidas na Tabela 6.1.
Como descrito no capítulo cinco, a aplicação de carga com o macaco manual fez com
que os valores máximos atingidos em cada experimento fossem variados. Portanto para
a análise deste capítulo foi escolhida a pressão de 6kgf/cm2 (0,6MPa), que foi atingida
em todos os arranjos e foi possível tomar os valores lidos numa mesma base de
comparação.
Foram realizados apenas dois ensaios de transmissão de esforços utilizando PPCs de
40mm de espessura, sendo ambos com peças dentadas e utilizando dois modelos de
assentamento (espinha de peixe e trama), os resultados observados destes dois
experimentos estão descritos a seguir. A Figura 6.1 apresenta os resultados das pressões
lidas na base com PPCs de espessura de 40mm.
Nas PPCs de 60mm foram realizados doze ensaios de transmissão de esforços da
camada de revestimento de blocos intertravados para a camada de base, estes ensaios
foram realizados variando-se o modelo de assentamento (espinha de peixe, trama e
linear), o formato das peças (dentada e retangular) e espessura do colchão de areia (50 e
75mm). A Figura 6.2 apresenta as pressões lidas na base com arranjos de PPCs com
espessura de 60mm.
Para a determinação das tensões transmitidas nas PPCs de 80mm foram realizados doze
experimentos de transmissão de esforços da camada de revestimento de peças
intertravados para a camada de base, estes experimentos foram realizados variando-se o
modelo de assentamento (espinha de peixe, trama e linear), o formato das peças
(dentada e retangular) e espessura do colchão de areia (50 e 75mm). A Figura 6.3
apresenta as pressões lidas na base das PPCs com espessura de 80mm.
132
Tabela 6.2 - Tensões transmitidas da superfície do pavimento carregado com 6kgf/cm2 para as células de carga instaladas na interface da base
com o colchão de areia
133
6
5
Pressão (kgf/cm^2)
4
3
2
1
0
Espinha de Peixe - Dentada
Trama - Dentada
Modelo de Assentamento e Formato da Peças
Centro, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 50mm
Figura 6.1– Pressões Lidas na base dos arranjos das PPCs de Espessura 40mm
Comentários sobre a utilização de PPC de 40mm:
•
Foi observado um melhor comportamento do modelo de assentamento espinha
de peixe na posição de leitura “centro”, porém na posição “10” o modelo de
assentamento trama teve melhor desempenho;
•
O modelo de assentamento espinha de peixe transmitiu para a camada de base
83,3%, 70% e 6,7% do carregamento aplicado na superfície para as células
instaladas na camada de base no centro, a 10cm e a 20cm, respectivamente, do
centro da aplicação do carregamento;
•
O modelo de assentamento trama transmitiu para a camada de base 90%, 45% e
5% do carregamento aplicado na superfície para as células instaladas na camada
de base no centro, a 10cm e a 20cm, respectivamente, do centro da aplicação do
carregamento;
134
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
0
Espinha de Peixe Trama - Dentada
- Dentada
Fileira - Dentada Espinha de Peixe
- Retangular
Trama Retangular
Fileira Retangular
Modelo de Assentamento e Formato da Peças
Centro, colchão de areia 50mm
Centro, colchão de areia 75mm
10, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 75mm
20, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 75mm
Figura 6.2- Pressões Lidas na base das PPCs com Espessura de 60mm
Comentários sobre a utilização de PPC de 60mm:
•
Para todos os modelos de assentamento e formato das peças, a espessura do
colchão de areia que levou o melhor comportamento foi o de 50mm;
•
Para o formato de peças dentadas e com colchão de areia de 50mm o arranjo de
assentamento que teve melhor comportamento foi o fileira, que transmitiu 60%,
13,3% e 3,3% para as células instalada nas posições “centro”, “10” e “20”
respectivamente, seguido pelo de espinha de peixe (53,3%; 40% e 5%) e pelo de
trama (56,7%; 40% e 6,7%);
•
Para o formato de bloco retangular e com colchão de areia de 75mm,
observaram-se comportamentos semelhantes para o modelo de assentamento
espinha de peixe 58,3%, 21,7% e 3,3%, para o modelo trama 58,3% 20% e 5%
e para o modelo fileira 60% 16,75 e 5%. Em comparação com as tensões
transmitidas pelo colchão de areia de 50mm, esses valores tendem a ser maiores
–para o arranjo espinha de peixe 40%, 13,3% e 3,3%, para o arranjo trama
38,3% 25% e 11,7% e para o arranjo fileira 55%, 33,3% e 16,7%;
135
•
Nota-se uma grande diferença nas tensões transmitidas para a camada de base a
20cm do centro de aplicação do carregamento nas PPCs retangulares com
colchão de areia de 50mm nos modelos trama e fileira (11,7% e 16,7%) em
relação aos outros arranjos testados;
•
O melhor comportamento referente à absorção de esforços das PPC de 60mm
foi observado para o formato de peças dentado e modelo de assentamento
trama;
•
O menos favorável para as PPC de 60mm foi observado nas peças de formato
dentado no modelo de assentamento espinha de peixe.
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
0
Espinha de Peixe Trama - Dentada
- Dentada
Fileira - Dentada Espinha de Peixe
- Retangular
Trama Retangular
Fileira Retangular
Modelo de Assentamento e Formato da Peças
Centro, colchão de areia 50mm
Centro, colchão de areia 75mm
10, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 75mm
20, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 75mm
Figura 6.3- Pressões Lidas nas PPCs com Espessura de 80mm
Comentários sobre a utilização de PPCs de 80mm:
•
As peças de 80mm de espessura tiveram, aproximadamente, o mesmo
comportamento de transmissão de esforços para a camada de base, na célula de
carga denominada “centro” para o formato de peça dentada nos modelos de
assentamento espinha de peixe (53,3%) e linear (55%). No modelo trama
(61,7%) a transmissão foi um pouco maior que as demais, com colchão de areia
de 50mm, notando-se, porém, poucas diferenças para a célula “10” (28,3%
136
espinha de peixe; 20% trama e 25% linear) e para a célula “20” (10% espinha de
peixe; 6,7% trama e 8,3% linear);
•
Com a utilização de peças retangulares, as tensões transmitidas não ocorreram
de forma proporcional, tendo uma grande discrepância de resultados
principalmente quando da utilização do modelo de assentamento espinha de
peixe. Nos resultados destes experimentos, nota-se uma grande diferença entre a
célula “centro” e a célula “10” (66,7% e 20%; respectivamente) com colchão de
areia de 50mm;
•
O melhor comportamento das PPCs de 80mm foi com a utilização do colchão de
areia de 75mm, exceto para o modelo de assentamento trama, onde com o
colchão de areia de 50mm teve-se melhor desempenho;
•
O melhor comportamento referente à transmissão de tensões foi notado com a
utilização de peças retangulares, no modelo de assentamento linear e com
colchão de areia de 75mm (20%; 13,3% e 3,3%); com o colchão de areia de
50mm o melhor comportamento foi notado com a utilização do modelo de
assentamento trama (25%; 5% e 3,3%).
Para a análise de tensões transmitidas com a utilização de blocos de 100mm, as
variáveis foram: modelo de assentamento (espinha de peixe, trama e linear), espessura
do colchão de areia (50 e 75mm) e formato das peças utilizado foi apenas o dentado. As
respostas obtidas a partir destes experimentos estão descritas a seguir. A Figura 6.4
representa as tensões transmitidas a partir das PPC de 100mm.
137
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
0
Espinha de Peixe - Dentada
Trama - Dentada
Fileira - Dentada
Modelo de Assentamento e Formato da Peças
Centro, colchão de areia 50mm
Centro, colchão de areia 75mm
10, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 75mm
20, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 75mm
Figura 6.4- Pressões Lidas base dos arranjos com PPCs de espessura de 100mm
Comentários sobre a utilização de PPC de 100mm:
•
Nos modelos de assentamento espinha de peixe e fileira o colchão de areia de
50mm levou ao melhor desempenho, tendo-se maiores tensões (20%; 11,7% e
5% -espinha de peixe; 25%; 15% e 5% -fileira), do que com colchão de areia de
75mm (28.3%; 20% e 5% -espinha de peixe; 43.3%; 21.7% e 10% -fileira);
•
No arranjo trama, ao contrário dos demais, houve melhor comportamento de
absorção de tensões com colchão de areia de 75mm (30%) do que com colchão
de areia de 50mm (35%), para a célula no centro de aplicação do carregamento,
porém nas outras duas posições, “10” e “20”, o colchão de areia de 50mm
absorveu maiores tensões (21.7% e 8.3% -colchão de areia de 75mm; 15% e 5%
-colchão de areia de 50mm);
•
O melhor resultado observado entre os ensaios foi o com modelo de
assentamento espinha de peixe com colchão de areia de 50mm.
Foram realizados onze ensaios utilizando o modelo de assentamento espinha de peixe,
sendo apenas um experimento foi realizado com PPC de 40mm, quatro com PPC de
60mm, quatro com PPC de 80mm e dois com PPC de 100mm. Variou-se, também, o
138
colchão de areia: de 50mm, para seis experimentos, e 75mm em cinco ensaios.
Realizaram-se ainda variações de formato de peças, utilizando blocos retangulares em
quatro ensaios e blocos dentados em outros sete. As observações resultantes destes
experimentos são relatadas a seguir. A Figura 6.5 apresenta os resultados obtidos a
partir dos experimentos realizados no modelo de assentamento espinha de peixe
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
0
40 Dentada
60 Dentada
60 Retangular
80 Dentada
80 Retangular
100 Dentada
Espessura das PPC (mm)
Centro, colchão de areia 50mm
Centro, colchão de areia 75mm
10, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 75mm
20, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 75mm
Figura 6.5– Pressões lidas com o modelo de assentamento espinha de peixe
Observações sobre a utilização do Modelo espinha de peixe:
•
As PPC de 40mm com colchão de areia de 50mm apresentaram os resultados
menos satisfatórios como esperado devido a pequena espessura, transmitindo
83,3%; 70% e 6,7% para os três pontos de coleta de dados, juntamente com as
PPC de 60mm de formato dentada e colchão de areia de 75mm, cujos resultados
não foram muito diferentes dos blocos de 40mm, absorvendo 83,3%; 58,3% e
8,3%, resultados não esperados;
•
Os blocos de 60mm apresentaram melhor desempenho com colchão de areia de
50mm e com peças retangulares (53,3%; 40% e 5% -peças dentadas; 40%;
13,3% e 3,3% -peças retangulares), com colchão de areia de 75mm as peças
retangulares tiveram, também, melhor comportamento (83,3%; 58,3% e 8,3% peças dentadas; 58,3%; 21,7% e 3,3% -peças retangulares);
139
•
Nas peças de 80mm, o melhor comportamento foi verificado com a utilização de
colchão de areia de 75mm e blocos retangulares (41,7%; 33,3% e 3,3% -blocos
dentados; 28,3%; 13,3% e 3,3% -blocos retangulares), com a utilização de
colchão de areia de 50mm as peças dentadas obtiveram um comportamento
melhor que as peças retangulares (53,3%; 28,3% e 10% -blocos dentados;
66.7%; 20% e 6,7% -blocos retangulares);
•
O melhor desempenho das peças de 100mm foi verificado com a utilização de
um colchão de areia com 50mm de espessura (20%; 11,7% e 5%), com colchão
de areia de 75mm, apesar de terem um comportamento menos favorável,
apresentou resultados mais favoráveis que os demais ensaios das outras peças
(28,3%; 20% e 5%);
Para os ensaios com modelo de assentamento trama, foram realizados onze
experimentos de transmissão de esforços da camada de revestimento de blocos de
concreto para a camada de base, destes apenas um foi realizado com PPC de 40mm de
espessura, quatro com PPC de 60mm, quatro com PPC de 80mm e dois com PPC de
100mm, ainda realizaram-se variações com o colchão de areia, cinco experimentos com
75mm e seis com colchão de 50mm de espessura. As observações dos resultados destes
ensaios estão descritas a seguir. A Figura 6.6 apresenta os valores de tensões
transmitidas pelo modelo de assentamento trama.
Observações sobre a utilização do Modelo de assentamento trama:
•
As peças de 40mm com colchão de areia de 50mm e as peças dentadas de 60mm
com colchão de areia de 75mm obtiveram os resultados menos satisfatórios,
transmitindo, respectivamente em cada um dos pontos selecionados, 90%; 45% e
5% -PPC de 40mm e 75%; 41,7% e 8,3% -PPC 60, pode-se ainda relatar que no
ponto “10” as PPC de 60mm transmitiram menores tensões, e no ponto “20” as
peças de 60mm transmitiram maiores tensões que as peças de 40mm;
•
Nas peças de 60mm os blocos retangulares apresentaram melhor desempenho
que os blocos dentados nos pontos de medição de tensões na camada de base,
assim como o colchão de areia de 50mm apresentou melhor desempenho que o
colchão de 75mm;
140
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
0
40 Dentada
60 Dentada
60 Retangular
80 Dentada
80 Retangular
100 Dentada
Espessura das PPC (mm)
Centro, colchão de areia 50mm
Centro, colchão de areia 75mm
10, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 75mm
20, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 75mm
Figura 6.6– Pressões Lidas no Modelo de Assentamento Trama
•
As peças de 80mm apresentaram um comportamento irregular, pois no formato
retangular o colchão de areia de 50mm teve melhor comportamento (25%; 5% e
3%), já com a utilização de peças dentadas o melhor desempenho foi observado
no colchão de areia de 75mm (26,7%; 20% e 5%);
•
Nas PPC de 100mm o colchão de areia de 75mm teve melhor distribuição no
centro das tensões aplicadas na superfície (30% 21,7% e 8,3%), quando
comparadas com o colchão de areia de 50mm (35%; 15% e 5%); apesar de se
observar menores tensões nos pontos “10” e “20” no colchão de areia de 50mm
a distribuição no colchão de areia de 75mm foi mais proporcional nos três
pontos de leituras.
No arranjo de assentamento linear, ou fileira, foram realizados dez experimentos de
transmissão de tensões, estes foram divididos em quatro ensaios com PPC de 60mm,
quatro com PPC de 80mm e dois com PPC de 100mm, variando-se, também, o colchão
de areia de 50mm, em cinco ensaios, e 75mm, em outros cinco ensaios, com o formato
das peças retangular foram quatro ensaios, e o formato dentada em cinco experimentos.
141
As respostas observadas destes ensaios estão descritas a seguir. A Figura 6.7 representa
os resultados dos experimentos realizados no arranjo linear.
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
0
60 Dentada
60 Retangular
80 Dentada
80 Retangular
100 Dentada
Espessura das PPC (mm)
Centro, colchão de areia 50mm
Centro, colchão de areia 75mm
10, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 75mm
20, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 75mm
Figura 6.7– Pressões Lidas no Modelo de Assentamento Linear
Observações sobre a utilização do Arranjo de assentamento linear ou fileira:
•
Os blocos de 60mm apresentaram melhor desempenho no formato dentada do
que no retangular com colchão de areia de 50mm (25%; 13,3% e 3,3% -formato
dentada; 55%; 33,3% e 16,7% -formato retangular), no colchão de areia de
75mm os comportamentos dos formatos foi muito parecido para o primeiro
ponto de coleta de dados, ocorrendo uma diferença muito significativa para os
demais pontos (55%; 33,3% e 16,7% -colchão de 50mm; 60% 16,7% e 5% colchão de 75mm);
•
Nos blocos de 80mm foi observado melhor comportamento, em ambos os
formatos de peças, do colchão de areia de 75mm do que o colchão de areia de
50mm;
•
Nos blocos de 80mm, o arranjo com peças retangulares e colchão de areia de
75mm, apresentou melhor distribuição de tensões nos três pontos (20%; 13,3% e
3,3%) apesar do colchão de areia de 50mm apresentar no ponto “10” maior
absorção e nos outros pontos, “centro” e “20”, menor (41,7%; 10% e 6,7%);
142
•
As PPC de 100mm, apresentaram melhor comportamento com colchão de areia
de 50mm, realizando, também, uma melhor distribuição (25%; 15% e 5%), já
com colchão de areia de 75mm as tensões foram maiores em todos os pontos
analisados (43,3%; 21,7% e 10%);
Com a utilização do colchão de areia de 50mm, foram realizados dezessete
experimentos de transmissão de esforços do revestimento de blocos de concreto para a
camada de base, sendo destes, onze com a utilização de peças dentadas, seis com peças
retangulares, três com PPC de 100mm, seis com PPC de 80mm, seis com PPC de 60mm
e dois com PPC de 40mm; ainda foram ensaiados variações do modelo de assentamento,
cinco experimentos no modelo linear, seis no modelo trama e seis no arranjo espinha de
peixe A Figura 6.8 apresenta os valores de pressão transmitidas do revestimento de
blocos de concreto para a camada de base com a utilização de um colchão de areia de
50mm. Os resultados observados destes experimentos estão comentados a seguir.
