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CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Clóvis Luis Pranke Junior
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO MECÂNICO EM PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS DE BLOCOS PRÉ-MOLDADOS DE CONCRETO COM BAIXO
VOLUME DE TRÁFEGO
Santa Cruz do Sul
2013
1
Clóvis Luis Pranke Junior
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO MECÂNICO EM PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS DE BLOCOS PRÉ-MOLDADOS DE CONCRETO COM BAIXO
VOLUME DE TRÁFEGO
Trabalho de Conclusão apresentado ao curso de
Engenharia Civil, da Universidade de Santa Cruz do Sul,
para a obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. M. Sc. João Rodrigo Guerreiro Mattos.
Santa Cruz do Sul
2013
2
Clóvis Luis Pranke Junior
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO MECÂNICO EM PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS DE BLOCOS PRÉ-MOLDADOS DE CONCRETO COM BAIXO
VOLUME DE TRÁFEGO
Este trabalho de Conclusão foi apresentado ao
curso de Engenharia Civil, da Universidade de
Santa Cruz do Sul, como requisito para a obtenção
do título de Engenheiro Civil.
M. Sc. João Rodrigo Guerreiro Mattos.
Professor orientador - UNISC
M. Sc. Leandro Olivio Nervis
Professor examinador – UNISC
M. Sc. José Antonio Rohlfes Junior
Professor examinador – UNISC
Santa Cruz do Sul
2013
3
AGRADECIMENTOS
Ao professor João Rodrigo Guerreiro Mattos, que com muita compreensão e
paciência me orientou, permitindo o desenvolvimento e conclusão deste trabalho.
Ao professor Leandro Olivio Nervis, sempre que solicitado, se propôs a
ajudar.
Aos meus pais Clóvis e Marta, por toda dedicação na minha educação, dando
todas as condições necessárias para chegar aos meus objetivos.
A minha irmã Natália, que acompanhou e torceu pelo término deste trabalho.
A minha namorada Luciane por todo incentivo, apoio, conforto e compreensão
durante este trabalho.
Ao engenheiro Daniel Schaack pela paciência e compreensão que teve
durante este ano.
E a todos parentes, amigos e colegas que, de forma direta ou indireta,
contribuíram para conclusão deste trabalho.
4
O mundo está nas mãos daqueles que têm
coragem de sonhar, e correr o risco de viver seus
sonhos. Cada qual com seus talentos.
(COELHO, P. As Valkírias)
5
RESUMO
O mau estado de conservação de alguns pavimentos de ruas antigas do
município de Santa Cruz do Sul, assimilada com a rápida expansão da zona urbana
ocorrida através da implantação de loteamentos, torna importante o questionamento
da qualidade dos novos pavimentos a serem construídos. O presente trabalho de
conclusão de curso busca fazer este questionamento a um projeto de pavimentação
intertravada com blocos pré-moldados de concreto para um loteamento residencial a
ser implantado, analisando o comportamento de sua estrutura através de métodos
modernos utilizando a ferramenta de análise elástica de múltiplas camadas (AEMC)
do software SisPav®.
Com as propostas de projeto, foi testada a capacidade do pavimento de
absorver as tensões e transmitir para o subleito, tendo os resultados em mãos, os
pavimentos foram analisados de acordo com seu volume de tráfego. O
dimensionamento de projeto foi avaliado e discutido considerando fatores como
técnica, economia e meio ambiente.
Palavras-chave: mecânica dos pavimentos, blocos intertravados, análise
estrutural.
6
ABSTRACT
The bad state of conservation of some paving of old streets of the city of Santa
Cruz do Sul, assimilated with the rapid expansion of urban areas occurred through
the implementation of allotments, makes important the question of the quality of the
news pavings that will be build. The present final paper seeks to make this question
to a project of paving interlocked precast concrete blocks of a residential subdivision
to be implanted, analyzing the behavior of their structure by modern methods using
the analysis tool multiple layers elastic – AEMEC- from the software SisPav®.
With the proposals of the project, was tested the capacity of the paving of
absorb the tensions and transmit for the subgrade, having the results in hands, the
pavings was evaluated and discussed considering the factors like technique,
economic and environment.
Keywords: Pavement Mechanics, interlocked blocks, structural analysis.
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Mapa geológico de Santa Cruz do Sul............................................... 14
Figura 2: Exemplo de estrutura de pavimento asfáltico. ................................... 17
Figura 3: Atuação de cargas dos pavimentos ................................................... 20
Figura 4: Estrutura de pavimento com bloco de concreto intertravado ............. 22
Figura 5: Esquema das tensões, deformações e deslocamentos nos pontos
críticos de um pavimento asfáltico. ........................................................................... 28
Figura 6 : modelo de comportamento resiliente de solos. ................................. 32
Figura 7: Distribuição de cargas no pavimento ................................................. 36
Figura 8: Estruturas de pavimento .................................................................... 37
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Constituições de base ....................................................................... 19
Tabela 2: Classificação de vias e parâmetros de tráfego ................................. 25
Tabela 3: Modelos constitutivos do comportamento resiliente de materiais de
pavimentação ............................................................................................................ 29
Tabela 4: Sequência de tensões para determinação do módulo de resiliência.31
Tabela 5: Correlações entre MR e CBR. .......................................................... 33
Tabela 6: Valores de Coeficiente de Poisson para alguns materiais de
pavimentação ............................................................................................................ 35
Tabela 7: Resumo de dados para o pavimento Tipo 1 ..................................... 38
Tabela 8: Resumo de dados para o pavimento Tipo 2 ..................................... 39
Tabela 9: Resumo de dados para o pavimento Tipo 3 ..................................... 39
Tabela 10: Resumo de valores de carregamento ............................................. 39
Tabela 11: Resultado do AEMC do pavimento tipo 1 no ponto de topo do
revestimento .............................................................................................................. 41
Tabela 12: Resultado do AEMC do pavimento tipo 1 no ponto de topo do
subleito ...................................................................................................................... 41
Tabela 13: Comparação de Tensões verticais atuante e admissível do
Pavimento Tipo 1 ...................................................................................................... 42
Tabela 14: Resultado do AEMC do pavimento tipo 2 no ponto de topo do
revestimento .............................................................................................................. 43
Tabela 15: Resultado do AEMC do pavimento tipo 2 no ponto de topo do
subleito ...................................................................................................................... 43
Tabela 16: Comparação de Tensões verticais atuante e admissível do
Pavimento Tipo 2 ...................................................................................................... 43
Tabela 17: Resultado do AEMC do pavimento tipo 3 no ponto de topo do
revestimento .............................................................................................................. 44
Tabela 18: Resultado do AEMC do pavimento tipo 3 no ponto de topo do
subleito ...................................................................................................................... 45
Tabela 19: Comparação de Tensões verticais atuante e admissível do
Pavimento Tipo 2 ...................................................................................................... 45
9
LISTA DE SIMBOLOS E ABREVIATURAS
AASHTO
American Association of State Highway and Transportation
Officials
ABCP
Associação Brasileira de Cimento Portland
AEMC
Programa Análise Elástica de Múltiplas Camadas
CBR
California Bearing Ratio
CPRM
Companhia de Pesquisa de Recursos Naturais
cm2
Centimetros quadrados
DNER
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
ISC
Índice Suporte Califórnia
JULEA
Jacob Uzen Layered Elastic Analysis
Kgf
Quilograma Força
KPa
quilo pascal
LTDA
Sociedade Limitada
M
metro
MG
Minas Gerais
MPa
Mega Pascal
MR
Módulo de Resiliencia
MS
Mato Grosso do Sul
NBR
Norma Brasileira
PR
Paraná
Psi
Libra Força por Polegada
RS
Rio Grande do Sul
SP
São Paulo
SC
Santa Catarina
TRB
Transportation Research Board
µm
Micro metro
10