6
4
3
2
1
100 - Linear Dentada
100 - Trama Dentada
100 - Espinha de
Peixe - Dentada
80 - Linear Retangular
80 - Trama Retangular
80 - Espinha de
Peixe - Retangular
80 - Linear Dentada
80 - Trama Dentada
80 - Espinha de
Peixe - Dentada
60 - Linear Retangular
60 - Trama Retangular
60 - Espinha de
Peixe - Retangular
60 - Linear Dentada
60 - Trama Dentada
60 - Espinha de
Peixe - Dentada
40 - Trama Dentada
0
40 - Espinha de
Peixe - Dentada
Pressão (kgf/cm^2)
5
Espessura das PPC (mm) - Modelo de Assentamento - Formato do Bloco
Centro
10
20
Figura 6.8– Pressões Lidas com Colchão de Areia de 50mm
143
Observações sobre a utilização do Colchão de areia de 50mm:
•
Foi observado um melhor comportamento do modelo de assentamento espinha
de peixe na posição de leitura “centro”, porém na posição “10” o modelo de
assentamento trama teve melhor desempenho. O modelo de assentamento
espinha de peixe transmitiu para a camada de base 83,3%, 70% e 6,7% do
carregamento aplicado na superfície para as células instaladas na camada de
base no centro, a 10cm e a 20cm, respectivamente, do centro da aplicação do
carregamento. O modelo de assentamento trama transmitiu para a camada de
base 90%, 45% e 5% do carregamento aplicado na superfície para as células
instaladas na camada de base no centro, a 10cm e a 20cm, respectivamente, do
centro da aplicação do carregamento;
•
Nas PPC de 60mm no formato de peças dentadas o arranjo de assentamento que
teve melhor comportamento foi o linear, que absorveu 60%, 13,3% e 3,3% para
as células instalada nas posições “centro”, “10” e “20” respectivamente, seguido
pelo espinha de peixe (53,3%; 40% e 5%) e pelo trama (56,7%; 40% e 6,7%);
quando os experimentos foram realizados com peças retangulares, os valores
observados para o arranjo espinha de peixe foram de 40%, 13,3% e 3,3%, para
o arranjo trama foram de 38,3% 25% e 11,7% e para o arranjo fileira foram de
55%, 33,3% e 16,7%;
•
As peças de 80mm de espessura com formato dentado obtiveram,
aproximadamente, o mesmo comportamento de transmissão de esforços para a
camada de base, na célula de carga denominada “centro” para o formato de peça
dentada nos modelos de assentamento espinha de peixe (53,3%) e linear (55%)
já no modelo de assentamento trama (61,7%) a tensão transmitida foi um pouco
superior, porém, notando-se algumas diferenças significativas para a célula “10”
(28,3% -espinha de peixe; 25% -trama e 25% -linear) e para a célula “20” (10%
-espinha de peixe; 6,7% -trama e 8,3% -linear), com a utilização de peças
retangulares as tensões transmitidas não ocorreram de forma proporcional, tendo
uma grande discrepância de resultados principalmente quando se tem a
utilização do modelo de assentamento espinha de peixe (nos resultados destes
experimentos, nota-se uma grande diferença entre os resultados de 66,7% e 20%
e 6,7%), já o modelo linear (41,7%; 10% e 6,7%) e o trama (25%; 5% e 3,3%)
não tiveram uma diferença tão significativa entre os pontos de coletas dos dados;
144
•
Para as PPC de 100mm, o modelo de assentamento que obteve os melhores
resultados foi o espinha de peixe (20%; 11,7% e 5%) seguido pelo linear (35%;
15% e 5%) e o arranjo de assentamento menos favorável foi o trama (35%; 15%
e 5%), nota-se, também, que a tensão transmitida para o ponto “20” em todos os
modelos de assentamento foram os mesmos;
•
Os resultados mais satisfatórios foram obtidos com a utilização de PPC dentadas
de 100mm no formato espinha de peixe, para PPC de 80mm o modelo de
assentamento trama com peças retangulares, para os blocos de 60mm o modelo
de assentamento linear com peças dentadas e para PPC de 40mm o arranjo
trama.
Para se realizar a análise de transmissão de tensões, da camada de revestimento do
pavimento intertravado para a camada de base, com a utilização de um colchão de areia
de 75mm foram realizados quinze experimentos, sendo estes divididos em três ensaios
com PPC de 100mm, seis com PPC de 80mm, seis com PPC de 60mm, cinco ensaios
com cada um dos modelos de assentamento (espinha de peixe, trama e linear), nove
ensaios com peças dentadas e sete experimentos com peças retangulares. A Figura 6.9
retrata as pressões lidas nas células de carga instaladas na base para um colchão de areia
de 75mm. Foram obtidas as respostas, a partir destes experimentos, citadas a seguir.
Observações sobre a utilização do Colchão de areia de 75mm:
•
Os resultados menos satisfatórios foram obtidos com as PPC de 60mm no
formato de blocos retangular, sendo que o modelo com o menor desempenho foi
o espinha de peixe (83,3%; 58,3% e 8,3%) seguido pelo trama (75%; 41,7% e
8,3%) e como melhor desempenho entre as peças dentadas o linear (58,3%; 25%
e 5,8%). No formato de bloco retangular, todos os experimentos apresentaram
comportamentos semelhantes -para o modelo de assentamento espinha de peixe
58,3%, 21,7% e 3,3%, para o modelo trama 58,3% 20% e 5% e para o modelo
fileira 60% 16,75% e 5%;
•
Nas PPC de 80mm no formato dentada, conclui-se que o melhor comportamento
está relacionado ao modelo de assentamento trama (26,7%; 20% e 5%) seguido
pelo linear (35%; 25,25% e 8,3%) e por último o espinha de peixe que
apresentou os resultados menos satisfatórios (41,7%; 33,3% e 3,3%). No
145
formato de bloco retangular, o resultado mais satisfatório foi observado para o
modelo de assentamento linear (20%; 13,3% e 3,3%), que também apresentou o
melhor desempenho entre todos os ensaios realizados, seguida pelo espinha de
peixe (28,3%; 13,3% e 3,3%) e pelo trama (35%; 13,3% e 3,3%);
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
100 - Linear Dentada
100 - Trama Dentada
100 - Espinha de
Peixe - Dentada
80 - Linear Retangular
80 - Trama Retangular
80 - Espinha de
Peixe - Retangular
80 - Linear Dentada
80 - Trama Dentada
80 - Espinha de
Peixe - Dentada
60 - Linear Retangular
60 - Trama Retangular
60 - Espinha de
Peixe - Retangular
60 - Linear Dentada
60 - Trama Dentada
60 - Espinha de
Peixe - Dentada
0
Espessura das PPC (mm) - Modelo de Assentamento - Formato do Bloco
Centro
10
20
Figura 6.9– Pressões Lidas com Colchão de Areia de 75mm
•
Com a utilização de PPC de 100mm o resultado com melhor absorção de
esforços foi o com a utilização do modelo de assentamento espinha de peixe
(28,3%; 20% e 5%) seguido pelo trama (30%; 21,7% e 8,3%) e linear (43,3%;
21,7% e 10%).
Para realizar-se a comparação da utilização de peças dentadas no que se refere à análise
de tensões transmitidas da camada de revestimento de um pavimento intertravado para a
camada de base foram realizados dezoito experimentos destes dois ensaios foram
realizados com PPC de 40mm, seis com PPC de 60mm, seis com PPC de 80mm, três
com PPC de 100mm, sete no modelo de assentamento espinha de peixe, sete no arranjo
trama, seis no modelo de assentamento linear, onze experimentos com colchão de areia
de 50mm e nove com a utilização de um colchão de areia de 75mm. Os resultados
obtidos destes experimentos estão descritos a seguir. A Figura 6.10 apresenta as
146
pressões lidas nos pontos de instalação dos instrumentos com a utilização de peças
dentadas.
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
100 - Linear
100 - Trama
100 - Espinha
de Peixe
80 - Linear
80 - Trama
80 - Espinha
de Peixe
60 - Linear
60 - Trama
60 - Espinha
de Peixe
40 - Trama
40 - Espinha
de Peixe
0
Espessura das PPC (mm) - Modelo de Assentamento
Centro, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 50mm
Centro, colchão de areia 75mm
10, colchão de areia 75mm
20, colchão de areia de 75mm
Figura 6.10– Pressões Lidas nas Peças de Formato Dentada
Observações sobre a utilização de Peças dentadas:
•
As PPC de 40mm tiveram os resultados menos satisfatórios (83,3%; 70% e 6,7%
-para o modelo de assentamento espinha de peixe e 90%; 45% e 5% -para o
arranjo trama) juntamente com os ensaios realizados nas PPC de 60mm com
colchão de areia de 75mm no arranjo espinha de peixe (83,3%; 58,3% e 8,3%) e
no arranjo trama (75%; 41,7% e 8,3%);
•
Nas peças de 60mm foi observado melhor comportamento com a utilização de
colchão de areia de 50mm em todos os ensaios realizados;
•
O melhor comportamento das peças de 60mm foi o modelo de assentamento
linear com colchão de areia de 50mm (25%; 13,3% e 3,3%);
•
Os blocos de 80mm apresentaram comportamento mais satisfatórios com a
utilização do colchão de areia de 75mm; sendo que o melhor comportamento
entre estes ensaios foi o modelo trama (26,7%; 20% e 5%);
147
•
Quando da utilização do colchão de areia de 50mm e blocos de 80mm de
espessura
obtiveram,
aproximadamente,
o
mesmo
comportamento
de
transmissão de esforços para a camada de base, na célula de carga denominada
“centro” para o formato de peça dentada nos modelos de assentamento espinha
de peixe (53,3%) e linear (55%) já no modelo de assentamento trama (55%) a
pressão transmitida foi um pouco maior, porém, nota-se algumas diferenças
significativas para a célula “10” (28,3% espinha de peixe; 25% trama e 25%
linear) e para a célula “20” (10% espinha de peixe; 6,7% trama e 8,3% linear);
•
Com a utilização de PPC de 100mm, nos modelos de assentamento espinha de
peixe e fileira o colchão de areia de 50mm obteve melhor desempenho
transmitindo menores tensões (20%; 11,7% e 5% -espinha de peixe; 25%; 15% e
5% -fileira), do que com colchão de areia de 75mm (28.3%; 20% e 5% -espinha
de peixe; 43.3%; 21,7% e 10%-fileira). No arranjo trama, ao contrário dos
demais, teve melhor comportamento de transmissão de tensões com colchão de
areia de 75mm (30%), do que com colchão de areia de 50mm (35%), para a
célula no centro de aplicação do carregamento, porém nas outras duas, “10” e
“20” o colchão de areia de 50mm absorveu mais tensões (21.7% e 8.3% colchão de areia de 75mm; 15% e 5% -colchão de areia de 50mm);
Com a utilização de peças retangulares foram realizados doze ensaios de transmissão de
esforços, destes foram realizados oito experimentos com PPC de 60mm, oito com PPC
de 80mm, seis com colchão de areia de 50mm, seis com colchão de areia de 75mm,
quatro com o modelo de assentamento espinha de peixe, quatro com o arranjo trama e
quatro com arranjo de assentamento linear. A Figura 6.11 apresenta os resultados
obtidos destes experimentos. Os resultados observados destes experimentos estão
comentados a seguir.
148
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
0
60 - Espinha de
Peixe
60 - Trama
60 - Linear
80 - Espinha de
Peixe
80 - Trama
80 - Linear
Espessura das PPC (mm) - Modelo de Assentamento
Centro, colchão de areia 50mm
10, colchão de areia 50mm
20, colchão de areia 50mm
Centro, colchão de areia 75mm
10, colchão de areia 75mm
20, colchão de areia de 75mm
Figura 6.11– Pressões Lidas nas Peças de Formato Retangular
Observações sobre a utilização de Peças retangulares:
•
Com a utilização de PPC de 60mm, pode-se notar melhor desempenho com o
colchão de areia de 50mm, o modelo de assentamento trama foi o que teve o
comportamento mais satisfatório seguido pelo espinha de peixe e linear, sendo
que o espinha de peixe fica muito próximo ao trama;
•
Quando se compara as PPC de 60mm com colchão de areia de 75mm nota-se um
comportamento muito próximo em todos os modelos de assentamento (para o
modelo de assentamento espinha de peixe 58,3%, 21,7% e 3,3%, para o modelo
trama 58,3% 20% e 5% e para o modelo fileira 60% 16,75 e 5%);
•
Nas PPC de 80mm as tensões transmitidas não ocorreram de forma
proporcional, tendo uma grande discrepância de resultados principalmente
quando se tem a utilização do modelo de assentamento espinha de peixe. Nos
resultados destes experimentos, nota-se uma grande diferença entre a célula
“centro” e a célula “10” (66,7% e 20%; respectivamente) com colchão de areia
de 50mm;
•
O melhor comportamento das PPCs de 80mm, foram com a utilização do
colchão de areia de 75mm, exceto para o modelo de assentamento trama, onde o
colchão de areia de 50mm teve melhor desempenho;
149
•
O melhor comportamento foi notado com a utilização de peças de 80mm, no
modelo de assentamento linear e com colchão de areia de 75mm (20%; 13,3% e
3,3%), com o colchão de areia de 50mm o melhor comportamento foi notado
com a utilização do modelo de assentamento trama (25%; 5% e 3,3%);
6.1.1
Influência da Compactação na Transmissão de Esforços
Para analisar a influência da compactação, realizada nas peças de concreto do
revestimento do painel experimental de pavimentos intertravados, foram realizados
alguns ensaios de transmissão de esforços antes da realização das compactações e após
cada uma das fases de compactação a que o pavimento foi submetido (compactação
inicial, compactação e selagem das juntas e compactação final), conforme detalhado no
capítulo 5.
Para tanto, foram realizados vinte e quatro experimentos, para casos de blocos de 60 e
80mm de espessura e com a utilização do colchão de areia de 75mm. Os casos de peças
de 100 e de 40mm, bem como a utilização do colchão de areia de 50mm, para todas as
espessuras de blocos, não foram submetidos a estes experimentos. Os blocos de 80mm
de espessura foram ensaiados no modelo de assentamento espinha de peixe e linear,
com formato de peças retangular e dentada, já os blocos de 60mm foram ensaiados
apenas no arranjo de assentamento fileira com peças dentadas e retangulares.
Os experimentos referidos anteriormente estão apresentados nas Tabelas 6.3 a 6.5 e seus
respectivos gráficos estão apresentados nas Figuras 6.12 a 6.14, respectivamente.
150
Tabela 6.3– Avaliação das tensões transmitidas pelo revestimento de PPC de 60mm, com colchão de areia de 75mm e modelo de
assentamento linear, ou fileira, para os pontos de análise nas diferentes compactações realizadas
Espessura das PPC (mm) – Formato dos Blocos – Modelo de Assentamento
Posição
60mm – Dentada – Linear
das
Sem Comp.
Células
2
Comp. Inicial
Comp. e Selagem das Juntas
2
Comp. Final
2
Sem Comp.
2
Comp.Inicial
2
Comp. e Selagem das Juntas
2
Comp. Final
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm2)
“centro”
3,75
4,50
4,00
3,5
4,75
5,80
3,00
3,60
“10”
2,50
3,00
2,30
1,50
0,70
1,60
1,00
1,00
“20”
0,35
0,55
0,50
0,35
0,20
0,40
0,30
0,30
de Carga
2
60mm – Retangular – Linear
Tabela 6.4– Avaliação das tensões transmitidas pelo revestimento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e modelo de
assentamento linear, ou fileira, para os pontos de análise nas diferentes compactações realizadas
Espessura das PPC (mm) – Formato dos Blocos – Modelo de Assentamento
Posição
das
80mm – Dentada – Linear
80mm – Retangular – Linear
Sem Comp.
Comp. Inicial
Comp. e Selagem das Juntas
Comp. Final
Sem Comp.
Comp. Inicial
Comp.e Selagem das Juntas
Comp. Final
(kgf/cm2)
(kgf/cm2)
(kgf/cm2)
(kgf/cm2)
(kgf/cm2)
(kgf/cm2)
(kgf/cm2)
(kgf/cm2)
“centro”
3,60
4,25
2,60
2,10
3,00
1,00
1,35
1,20
“10”
3,45
0,80
1,00
1,50
1,60
0,70
0,95
0,80
“20”
1,00
0,20
0,45
0,50
0,40
0,15
0,20
0,20
Células
de Carga
151
Tabela 6.5– Avaliação das tensões transmitidas pelo revestimento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e modelo de
assentamento espinha de peixe, para os pontos de análise nas diferentes compactações realizadas
Espessura das PPC (mm) – Formato dos Blocos – Modelo de Assentamento
Posição
das
Células
80mm – Dentada –Espinha de Peixe
Sem Comp.
Comp. Inicial
2
Comp. e Selagem das Juntas
2
Compa. Final
2
Sem Comp.
2
Comp. Inicial
2
Comp. e Selagem das Juntas
2
Comp. Final
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm2)
“centro”
4,50
4,50
2,30
2,50
7,75
2,50
2,00
1,70
“10”
2,70
3,00
1,85
2,00
1,75
1,75
1,45
0,80
“20”
0,50
0,45
0,30
0,20
0,40
0,40
0,40
0,20
de Carga
2
80mm – Dentada –Espinha de Peixe
152
Peças de Formato Dentada
Peças de Formato Retangular
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
0
Experimentos de Transmissão de Esforços
"centro"
"10"
"20"
Figura 6.12– Influência da compactação na transmissão de esforços nos blocos de
60mm com modelo de assentamento fileira ou linear
Observações sobre as PPC de 60mm com modelo de assentamento linear:
•
Neste caso, nota-se que a compactação não exerce uma significativa influência
na transmissão de esforços para as peças dentadas no ponto denominado
“centro” (62,50%; 75%; 66,67% e 58,33%) o mesmo comentário cabe para o
ponto “20” (5,83%; 9,17%; 8,33% e 5,83%), entretanto para o ponto “10” a
diferença é bem mais significativa (41,67%; 50%, 38,33% e 25%);
•
Nas peças de formato retangular, também observa-se que a compactação exerce
uma significativa influência na transmissão de esforços. Vê-se que para o ponto
“centro” a compactação apresenta maior importância que para as demais
apresentando valores de transmissão de esforços, que variaram para cada etapa
de compactação, de: 79,17%; 96,67%; 50% e 60%. Para o ponto denominado
“10”: 12%, 26,6%; 16,6% e 16,6%, para o ponto “20”: 3,5%; 6,67%; 5% e 5%.
Para todos os pontos de tomada de dados a compactação final não teve
significância e ainda elevou a transmissão de esforços, em alguns casos.
153
•
Pode-se comentar também, que para os dois formatos de peças (dentadas e
retangular) o comportamento da transmissão de esforços ocorreu de maneira
semelhante. Primeiramente, ocorreu um acréscimo de tensões com a
compactação inicial, e posteriormente uma diminuição de transmissão de
esforços, com as compactações posteriores. Porém, para o ponto “centro” das
peças retangulares ocorreu um aumento significativo de tensões quando se
realizou a compactação final.
Peças de Formato Dentada
Peças de Formato Retangular
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
0
Experimentos de Transmissão de Esforços
"centro"
"10"
"20"
Figura 6.13- Influência da compactação na transmissão de esforços nos blocos de
80mm com modelo de assentamento fileira ou linear
Observações sobre as PPC de 80mm com modelo de assentamento linear:
•
Nas peças de formato dentada observa-se que ocorreu o mesmo comportamento
encontrado nas peças de 60mm com arranjo linear, ou seja com a compactação
inicial ocorreu um acréscimo das tensões transmitidas no “centro” de coleta de
dados, diminuindo progressivamente até a compactação final (60%; 70,8%;
43,33% e 35%). Nos pontos “10” e “20” não se verifica o mesmo efeito, as
tensões diminuem significativamente com a compactação inicial e após ocorre
154
um aumento destas com as demais compactações (57,5%; 13,3%; 16,7% e 25% para o ponto “10” e 16,6% 3,3% 7,5% e 8,3% -para o ponto “20”);
•
Nas peças de formato retangular, a compactação inicial é a que possui maior
influência para todos os pontos de coleta de dados, já as demais, não alteram
significativamente os resultados, acontecendo ainda um aumento, na
compactação e selagem das juntas, e novamente uma diminuição com a
compactação final (50%; 16%; 22,5% e 20% -para o “centro”; 26,7%; 11,7%;
15,8% e 13,3% -para “10” e 6,7%; 2,5%; 3,3% e 3,3% - para “20”).
Peças de Formato Dentada
Peças de Formato Retangular
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
0
Experimentos de Transmissão de Esforços
"centro"
"10"
"20"
Figura 6.14- Influência da compactação na transmissão de esforços nos blocos de
80mm com modelo de assentamento espinha de peixe
Observações sobre as PPC de 80mm com modelo de assentamento espinha de peixe:
•
Com a utilização das peças de formato dentada, a compactação inicial não tem
influência significativa na transmissão de esforços, porém, com a compactação e
selagem das junta os esforços transmitidos diminuíram, ocorrendo um pequeno
aumento na compactação final. Para o ponto de coleta de dados “20” a
diminuição da transmissão dos esforços diminui progressivamente com a
155
atuação das compactações (75%; 75%; 38,3% e 41,6% -“centro”; 45%; 50%;
30,8% e 33% -“10” e 8,3%; 7,5%; 5% e 3,3% -“20”);
•
Nas peças de formato retangular, as tensões vão diminuindo a cada etapa de
compactação, mostrando que com a utilização de peças retangulares a
compactação é de fundamental importância, para os pontos “centro” e “10”, para
o ponto “20” as tensões mantêm-se constantes até a compactação final, onde
ocorre uma minoração destas (79,2%; 41,7%; 33,3% e 28,3% -“centro”; 29,2%;
29,2%, 24,17% e 13,3% -“10” e 6,7%; 6,7%; 6,7% e 3,3% -“20”);
6.1.2
Influência da Espessura das Juntas na Transmissão de Esforços
Para verificação do comportamento da transmissão de tensões da camada de
revestimento para a camada de base de um pavimento intertravado, com espessura de
juntas, entre duas PPCs, variando de 2mm para 5mm, espessura utilizada para a
comparação referida, foram realizados oito experimentos, verificando, ainda, a
influência da compactação, nas peças de 80mm de espessura, no modelo de
assentamento linear, ou fileira, e nos formatos de blocos retangular e dentada.
Foram utilizados espaçadores plásticos de cerâmica para garantir a espessura proposta
para a realização destes experimentos. A Figura 6.15 mostra os espaçadores colocados
entre as peças para garantir o espaçamento requerido e a espessura das juntas após a
colocação dos blocos.
Pôde-se notar, nestes experimentos, que o intertravamento entre as peças ficou
prejudicado. Notava-se claramente o deslocamento entre os blocos vizinhos,
prejudicando principalmente o intertravamento rotacional, horizontal e o de giração. A
Figura 6.16 mostra o deslocamento entre as PPCs.
Os resultados de transmissão de esforços estão mostrados na Tabela 6.6, e as Figuras
6.17 e 6.18 apresentam as comparações realizadas entre as Tabelas 6.6 e 6.5.
156
(a) Espaçadores plásticos utilizados
(b) Aspecto das juntas após a
entre as peças
distribuição das PPCs
Figura 6.15– Aspectos do pavimento intertravado com a utilização de juntas de 5mm
Figura 6.16– Deslocamento das peças do pavimento intertravado com a utilização de
juntas de 5mm, após a realização de todas as etapas de compactação
157
Tabela 6.6– Avaliação das tensões transmitidas pelo revestimento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e modelo de
assentamento linear, para os pontos de análise nas diferentes compactações com a utilização de juntas de 5mm
Espessura das PPC (mm) – Formato dos Blocos – Modelo de Assentamento – Com Juntas de 5mm
Posição
das
Células
80mm – Dentada –Espinha de Peixe
Sem Comp.
Comp. Inicial
2
Comp. e Selagem das Juntas
2
Compa. Final
2
Sem Comp.
2
Comp. Inicial
2
Comp. e Selagem das Juntas
2
Comp. Final
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm )
(kgf/cm2)
“centro”
4,50
4,50
2,30
2,50
7,75
2,50
2,00
1,70
“10”
2,70
3,00
1,85
2,00
1,75
1,75
1,45
0,80
“20”
0,50
0,45
0,30
0,20
0,40
0,40
0,40
0,20
de Carga
2
80mm – Dentada –Espinha de Peixe
158
Juntas de 5mm entre as PPC
Juntas de 2mm entre as PPC
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
"centro"
"10"
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
0
"20"
Figura 6.17– Comparação da transmissão de esforços com espessuras de juntas de 2mm
e 5mm com peças de 80mm dentadas no modelo de assentamento linear
Observações sobre as PPC de 80mm, com formato dentada, no modelo de assentamento
linear:
•
Através deste experimento, comprova-se que o intertravamento e o espaçamento
das juntas são de fundamental importância para a transmissão de esforços. Não
ocorrendo o intertravamento, as tensões não são transmitidas de maneira
proporcional para os pontos de análise e ocorre uma concentração de esforços no
ponto abaixo do carregamento;
•
Nota-se, também, uma grande influência na espessura das juntas para a
transmissão de esforços no ponto de coleta denominado “centro”, que está
localizado na linha vertical da placa metálica abaixo das peças e do colchão de
areia. Os blocos de 80mm no arranjo linear com a utilização de juntas de 5mm
transmitiram para a base 100%; 95%; 66,7% e 50% dos esforços aplicados no
revestimento, em cada uma das compactações realizadas, enquanto a utilização
da juntas de 2mm transmitiram 60%; 70,8%; 43,33% e 35%.
159
•
Na célula de carga nos pontos “10” e “20” as tensões registradas foram menores
e aconteceu um decréscimo acentuado, o que vem a comprovar que a
transmissão de esforços ficou prejudicada, ocorrendo quase exclusivamente pelo
colchão de areia (25%; 16,7%; 16,7% e 16,7% - “10” e 6,7%; 6,7%; 8,3% e
8,3% - “20”);
•
Com a utilização das juntas de 2mm a transmissão de esforços ocorre de maneira
mais proporcional entre os pontos de análise para as diferentes compactações,
comprovando, assim, a eficácia do intertravamento das peças de concreto do
revestimento.
Juntas de 5mm entre as PPC
Juntas de 2mm entre as PPC
6
Pressão (kgf/cm^2)
5
4
3
2
1
"centro"
"10"
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
Após a
Compactação
Final
Após a
Compactação e
Selagem das
Juntas
Após a
Compactação
Inicial
Sem
Compactação
0
"20"
Figura 6.18– Comparação da transmissão de esforços com espessuras de juntas de 2mm
e 5mm com peças de 80mm retangulares no modelo de assentamento linear
Observações sobre as PPC de 80mm, com formato retangular, no modelo de
assentamento linear:
•
Através deste experimento, comprova-se, também, que o intertravamento e o
espaçamento das juntas é de fundamental importância para a transmissão de
esforços. Pois não ocorrendo o intertravamento, as tensões não são transmitidas
160
de maneira proporcional para os pontos de análise e ocorre uma concentração de
esforços no ponto abaixo do carregamento;
•
Verifica-se que a espessura das juntas possui grande influência para a
transmissão de esforços no ponto de coleta denominado “centro”. Os blocos de
80mm retangulares no arranjo linear com a utilização de juntas de 5mm
transmitiram para a base 93,3%; 75%; 58,3% e 50% dos esforços aplicados no
revestimento, em cada uma das compactações realizadas, enquanto a utilização
da juntas de 2mm transmitiram 79,2%; 41,7%; 33,3% e 28,3%;
•
Na célula de carga nos pontos “10” e “20” as tensões registradas foram menores
e aconteceu um decréscimo acentuado, o que vem a comprovar que a
transmissão de esforços ficou prejudicada, ocorrendo quase exclusivamente pelo
colchão de areia, não ocorrendo ainda uma variação significativa entre as
compactações exercidas ao pavimento mantendo-se quase que constantes
(21,7%; 21,7%; 23,33% e 21,7% - “10” e 6,7%; 6,7%; 6,7% e 5,8% - “20”);
•
Faz-se aqui o mesmo comentário feito anteriormente, com a utilização das juntas
de 2mm a transmissão de esforços ocorre de maneira mais proporcional entre os
pontos de análise para as diferentes compactações, comprovando, assim, a
eficácia do intertravamento das peças de concreto do revestimento.
6.1.3
Análise das tensões verticais transmitidas com o carregamento aplicado no
colchão de areia
Para a análise das tensões transmitidas pelo colchão de areia para a camada de base, foi
montado o experimento, conforme mostrado no capítulo 5, e após os ensaios realizados,
foram retiradas as peças de concreto e realizou-se o ensaio de transmissão de tensões
com o carregamento aplicado diretamente sobre o colchão de areia.
A Tabela 6.7 apresenta o resultado da transmissão de esforços com o carregamento
aplicado sobre o colchão de areia.
Pode-se notar que a tensão aplicada sobre o colchão de areia é totalmente transmitida
para a camada de base na célula “centro”, tendendo a diminuir conforme se afasta do
161
centro de aplicação do carregamento e chegando praticamente a zero quanto a leitura é
realizada a 20cm do centro de aplicação do carregamento.
Tabela 6.7- Avaliação das tensões transmitidas com o carregamento aplicado
diretamente sobre o colchão de areia
Posição de
Tensão
Célula de
Registrada
Carga
(kgf/cm2)
“centro”
6
“10”
4,55
“20”
0,05
Com isto, pode-se concluir que o colchão de areia não representa uma camada estrutural
para alivio de esforços, destinando-se somente ao assentamento das peças, para
nivelamento do revestimento e para o intertravamento dos blocos do revestimento do
pavimento intertravado.
6.2
Análise da Tensão Horizontal
Foram realizados alguns experimentos de transmissão de tensão horizontal entre duas
peças justapostas. Porém, devido ao tamanho da célula de carga e à dificuldade para se
retirar as peças após a compactação realizada, aliado a dificuldade da recolocação das
peças após o corte das mesmas, mantendo a compactação e a espessura das juntas antes
da realização dos ensaios, estas medidas foram suspensas.
Poucos resultados foram obtidos e estão apresentados na Tabela 6.8.
Não foi possível tirar conclusões satisfatórias dos ensaios realizados com o objetivo de
analisar a transmissão de tensões horizontais entre as peças. Porém, no caso da
continuidade desta pesquisa, deve-se tentar reproduzir estes ensaios, contudo deve-se
utilizar células de carga de menor dimensão e instalá-las antes da realização das
compactações, para que não seja necessário a retirada dos blocos para as leituras, e,
162
assim, não perder a compactação e nem a espessura das juntas, que são de fundamental
importância para a transmissão de esforços entre as PPCs.
Tabela 6.8– Tensões horizontais (kgf/cm2) transmitidas entre peças justapostas com
colchão de areia de 50mm
Modelo de
Espessura das PPC (mm) e Formato das Peças
60 –
60 -
Dentada
Retangular
Espinha de Peixe
0,10
0,09
Fileira, ou Linear
0,013
0,018
0,08
0,24
Trama
0,17
0,018
0,24
0,08
Assentamento
6.3
80 - Dentada
80 –
Retangular
Análise dos Dados de Deslocamento Vertical
Para a realização da investigação do comportamento dos deslocamentos do revestimento
de pavimentos intertravados, composto pelos arranjos, utilizou-se um LVDT acoplado
na posição vertical do CAM (“Crack Activity Meter”), apresentado no capítulo quatro, e
mediu-se o deslocamento da placa metálica em relação a um bloco lateral que não
estava sujeito ao carregamento. As medições foram realizadas em cinco aplicações
seguidas do carregamento na superfície do pavimento e foram determinados:
•
O deslocamento total após o primeiro carregamento;
•
O deslocamento elástico do primeiro carregamento;
•
O Deslocamento plástico total após o quinto carregamento;
•
O deslocamento elástico no quinto carregamento.
Os incrementos de carregamento aplicados sobre a placa metálica foram medidos por
uma célula de carga e eram levados até aproximadamente 6kgf/cm2, porém estes valores
nem sempre foram mantidos devido à aplicação manual do carregamento, o que
dificultou que a carga fosse exatamente a pretendida e em alguns casos esta foi
ultrapassada. As Tabelas 6.9. a 6.14 apresentam os valores de deslocamento analisados
no revestimento de PPC. As Figuras 6.19 a 6.24 apresentam graficamente os valores de
deslocamento medidos nos experimentos realizados.
163
Tabela 6.9 – Deslocamentos verticais da placa metálica em PPCs com formato dentado no arranjo espinha de peixe
Espessura das PPC (mm)
Colchão de 50mm
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Colchão de 75mm
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
0,44
0,21
0,30
0,18
0,35
0,18
0,26
0,18
0,45
0,23
0,30
0,20
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
40
0,83
0,33
0,68
0,32
60
0,57
0,23
0,43
0,25
Total (mm)
80
100
0,55
0,29
0,40
0,23
Desl. Plástico
Total (mm)
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
(mm)
164
Espessura das PPC (mm)
Tabela 6.10 – Deslocamentos verticais da placa metálica em PPCs com formato dentado no arranjo trama
Colchão de 50mm
Desl. Total no Desl. Elástico
40
60
80
100
Desl.
Colchão de 75mm
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
1º Carreg.
no 1º Carreg.
Plástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
Total (mm)
(mm)
(mm)
(mm)
0,33
0,80
0,44
0,51
0,13
0,34
0,42
0,22
0,37
0,68
0,10
0,40
0,10
0,38
0,40
0,20
0,50
0,20
0,25
0,24
0,09
0,17
Desl. Plástico
Total (mm)
0,37
0,13
0,20
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
(mm)
0,21
0,12
0,10
Tabela 6.11 – Deslocamentos verticais da placa metálica em PPCs com formato dentado no arranjo linear (fileira)
Espessura das PPC
(mm)
Colchão de 50mm
Desl. Total no Desl. Elástico
60
80
100
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
0,43
0,52
0,57
0,12
0,16
0,25
Desl. Plástico
Total (mm)
0,47
0,45
0,49
Colchão de 75mm
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
0,10
0,18
0,21
0,30
0,28
0,75
0,05
0,13
0,14
Desl. Plástico
Total (mm)
0,29
0,25
0,70
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
(mm)
0,08
0,09
0,24
165
Espessura das PPC (mm)
Tabela 6.12– Deslocamento verticais da placa metálica em PPC com formato retangular no arranjo espinha de peixe
Colchão de 50mm
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Colchão de 75mm
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
60
0,90
0,45
0,62
0,45
0,41
0,27
0,25
0,25
80
0,53
0,47
0,06
0,48
0,47
0,32
0,21
0,32
Total (mm)
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
Espessura das PPC (mm)
Tabela 6.13– Deslocamento verticais da placa metálica em PPC com formato retangular no arranjo trama
Colchão de 50mm
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Colchão de 75mm
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
60
0,29
0,11
0,30
0,14
0,89
0,38
0,63
0,41
80
0,82
0,19
0,81
0,19
0,51
0,21
0,30
0,33
Total (mm)
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
166
Espessura das PPC (mm)
Tabela 6.14– Deslocamento verticais da placa metálica em PPC com formato retangular no arranjo linear (fileira)
Colchão de 50mm
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Colchão de 75mm
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
60
0,57
0,25
1,21
0,29
0,37
0,05
0,33
0,12
80
1,13
0,21
1,16
0,17
0,3
0,22
0,12
0,22
Total (mm)
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
167
0,9
0,8
0,7
Deformação (mm)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Total no 1º
Carregamento,
Colchão de
Carregamento, Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Areia de 75mm
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 50mm
Colchão de
Colchão de
Areia de 75mm
Areia de 50mm Areia de 75mm Areia de 75mm
Areia de 50mm Areia de 50mm
40
60
80
100
Figura 6.19– Análise do deslocamento vertical, no arranjo espinha de peixe com peças
dentadas
Observações sobre os deslocamentos no Arranjo espinha de peixe com peças dentadas:
•
Com a utilização do colchão de areia de 50mm, observa-se uma diferença dos
deslocamentos, tanto plásticos como elásticos, com o aumento da espessura das
peças, tendo menores deslocamentos plásticos com as peças com 100mm e os
maiores com as peças de 40mm. Nos deslocamentos elásticos tem-se que com o
número de carregamentos aplicados, estas vão diminuindo e são menores para de
peças de maior espessura;
•
No colchão de areia de 75mm não se observou o mesmo comportamento, sendo
que os menores deslocamentos registrados estão nas peças de 80mm, nos
deslocamentos plásticos e elásticos. Vê-se também uma diminuição do
deslocamento elástico com o aumento do número de carregamentos. Ao
contrário do que se pensava, as peças de 100mm tiveram os maiores
deslocamentos registrados;
168
•
Os deslocamentos elásticos diminuem com o aumento do número de
carregamento impostos à superfície do pavimento em todas as espessuras de
PPCs;
•
Quando se comparam os deslocamentos, levando em conta os dois colchões de
areia utilizados, vê-se que a utilização do colchão de maior espessura conduziu a
menores deslocamentos para todos os casos estudados.
0,9
0,8
0,7
Deformação (mm)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Colchão de
Carregamento,
Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Carregamento, Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 75mm
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 50mm
Areia de 50mm Areia de 50mm
Areia de 50mm Areia de 75mm Areia de 75mm
Areia de 75mm
40
60
80
100
Figura 6.20– Análise do deslocamento vertical, no modelo de assentamento trama com
peças dentadas
Observações sobre os deslocamentos no
Modelo de assentamento trama com a
utilização de peças dentadas:
•
As peças de 60mm tiveram os maiores deslocamentos plásticos, tanto com a
utilização de colchão de areia de 50mm como o de 75mm;
•
As PPC de 40mm obtiveram bons resultados quando comparadas com as demais
espessuras, tendo deslocamentos plásticos menores que as demais espessuras de
peças, tanto no primeiro quanto no último carregamento aplicado. Os
169
deslocamentos elásticos foram também menores que os demais, em ambos os
casos;
•
Vê-se, novamente, que os deslocamentos medidos foram menores com a
utilização do colchão de areia de 75mm;
•
Pode-se relatar, também, que os deslocamentos elásticos tendem a diminuir com
o número de carregamentos impostos ao pavimento;
0,9
0,8
0,7
Deformação (mm)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Total no 1º
Carregamento,
Colchão de
Carregamento, Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Areia de 75mm
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 50mm
Colchão de
Colchão de
Areia de 75mm
Areia de 50mm Areia de 75mm Areia de 75mm
Areia de 50mm Areia de 50mm
60
80
100
Figura 6.21- Análise do deslocamento vertical, no modelo de assentamento linear, ou
fileira, com peças dentadas
Observações sobre os deslocamentos no Modelo de assentamento linear com a
utilização de peças dentadas:
•
As peças de 100mm apresentaram os maiores deslocamentos registrados em
todos os experimentos realizados. Observa-se também que para o deslocamento
total após o primeiro carregamento e para o deslocamento plástico após o quinto
carregamento o colchão de areia de 75mm apresentou os maiores
deslocamentos. O mesmo comportamento não é observado para os
deslocamentos elásticos medidos, que apresentaram valores de menor grandeza
170
no primeiro carregamento para o colchão de areia de 75mm e valores maiores no
quinto carregamento no colchão de 75mm;
•
No colchão de areia de 50mm, o deslocamento elástico tende a diminuir com o
aumento do número de carregamentos aplicados. O colchão de areia de 75mm
apresentou um aumento do deslocamento elástico para as peças de 60 e 100mm,
ao contrario do acontecido com as peças de 80mm;
1,4
1,2
Deformação (mm)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Carregamento, Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Carregamento,
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 50mm
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 75mm
Areia de 75mm
Areia de 50mm Areia de 50mm
Areia de 50mm Areia de 75mm Areia de 75mm
60
80
Figura 6.22- Análise do deslocamento vertical, no modelo de assentamento fileira com
peças retangulares
Observações sobre os deslocamentos no Modelo de assentamento linear com a
utilização de peças retangulares:
•
Os deslocamentos elásticos aumentaram para as peças de 60mm e diminuíram
para as peças de 80mm no colchão de areia de 50mm. No colchão de areia de
75mm ocorreu ao contrário, nas peças de 60mm aumentaram os deslocamentos
elásticos e manteve-se a mesma para as peças de 80mm;
•
Os deslocamentos plásticos, com o colchão de areia de 50mm foram superiores
as encontradas com o colchão de 75mm para ambas as espessuras de peças;
171
•
As peças de 80mm apresentaram menores deslocamentos plásticos para ambas
as espessuras do colchão de areia;
•
No colchão de areia de 50mm a deformação total encontrada para a primeira
aplicação do carregamento foi maior nos blocos de 80mm, com a utilização do
colchão de maior espessura (75mm) as PPC de 60mm apresentaram maiores
deformações totais no primeiro ciclo de carregamento;
1,4
1,2
Deformação (mm)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Colchão de
Carregamento, Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Carregamento,
Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Colchão de
Areia de 50mm
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 75mm
Colchão de
Areia de 75mm
Areia de 50mm Areia de 50mm
Areia de 50mm Areia de 75mm Areia de 75mm
60
80
Figura 6.23- Análise do deslocamento vertical no modelo de assentamento trama com
peças retangulares
Observações sobre os deslocamentos no Modelo de assentamento trama com a
utilização de peças retangulares:
•
Com a utilização do colchão de areia de 50mm, os deslocamentos encontrados
foram maiores nos blocos de 80mm, com o colchão de areia de 75mm os
deslocamentos são maiores em peças de 60mm;
•
No colchão de areia de 75mm, os deslocamentos elásticos tendem a aumentar
quando se passa do primeiro para o quinto ciclo de aplicação do carregamento.
172
No colchão de areia de 50mm os deslocamentos elásticos tendem a uma
estabilização para as PPC de 80mm e um aumento para as PPC de 60mm
•
Os deslocamentos plásticos totais no colchão de areia de 50mm, se apresentaram
menores que com a utilização do colchão de 75mm;
•
As peças de 80mm obtiveram menores deslocamentos elásticos com a utilização
do colchão de areia de 50mm, porém maiores deslocamentos plásticos e um
maior deslocamento no primeiro ciclo de carregamento
•
As peças de 60mm menores deslocamentos elásticos e plásticos com o colchão
de areia de 50mm.
1,4
1,2
Deformação (mm)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Deformação
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Total no 1º
Elástica no 1º Plástica Total, Elástica no 5º
Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Carregamento, Carregamento, Carregamento,
Colchão de
Carregamento,
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 75mm
Colchão de
Colchão de
Colchão de
Areia de 50mm
Areia de 50mm Areia de 50mm
Areia de 50mm Areia de 75mm Areia de 75mm
Areia de 75mm
60
80
Figura 6.24- Análise do deslocamento vertical no modelo de assentamento espinha de
peixe com peças retangulares
Observações sobre os deslocamentos no Modelo de assentamento espinha de peixe com
a utilização de peças retangulares:
•
Os blocos de 80mm obtiveram melhor comportamento com a utilização do
colchão de areia de 75mm, para os deslocamentos elásticos medidos tanto no
último quanto no primeiro carregamento, para o deslocamento plástico total, as
173
peças de 80mm apresentaram melhor comportamento com colchão de areia de
50mm;
•
As peças de 60mm, ao contrário das outras análises, tiveram melhores resultados
de deslocamento com o colchão de areia de 75mm, tanto para os deslocamentos
elásticos quanto para o plástico e o total no primeiro carregamento;
•
Em ambas as espessuras do colchão de areia, as peças de 80mm tiveram
menores deslocamentos plásticos totais após o quinto carregamento;
6.3.1
Influência da Compactação no Deslocamento Vertical
Para analisar a influência da compactação, realizada nas peças de concreto do
revestimento do painel experimental de pavimentos intertravados, foram realizados
alguns ensaios de deslocamento antes da realização das compactações e após cada uma
das fases de compactação que o pavimento foi submetido (compactação inicial,
compactação e selagem das juntas e compactação final), conforme detalhado no capítulo
cinco.
Para tanto, foram realizados vinte e quatro experimentos, divididos nos blocos de 60 e
80mm de espessura e com a utilização do colchão de areia de 75mm. As peças de 100 e
de 40mm, bem como a utilização do colchão de areia de 50mm, para os blocos de 40,
60, 80 e 100mm, não foram submetidos a estes experimentos. Os blocos de 80mm de
espessura foram ensaiados no modelo de assentamento espinha de peixe e linear, com
formato de peças retangular e dentada, já os blocos de 60mm foram ensaiados apenas no
arranjo de assentamento fileira com peças dentadas e retangulares.
As Tabelas 6.15 a 6.17, apresentam os valores de deslocamento da placa metálica nas
diferentes compactações realizadas e as Figuras 6.24 a 6.27 apresentam os resultados
destas tabelas.
174
Tabela 6.15- Avaliação do deslocamento de PPC de 60mm, com colchão de areia de 75mm e no modelo de assentamento linear, ou fileira,
nas diferentes compactações realizadas
Antes da Compactação Inicial
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Após a Compactação Inicial
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
Espessura (mm) –
1º Carreg.
no 1º Carreg.
Formato das Peças
(mm)
(mm)
60 - Retangular
5,9
0,24
5,9
0
1
0,41
0,99
0,21
60 - Dentada
3,14
0,36
3,53
0,32
0,56
0,29
0,30
0,31
Total (mm)
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
Após a compactação Final
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
60 - Retangular
0,29
0,27
0,1
0,21
0,37
0,05
0,33
0,12
60 - Dentada
0,13
0,07
0,11
0,07
0,30
0,05
0,30
0,08
Total (mm)
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
175
Tabela 6.16- Avaliação do deslocamento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e no modelo de assentamento linear, ou fileira,
nas diferentes compactações realizadas
Antes da Compactação Inicial
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Após a Compactação Inicial
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
Espessura (mm) –
1º Carreg.
no 1º Carreg.
Formato das Peças
(mm)
(mm)
80 - Retangular
5,46
0,78
5,05
0,59
0,44
0,33
0,19
0,32
80 - Dentada
5,01
0,6
5,81
0,35
0,70
0,20
0,66
0,17
Total (mm)
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
Após a compactação Final
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
80 - Retangular
1,35
0,32
1,07
0,33
0,30
0,23
0,11
0,23
80 - Dentada
0,32
0,15
0,28
0,10
0,28
0,13
0,25
0,10
Total (mm)
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
176
Tabela 6.17- Avaliação do deslocamento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e no modelo de assentamento espinha de peixe
nas diferentes compactações realizadas
Antes da Compactação Inicial
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Após a Compactação Inicial
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
Espessura (mm) –
1º Carreg.
no 1º Carreg.
Formato das Peças
(mm)
(mm)
80 - Retangular
7,37
0,37
7,39
0,68
1,12
0,60
0,65
0,63
80 - Dentada
2,64
0,44
2,68
0,46
0,64
0,30
0,51
0,30
Total (mm)
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
Após a compactação Final
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
80 - Retangular
0,58
0,38
0,27
0,39
0,47
0,32
0,21
0,32
80 - Dentada
0,34
0,19
0,21
0,17
0,36
0,19
0,26
0,18
Total (mm)
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
177
Peças Retangulares
Peças Dentadas
7
6
Deformação (mm)
5
4
3
2
1
0
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Sem Compactação
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Após a Compactação Inicial
Após a Compactação Final
Figura 6.25– Influência da compactação nos deslocamentos com a utilização de blocos
de 60mm, no modelo de assentamento linear
Blocos de 60mm no modelo de assentamento linear:
•
Verifica-se que a compactação inicial é de fundamental importância para a
estabilização do deslocamento vertical total no primeiro carregamento e no
deslocamento plástico quando da utilização peças retangulares e dentadas;
•
No deslocamento elástico não se verifica uma influência tão acentuada como no
deslocamento plástico, devido a acomodação dos grãos da areia ocasionado pelo
carregamento imposto ao pavimento;
•
Nos experimentos realizados após a compactação inicial, verifica-se uma grande
atenuação dos deslocamentos, que, ainda, tendem a diminuir com a compactação
e selagem das juntas;
•
Quando da compactação final, os deslocamentos elásticos tendem a diminuir,
porém os deslocamentos totais e o deslocamento plástico total tendem a
aumentar;
178
Peças Retangulares
Peças Dentadas
7
6
Deformação (mm)
5
4
3
2
1
0
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Sem Compactação
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Após a Compactação Inicial
Após a Compactação Final
Figura 6.26– Influência da compactação no deslocamento com a utilização de blocos de
80mm, no modelo de assentamento linear
Blocos de 80mm no modelo de assentamento linear:
•
Pode-se relatar que, como no caso anterior, a compactação inicial, submetida ao
pavimento, começa a estabilizar os deslocamentos, diminuindo-as, de modo
expressivo;
•
Nas peças retangulares, a seqüência de compactação estabelecida, estabiliza e
diminui todas os deslocamentos medidos, ocorrendo uma diminuição substancial
na compactação inicial e menos acentuada para cada uma das demais;
•
Nas peças dentadas, a compactação inicial continua sendo de vital importância
para a atenuação dos deslocamentos, porém com a compactação e selagem das
juntas ocorre um aumento do deslocamento total no primeiro carregamento e no
deslocamento plástico total pós o quinto carregamento, voltando a diminuir após
a compactação final.
179
Peças Retangulares
Peças Dentadas
8
7
Deformação (mm)
6
5
4
3
2
1
0
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Sem Compactação
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Após a Compactação Inicial
Após a Compactação Final
Figura 6.27– Influência da compactação nos deslocamentos com a utilização de blocos
de 80mm, no modelo de assentamento espinha de peixe
Blocos de 80mm no modelo de assentamento espinha de peixe:
•
O deslocamento total no primeiro carregamento e o deslocamento plástico total
após o quinto carregamento, nas peças dentadas, são mais influenciados pela
compactação, isto é, com o aumento do número de compactações, estes vão
diminuindo. O mesmo ocorre nas peças retangulares, porém, não tão
significativamente;
•
Verifica-se o melhor comportamento das peças retangulares quando comparados
os deslocamentos em todos os estágios de compactação;
•
Nas peças dentadas, com o aumento da compactação, os deslocamentos vão
estabilizando e diminuindo progressivamente;
Segundo SACKEL (1990), as deformações elásticas tendem a diminuir e estabilizar
com a passagem progressiva do tráfego sob o revestimento do pavimento intertravado.
Como o objetivo do maior número de compactações era estabilizar e diminuir as
deformações elásticas do pavimento, procurando simular o efeito da passagem do
180
tráfego sob o pavimento, verifica-se que este objetivo foi alcançado, pois em todos os
experimentos os deslocamentos medidos foram se estabilizando e diminuindo conforme
implementava-se as compactações.