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO .......................................................................................... 12
1.1
Área e limitação do tema .................................................................... 12
1.2
Justificativa .......................................................................................... 13
1.3
Objetivos .............................................................................................. 13
1.3.1
Objetivo geral ................................................................................... 13
1.3.2
Objetivo específico........................................................................... 13
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................... 14
2.1
Localização e características geológicas da região de estudo ....... 14
2.1.1
Formação Serra Geral ...................................................................... 15
2.1.2
Durabilidade e Alterações em rochas basálticas; ......................... 16
2.2
Estrutura de um pavimento ................................................................ 17
2.2.1
Subleito ............................................................................................. 18
2.2.2
Reforço de Subleito.......................................................................... 18
2.2.3
Base e Sub Base .............................................................................. 18
2.2.4
Camada de revestimento ................................................................. 19
2.3
Pavimento intertravados com blocos de concreto pré-moldados .. 20
2.4
Tráfego e carregamentos .................................................................... 23
2.4.1
Ciclo de vida do pavimento ............................................................. 25
2.4.2
Influencia da inflação dos pneus .................................................... 26
2.5
Análise mecanística-empirica de um pavimento .............................. 27
2.5.1
Métodos de dimensionamento com base na teoria da elasticidade
........................................................................................................... 27
2.6
Resiliência ............................................................................................ 29
2.6.1
Módulo de Resiliência ...................................................................... 30
2.6.2
Correlação de Módulo de Resiliência com CBR/ISC ..................... 33
2.6.3
Ensaio de CBR ou ISC ..................................................................... 34
2.6.4
Coeficiente de Poisson .................................................................... 34
2.6.5
Dimensionamento mecanístico-empírico de pavimento em bloco
intertravado ........................................................................................................... 35
2.6.6
3
Verificação da tensão vertical na superfície do subleito .............. 35
METODOLOGIA ....................................................................................... 37
3.1
Dados de projeto ................................................................................. 37
3.2
Uso do software de Análise Mecanística-empírica ........................... 38
11
3.2.1
4
Verificações de desempenho .......................................................... 39
ANÁLISE DOS RESULTADOS ................................................................ 41
4.1
Estrutura de Pavimento do Tipo 1...................................................... 41
4.2
Estrutura de Pavimento do Tipo 2 ...................................................... 43
4.3
Estrutura de Pavimento do Tipo 3 ...................................................... 44
5
5.1
6
CONCLUSÃO ........................................................................................... 47
Sugestões para próximas pesquisas ................................................. 48
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................ 49
12
1 INTRODUÇÃO
Sabendo do aquecimento do mercado imobiliário em Santa Cruz do Sul,
empreendedores viram o ramo da construção e incorporação de loteamentos
residenciais um bom investimento a médio e longo prazo. A execução desses
loteamentos compreende toda a infraestrutura desde terraplenagem, assentamento
de redes de saneamento, eletrificação e por fim a pavimentação, assunto deste
trabalho. Percebe-se de uma maneira geral que o dimensionamento estrutural
desses pavimentos nem sempre existe, se existe, é feito de uma maneira empírica.
O objetivo principal dos empreendedores e investidores sempre foi e sempre
será o lucro rápido. Neste ramo, os prazos curtos são justificativa para deixarem de
fazer uma correta investigação geotécnica e um bom estudo científico. Este trabalho
busca através de análise computacional de tráfego, estudar, questionar e criticar um
projeto estrutural de pavimento intertravado com blocos pré-moldados de concreto.
A análise busca verificar a qualidade final do pavimento, o uso correto e
racionalizado de recursos naturais e o objetivo principal requisitado pelos
empreendedores a economia.
Os comportamentos das estruturas dos pavimentos projetados foram
analisados por método mecanístico-empírico, através da ferramenta de Analise
Elástica de Múltiplas Camadas – o AEMC, que é uma rotina do software SisPav®.
Franco (2008) que desenvolveu o software, fala que a necessidade da modelagem
mecanística-empírica vem da busca constante de aperfeiçoar os projetos de
pavimentação em termos de eficiência estrutural, de modo a utilizar materiais, cuja
experiência de desempenho em campo ainda não se tem suficiente, e considerando,
também, condições ambientais e de tráfego, diferentes daquelas para as quais os
Métodos Empíricos, ainda utilizados no país, foram desenvolvidos.
1.1 Área e limitação do tema
O presente trabalho foca a área de geotécnica e pavimentação. Pretende-se
analisar e avaliar o desempenho de três tipos de estrutura de pavimentos, através
de métodos mecanísticos para estimar as tensões atuantes devido ao tráfego de
veículos.
As estruturas de pavimentos a serem estudas foram extraídas do projeto de
pavimentação intertravada de blocos pré-moldados de concreto de um loteamento
13
residencial em Santa Cruz do Sul, RS, o qual prevê o assentamento de blocos sobre
um colchão de areia e o subleito, dependendo da capacidade de suporte, recebem
uma
camada
de
basalto
alterado
(reforço
de
subleito).
As
simulações
computacionais foram executadas através da ferramenta de rotina AEMC do
software SisPav®.
1.2 Justificativa
Diante da rápida expansão da zona urbana de Santa Cruz do Sul, tendo as
diversas empresas urbanizadoras da região buscando redução de custos, torna-se
oportuno o questionamento quanto à qualidade dos pavimentos construídos,
inclusive o uso correto dos recursos naturais da região.
Na região de Linha João Alves, localizada ao leste do município de Santa
Cruz do Sul, o basalto alterado torna-se o material de reforço de subleito preferido
para pavimentação pelos empreendedores, por ser de custo relativamente baixo e
na maioria das vezes é explorado dentro dos próprios empreendimentos.
Constatado que muitas vezes estes pavimentos são dimensionados de forma
empírica por não ser definido um controle de aceitação técnico cientifico para os
empreendimentos. O presente trabalho tenta inverter essa situação, na tentativa de
implantar métodos mais modernos, criando ao acadêmico, experiência científica,
auxiliando na formação, para no futuro tomar as decisões corretas quanto à
qualidade e economia dos pavimentos executados.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo geral
A presente pesquisa tem como objetivo geral estudar as propostas de um
projeto de pavimentação de um loteamento residencial com baixo volume de tráfego.
1.3.2 Objetivos específicos
Os objetivos específicos desta pesquisa são:
 Fazer uma breve revisão bibliográfica das questões básicas da mecânica de
pavimentos;
 Com dados do projeto, utilizar o software SISPAV para verificar as tensões
atuantes no subleito, para então criticar, avaliar e discutir os seus resultados;
14
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Localização e características geológicas da região de estudo
Para definição dos materiais de construção a serem aplicados em obra é de
suma importância ter o conhecimento da localização geográfica e características
geológicas da região, justificando assim a escolha dos materiais e seus métodos
construtivos, quanto à economia e qualidade.
Conforme Wenzel (1996), o município de Santa Cruz do Sul encontra-se na
margem sudeste da grande deposição sedimentar conhecida como Bacia do
Paraná. Apesar do perímetro urbano se circunscrever dentro da Formação Santa
Maria, a litologia mais expressiva, são as rochas basálticas características da
Formação Serra Geral que configuram o relevo Norte e Leste da cidade.
Figura 1: Mapa geológico de Santa Cruz do Sul
Fonte: Noronha et al. (2012)
15
2.1.1 Formação Serra Geral