6.3.2
Influência da Espessura das Juntas no Deslocamento Vertical
Para verificação do comportamento dos deslocamentos da placa metálica instalada sob o
revestimento de um pavimento intertravado, com espessura de juntas, entre duas PPCs,
variando de 2mm (tamanho recomendado) para 5mm, espessura utilizada para a
comparação referida, foram realizados oito experimentos, verificando, ainda, a
influência da compactação. Os experimentos foram realizados nas peças de 80mm de
espessura com modelo de assentamento linear, ou fileira, e nos formatos de blocos
retangular e dentada.
Os comentários sobre os espaçadores utilizados e dos defeitos causados pelo
espaçamento superior ao recomendado podem ser observados no item 6.1.3. A Tabela
6.10 apresenta os resultados de deformação com a variação das espessuras das juntas de
2mm e 5mm e as Figuras 6.28 e 6.29 apresentam os resultados obtidos com a variação
das diferentes espessuras de juntas
.
181
Tabela 6.18- Avaliação do deslocamento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e no modelo de assentamento fileira, ou linear,
com diferentes espessuras de junta, nas diferentes compactações realizadas
Antes da Compactação Inicial
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Após a Compactação Inicial
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
Espessura (mm) –
1º Carreg.
no 1º Carreg.
Formato das Peças
(mm)
(mm)
– Espessura das
80 – Retangular –2
Juntas (mm)
80 – Dentada - 2
5,46
0,78
5,05
0,59
0,44
0,33
0,19
0,32
5,01
0,6
5,81
0,35
0,70
0,20
0,66
0,17
80 – Retangular –5
5,81
0,00
5,81
0,00
0,63
0,32
0,45
0,34
80 – Dentada - 5
4,03
1,02
3,87
0,82
0,82
0,32
0,63
0,37
Total (mm)
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Desl. Total no Desl. Elástico
Desl. Plástico
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
Após a compactação Final
Desl. Elástico Desl. Total no
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
(mm)
Desl. Plástico
Desl. Elástico
1º Carreg.
no 1º Carreg.
(mm)
(mm)
80 – Retangular –2
1,35
0,32
1,07
0,33
0,30
0,23
0,11
0,23
80 – Dentada - 2
0,32
0,15
0,28
0,10
0,28
0,13
0,25
0,10
80 – Retangular –5
0,67
0,26
0,50
0,23
0,63
0,22
0,51
0,25
80 – Dentada - 5
0,40
0,24
0,22
0,28
0,32
0,15
0,20
0,15
Total (mm)
Total (mm)
no 5° Carreg.
(mm)
182
.
Juntas de 2mm
Juntas de 5mm
7
6
Deformação (mm)
5
4
3
2
1
0
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Sem Compactação
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Após a Compactação Inicial
Após a Compactação Final
Figura 6.28– Influência da compactação e da espessura das juntas nos deslocamentos,
com utilização de blocos de 80mm de formato dentada, no arranjo linear
.
Juntas de 2mm
Juntas de 5mm
7
6
Deformação (mm)
5
4
3
2
1
0
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Sem Compactação
Após a Compactação e Selagem das Juntas
Deformação
Total no 1º
Carregamento
Deformação
Elástica no 1º
Carregamento
Deformação
Plástica Total
Deformação
Elástica no 5º
Carregamento
Após a Compactação Inicial
Após a Compactação Final
Figura 6.29– Influência da compactação e da espessura das juntas nos deslocamentos,
com utilização de blocos de 80mm, formato retangular, no linear
183
Influência da espessura das juntas nas peças de 80mm no modelo de assentamento
linear e espinha de peixe:
•
Pode-se notar que a espessura das juntas não veio a comprometer o desempenho
do pavimento intertravado nas configurações analisadas, pois apesar dos
deslocamentos maiores encontrados, para ambos os casos estudados, estes não
foram de grande relevância;
•
Na utilização de peças retangulares, verificou-se a inexistência de deslocamentos
elásticos, antes da compactação, o ocorrido deve-se a acomodação da areia nos
primeiros carregamentos;
•
Ainda deve-se relatar que os deslocamentos no pavimento com juntas de 5mm
diminuem e tendem a estabilizar com as compactações exercidas.
6.3.3
Análise dos deslocamentos verticais com o carregamento aplicado no
colchão de areia
Para a análise das deformações do colchão de areia com a carga aplicada diretamente
sobre ele, foi montado o experimento, conforme mostrado no capítulo quatro, e após os
ensaios realizados, foram retiradas as peças de concreto e realizou-se o ensaio de
deformação.
Os resultados dos deslocamentos encontrados estão apresentados na Tabela 6.19. A
Figura 6.30 apresenta os resultados da deformação sob as cargas repetidas aplicadas
sobre o colchão de areia.
Tabela 6.19- Avaliação dos deslocamentos com o carregamento aplicado diretamente
sobre o colchão de areia
Desl. Total no Desl. Elástico
1º
Carreg. no 1º Carreg.
(mm)
2,11
(mm)
0,72
Desl. Plástico
Total (mm)
1,19
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
(mm)
0,86
184
2.5
2
Deformação (mm)
1.5
1
0.5
0
0
50
100
150
200
250
-0.5
Tempo (s)
Figura 6.30 – Deslocamentos encontrados com o carregamento aplicado diretamente
sobre o colchão de areia
Quando se aplica o carregamento diretamente sobre o colchão de areia nota-se que as
deformações são superiores às encontradas quando o carregamento é aplicado sobre as
peças de concreto. Os deslocamentos encontrados tendem a diminuir conforme se
aumenta o número de repetições do carregamento. Isto pode ser devido a acomodação
de areia do colchão, o que pode vir a confirmar, com um maior número de aplicações de
ciclos, que as deformações tendem a diminuir nos primeiros anos de utilização de um
pavimento intertravado, conforme os relatos de várias referências.
6.4
Análise Numérica
Foi realizada uma análise numérica exploratória no intuito de verificar se seria possível
obter uma comparação razoável entre as tensões medidas nos experimentos e as
calculadas com a utilização de um programa de uso corrente em análise de estruturas de
pavimentos flexíveis, já que a revisão bibliográfica indica ser esta a modelagem a ser
aplicada na análise de pavimentos de PPCs. As tensões transmitidas do revestimento
para a camada de base dos ensaios realizados no painel experimental foram comparadas
185
com as calculadas utilizando o programa de cálculo de tensões e de deformações
FEPAVE2, descrito por MOTTA (1991), SILVA (1995) e MEDINA (1997). Este
programa computacional é capaz de analisar o comportamento elástico não-linear dos
materiais das camadas granulares e coesivas dos pavimentos. Ainda, é possível analisar
a variação do módulo dos materiais ao longo da espessura da camada, o que foi
utilizado para a camada de areia de apoio. Mas foram adotados módulos constantes para
as camadas de colchão de areia e do revestimento de blocos de concreto que
compunham o painel experimental.
O FEPAVE2 é um programa na linguagem Fortran desenvolvido na Universidade de
Berkeley em 1965. Ele foi doado à COPPE em 1973 e tem sido utilizado para estudos
de estruturas reais e fictícias em várias teses de mestrado e doutorado, contribuindo nos
cálculos necessários à Mecânica dos Pavimentos. Segundo SILVA (1995), o FEPAVE2
calcula os deslocamentos, deformações e tensões a partir da técnica de elementos finitos
em estruturas de pavimentos idealizadas como assimétricas.
O processo de análise envolveu variações dos módulos adotados para cada estrutura
construída no painel experimental e tornou-se um processo repetitivo que foi resolvido
por uma rotina computacional, na qual variavam-se o módulo da camada de
revestimento, composto por PPCs, e do colchão de areia e liam-se as tensões calculada
pelo programa na linha onde estava instalada a célula de carga denominada “centro” e
“10” para as espessuras de blocos utilizadas, até obter uma concordância razoável entre
os valores medidos e calculados. Esta análise foi realizada somente para algumas
estruturas estudadas na fase experimental a titulo de investigação preliminar. Os dados
de entrada do programa FEPAVE2, nestas análises, foram:
•
Raio da placa rígida carregada = 0,09m;
•
Pressão na área carregada = 6kgf/cm2;
•
Número de camadas = 3 (revestimento, colchão de areia e areia de quartzo);
•
Coeficientes de Poisson:
ƒ
0,30 para o revestimento;
ƒ
0,35 para as demais camadas.
186
•
Foi adotado o modelo de comportamento de módulo constante para as camadas
de revestimento, variando o mesmo, em função da espessura das PPCs, de
40.000 a 1.000 kgf/cm2.;
•
Foram utilizados valores de módulo constante para a camada de areia e iguais a
2000, 1500, 1000 e 500kgf/cm2, para as interações realizadas;
•
Para a camada de areia de quartzo foi utilizada a expressão de módulo em
relação a σD, proposto por MEDINA (1997) para areia de duna:
ƒ
MR = 9512 x σD0,75 (MPa).
Na análise computacional, foram estabelecidos alguns valores de módulos de resiliência
para a camada de revestimento do painel experimental até uma concordância razoável
entre as tensões calculadas e medidas. A Tabela 6.20 apresenta os valores de módulos
de entrada do FAPEVE2 e os valores de tensão calculados pelo programa, para a
verificação das tensões transmitidas pelo revestimento composto por blocos de 100mm,
nas Tabela 6.21 e 6.22 estão apresentados os valores para as PPCs de 80, 60mm,
respectivamente. Esses valores são aqueles que levaram à maior aproximação entre os
valores de tensão calculados com o FEPAVE2 e os medidos no Setor de Modelos
Físicos e os módulos de resiliência correspondentes.
Os valores de Coeficiente de Poisson utilizados para calcular as tensões para as
espessuras de PPCs de 100, 80 e 60mm (0,30 para o revestimento e 0,35 para as demais
camadas) não foram adequados para determinar as tensões transmitidas no laboratório
pelas PPCs de 40mm. Procurou-se , então, outros valores de Coeficiente de Poisson
para as camadas que viessem a aproximar mais as tensões calculada das medidas
transmitidas por estas peças. Os valores deste coeficientes foram:
•
Para a camada de revestimento: 0,30 e 0,35;
•
Para a camada de colchão de areia: 0,40 e 0,45;
•
Para a camada de areia de quartzo: 0,40.
187
Tabela 6.20 - Tensões transmitidas pelo revestimento de PPCs de 100mm, lidas no
Setor de Modelos Físicos e as analisadas pelo FEPAV2 (kgf/cm2)
Tensão Vertical Lida no Setor de Modelos Físicos
Modelos de Assentamento
Posição das Células de Carga (kgf/cm2)
“centro”
“10”
Espinha de Peixe
1,2
0,7
Trama
2,1
0,9
Linear ou Fileira
1,5
0,9
Tensão Vertical Calculadas pelo FEPAV2
Módulos das Camadas (kgf/cm2)
Tensões Calculadas (kgf/cm2)
PPC
Colchão de Areia
“centro”
“10cm”
40.000
2.000
1,14
0,72
20.000
2.000
1,54
0,89
10.000
2.000
1,90
0.99
Tabela 6.21 - Tensões transmitidas pelo revestimento de PPCs de 80mm, lidas no Setor
de Modelos Físicos e as analisadas pelo FEPAV2 (kgf/cm2)
Tensão Vertical Lida no Setor de Modelos Físicos
Modelos de Assentamento
Posição das Células de Carga (kgf/cm2)
“centro”
“10”
Espinha de Peixe
1,7
0,8
Trama
2,1
0,9
Linear ou Fileira
1,2
0,8
Tensão Vertical Calculadas pelo FEPAV2
Módulos das Camadas (kgf/cm2)
Tensões Calculadas (kgf/cm2)
PPC
Colchão de Areia
“centro”
“10cm”
50.000
2.500
1,4
0,82
15.000
500
1,67
1,01
10.000
500
1,96
1,10
188
Tabela 6.22 - Tensões transmitidas pelo revestimento de PPCs de 60mm, lidas no Setor
de Modelos Físicos e as analisadas pelo FEPAV2 (kgf/cm2)
Tensão Vertical Lida no Setor de Modelos Físicos
Posição das Células de Carga (kgf/cm2)
Modelos de Assentamento
“centro”
“10”
Espinha de Peixe
2,4
0,8
Trama
2,3
1,5
Linear ou Fileira
3,3
2,0
Tensão Vertical Calculadas pelo FEPAV2
Módulos das Camadas (kgf/cm2)
Tensões Calculadas (kgf/cm2)
PPC
Colchão de Areia
“centro”
“10cm”
25.000
2.000
2,46
1,167
30.000
2.000
2,317
1,130
7.500
1.000
3,225
1,560
Tabela 6.23 - Tensões transmitidas pelo revestimento de PPCs de 40mm, lidas no Setor
de Modelos Físicos e as analisadas pelo FEPAV2 (kgf/cm2)
Tensão Vertical Lida no Setor de Modelos Físicos
Posição das Células de Carga (kgf/cm2)
Modelos de Assentamento
“centro”
“10”
Espinha de Peixe
5,0
4,2
Trama
5,4
2,7
Tensão Vertical Calculadas pelo FEPAV2
Módulos (kgf/cm2) e Coeficientes de
Poisson
Tensões Calculadas (kgf/cm2)
PPC
µ
C. A.
µ
“centro”
“10cm”
1.500
0,30
500
0,35
5,025
1,455
1.500
0,35
500
0,40
5,305
1,851
1.500
0,35
500
0,45
5,554
1,889
189
Apesar da utilização de valores de Coeficientes de Poisson maiores e de módulos
resilientes mais baixos para as camadas de blocos de concreto de 40mm e do colchão de
areia, não se conseguiu reproduzir os valores de tensões encontrados no laboratório para
a célula de carga instalada na posição “10”. Na Tabela 6.23, estão apresentados os
valores de tensões e de seus respectivos módulos, para as camadas de revestimento e de
colchão de areia, com os valores de tensões calculadas pelo FEPAVE2 e lidas pelos
instrumentos no Setor de Modelos Físicos.
6.4.1
Considerações Finais da Análise Numérica
Nota-se tendência dos valores de módulos para as PPCs de diferentes espessuras
diminuírem proporcionalmente com a espessura das peças, diferentemente da
modelagem usual do comportamento das misturas asfálticas, onde os módulos são
determinados para a mistura correspondente, não levando em conta a espessura da
camada em si.
Para as peças de 40mm, os valores de módulos são relativamente baixos quando
comparados às outras espessuras utilizadas de PPCs, assim como os valores de
Coeficiente de Poisson tiveram que ser aumentados para atingir os valores de tensão
lidos pela célula de carga central.
Foi analisada a influência da rigidez das paredes que compõem a estrutura do painel
experimental, através da limitação da malha de elementos finitos na fronteira das
paredes de concreto do painel, e notou-se que estas não influenciaram na análise da
transmissão de tensões para os pontos estudados.
Conclui-se que é possível modelar uma estrutura de pavimento intertravado com um
programa usualmente empregado para analisar pavimentos asfálticos e que a ordem de
grandeza dos módulos de resiliência da camada de PPC se aproxima da dos empregados
para misturas asfálticas convencionais em alguns casos, mas tem grande influência da
rigidez do sistema como um todo, rigidez esta proveniente (e variável) da espessura e
arranjo das peças e também da deformabilidade das camadas inferiores.
190
Outros programas de análise de tensões de uso corrente para pavimentos asfálticos
podem ser testados com os dados obtidos do painel para checar o que melhor se
aplicaria a estas análises.
191
7
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS DO
TRECHO EXPERIMENTAL
7.1
Avaliação do Desempenho do Trecho Experimental de Cantagalo
A avaliação do trecho experimental de pavimento intertravado consistiu na realização
de avaliações estruturais e funcionais ao longo da via, uma vez que estas avaliações são
de vital importância para a definição e a caracterização do desempenho da estrutura e da
camada de rolamento do pavimento em questão.
Foram realizados alguns ensaios para a avaliação do trecho experimental de pavimentos
intertravados construído em Cantagalo – RJ, estes ensaios foram realizados com o
objetivo de acompanhar o desempenho das diferentes estruturas que compõem os
subtrechos, para futuramente se ter a evolução de avaliação dos parâmetros
relacionados.
Os ensaios foram realizados em duas datas distintas, defasadas de um ano, abril de 2004
e no mesmo mês do ano de 2005. Foram realizados ensaios de deflexão, utilizando a
viga Benkelman convencional e a eletrônica, ensaios de resistência à derrapagem,
utilizando o Pêndulo Britânico, e ensaios de drenabilidade.
7.1.1
Ensaios Deflectométricos Realizados no Trecho Experimental
Os ensaios deflectométricos foram realizados com o intuito de tentar caracterizar a
condição estrutural das camadas constituintes do pavimento. Em um primeiro momento,
foi utilizada a viga Benkelman convencional para a medição de deflexões máximas em
todos os subtrechos de PPCs. Na segunda etapa de levantamentos, foram realizados
ensaios com a utilização da viga Benkelman eletrônica, que permite, além da
verificação da deflexão máxima, a definição da bacia deflectométrica e dos demais
dados, obtidos através destes ensaios, com maior exatidão (D0 e Rc).
192
Torna-se, mais uma vez, importante fazer alguns comentários sobre a utilização da viga
Benkelman, tanto a convencional como a automatizada, em pavimentos intertravados.
Descrevem-se aqui algumas considerações sobre a medida das deflexões em
pavimentos, com o revestimento constituído por blocos de concreto, que são:
•
Primeiramente, deve-se ter muita atenção sobre a escolha do local de colocação
da ponta de prova, uma vez que, se colocado sobre um bloco solto, este pode
influenciar negativamente os resultados, aumentando significativamente a
deflexão;
•
Se possível, repetir mais de uma vez o ensaio no mesmo ponto, pois a posição
do conjunto de rodas do eixo pode afetar a leitura da deflexão. Devido à
influência da posição dos pneus em relação aos blocos, quando o conjunto pode
estar apoiado inteiramente sobre o bloco, apenas uma das rodas pode estar
apoiada sobre o bloco e quando nenhuma das rodas está apoiada sobre o bloco
em que está colocada a ponta de prova, este cuidado deve ser tomado
principalmente em peças com espessuras de 60 e 80mm, devido às suas menores
dimensões;
•
Não se deve colocar a ponta de prova sobre uma junta entre os blocos, pois,
devido a pequena movimentação existente, o resultado do ensaio pode ser
mascarado. Quando da realização destes ensaios no trecho experimental,
observou-se que, quando se tinha esta situação, não se observava movimentação
do extensômetro, o que acarretava a não validação do ensaio, pois se obtinha
valores muito reduzidos ou iguais a zero para as deflexões;
•
Por último, e não menos importante, sempre que possível posicionar a ponta de
prova no meio do bloco, para diminuir a influências do posicionamento da ponta
de prova e dos pneus citados anteriormente.
Os primeiros resultados referentes aos ensaios realizados com a viga Benkelman,
efetuados em abril de 2004, estão apresentados na Tabela 7.1.
193
Tabela 7.1– Deflexões máximas obtidas nos ensaios realizados nas primeiras avaliações
no mês de abril de 2004
Deflexões Máximas Obtidas nos Ensaios (x10-2mm)
Espessura
das PPCs
1ª. leitura
2ª. leitura
3ª. Leitura
4ª. leitura
5ª. leitura
Média
40
82
82
50
34
32
56
60
52
50
36
36
30
40.8
80
60
56
40
24
22
40.4
100
42
40
36
20
20
31.6
(mm)
Nos ensaios realizados na primeira avaliação estrutural, não foram medidos o raio de
curvatura e as bacias de deflexão, sendo determinada apenas a deflexão máxima.
Apenas nos ensaios realizados com a viga eletrônica foram determinados estes
parâmetros. A Figura 7.1 mostra as bacias de deflexão encontradas nos ensaios
realizados com a viga Benkelman eletrônica e na Tabela 7.2 estão apresentados os
resultados referentes às avaliações realizadas em abril de 2005, um ano após a primeira
avaliação.
No caso das medidas efetuadas com a viga Benkelman eletrônica e a convencional, D0,
RC e bacia de deflexão, vale lembrar que além das espessuras das PPC serem diferentes
variou-se também a espessura da base cimentada em cada um dos sub-trechos.
Tabela 7.2– Determinação dos parâmetros relacionados à viga Benkelman
Subtrechos
D0 (x10-2mm)
D25 (x10-2mm)
RC (m)
PPC 40
27
19
390,7
PPC 60
48
38
312,5
PPC 80
39
24
208,3
PPC 100
24
12
260,4
194
Distância (mm)
-0,1
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
0
Deflexão (mm)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
PPC de 40mm
PPC de 60mm
PPC de 80mm
PPC de 100mm
Figura 7.1– Bacias de deflexão determinadas com a viga Benkelman eletrônica
7.1.2
Ensaios de Resistência à Derrapagem Realizados no Trecho Experimental
Simplificadamente, o procedimento do Ensaio da ABNT (1993) consiste em:
•
Monta-se o equipamento do pêndulo;
•
Limpa-se bem a superfície do revestimento.
•
Molha-se abundantemente a superfície do pavimento e o “patim” do pêndulo
com água;
•
Mede-se a temperatura sobre o pavimento;
•
Ajusta-se o comprimento da haste de atrito: A sapata do pêndulo deve se
deslocar no mesmo sentido do tráfego e o comprimento de atrito deve se situar
entre 125 e 127mm. Para isto, é necessário ajustar a haste de forma que a
distância entre o ponto que a sapata toca o pavimento no movimento de ida e o
ponto que ela toca na volta, medida com uma régua própria, se enquadre na faixa
adequada para o comprimento do atrito;
•
Ajusta-se do ponto (zero): por 10 vezes libera-se a haste do pêndulo e anotam-se
as variações em relação ao zero do equipamento, para posterior correção do
resultado;
195
•
Faz-se a correção do zero antes e depois do ensaio, obtendo-se a média das 10
leituras antes (M1) e depois (M2) do ensaio. A média de M1 e M2 é a correção
média das leituras do zero (M3);
•
Início do ensaio: libera-se a haste do pêndulo, segurando-a ao seu retorno, e
anota-se o valor indicado pelo ponteiro do medidor;
•
Repete-se a operação por cinco vezes sucessivamente, tomando o cuidado de
molhar bem a superfície de ensaio a cada repetição. Calcula-se a média das 5
leituras (M4);
•
Faz-se a correção devido à temperatura (CT) através de um ábaco próprio;
•
O valor do coeficiente de atrito corrigido é:
ƒ
M4 - M3 - CT.
Os ensaios de Pêndulo Britânico foram realizados nas mesmas datas dos ensaios
deflectométricos, para a realização do acompanhamento do desempenho inicial da
condição de atrito das peças instaladas no trecho experimental. Foram adotados os
seguintes procedimentos, alguns não relatados na literatura, para a avaliação do
coeficiente de atrito das peças de concreto:
•
Os ensaios foram realizados com a presença de uma fina lâmina de água;
•
Os ensaios foram realizados em todos os subtrechos, ou seja, nas peças de 40,
60, 80 e 100mm;
•
Adotou-se a medição do coeficiente de atrito em dois posicionamentos distintos
do “patim” de borracha, quando de sua passagem pela superfície:
ƒ
Primeira avaliação: mediu-se o atrito, passando o “patim” apenas sobre a
superfície do bloco;
ƒ
Segunda avaliação: mediu-se o atrito, passando o “patim” sobre dois
blocos justapostos, forçando a sua passagem por uma das juntas entre as
peças.
•
Nas peças de 40mm, o “patim” passou, em todas as leituras, por pelo menos uma
junta, devido às suas dimensões, não se dando, portanto, atenção para a
passagem apenas sobre o bloco.
196
Notam-se, nos ensaios realizados, diferenças entre os valores de resistência à
derrapagem obtidas quando o “patim” de borracha passou apenas sobre o bloco de
concreto e quando o “patim” passou por uma das juntas entre duas peças justapostas.
Lembra-se, novamente, que nas peças de 40mm não se deu atenção para a passagem do
“patim” apenas sobre o bloco devido as suas pequenas dimensões. A Figura 7.2
apresenta o ensaio Pêndulo Britânico sendo realizado em um dos subtrechos do trecho
experimental de pavimentos intertravados. Os valores medidos da condição de atrito
estão na Tabela 7.3, para as duas avaliações realizadas no trecho experimental.
Figura 7.2– Ensaio de resistência à derrapagem realizado no trecho experimental
197
Tabela 7.3 – Ensaios realizados com o Pêndulo Britânico no trecho experimental
Data de realização dos
Espessura das PPCs (mm)
40
ensaios
Abril de 2004
Abril de 2005
1ª. Avaliação
0,62
0,55
2ª. Avaliação
0,62
0,57
0,54
0,54
0,57
0,61
0,63
0,64
0,65
0,65
0,54
0,55
0,55
0,57
0,67
0,67
0,68
0,70
0,58
0,59
0,60
0,61
0,67
0,64
0,70
0,71
1ª.
No Bloco
Avaliação
2ª.
Avaliação
60
Passando
por uma
junta
1ª.
Avaliação
2ª.
Avaliação
1ª.
No Bloco
Avaliação
2ª.
Avaliação
80
Passando
por uma
junta
1ª.
Avaliação
2ª.
Avaliação
1ª.
No Bloco
Avaliação
2ª.
Avaliação
100
Passando
por uma
junta
1ª.
Avaliação
2ª.
Avaliação
198
Em dois anos de utilização do trecho experimental de pavimentos intertravados, não se
notou tendência para a diminuição da resistência à derrapagem, medida com o Pêndulo
Britânico nos pontos ensaiados. Após este curto período de utilização do pavimento,
todos os subtrechos continuam com boas condições de atrito, e tendo valores acima do
mínimo recomendado de resistência à derrapagem. Vale lembrar que a recomendação
mínima exigida é de BPN > 0,45 e segundo CRUZ (2003), a indicação de resistência à
derrapagem para a categoria muito bom o BPN, recomendado , é > 0,65.
7.1.3
Ensaios de Permeabilidade Realizados no Trecho Experimental
Os ensaios de permeabilidade foram realizados apenas no mês de abril de 2005. Os
ensaios foram realizados com uma proveta com capacidade de 1000ml de
armazenamento de água, com área de contato entre a base da proveta e o pavimento de
31,16cm2. Apesar da recomendação da utilização de uma cola de silicone (COOLEY,
1999), para evitar a saída de água entre o contato da base da proveta e a superfície do
pavimento, foi empregada uma graxa de uso automotivo do tipo GMA-2, não solúvel
em água, pois assim evitou se a esperar pelo tempo de secagem da cola de silicone.
Foram adotados os mesmos procedimentos para a realização
•
Limpava-se o local em que seria realizado o ensaio;
•
A graxa era colocada em toda base da proveta, em uma espessura de
aproximadamente 0,5cm;
•
Marcava-se o local, no pavimento, onde a proveta ficaria em contato com as
juntas entre os blocos;
•
Era colocada uma camada de graxa nas juntas que estivessem em contato com a
base da proveta;
•
Colocava-se a proveta em contato com o pavimento, no local pré-estabelecido;
•
Na parte superior da proveta, colocava-se um peso para melhor fixação e
preenchimento dos vazios entre a base da proveta e o pavimento;
•
Enchia-se a proveta até uma altura determinada e mantinha-se, a altura de água
na proveta, por um minuto;
•
Completava-se a proveta com água;
•
Anotava-se o tempo que a água escoava entre duas alturas pré-definidas;
•
Media-se as alturas pré-definidas da proveta até o pavimento.
199
Foi adotada a colocação da graxa das juntas, entre os blocos, pois em alguns casos
somente a graxa colocada na base da proveta não conseguia penetrar nas juntas e assim
a água expulsava a areia da parte superior das juntas, com isso perdia-se o ensaio. A
área de contato entre a proveta e o pavimento adotada para o cálculo da permeabilidade
não era toda a área molhada, mas somente a parte pertencente às juntas, pois se
considerou o bloco de concreto impermeável.
Deve-se relatar que não foram encontrados valores de coeficiente de permeabilidade
para os ensaios realizados no trecho experimental, pois com a passagem de caminhões
com cimento, alguns fragmentos de cimento ficaram depositados sobre os blocos
fazendo com que as partes finas deste material penetrassem nas juntas entre os blocos e,
com o passar do tempo e com a umidade provocada pela chuva, as juntas tornaram-se
um material cimentado e impermeável.
7.1.4
Ensaios Realizados na Areia Utilizada no Trecho Experimental
Foram realizados alguns ensaios para a classificação da areia utilizada no colchão e no
rejunte entre os blocos do trecho experimental de pavimento intertravado de Cantagalo.
Foram feitos ensaios de granulometria, em amostras retiradas dos subtrechos, e de
degradação conforme descrito no capítulo dois desta tese. As amostras da areia
proveniente do colchão foram retiradas dos subtrechos de 40, 60, 80 e 100mm, para a
verificação da granulometria após um ano de utilização do pavimento em questão. A
granulometria da areia estão apresentadas na Tabela 7.4, e a Figura 7.3 apresenta as
curvas granulométricas dos ensaios realizados com as amostras retiradas do trecho
experimental.
O ensaio de degradação utilizado para verificar o comportamento da areia na
durabilidade foi o ensaio de trituração apresentado por MORI & KARASAHARA
(2000) e seu resultado foi expresso em % passante antes e depois do ensaio na peneira
0,075mm. Optou-se pela realização deste ensaio pela facilidade e pela presença de todos
os materiais necessários para sua execução, o que não acontece para os outros ensaios
que necessitam de matérias especiais para sua execução. Os resultados deste ensaio
estão apresentados na Tabela 7.5.
200
Tabela 7.4– Granulometria da areia utilizada para o colchão do trecho experimental
após um ano de utilização do pavimento
Após um ano de utilização do
Abertura
pavimento
Colchão de Areia
das
Peneiras
(mm)
Recomendado
pela ABCP
PPC de
PPC de
PPC de
PPC de
40mm
60mm
80mm
100m
%Passante
% Passante
9,5
100
100
100
100
100
100
4,8
95 a 100
99
99,98
99,60
99,59
99,78
1,2
50 a 85
88
94,68
83,36
84,79
87,20
0,6
25 a 60
51
51,18
24,26
24,37
25,72
0,3
10 a 30
15
7,72
3,70
4,07
3,40
0,15
5 a 15
2
1,78
1,69
1,69
1,28
0,075
0 a 10
0
0
0
0
0
0,075
10.00
Abertura das Peneiras (mm)
0
1.00
9,5
4,8
1,2
Limite Superior (ABCP)
100 mm
0,6
0,3
0,15
10
Porcetagem Passante (%)
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Limite Inferior (ABCP)
80 mm
60 mm
40 mm
Areia do colchão
Figura 7.3– Curvas granulométricas da areia utilizada no trecho experimental e da areia
retirada do colchão após um ano de utilização do trecho
201
Tabela 7.5– Resultados do ensaio de degradação para a areia utilizada no trecho
experimental de Cantagalo
Antes do Ensaio
Após o Ensaio
Diferença
% Passante na Peneira
% Passante na Peneira
Entre os
0,075
0,075
Ensaios (%)
1
0,66
1,80
1,14
2
0,62
1,62
1,00
Amostra
Comparando os resultados obtidos na análise da degradação da areia utilizada no trecho
experimental com os valores recomendados por KNAPTON (1997) para limites
aceitáveis para o ensaio de degradação Lilley and Dowson,verifica-se que a areia
utilizada passaria no critério de % máxima passante após o ensaio (15%) e na %
máxima de diferença antes e depois do ensaio (5%).
7.1.5
Considerações Finais Sobre a Avaliação do Trecho Experimental
Após os dois primeiros anos da utilização do trecho experimental, pode-se relatar que o
pavimento apresenta-se em ótimo estado, mantendo as características originais de
revestimento. As deflexões máximas obtidas nos ensaios deflectométricos, apesar de
terem sido realizadas com equipamentos diferentes, não apresentaram grandes
variações, a resistência à derrapagem manteve os níveis iniciais e a areia utilizada para a
confecção do colchão e para o rejuntamento das peças apresenta-se dentro dos níveis de
degradação permitidos.
O trecho apresenta alguns locais com afundamento, porém estes afundamentos foram
decorrentes da retirada do revestimento e do colchão de areia para coleta de materiais e
instalação e retirada das células de carga utilizadas para a medida das tensões
transmitidas do revestimento para a estrutura do trecho. Também apresenta alguns
blocos trincados nos mesmos locais, devido à compactação manual realizada com um
martelo de borracha.
O tráfego do trecho experimental de Cantagalo, segundo o critério utilizado pela CCA,
para o período de projeto (20 anos) é de 1,4x107, e composto, mais comumente por
202
caminhões do tipo 2C, 3C, 4C, 2S1, 2S2, 2S3, 3S2 e 3S3, segundo classificações dos
veículos rodoviários apresentado por MEDINA (1997). A Figura 7.4 apresenta
exemplos de alguns caminhões que trafegam pelo trecho.
Figura 7.4– Exemplo do tráfego de caminhões do trecho experimental
7.2
Análise da Transmissão de Tensões no Trecho experimental
Um dos objetivos desta pesquisa consistiu na instrumentação da estrutura do trecho
experimental de pavimento intertravado implementado por CRUZ (2003), para o
monitoramento de respostas que, de algum modo, contribuam para a compreensão do
desempenho estrutural das PPC durante o período de estudo. Para a instrumentação do
trecho experimental foram utilizadas as dez células de carga descritas anteriormente.