A designação dada por White (1906), citado por Arnold (1993), refere-se
Formação Serra Geral como província magmática relacionada aos derrames e
intrusivas que recobrem 1,2x106 km2 da Bacia do Paraná (MELFI ET AL., 1988,
citado pela COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOS MINERAIS -CPRM,
2012), considerado um dos mais importantes eventos vulcânicos do planeta,
abrangendo toda a região centro-sul do Brasil recobrindo os estados de MG, MS,
SP, PR, SC e RS, e estendendo-se ao longo das fronteiras do Paraguai, Uruguai e
Argentina. Aceitando-se a hipótese que tenha continuidade física no continente
africano.
O sistema de derrames em platô é alimentado através de uma intensa
atividade intrusiva, normalmente representada por diques e sills que acompanham,
grosseiramente, as principais descontinuidades estruturais da bacia.
Na região estudada, a Formação Serra Geral está imediatamente sobreposta
aos arenitos da Formação Botucatu e em alguns locais sobre as argilas vermelhas
da Formação Santa Maria. Foram identificados três terraços correspondentes a três
períodos de extrusão de lavas, ocorrendo intercalações com arenitos, que sugerem
a continuação de um ambiente de clima desértico, enquanto durou esse vulcanismo
(CORDANI ET AL., 1980, citado por WENZEL, 1996).
As variações composicionais, os dados geocronológicos, as características
texturais e o arranjo entre derrames e intrusivas da bacia, possibilitaram a divisão da
Serra Geral em oito fácies distintas, cinco relacionadas ao magmatismo máfico
(fácies Gramado, Paranapanema, Pitanga, Esmeralda, Campo Erê e Lomba
Grande) e quatro ao magmatismo intermediário a félsico (fácies Palmas, Chapecó,
Várzea do Cedro e Alegrete). Desse conjunto, abordaremos a fácies Gramado
(CPRM, 2012).
Fácie Gramado tem sua área tipo ao longo da escarpa sul da Serra Geral e
refere-se a um conjunto de derrames com espessura máxima em torno de 300
metros que representam as primeiras manifestações vulcânicas sobre os sedimentos
arenosos do então deserto Botucatu (CPRM, 2012).
16
2.1.2 Durabilidade e Alterações em rochas basálticas
Segundo Fiorentini (2002), citado por Retore (2005), durabilidade de rochas,
numa forma abrangente, significa a capacidade do material resistir às mudanças das
condições física, químicas e mecânicas (resistência mecânica, textura, porosidade,
homogeneidade, permeabilidade, cor, fraturas, estética, etc.), na qual fica submetida
desde sua retirada do ambiente geológico de origem, durante os processos de
extração, estocagem e manuseio durante a construção da obra de engenharia, até o
seu desempenho no pós-obra.
O termo alteração é usado para designar as alterações físicas e químicas das
rochas. Neste caso, tais modificações provocam mudanças no desempenho da
rocha, principalmente do ponto de vista geomecânico (FRAZÃO, 1993, citado por
MAIA, 2001).
O fator intemperismo é o que representa o conjunto de processos que
ocasionam a desintegração e a decomposição das rochas e dos minerais
provocados pelos agentes atmosféricos (físicos e químicos) e biológicos (LEINZ E
MENDEZ, 1963, citado por MAIA, 2001). Por desintegração, entende-se o
intemperismo por agentes físicos e por decomposição o intemperismo devido aos
agentes químicos.
O intemperismo físico resulta da desagregação mecânica da rocha e
desorganização da estrutura dos minerais constituintes, através de mudanças
térmicas e erosão da água, gelo, ventos, vegetação, etc. onde a rocha matriz sofre
fraturas e se divide em fragmentos cada vez menores formando os pedregulhos,
areias, sites e em condições especiais até mesmo as argilas.
O intemperismo químico acontece por meio de reações químicas na rocha,
através principalmente do agente água, originadas por hidratação, oxidação,
dissolução, carbonatação, cimentação e efeitos químicos da vegetação. As argilas
representam o último produto do processo de decomposição.
A desintegração consiste na perda de coesão da rocha e na progressiva
individualização dos minerais constituintes, sem que ocorra, necessariamente, a
alteração da natureza dos minerais. A decomposição corresponde à modificação
progressiva da natureza dos minerais, sem necessariamente ocorrer desintegração.
O grau de alteração das rochas depende da estabilidade química dos
minerais constituintes. Em geral, as rochas basálticas se alteram mais facilmente
17
que outros tipos de rocha, como, por exemplo, os granitos, principalmente em
condições úmidas. Esta maior alterabilidade dos basaltos se deve porque seus
minerais primários são menos estáveis quimicamente que os do granito, para
mesmas condições físico-ambientais (ARNOLD, 1993).
Nos basaltos é frequente a presença de minerais secundários deletérios
originados por ação hidrotermal; que são relativamente mais alteráveis nas mesmas
condições físico-quimicas do meio. Dentre os que mais contribuem são os argilominerais de constituintes vítreos que podem ser do grupo das esmectitas estes
apresentam expansibilidade na presença da água e encontram-se nas rochas
preenchendo as fraturas (ARNOLD, 1993).
2.2 Estrutura de um pavimento
O pavimento é definido como uma estrutura de múltiplas camadas construída
sobre a camada final de terraplenagem. Essa estrutura é destinada técnica e
economicamente a resistir aos esforços verticais produzidos pelo tráfego e a
melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança. As
camadas de um pavimento representadas na figura 2 seguem a seguinte
terminologia: subleito, reforço de subleito, sub-base, base e revestimento superior
(ANDRADE, 2012).
Seu dimensionamento depende de fatores como o tipo de revestimento,
condições de trafego, os materiais utilizados, fundações, o clima e o nível da água.
Figura 2: Exemplo de estrutura de pavimento asfáltico.
Fonte: Andrade (2012)
18
Os solos do subleito e todos os materiais que compõem as camadas do
pavimento devem ser ensaiados e caracterizados para assegurar um bom
desempenho do pavimento (MARQUES, 2011).
2.2.1 Subleito
Normalmente é o terreno in natura, o qual pode receber camadas de aterro
compactado para chegar à cota de projeto. Não deve ser um solo expansivo.
O subleito pode receber uma camada de regularização, que corrige falhas da
camada final de terraplenagem ou de um leito antigo de estrada de terra
(BERNUCCI et al. 2008).
O subleito será considerado adequado para “receber” a base ou a sub-base se
a sua resistência, expressa pelo índice CBR/ISC, for maior que 2% e a
expansibilidade relativa menor ou igual a 2% (ABCP, 2001).
2.2.2 Reforço de Subleito
Quando existente, trata-se de uma camada de espessura constante sobre o
subleito regularizado. Tipicamente um solo argiloso de qualidades superiores a do
subleito.
2.2.3 Base e Sub Base
A sub-base encontra-se acima do subleito ou camada de reforço de subleito, a
camada deve ter boa capacidade de suporte. Previne o bombeamento do solo do
subleito para a camada de base, sendo que a existência ou não da camada de subbase estará dependente do dimensionamento do pavimento.
Abaixo do revestimento, fornecendo suporte estrutural, a camada de base tem
como função receber as tensões distribuídas pela camada de revestimento. Deverá
resistir e distribuir os esforços à camada de sub-base se esta existir ou então para o
subleito, evitando assim as deformações permanentes e a consequente deterioração
do pavimento. (MÜLLER, 2005, citado por MORGADO, 2008)
Nos pavimentos asfálticos a camada de base é de grande importância
estrutural. As bases podem apresentar as diversas constituições, conforme Tabela
1.
19
Tabela 1: Constituições de base
Base Granular:
Base Coesiva:
Não tem coesão, não resiste à tração,
dilui as tensões de compressão,
principalmente devido a sua
espessura.
Sem Aditivo: Solo; Solo-brita; Brita
graduada.
Com aditivo: Solo melhorado com
cimento; Solo melhorado com cal.
Dilui as tensões de compressão
também devido a sua rigidez,
provocando uma tensão de tração em
sua face inferior.
Com ligante ativo: Solo-cimento; Solocal; Concreto rolado.
Com ligante asfáltico: Solo-asfalto;
Macadame asfáltico; Mistura asfáltica.
Fonte: BERNUCCI et al., 2008
Os materiais de menor custo, utilizados na região são os basaltos, sendo eles
os alterados, extraído por escavações e os detonados. Com um custo um pouco
maior, porém com desempenho muito melhor, existem os britados, que podem ser
devidamente graduados para seu fim. O uso de aditivos ou ligantes na base não é
comum, considerando que o foco do presente trabalho é de obras na zona urbana
do município.
2.2.4 Camada de revestimento
A camada de revestimento estabelece a condição de conforto ao usuário,
durabilidade do pavimento e contribui decisivamente para a função estrutural do
pavimento (distribuição de tensões) por intermédio das suas características de
travamento, além de suportar as tensões de corte superficiais de contato das rodas
dos veículos (MORGADO, 2008)
Podemos classificar os pavimentos em três tipos (BERNUCCI et al., 2008):