7.2.1
Instalação das Células de Carga
Como o trecho já estava em uso há mais de um ano, na época da colocação da
instrumentação, o passo inicial foi a observação do local que os veículos mais
utilizavam quando trafegavam pelo pavimento. A partir desta observação, foi escolhido
um segmento paralelo ao meio-fio da calçada passando pelos quatro trechos de
diferentes espessuras de PPC (100, 80, 60 e 40mm). Os pontos escolhidos para a
instalação dos sensores estão apresentados na Tabela 7.6.
Para a instalação dos instrumentos, foram retiradas parcialmente as peças de PPC do
revestimento, dos quatro sub-trechos, como ilustra a Figura 7.5(a), bem como o colchão
203
de areia. Também foram realizados furos, com o auxilio de uma sonda rotativa e de uma
maquita, em todos os trechos de espessuras de PPC, com o objetivo de instalar algumas
células na interface entre o colchão de areia e a base cimentada. Estes furos eram de
50mm de profundidade para o assentamento das células.
Tabela 7.6 - Locais de instalação das células de carga no trecho experimental de
Cantagalo
N° da Célula de
Espessura das
Carga
PPC (mm)
10550
40
Interface da base com o colchão de areia
10816
40
Colchão de areia
10821
60
Interface da base com o colchão de areia
10815
60
Colchão de areia
10549
80
Interface da base com o colchão de areia
10817
80
Colchão de areia
10822
100
Interface da base com o colchão de areia
10823
100
Colchão de areia
Local de Instalação
Para auxiliar o nivelamento dos sensores foi utilizada uma fina camada de areia (a
mesma utilizada no colchão) na parte inferior dos furos, a qual permitia uma pequena
movimentação dos instrumentos utilizados para medir as tensões na interface da base
cimentada com o colchão de areia. Dois exemplos dos furos utilizados estão mostrados
na Figura 7.5(b), enquanto na Figura 7.5(c) mostra-se um dos furos com a célula antes
da colocação do revestimento. Para evitar o rompimento dos cabos, foram utilizados
dutos metálicos para a condução dos mesmos, dos locais de instalação até o local de
aquisição de dados, como mostrado na Figura 7.5(d). Um desenho esquemático do
posicionamento das células de carga instaladas no trecho experimental pode ser visto na
Figura 7.6. Os resultados obtidos com estes instrumentos estão apresentados a seguir.
Neste momento, torna-se oportuno relatar as dificuldades encontradas na retirada das
PPCs do pavimento intertravado. Devido à boa execução e à utilização do pavimento
por mais de um ano antes da instalação das células, o intertravamento entre as peças
204
dificultou a abertura das valas para a instalação dos sensores. A princípio, o objetivo era
a colocação de alguns sensores na interface do subleito e da sub-base e na interface da
sub-base e da base cimentada, porém, com problemas na sonda rotativa (queima do
motor), não se conseguiu abrir furos com mais de 70 mm de profundidade na base de
brita graduada tratada com cimento.
(a) Retirada das PPCs do
(b) Furos da colocação das células
revestimento
(c) Célula de carga instalada na base
do pavimento
(d) Dutos metálicos para a passagem
da fiação
Figura 7.5– Passos para a colocação das células de carga no trecho experimental
205
Figura 7.6 – Representação esquemática do trecho experimental, depois de instaladas as células de carga
206
7.2.2
Análise dos Dados do Trecho Experimental de Cantagalo - RJ
No trecho experimental, construído no acesso à fábrica de cimentos da HOLCIM S.A,
foi realizado o monitoramento da transmissão de esforços da camada de revestimento
para a interface da camada de base (neste caso brita graduada tratada com cimento) e do
colchão de areia e para a camada de colchão de areia conforme descrito anteriormente.
Foram realizados, também, o acompanhamento do desempenho das diferentes estruturas
que compõem o trecho experimental através de avaliações estruturais e funcionais. Os
dados destes acompanhamentos estão descritos a seguir.
7.2.2.1
Leitura das Cargas Através dos Sensores
Após a instalação dos sensores partiu-se para a tomada de dados a partir das células de
carga.
Os primeiros resultados obtidos através das leituras das células de carga no interior das
seções experimentais foram sob a ação de uma carga de um caminhão do tipo Toco,
com carga em seu eixo traseiro, simples de roda dupla, de 10.330kgf e com carga total
de 12.020kg. A pesagem dos eixos foi realizada na balança situada na entrada da fábrica
de cimentos da HOLCIM S.A, conforme artigo apresentado na 35a RAPv (MULLER &
MOTTA, 2004).
Como as células são de pequena dimensão, foi realizada uma marca acima do
revestimento na direção da instalação das células e foi pedido ao motorista para alinhar
a roda externa traseira do caminhão e passar sobre a esta linha. Devido à imprecisão
deste experimento, especialmente considerando o eixo traseiro de roda dupla, é possível
que tenha ocorrido a interferência das duas rodas, do eixo traseiro, na leitura das células,
embora pouco provável.
As leituras realizadas estão mostradas nas Figuras 7.7 e 7.8, que apresentam as cargas
lidas na interface do colchão com a base cimentada e no colchão de areia,
respectivamente.
207
3000
2905.29
2825.66
2500
Carga (kg)
2000
1500
1000
504.20
500
425.43
269.18
0
22
24
26
28
30
32
-500
Leitura (s)
100 mm
80 mm
60 mm
40 mm
Figura 7.7- Cargas lidas pelos sensores no colchão de areia do trecho experimental de
Cantagalo sob carga de caminhão toco
A partir das medições realizadas com as células instaladas no colchão de areia, pode-se
verificar que:
•
Na célula instalada no trecho de PPC de 40mm, a carga transmitida pelo eixo
traseiro atuando no revestimento do pavimento ao colchão de areia foi superior a
dos casos das demais PPCs, chegando a 2.905kgf;
•
Na mesma célula observou-se, também, o registro da passagem da roda do eixo
dianteiro do caminhão toco com uma carga igual a 504kgf;
•
Na célula instalada no trecho de PPC de 60mm, a carga que foi transmitida pelo
revestimento ao colchão de areia foi inferior à carga transmitida pelas PPC de
40mm e superior às cargas transmitidas pelas PPC de 80 e 100mm, e igual a
2.825kgf;
•
As cargas transmitidas pelo revestimento de peças de 40 e 60mm foram muito
parecidas e muito superiores às transmitidas pelas peças de 80 e 100mm;
•
Na célula instalada no trecho de PPC de 80mm, a carga transmitida com a
passagem do eixo traseiro pelo revestimento do pavimento ao colchão de areia
foi igual a 425kgf;
208
•
Na célula instalada no trecho de PPCs de 100mm, a carga transmitida pela
passagem do eixo traseiro pelo revestimento do pavimento ao colchão de areia,
foi igual a 269kgf;
•
A carga registrada na passagem da roda dianteira do caminhão nas PPC de
40mm foi superior à registrada pela passagem do eixo traseiro, do mesmo
caminhão, nas PPC de 80 e 100mm.
3000
2500
2432.28
2368.14
Carga (kg)
2000
1500
1391.42
1000
753.09
748.24
500
0
22
23
24
25
26
27
28
29
60 mm
40 mm
30
31
32
-500
Leitura (s)
100 mm
80 mm
Figura 7.8- Cargas lidas pelos sensores na interface da base com o colchão de areia do
trecho experimental de Cantagalo sob carga de caminhão toco
A partir das medições realizadas com as células instaladas na interface da base
cimentada com o colchão de areia, pode-se verificar que:
•
Na célula instalada no subtrecho de PPC de 40mm, a carga transmitida pelo eixo
traseiro atuando sobre o revestimento do pavimento ao colchão de areia foi
superior relativamente às outras espessuras de PPCs, chegando a 2.432kgf;
•
Na mesma célula observou-se, também, o registro da passagem da roda do eixo
dianteiro do caminhão toco com uma carga igual a 748kgf;
•
Na célula instalada no trecho de PPC de 60mm, a carga que foi transmitida pelo
eixo traseiro atuando sobre revestimento ao colchão de areia foi inferior à carga
209
transmitida pelas PPCs de 40mm e superior as cargas transmitidas pelas PPCs de
80 e 100mm, e igual a 2.368kgf para o eixo traseiro do caminhão;
•
As cargas transmitidas pelo revestimento de peças de 40 e 60mm foram muito
parecidas e superiores às transmitidas pelas peças de 80 e 100mm;
•
No trecho de PPC de 80mm, a carga transmitida pelo revestimento do pavimento
ao colchão de areia foi igual a 1.391kgf para o eixo traseiro do caminhão;
•
No trecho de PPC de 100mm, a carga transmitida pelo revestimento do
pavimento ao colchão de areia foi igual a 733kgf;
•
Diferentemente das cargas registradas no colchão de areia, a carga da roda
dianteira nas PPC de 40mm foi inferior às cargas registradas referentes ao eixo
traseiro nas PPC de 80 e 100mm.
Analisando os valores de carga transmitida para as células de carga, definiu-se os
valores de tensão através da área de superfície das células de carga. Os valores de tensão
encontrados para a transmissão esforços estão apresentados na Tabela 7.7.
Tabela 7.7 – Valores de tensão (kgf/cm2) transmitidas pelo caminhão para as células de
carga instaladas no trecho experimental sob tensão de 7,05kgf/cm2 de roda de pneu
Local de Instalação dos
PPC 100mm
PPC 80mm
PPC 60mm
PPC 40mm
Colchão de Areia
0,610
0,960
6,390
6,570
Base Cimentada
1,705
3,150
5,360
3,440
Instrumentos
7.3
Análise Numérica
As tensões medidas no trecho experimental foram comparadas com as tensões
calculadas. Como relatado no capítulo 6, para análise numérica exploratória, realizada
para a verificação das tensões transmitidas, foi utilizado o programa computacional
FEPAVE2. O processo de análise envolveu várias alternativas de modelagem da
estrutura construída no trecho experimental e tornou-se um processo repetitivo que foi
resolvido por uma rotina computacional, na qual variavam-se o módulo da camada de
revestimento, composto por PPCs, do colchão de areia e da base composta por brita
210
graduada tratada com cimento, e comparavam-se as tensões calculada pelo programa na
linha onde estava instalada a célula de carga no colchão de areia e na camada superior
da base cimentada, com os valores medidos em campo conforme relatado
anteriormente, para as espessuras de blocos utilizadas.
Os dados de entrada do programa FEPAVE2, nestas análises, foram:
•
Raio da área carregada = 10,8m; padrão do programa (eixo padrão);
•
Pressão na área carregada = 7,05kgf/cm2, devido ao carregamento do caminhão
utilizado durante as medições;
•
Número de camadas = 5 (revestimento de PPCs, colchão de areia, base
cimentada, sub-base granular e subleito);
•
•
Coeficientes de Poisson:
ƒ
0,30 para o revestimento de PPCs;
ƒ
0,20 para a base cimentada;
ƒ
0,45 para o colchão de areia, para a sub-base granular e para o subleito.
Foi utilizado modelo de comportamento constante, para as camadas de
revestimento, variando conforme a espessura de PPC, tendo sido testados
valores de 600.000 a 10.000kgf/cm2;
•
Foram utilizados valores de módulo constante para a camada de areia e iguais a
2.000kgf/cm2, para todas as interações realizadas;
•
Foram utilizados valores de módulos constantes para a camada de base
cimentada e iguais a 15.000 e 35.000kgf/cm2;
•
Para a camada de sub-base granular, foram realizados ensaios de módulo de
resiliência em amostras coletadas no local estudado, e utilizado o modelo
composto para a expressão do MR, igual a:
ƒ
•
MR = 1008 x σ30,54 x σD-0,36 (MPa)
Para a camada de subleito, foram realizados ensaios de módulo de resiliência em
amostras coletadas no local estudado, e utilizado o modelo composto para a
expressão do MR, igual a:
ƒ
MR = 979 x σ30,48 x σD-0,31 (MPa)
Vale observar que foi realizado um ensaio triaxial dinâmico o material retirado da base
cimentada, porém na modelagem optou-se por utilizar o modelo de módulo constante e
211
variável entre os valores de 15.000 e 35.000 kgf/cm2 para esta camada como tem sido a
prática.
Durante a rotina computacional, foram estabelecidos alguns valores de módulos de
resiliência constantes para a camada de subleito do trecho experimental determinados
pelo programa, o que permitiu o cálculo das tensões verticais admissíveis no subleito
através do modelo de HEUKELOM & KLOMP (MOTTA, 1991) apresentada a seguir:
σv adm = 0,006 x MR / 1 + 0,7 x log N
Onde:
ƒ
σvadm é a tensão normal vertical admissível no topo do subleito, em
kgf/cm2;
ƒ
MR é o módulo resiliente do subleito, em kgf/cm2
ƒ
N é o número de aplicações do carregamento.
MOTTA (1991), em sua tese de doutorado, apresenta valores de tensão normal vertical
admissível no subleito, através de uma relação entre o número N e o MR do material do
subleito, para a expressão de HEUKELOM & KLOMP que estão apresentados na
Tabela 7.8.
A partir da determinação da tensão vertical admissível no subleito pode-se verificar o
dimensionamento realizado por CRUZ (2003) em função desta.
A Tabela 7.9 apresenta os valores de módulos de entrada do FEPAVE2 e os valores de
tensão calculados pelo programa, para a verificação das tensões transmitidas pelo
revestimento composto por blocos de 100mm. Nas Tabelas 7.10; 7.11 e 7.12 estão
apresentados os valores para, respectivamente, as PPCs de 80, 60 e 40mm, para as
camadas de colchão de areia, base cimentada, sub-base granular e subleito. Os pontos de
tensões verticais do colchão de areia e da interface do colchão de areia e da base
cimentada são os pontos de instalação das células de carga. Definiu-se um módulo
resiliente contante do subleito pelo FEPAVE2 o que permite comparar com os valores
com as tensões da Tabela 7.8.
212
Tabela 7.8 – Tensão vertical admissível no subleito em função do módulo resiliente do
material e do número N (MOTTA, 1991)
Tensão Vertical no Subleito (kgf/cm2)
Módulo
Resiliente
N = 105
N = 106
N = 107
N = 108
250
0,29
0,25
0,23
0,21
500
0,58
0,51
0,45
0,41
750
0,87
0,76
0,68
0,62
1.000
1,15
1,02
0,91
0,82
2.000
2,31
2,03
1,82
1,64
3.000
3,46
3,05
2,78
2,47
5.000
5,77
5,08
4,55
4,11
2
(kgf/cm )
Tabela 7.9 – Tensões transmitidas pelo revestimento de PPCs de 100mm analisados
pelo FEPAVE2 e os valores de tensões admissíveis no trecho experimental
Módulo das Camadas
σv
(colchão
(kgf/cm2)
de areia)
σ v (base
cimentada)
σv
(subbase)
σv
MR do
(subleito)
subleito
(kgf/cm2)
PPC
C.A
Base
30.000
2.000
15.000
2,562
2,286
0,959
0,580
4.170
40.000
2.000
15.000
2,291
2,041
0,885
0,551
4.270
50.000
2.000
15.000
2,065
1,859
0,834
0,526
4.340
60.000
2.000
15.000
1,903
1,716
0,790
0,510
4.430
30.000
2.000
35.00
2,793
2.535
0.882
0.518
4.420
70.000
2.000
35.000
1,966
1,806
0,718
0,451
4.700
250.000
2.000
15.00
0,891
0,814
0,453
0,321
5.050
400.000
2.000
15.000
0,662
0,611
0,357
0,261
5.050
213
Tabela 7.10 – Tensões transmitidas pelo revestimento de PPCs de 80mm analisados
pelo FEPAVE2 e os valores de tensões admissíveis no trecho experimental
Módulo das Camadas
σv
(colchão
(kgf/cm2)
de areia)
σ v (base
cimentada)
σv
(subbase)
σv
MR do
(subleito)
subleito
(kgf/cm2)
PPC
C.A
Base
60.000
2.000
15.000
2,931
2,823
0,804
0,395
4.610
50.000
2.000
15.000
3,172
3.026
0,834
0,413
4.730
45.000
2.000
15.000
3,269
3,152
0,855
0,428
4.910
60.000
2.000
35.000
3,261
3,167
0,715
0,352
5.010
550.000
2.000
15.000
0,947
0,910
0,352
0,203
5.050
600.000
2.000
15.000
0.901
0,867
0,337
0,210
5050
Tabela 7.11 – Tensões transmitidas pelo revestimento de PPCs de 60mm analisados
pelo FEPAVE2 e os valores de tensões admissíveis no trecho experimental
Módulo das Camadas
σv
(colchão
(kgf/cm2)
de areia)
σ v (base
cimentada)
σv
(subbase)
σv
MR do
(subleito)
subleito
(kgf/cm2)
PPC
C.A
Base
35.000
2.000
15.000
5,398
4,428
0,930
0,429
4.330
20.000
2.000
15.000
6,165
5,084
0,987
0,450
4.550
15.000
2.000
15.000
6,282
5,349
1,005
0,455
4.480
20.000
2.000
35.000
6,349
5,455
0,825
0,360
4.830
214
Tabela 7.12 – Tensões transmitidas pelo revestimento de PPCs de 40mm analisados
pelo FEPAVE2 e os valores de tensões admissíveis no trecho experimental
Módulo das Camadas
σv
(colchão
(kgf/cm2)
de areia)
σ v (base
cimentada)
σv
(subbase)
σv
MR do
(subleito)
subleito
(kgf/cm2)
PPC
C.A
Base
25.000
2.000
15.000
6,688
6,252
0,967
0,415
4.500
200.000
2.000
15.000
3,773
3,515
0,746
0,368
4.950
Os valores em negrito nas tabelas são os valores de módulos para as camadas de PPCs,
de colchão de areia e da base cimentada que conduziram a valores de tensões calculadas
próximas às coletadas em campo por meio das células de carga.