Pavimentos Rígidos: com revestimento executado com placas de concreto de
cimento Portland; neste caso a placa absorve maior parte das tensões, a
distribuição das cargas faz-se sobre uma área relativamente maior. É pouco
deformável e mais resistente à tração, sendo que a qualidade do subleito
pouco interfere no comportamento estrutural.

Pavimentos Flexíveis: revestido de camada asfáltica ou com blocos de
concreto intertravados e com base de espessuras proporcionais à rigidez das
camadas. Essas camadas sofrem deformações elásticas significativas que até
um limite não levam ao rompimento. A qualidade do subleito é importante, pois
é submetido a altas tensões e absorve maiores deflexões.
20

Pavimentos Semi-rigidos: revestido de camada asfáltica e com base
estabilizada quimicamente (cal, cimento); sendo a base estabilizada rígida e
absorvendo a maior parte das tensões.
A Figura 3 faz uma comparação em um modelo de pavimento flexível e um
modelo rígido, visualizando a atuação das cargas seu comportamento.
Figura 3: Atuação de cargas dos pavimentos
Fonte: Andrade (2013)
2.3 Pavimentos intertravados com blocos de concreto pré-moldados
O sistema de pavimentação em blocos pré-moldados de concreto - também
conhecido como sistema de pavimentação intertravada - consiste na utilização de
peças pré-moldadas com características técnicas específicas para esse tipo de
aplicação.
Tendo um comportamento estrutural semelhante aos pavimentos flexíveis, os
pavimentos intertravados com blocos de concreto permitem liberar o tráfego logo
após o assentamento e executar consertos sem deixar remendos, sendo uma boa
alternativa, tanto do ponto de vista técnico quanto econômico.
Os pavimentos com blocos de concreto têm como característica principal a sua
superfície antiderrapante proporcionando maior segurança em rampas ou curvas e
em casos de frenagem, principalmente quando a superfície se encontra molhada. As
juntas entre as peças possibilitam a infiltração de uma parcela das águas incidentes
permitindo uma boa drenagem das águas da chuva e, ao mesmo tempo, evitam a
impermeabilização do solo, amenizando desta maneira, o impacto ambiental. É
21
considerado,
portanto,
um
piso
ecologicamente
correto
(ESCOLHER
&
CONSTRUIR, 2007, citado por MORGADO, 2008).
A execução desse tipo de pavimento é feita primeiramente pelo assentamento
dos elementos de confinamento (normalmente o meio-fio), posteriormente, de forma
manual, o assentamento dos blocos de concreto, acima de um colchão de areia não
compactado, porém devidamente regularizado.
Os pavimentos de blocos requerem elementos que os confinem evitando
deslocamentos das peças, abertura das juntas e perda de travamento entre blocos.
Esses elementos são denominados de meio-fio e devem colocados antes dos
blocos.
O colchão de areia do pavimento tem objetivo principal de servir de apoio ao
assentamento dos blocos de concreto. A espessura e a qualidade da areia utilizada
estão diretamente ligadas ao desempenho final do pavimento. O comportamento
estrutural dos blocos de concreto está inteiramente ligado à espessura da camada, à
granulometria e ao índice de forma dos grãos (MÜLLER, 2005, citado por
MORGADO, 2008).
Uma característica que influencia negativamente o desempenho do colchão de
areia é a presença de silte e argila na areia. Provoca desajustamento e desnível
entre os blocos, além de conduzir a um endurecimento exagerado nesta camada
(MORGADO, 2008). A espessura final dessa camada, uma vez colocados os blocos
e vibrado o pavimento, deve estar compreendida entre 3 e 5 cm. Conforme Morgado
(2008), espessuras maiores que 5 cm, tendem a se deformar com maior facilidade,
e ao contrário, tendo a camada de areia com pouca espessura (menor que 3 cm),
propicia a ruptura do bloco de concreto.
O procedimento correto do assentamento dos blocos determina que ele seja
iniciado a partir de um meio-fio lateral e em ângulos retos ou a 45˚ em relação ao
eixo definido. Os blocos devem ser dispostos o mais próximo possível entre si, de
maneira a garantir o intertravamento - as juntas entre blocos não devem exceder a 3
mm. Os blocos podem ser assentados de diversas paginações, dependendo do seu
tipo, do tráfego e da estética que se deseja.
22
Figura 4: Estrutura de pavimento com bloco de concreto intertravado
Fonte: Morgado (2008)
Concluído o assentamento, o pavimento deve então ser submetido à
compactação para adensamento da areia e eliminação de eventuais desníveis,
através de uma placa vibratória. Durante a vibração, uma camada de areia fina deve
ser espalhada sobre a superfície, garantindo o total preenchimento das juntas do
pavimento e consequente intertravamento dos blocos, fator importante para o
desempenho adequado do pavimento. Os pequenos espaços existentes entre eles e
as bordas de acabamento devem ser preenchidos com argamassa de cimento e
areia. A área pode então ser liberada ao tráfego.
Pode-se definir travamento como sendo a característica que um pavimento
intertravado tem de resistir a esforços de deslocamentos individuais das peças,
sendo esses verticais, horizontais, de rotação e de giração em torno dos blocos
vizinhos. Um bom travamento confere aos blocos de concreto a capacidade de
transmitir as cargas superficiais aplicadas em pequenas áreas, para áreas mais
extensas nas camadas de base, mantendo as tensões no subleito do pavimento
dentro dos limites admissíveis. (HALLAC, 1998, citado por MORGADO, 2008).
A propriedade de distribuição das cargas vai melhorando com o tempo de
utilização do pavimento. Chega-se progressivamente a um estado de travamento
total, a camada de rolamento vai adquirindo maior rigidez e os blocos pré-fabricados
de concreto deixam de constituir uma mera camada de rolamento e transformam-se
numa camada estrutural.
Conforme a NBR 9781:1987, peças pré-moldadas de concreto devem
obedecer aos seguintes requisitos:
23