No caso dessas estruturas de pavimentos a concordância numérica entre as tensões lidas
em pontos distintos não puderam ser reproduzidas de forma satisfatória com um
conjunto único de módulos. Para reproduzir as tensões medidas na base, os valores de
MR das PPCs ficam muito exagerados, o que leva a crer que houve erro das leituras no
campo para estes pontos.
7.3.1
Considerações Finais da Análise Numérica
Pelo programa FEPAVE2, utilizado para a determinação de tensões e deformações em
pavimentos flexíveis, conseguiu-se determinar módulos resilientes para as camadas de
revestimento e do colchão de areia do pavimento intertravado do trecho experimental,
que levaram a tensões calculadas próximas às tensões lidas nas células de carga
instaladas.
Nos casos das PPC de 100, 80 e 40mm, as tensões calculadas com uma mesma
modelagem não foram iguais às lidas simultâneamente nos dois instrumentos instalados,
havendo diferenças significativas entre estas. Isto pode ser devido a diferença de rigidez
entre os materiais constituintes dos equipamentos e o material da camada de colchão de
areia e pela célula de carga não ter ficado em contato com a base cimentada que a
sustentaria e não a deixaria deformar em conjunto com o colchão de areia.
215
A célula de carga instalada no colchão de areia das PPCs de 60mm pode ter ficado em
contato com a base cimentada, não deformando com o colchão de areia, e, devido a isto,
os valores de tensões determinados com as células de carga e os calculados pelo
FEPAV2 foram próximos nos dois locais medidos.
Os valores de tensão admissível no topo do subleito definidos pela expressão de
HEUKELON & KLOMP e calculados por MOTTA (1991) são muito superiores aos
determinados a partir dos módulos encontrados na análise realizada com o FEPAVE2, o
que mostra que para esta carga aplicada o pavimento estaria superdimensionado.
A partir dos resultados obtidos dos valores de módulo resiliente para as camadas de
PPCs, colchão de areia e base cimentada, que atribuiram valores de tensões próximas às
obtidas pelas leituras das células de carga, determinaram-se os valores de deflexão
máxima pelo FEPAVE2, conforme mostrado na Tabela 7.13. Pôde-se verificar que os
valores de deflexão máxima, calculadas pelo FEPAVE2 e as medidas com a viga
Benkelman eletrônica, para as PPCs de 60 e 80mm, estão muito próximos, o que
confirma os valores de módulos adotados para as camadas. Para as demais espessuras de
PPCs analisadas (40 e 100mm) os valores de deflexão calculados e os obtidos em
campo foram diferentes, embora da mesma ordem de grandeza. Vale comentar que o
valor medido nas PPCs de 10cm não parece coerente com os outros, embora, neste caso
o colchão de areia tenha sido maior.
As bacias de deflexão medidas e calculadas não tiveram boa aproximação como um
todo, visto que as bacias medidas apresentaram formato peculiar de pavimento
semirígido, com um patamar muito extenso de deflexões da mesma ordem de grandeza,
como mostrado na Figura 7.1. É possível que a malha automática usada no FEPAVE
não seja a mais adequada para aproximar os valores medidos e calculados ao longo da
bacia, mas não foi feita esta checagem. Sabe-se que o FEPAVE2, que usa o método dos
elemantos finitos – MEF, de forma geral tende a enrijecer muito a estrutura quando a
maioria das camadas trabalha com módulos elásticos lineares, e para melhorar este
aspecto seria necessário se empregar maior número de linhas e colunas na discretização
da malha. Outro aspecto é que as deflexões baixaram muito entre as medidas feitas em
épocas distintas, indicando que o intertravamento está cada vez maior nos subtrechos.
216
É possivel também que haja outro conjunto de módulos que aproxime mais as duas
deformadas, e, até, que as bacias sejam diferentes das medidas. É necessário medir
outras vezes as bacias no trecho experimental e também em outros trechos de pavimento
intertravado para garantir que o formato das bacias estejam adequadamente avaliados,
em estruturas com base granular e com base cimentada.
Tabela 7.13 – Valores das deflexões máximas calculadas pelo FEPAVE2 e as medidas
com a viga Benkelman automatizada
Módulo da Camadas
(kgk/cm2)
PPCs
PPC
40
60
80
100
C.A
Deflexões
Deflexões obtidas
calculadas pelo
com a v. B.
FEPAVE2
automatizada
(x10-2mm)
Base
25.000 2.000 15.000
12
20.000 2.000 15.000
12
15.000 2.000 15.000
12
20.000 2.000 35.000
10
45.000 2.000 15.000
13
60.000 2.000 35.000
11
60.000 2.000 15.000
11
70.000 2.000 35.000
10
18
14
12
17
217
8
CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA ESTUDOS
FUTUROS
Apresentam-se as conclusões da pesquisa de transmissão de tensões e deslocamentos
obtidos com provas de carga no Setor de Modelos Físicos do Laboratório de Geotecnia,
com a instrumentação (células de carga e aquisição automática de dados) inserida na
estrutura de pavimentos intertravados. Foram empregadas espessura variadas das peças
de concreto (40, 60, 80 e 100mm) e do colchão de areia (50 e 75mm sem compactação),
além das variações dos modelos de assentamento (espinha de peixe, trama e linear ou
fileira) e do formato das peças (retangular e dentada ou 16 faces), tentando englobar a
maioria das variações possíveis apresentadas na literatura. Também foram realizados
estudos de transmissão de tensões, nos trechos experimentais de Cantagalo sujeito ao
tráfego de caminhões. Complementarmente, realizaram-se ensaios de atrito superficial
com o Pêndulo Britânico e de drenabilidade. Bacias de deflexão foram medidas no
trecho experimental com a viga Benkelman.
As variáveis em jogo, no caso dos experimentos realizados no setor de Modelos Físicos
estão reunidas na Tabela 5.1, e no caso do trecho experimental na Tabela 4.3.
Considerou-se melhor comportamento aquele que tornava o conjunto mais rígido
absorvendo mais tensões pelo carregamento em relação às outras combinações.
As conclusões nas condições delimitadas dos experimentos são as seguintes:
1. A utilização de células de carga, previamente calibradas, no painel de
laboratório permitiu analisar a distribuição, ou transmissão, de tensões por meio
de provas de carga, com até cinco ciclos de carregamento e descarregamento. È
promissora a utilização do dispositivo CAM, apresentado por VILCHEZ (2002)
na medição de deslocamentos verticais e horizontais nas juntas do pavimento
intertravado;
2. Os ensaios de transmissão de tensões realizados no painel experimental foram de
grande relevância para a medição da equivalência estrutural e para a
quantificação da distribuição de tensões verticais entre as estruturas testadas na
218
presente pesquisa, foi possível comprovar que a distribuição de tenções é
parecida com a que se obtém em pavimentos asfálticos;
3. Os ensaios de distribuição de tensões realizados no painel experimental de
laboratório, conduziram às observações seguintes em relação à espessura dos
blocos (40, 60, 80 e 100mm):
a. As PPCs de 40mm apresentaram melhor comportamento com o modelo
de assentamento espinha de peixe;
b. As PPC de 60mm e colchão de areia de 50mm apresentaram bom
comportamento para os três modelos de assentamento (espinha de peixe,
trama e linear) e os dois formatos de peças (dentada e retangular)
destacando-se o modelo linear e o formato dentado das peças;
c. As PPCs de 80mm apresentaram melhor comportamento com o colchão
de areia de 75mm, modelo de assentamento linear e o formato dentado
de peças;
d. As peças de 100mm apresentaram melhor comportamento com o colchão
de areia de 50mm e com o modelo de assentamento espinha de peixe.
4. Os ensaios de distribuição de tensões no painel experimental, conduziram às
seguintes conclusões, para a variação do modelo de assentamento (trama,
espinha de peixe e linear):
a. Para o modelo de assentamento espinha de peixe, o melhor resultado foi
obtido com PPCs de 100mm de espessura sobre colchão de areia de
50mm;
b. Para o modelo de assentamento trama, o melhor resultado foi obtido com
peças de 80mm, formato retangular, sobre colchão de areia de 50mm;
c. Para o arranjo de assentamento linear ou fileira o melhor resultado foi
obtido com peças de 80mm, formato retangular, sobre colchão de areia
de 75mm.
5. Os ensaios de distribuição de tensões no painel experimental de laboratório,
conduziram às observações seguintes quanto a variação da espessura do colchão
de areia (50 e 75mm):
219
a. Para o colchão de areia de 50mm, o melhor resultado observado foi com
a utilização de PPCs de 100mm com arranjo de assentamento espinha de
peixe;
b. Para o colchão de areia de 75mm, o melhor resultado foi observado com
blocos de 80mm, formato retangular, no modelo de assentamento linear.
6. Os ensaios de distribuição de tensões realizados no painel experimental de
laboratório conduziram às seguintes observações quanto a variação do formato
das peças (retangular e dentada):
a. Para o formato dentado o melhor resultado foi obtido com a utilização de
blocos de 100mm, modelo de assentamento espinha de peixe e com
colchão de areia de 50mm,
b. Para o formato retangular o melhor resultado foi obtido com a utilização
de peças de 80mm, colchão de areia de 75mm e modelo de assentamento
linear.
7. É grande a influência da compactação na estabilização das tensões medidas nas
células de carga do painel de laboratório principalmente a compactação inicial
aplicada após o assentamento dos blocos, por um período de 15 minutos, com a
placa vibratória passando em todas as direções e sentidos. A compactação e
selagem das juntas e a compactação inicial que estabilizam as deformações
permanentes, também exercem influência na estabilização da distribuição das
tensões transmitidas;
8. Com a variação das espessuras das juntas pode-se demonstrar a influência do
intertravamento entre os blocos na transmissão dos esforços para as camadas
inferiores. Quando não há o intertravamento ocorre pequena absorção das
tensões aplicadas no revestimento. Espessuras de juntas fora do especificado,
produzem a ocorrência de deslocamentos entre os blocos o que, além de
prejudicar o intertravamento, prejudica a estética do revestimento do pavimento;
9.
A camada de colchão de areia, no experimento de laboratório, não representou
função estrutural de absorção de tensões sendo importante para o assentamento
220
dos blocos, para o nivelamento do revestimento e para o intertravamento entre as
peças;
10. A tentativa de medições de tensões horizontais entre os blocos com células de
carga não foi satisfatória, devido às dimensões das células de carga e a técnica
de instalação testada;
11. As medidas de deslocamentos com o sistema CAM adaptado mostraram a
estabilização gradual das deformações elásticas após cinco ciclos de
carregamento e descarregamento seguidas, com redução dos deslocamentos
entre as peças; apesar da aplicação de compactação intensa superior ao usual em
campo a deformação plástica no primeiro carregamento foi grande, da ordem de
50 a 90% do deslocamento plástico total;
12. A seqüência de compactação realizada no painel experimental mostrou ser de
grande importância para a diminuição e estabilização das deformações plásticas;
13. A espessura das juntas não influenciou de maneira significativa a análise dos
deslocamentos da placa metálica instalada no revestimento do pavimento
intertravado;
14. As observações feitas no trecho experimental quanto à transmissão de tensões
foram as seguintes:
a. No sub-trecho de PPCs de 40mm as células registraram tanto a passagem
do eixo traseiro quanto a do eixo dianteiro, enquanto nos demais subtrechos só se detectou a passagem do eixo traseiro;
b. A célula de carga instalada na interface do colchão de areia com a base
cimentada no trecho de PPC de 40mm registrou cargas menores que a
célula instalada no mesmo local só que no trecho de PPC de 60mm, tal
não foi observada quando as células estavam instaladas no colchão de
areia;
c. O aumento da espessura das PPCs diminui as pressões transmitidas às
células de carga.
221
15. A análise numérica com o programa FEPAVE2 e os dados de entrada citados no
item 7.3 permitiu que se determinassem as combinações de módulos de
resiliência, das camadas de PPCs, colchão de areia e base cimentada que
levaram a tensões verticais calculadas do trecho experimental próximas as
medidas, para as quatro espessuras de PPCs utilizadas. Os módulos das PPCs do
pavimento intertravado variam amplamente nos seus valores virtuais calculados;
16. As análises computacionais realizadas permitiram boa comparação entre as
tensões calculadas e as medidas nos experimentos ajudando a compreender o
mecanismo
de
elasticidade
apresentado
pelas
diferentes
estruturas
confeccionadas no painel e no trecho experimental. Comprovou-se que a rigidez
da camada de base pode influenciar na rigidez, e conseqüentemente, no valor
absoluto do módulo de resiliência da camada de revestimento de PPCs, o que
deve ser levado em conta no momento de se adotar valores de módulos para esta
camada quando se realizar o dimensionamento de um pavimento intertravado;
17. Verificou-se que os módulos elásticos das camadas de PPCs, diferentemente das
misturas asfálticas, mostram influência da espessura das peças, diminuindo
progressivamente com a diminuição da espessura das peças que compõe o
revestimento;
18. Os testes realizados com as células de carga no painel experimental e no cilindro
de CBR mostraram ser de grande importância para a verificação do
comportamento destes equipamentos a baixas tensões aplicadas e da
repetibilidade das leituras efetuadas;
19. As células de carga utilizadas não obtiveram um bom comportamento quando
instaladas em campo devido à forte oxidação do material e às elevadas cargas
aplicadas ao pavimento do trecho experimental; porém quando utilizadas no
painel experimental, onde não estavam submetidas às variações de umidade e as
tensões eram controladas, estas apresentaram bom comportamento. Isto
demonstra a necessidade da investigação dos materiais componentes dos
instrumentos a serem instalados em pistas experimentais, pois a variações
222
climáticas, principalmente de umidade, e as sobrecargas impostas a estrutura dos
pavimentos pode vir a danificar estes equipamentos;
20. A avaliação da deflectometria com a viga Benkelman nos pavimentos
intertravados oferece dificuldades decorrentes do posicionamento da ponta de
prova e das rodas do caminhão em relação aos blocos. Este assunto requer
atenção.
21. A avaliação da resistência à derrapagem pelo Pêndulo Britânico requer duas
posições do “patim” em relação aos blocos- passando apenas pelo bloco e após
passando entre dois blocos justapostos. Não houve variações nas medidas
realizadas em épocas distintas, com intervalo de um ano entre estas;
22. O ensaio de permeabilidade não mostrou entrada de água nos sub-trechos
estudados. Como explicação, pode-se atribuir à presença de partículas de
cimento nas juntas dos blocos, já que transitaram caminhões com cimento na
entrada da fábrica, durante dois anos,;
23. O trecho experimental de Cantagalo mantém-se nem bom estado; apenas
defeitos localizados são observados, onde foram instalados os equipamentos;
Como sugestões para as pesquisas futuras são apresentadas:
1. Projetar e executar um sistema de carregamento móvel para o painel de
laboratório; usar ar comprimido; roda de movimento vaivém para os mesmos
experimentos;
2. Medir-se a tensão de compressão entre dois blocos justapostos com a utilização
de células de carga de menores dimensões, instaladas entre as peças no momento
da confecção do pavimento;
3. Variar a resistência dos blocos de concreto para os mesmos experimentos
realizados e comparar os valores de transmissão de esforços, para a verificação
da influência da resistência das peças de concreto na transmissão de esforços;
223
4. Analisar a capacidade estrutural de pavimentos intertravados, de diferentes
estruturas, com ensaios deflectométricos, seguindo os procedimentos propostos
na presente pesquisa, utilizando os valores de módulos retroanálisados, do
conjunto colchão de areia/PPCs, para avaliar os métodos de dimensionamento
existentes;
5. Estudar os modelos de durabilidade de areia relatados nesta tese, indicando um a
ser normatizado em nosso país;
6. Estudar a permeabilidade do conjunto PPCs/colchão de areia, com a utilização
de geradores artificiais de chuva e com o permeâmetro, em pavimentos já
construídos, para verificar a influência da espessura das juntas e do material que
compõe o rejunte e o colchão de areia, como também verificar a influência da
idade do pavimento na mesma;
7. Medições de deflexão com FWD e com a viga Benkelman automatizada,
avaliando qual o melhor equipamento a ser utilizado em pavimentos
intertravados para a avaliação estrutural;
8. Utilizar o Simulador de Tráfego Móvel para a verificação da transmissão de
tensões e de deformações, bem como realizar curvas de desempenho para vários
trechos com diferentes estruturas de PPCs.
224
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