Qualidade condizente com a vida útil prevista, boa aparência, tamanho e
forma mais uniforme possível, para um bom intertravamento entre as faces
laterais, e superfície de rolamento plana;

As diferenças máximas entre as dimensões nominais dadas pelo fabricante e
as reais, medidas em um determinado lote, não devem ultrapassar 3 mm no
comprimento e largura e 5 mm na espessura;

Bordas com cantos vivos, sem distorções ou perdas de material, rebarbas
horizontais;

Faces laterais podem ser retas ou curvas, mas devem ser sempre
perpendiculares às duas faces anteriores, e não podem ter “ombros” de apoio
com as peças vizinhas.
2.4 Tráfego e carregamentos
Definiu-se a partir dos estudos desenvolvidos pela AASHTO Road Test no final
da década de 50, um eixo padrão que é um eixo simples de rodado duplo com carga
de 18.000 lb ou 82 kN (8,2tf) e 552 kPa (80psi) de pressão de inflação dos pneus.
Os efeitos destrutivos destas cargas sobre os pavimentos podem ser comparados
ao provocado por um determinado número de passagens do eixo padrão (ALBANO,
2005).
Desta forma, o tráfego previsto para um pavimento é definido em função do
número equivalente de operações do eixo padrão durante o período de projeto. Essa
quantidade de passagens do eixo padrão é o tradicional número N.
A definição do número N de projeto é baseada em estudos e previsões de
tráfego da via. Tem uma modelagem de tráfego complexa, pois envolve contagem
de veículos, distribuição do peso sobre os eixos, velocidade de passagem, variação
lateral e locação em relação ao eixo da rodovia, geometria dos eixos, pressão dos
pneus, entre outros (FRANCO, 2007).
Conforme a Prefeitura Municipal de São Paulo (2004) para o estabelecimento
do parâmetro "N" (número de operações do eixo padrão de 82 KN), representativo
das características de tráfego são estudados os seguintes tópicos:
• Estimativa das porcentagens mais prováveis de cada tipo de veículos de
carga na composição da frota. Isso é efetuado levando-se em conta a função
preponderante de cada classe de via.
24
• Carregamento provável de acordo com cada classe de via. Constata-se que,
em viagens curtas e principalmente nas zonas urbanas, a porcentagem de veículos
circulando com carga abaixo do limite e mesmo "vazios" é elevada.
A solicitação de tráfego sobre uma rodovia pode ser calculado pela expressão
abaixo, sendo função direta de três variáveis principais: o volume total de veículos
em todo período de projeto (Vt), o fator de veículos (Fv) e o fator climático regional
(Fr) que é determinado em função da precipitação pluviométrica anual da região.
.
(1)
Para o cálculo do fator de veículos (Fv), portanto, faz-se necessária a
transformação de todas as cargas dos diferentes tipos de veículos em cargas que
sejam equivalentes, em poder destrutivo, à carga do eixo padrão (Franco 2007). O
método do DNER, desenvolvido a partir de pequenas alterações num método do
Corpo dos Engenheiros do Exército Americano (TURNBULL ET AL, 1962, citado por
FRANCO, 2007) pelo engenheiro Murillo Lopes de Souza, expressa o fator de
veículos em função de dois fatores, o fator de eixos e o fator de carga, conforme a
expressão.
(2)
Fe é o fator de eixos: um valor que, multiplicado pelo número de veículos,
fornece o número de eixos correspondente;
Fc é o fator de cargas: um valor que, multiplicado pelo número de eixos,
fornece o número de eixos equivalente ao eixo padrão.
A instrução de projetos da Prefeitura Municipal de São Paulo (2004) classifica
os diferentes tipos de tráfegos para projetos de vias com blocos intertravados na
tabela a seguir.
25
Tabela 2: Classificação de vias e parâmetros de tráfego
Fonte: Prefeitura Municipal de São Paulo (2004)
2.4.1 Ciclo de vida do pavimento
Ligado ao projeto de um pavimento e ao numero N, o ciclo de vida de um
pavimento deve ser compreendido. Segundo Franco (2007), dois conceitos são
necessários para compreensão do ciclo de vida de um pavimento: a serventia
mínima, que depende de fatores ligados ao uso e importância da rodovia; e os tipos
de ruptura. A ruptura estrutural é o colapso propriamente dito da estrutura do
pavimento, ou de um de seus componentes, de forma que o pavimento se torna
incapaz de sustentar qualquer carga imposta na superfície. A ruptura funcional, que
pode ou não vir acompanhada de uma ruptura estrutural, é a condição que o
pavimento atinge caracterizada pelo desconforto ao rolamento dos veículos, pela
diminuição da segurança das operações .
Um pavimento é projetado para que possua uma condição operacional
adequada ao longo de um período de tempo determinado. Porém, se não houver
manutenção, essa condição operacional vai sendo degradada ao longo do tempo
devido aos problemas construtivos, à passagem das cargas e às ações climáticas.
Quando o pavimento sofre qualquer intervenção de manutenção, conservação ou
26
reabilitação, a sua condição operacional se mantém satisfatória por mais tempo.
Esse ciclo de degradação e conservação é chamado de ciclo de vida do pavimento.
2.4.2 Influência da inflação dos pneus
Outro fator que influencia nos carregamentos de um pavimento é a inflação de
pneus dos veículos, já que os pneus utilizados no AASHO Road Test em 1950 eram
representativos daqueles que estavam em uso, ou seja, pneus de lonas com
pressões de enchimento da ordem de 517 a 552 kPa (75 a 80 psi). Desde então os
fabricantes de pneus estão introduzindo no mercado os pneus radiais com melhores
condições de suportar maiores pressões e cargas (NATIONAL RESEARCH
COUNCIL, 1990, citado por ALBANO, 2005).
Albano (1998) realizou uma pesquisa de campo no município de Portão, Rio
Grande do Sul. Foi feito um levantamento de uma série de informações dentre as
quais a pressão de enchimento dos pneus integrantes de uma amostra
representativa de 275 caminhões. Os valores obtidos confirmam as tendências de
aumento da pressão de inflação. Os principais resultados são os seguintes: pressão
média na amostra de pneus dianteiros 655 kPa (95 psi) e 717 kPa (104 psi).
Guia da AASHTO (1993), citado por Albano (2005) diz que a pressão de
inflação, utilizada em veículos pesados, tem aumentado na medida em que os
construtores de pneus estão melhorando a tecnologia de fabricação. Destaca
também que as montadoras estão avaliando as potenciais vantagens da adoção de
maiores pressões de inflação nos pneus.
Vários estudos teóricos e experimentais desenvolvidos confirmam que a
pressão de contato não é igual à pressão de enchimento nem se distribui
uniformemente sobre uma superfície circular. Fernandes Jr. (1994), citado por
Albano (2005) comenta que a superfície de contato aproxima-se da elipse (pneus de
lonas) ou retângulo (pneus radiais) à medida que a carga por eixo aumenta ou a
pressão diminui.
Segundo Souza (1980), citado por Albano (2005), a área de contato entre um
pneu carregado e uma superfície pavimentada é aproximadamente elíptica para
pneus novos com pressão de enchimento e carga máxima recomendada e, para
pneus usados, com cargas além da máxima recomendada, a área de contato tende
a ficar retangular.
27
2.5 Análise mecanística-empírica de um pavimento
De acordo com Trichês, Barra e Nishibe (2006), a implantação de softwares,
como os programas de análise mecanística-empírica, no dimensionamento de
pavimentos, tem contribuição significativa à previsão de desempenho das estruturas,
antes mesmo de serem executadas no campo, ocasionando a otimização dos
recursos nas obras rodoviárias, as quais utilizam dos recursos públicos, sem o
emprego de critérios técnicos que venham a comprometer a vida útil dos pavimentos
no campo.
Medina e Motta (2005), citado por Marodin (2010) sugerem o seguinte roteiro
para o dimensionamento mecanístico-empírico:

Definir o número N de projeto com base em estudos e previsões do tráfego da
via;

Ensaiar os materiais que serão usados no subleito, a fim de obter os módulos
de resiliência e as leis de deformação permanente, considerando variações
de umidade;

Com os materiais estabelecidos, adotar uma estrutura inicial estimando
espessuras para cada camada do pavimento;

Calcular, através de programas de cálculo mecanístico-empírico, o estado de
tensões e deformações atuantes na estrutura, considerando como carga o
eixo padrão;

Verificar o afundamento de trilha de roda e comparar os valores de tensões e
deformações obtidos no cálculo com os critérios de ruptura estabelecidos em
função do número N de projeto, usando, entre outros, curvas de fadiga;
Por fim, se o item anterior for atendido, considera-se o pavimento
dimensionado. Caso um dos critérios dos itens não for atendido, alteram-se as
espessuras das camadas e se refazem todos os cálculos.
2.5.1 Métodos de dimensionamento com base na teoria da elasticidade
A estrutura de um pavimento flexível é representada por um meio estratificado,
submetido a um carregamento superficial distribuído em uma área circular podendo
ser modelada por meio da Teoria da Elasticidade. A Figura 5 representa um
28
pavimento com suas principais deformações e deslocamentos atuantes no interior
da estrutura.
Figura 5: Esquema das tensões, deformações e deslocamentos nos pontos críticos de um pavimento
asfáltico.
Fonte: Franco (2007)
A partir da caracterização da estrutura e dos materiais, as espessuras das
camadas, os módulos de resiliência e os coeficientes de Poisson dos diversos
materiais e da composição do tráfego atuante, a resposta do pavimento pode ser
estimada por via de cálculo. A teoria da elasticidade é largamente utilizada como
ferramenta para o cálculo dessas tensões, deformações e deslocamentos e os
métodos atualmente em uso para esse cálculo consideram os materiais segundo
dois comportamentos tensão-deformação distintos, quais sejam: comportamento
elástico linear e comportamento elástico-não linear.
Franco (2007) em sua tese elaborou um programa específico para o cálculo de
tensões, deformações e deslocamentos, com rotinas para entrada de dados e
apresentação de resultados, denominado AEMC – Análise Elástica de Múltiplas
Camadas, que é utilizado como rotina no SisPav®.
O programa processa os cálculos com base no programa JULEA criado pelo
Dr. Jacob Uzan, alterado para atender o formato de entrada de dados gerado pelo
AEMC. Considera o comportamento elástico não linear dos materiais, para isto, o
programa divide as camadas de comportamento elástico não linear em três
subcamadas e define os pontos de tensão na origem das coordenadas do
carregamento (x=y=0,00m) e, verticalmente, no meio das subcamadas. No subleito,
para todas as análises, os pontos verticais foram definidos a 0,075m; 0,225m; e
29
0,375m de profundidade, a partir do seu topo. Além disso, todos os modelos de
comportamento dos materiais constantes na Tabela 3 também foram incorporados.
Tabela 3: Modelos constitutivos do comportamento resiliente de materiais de pavimentação
Classe
Material
Modelo
0
Asfáltico
MR= f (tº C)
1
Granular
M R= K1 x σ3
2
Argiloso
K2
MR=K2 + K3x(K1- σd), se K1,> σd
MR=K2 + K4x(σd - K1), se K1 ≤ σd
3
Misturas asfálticas, solo cimentado
Mr = constante
de módulo elevado ou solo siltoso de
módulo baixo
4
5
k5
Solos arenosos com bastante argila
MR=K2 + K3 x (K1- σd) x σ3 , se K1,> σd
e solos lateríticos finos
MR=K2 + K4 x (σd - K1) x σ3 , se K1 ≤ σd
Granular (dependente da soma das
k5
MR = K1 x θ
k2
tensões principais)
6
Argiloso (dependente da tensão
k2
MR = K1 x σd
desvio)
7
Todos os solos e britas em geral
MR = K1 x σd ⋅σ3
k3
k2
Fonte: Medina e Motta (2005), citado por Franco (2007).
É importante resaltar que o programa AEMC considera somente a solicitação
do eixo configurado. O numero N é considerado no SisPav®, que usa a rotina de
carregamentos do AEMC.
2.6 Resiliência
Resiliência é um conceito oriundo da física, que se refere à propriedade de
que são dotados alguns materiais, de acumular energia quando exigidos ou
submetidos a estresse sem ocorrer ruptura. Após a tensão cessar poderá ou não
haver uma deformação residual causada pela histerese do material - como um
elástico ou uma vara de salto em altura, que se verga até certo limite sem se
quebrar e depois retorna à forma original dissipando a energia acumulada e
lançando o atleta para o alto.
30
2.6.1 Módulo de Resiliência
Foi convencionado no Brasil designar de “Método da Resiliência” a análise de
deformações, de deslocamentos e de tensões de sistemas de camadas elásticas
lineares e não-lineares (PINTO E PREUSSLER, 2002, citado por PREUSSLER,
2007). Os pavimentos, quando solicitados pelo tráfego, sofrem deformações
elásticas e permanentes ou plásticas. Em pavimentos mais delgados, com
tratamento superficial, por exemplo, a maior parcela da deformação é permanente,
já em pavimentos com revestimentos mais espessos há predominância das
deformações elásticas.
As deformações elásticas são conhecidas no meio rodoviário como resilientes.
O uso desse termo é justificado pelo fato de que as deformações nos pavimentos
flexíveis são muito maiores do que nos sólidos elásticos com que lida o engenheiro concreto, aço, etc. (HVEEM ,1955,citado por RETORE, 2005).
O ensaio para obtenção do módulo de resiliência, segundo o método DNITME134-2010, considerando amostra indeformada ou não, consiste primeiramente na
preparação do corpo de prova dentro de um molde cilíndrico onde é compactado e
pesado; depois é levado à câmara triaxial retirando uma das partes do molde; o
corpo de prova é acondicionado aplicando uma sequencia de carregamentos
eliminando grandes deformações permanentes nas primeiras aplicações de tensão
desvio; aplica-se 200 repetições para cada tensão desvio. Enfim, inicia-se o
procedimento para determinação do módulo de resiliência, com aplicação de
sequência de 18 pares das tensões indicadas na Tabela 4, para obtenção das
leituras das deformações específicas após 10 repetições de carga.
31
Tabela 4: Sequência de tensões para determinação do módulo de resiliência.
Fonte: DNIT, (2010)
Conforme DNIT, (2010), o módulo de resiliência é a relação entre a tensãodesvio (σ d), aplicada repetidamente em uma amostra de solo e a correspondente
deformação específica vertical recuperável ou resiliente ( rε )
(03)
Onde:
σd = tensão desvio cíclica (σ1 - σ3)
Ԑr = deformação recuperável (elástica ou reversível)
A cada aplicação da tensão desvio, a deformação axial tem uma parcela
pequena de natureza plástica ou permanente Ԑp e uma parcela maior de natureza
elástica ou resiliente Ԑr. Na determinação do módulo de resiliência somente a
segunda parcela é considerada.
32
A caracterização da deformabilidade do material se dá com os resultados
obtidos das leituras das deformações reversíveis medidas após estabilização das
deformações permanentes, seguindo um modelo elástico não linear, e das
deformações permanentes medidas em função do número de carregamentos,
caracterizando a resistência. Os níveis de tensões utilizados nos ensaios são
baseados na localização da camada dentro da estrutura do pavimento e pelo tipo de
material utilizado (PAUTE, 2000, citado por WAYHS, 2004).
Na Figura 6 conforme Medina (1997) citado por Wayhs (2004) apresenta-se o
modelo de comportamento resiliente de solo granular observado no Brasil.
Figura 6 : modelo de comportamento resiliente de solos.
Fonte: Medina (1997) apud Wayhs, (2004)
33
Conforme Preussler (1978) citado por Wayhs, (2004), o módulo de resiliência
de solos granulares pode ser influenciado pela pressão confinante, pela razão entre
as tensões principais, pelo número de repetições, duração e frequência da aplicação
da tensão/desvio, pela história de tensões, composição mineralógica, graduação das
partículas, condições de compactação, grau de saturação e temperatura.
2.6.2 Correlação de Módulo de Resiliência com CBR/ISC
Além do ensaio de compressão triaxial, podemos determinar o módulo de
resiliência de forma empírica, através de correlações.
Com a finalidade de agregar o módulo de resiliência aos métodos de
dimensionamento de pavimentos, muitas correlações empíricas baseadas nos
valores de CBR/ISC foram estudadas e aplicadas.
Tendo em vista que os órgãos rodoviários ainda não dispõem de facilidades
para os ensaios triaxiais dinâmicos, é de suma importância de se ter correlações
entre os valores de CBR/ISC e o módulo de resiliência (MEDINA E PREUSSLER,
1980 citado por SOUZA, 2005), apesar de serem ensaios bem diferentes, pois o
Módulo de resiliência é incorporado ao comportamento elástico do material,
enquanto o CBR/ISC leva o corpo de prova ao cisalhamento.
Muitos estudos foram realizados com o objetivo de correlacionar esses dois
parâmetros, nos quais resultaram diversas equações. Witczak et al (1995), citado
por Souza, (2005) resumiu algumas dessas equações listadas na tabela abaixo:
Tabela 5: Correlações entre MR e CBR.
Autores
Heukelom e Foster (1960), recomendada pela
AASHTO
Green e Hall (1975)
South African C.S.I. Research (CSIR)
Lister (1987)
Fonte: Witczak et al. (1995) citado por Souza, (2005)
Equações
MR = 1500.CBR
0,711
MR = 5409 x.CBR
0,65
MR = 3000 x CBR
0,64
MR = 2555 x CBR
A equação 04 apresentada a seguir foi desenvolvida por Medina, Pinto &
Preussler(1980) citado por Souza (2005), destacando-se que o índice de suporte
califórnia (CBR) é obtido em condições padronizadas de ensaio, diferentemente do
módulo resiliente para cuja determinação aplicam-se pressões confinantes e de
desvio que se escolhem de antemão e que são bem menores em magnitude.
34
(04)
Onde:
MR=Módulo de resiliência do solo argiloso compactado na umidade ótima e
determinado à tensão-desvio de 0,2 MPa (2 kgf/cm2);
CBR=Indice de Suporte Califórnia de amostras embebidas na água durante 4
dias (%).
Os módulos de resiliência (MR) estimados por meio da equação (5) de
Heukelon e Klomp (1962) citado por Silva et al.(2011) é bem simplificado, porém
bem aceito na prática brasileira.
(05)
2.6.3 Ensaio de CBR ou ISC
Resumindo o ensaio Califórnia Bearing Ratio (CBR) ou Índice de Suporte
Califórnia (ISC) é um ensaio relativamente simples e aplicado como parâmetro da
resistência de suporte de solos e materiais granulares ou de solos para subleito,
sub-base e base na pavimentação de rodovias, foi desenvolvido pela Divisão de
Estradas do Estado da Califórnia - EUA. O valor do índice CBR/ISC tem aplicação
na seleção de materiais para subleitos e pavimentação, sendo ferramenta do
controle tecnológico do terrapleno à estrutura do pavimento. Aplicável a todos os
tipos de solos, o conceito baseia-se da relação entre o valor da resistência à
penetração no solo a ser ensaiado, em comparação com a medida de referência
obtida para um material pétreo padrão (brita estabilizada), classificado para emprego
em camadas de base. No Brasil, o ensaio é normatizado pelo método do DNER-ME
049/94.
2.6.4 Coeficiente de Poisson
Chama-se Coeficiente de Poisson ( ) à relação entre a deformação transversal
relativa e a deformação longitudinal relativa. É uma grandeza sem dimensões.
O coeficiente de Poisson, pode ser obtido através do ensaio de compressão
triaxial, porém, segundo o TRB (1975), citado por Neto (2004), quando não for
possível medir com confiabilidade o coeficiente de Poisson, pode-se adotar o valor
descrito na Tabela 6.
35
Tabela 6: Valores de Coeficiente de Poisson para alguns materiais de pavimentação
Materiais
Coeficiente de Poisson
CBUQ
0,25 - 0,35
Subleito, Sub-base, e Bases
0,30 - 0,40
Granulares.
Solo Cimento
0,10 - 0,25
Subleito Siltoso ou Argiloso
0,40 - 0,50
Fonte: TRB - SPECIAL REPORT 162 (1975), citado por Neto (2004).
Morgado, 2008 em seu estudo considerou o bloco e colchão de areia como
uma única camada, adotando o coeficiente de Poisson de 0,30.
2.6.5 Dimensionamento mecanístico-empírico de pavimento em bloco
intertravado
Visto que o software e a maioria das bibliografias analisam pavimentos
asfálticos, Hallac (1998), citado por Morgado (2008) propõe uma metodologia de
dimensionamento aplicada a pavimentos intertravado com bloco de concreto em
áreas de terminais de carga e zonas industriais, onde circula grande variedade de
veículos. A principal característica deste método é admitir um pavimento com três
camadas, sendo que a camada de base tem rigidez suficiente para não sofrer
ruptura por fadiga. Assim, é condição essencial do método, a adoção de material
estabilizado com o módulo de elasticidade elevado e uma deformação pequena na
camada de base. O dimensionamento que se faz é a determinação da espessura da
base, uma vez que a camada de revestimento (bloco + colchão de areia) é definida
como uma camada só, considerando um módulo resiliente de 3000 MPa.
2.6.6 Verificação da tensão vertical na superfície do subleito
Sabe-se que o pavimento rodoviário deve exercer a função estrutural de
receber as solicitações oriundas do tráfego, em que as variadas camadas devem
promover a propagação das tensões aplicadas na superfície, de tal forma que o
subleito receba uma parcela bem atenuada desta tensão superficial. A Figura 7
mostra a distribuição das tensões ao longo da vertical até alcançar o subleito do
pavimento.
36
Figura 7: Distribuição de cargas no pavimento
Fonte: Santana (1993) citado por Marques, (2011)
Calcula-se a tensão vertical admissível no subleito pela equação 6,
estabelecida por Heukelom e Klomp(1962) citado por Silva et al.(2011).
(6)
Onde:
σVadm= Tensão vertical admissível
MR= Módulo de Resiliência
N= numero de aplicações de cargas.
Conforme se observa na equação, a tensão admissível é resultante pela
relação do módulo de resiliência e pelo numero N de passadas de eixo 8,2 tf, ou
seja, é a tensão vertical que se admite num subleito de módulo de resiliência tal
após um numero N de tráfego.
37
3 METODOLOGIA
Neste trabalho, estudou-se a proposta de um projeto de pavimentação para um
loteamento residencial. Simulando as tensões para a estrutura de pavimento através
do software. A partir de então se avaliou questões pertinentes ao desempenho do
pavimento, considerando economia e viabilidade técnica.
3.1 Dados de projeto
No projeto consideram-se três tipos de estrutura de pavimentos, para três
CBR/ISC de subleitos pré-definidos. O revestimento a ser utilizado será em blocos
de concreto intertravados com espessura de 6 cm (a pior situação), assentados em
um colchão de areia na espessura de 5 cm. O projeto indica as demais camadas
que irão compor a estrutura de pavimentação das vias de circulação do loteamento,
em função dos materiais locais disponíveis, procurando compatibilizar nesta
definição os aspectos técnicos e econômicos mais viáveis.
A definição do CBR/ISC do subleito ocorreu durante a elaboração do projeto
geotécnico que estabeleceu este índice em três faixas:
CBR/ISC subleito > 7%
CBR/ISC subleito > 10%
CBR/ISC subleito > 13%
A Figura 8 ilustra cada uma das três estruturas de pavimentos que dependem
CBR/ISC diretamente do subleito
Figura 8: Estruturas de pavimento
Fonte: Esaplan Engenharia e Planejamento LTDA, (2012)
Segundo Projeto da Empresa Esaplan Engenharia e Planejamento LTDA,
(2012) para adoção da estrutura de pavimento tipo 1 e 2 (sobre subleito com
CBR/ISC < 7% e CBR/ISC > 7% respectivamente) deverá ser executada camada de
38
reforço de subleito, com lançamento de camada de basalto alterado (CBR/ISC>15%
e expansão <2%).
O autor do projeto justifica que por se tratar de loteamento que ainda não está
em operação não é possível a realização de contagem de tráfego para determinação
do número de aplicações do eixo padrão de 8,2 toneladas, assim sendo definido o
número N através da comparação com empreendimentos similares. Adotado para
dimensionamento do pavimento N = 1,5x106.
3.2 Uso do software de Análise Mecanística-empírica
Os parâmetros de entrada do software foram:

A espessura das camadas: conforme Figura 8, foi realizada a simulação das
estruturas de pavimentos do Tipo 1, 2 e 3.

O módulo de resiliência das camadas; a correlação foi realizada pela equação
abaixo, também exposta no item 2.6.2 Considerando sempre a pior situação
do projeto, ou seja, o pior CBR/ISC a ser aceito na camada.
MR=10 x CBR, dado em MPa.

Coeficiente de Poisson das camadas: conforme classificação dado no item
2.6.4.

Carregamento da estrutura: N=1,5x106, classificado como Tráfego meio
pesado.

A pressão de inflação de pneus será de 90 psi ou 633 KPa, considerada uma
pressão média.

O Modelo de comportamento resiliente dos materiais, será sempre o modelo
3, que considera o MR constante.

Os Pontos de Analise serão no eixo de aplicação da carga, sendo a
profundidade equivalente ao topo do subleito.
Segue nas tabelas a seguir, resumo de dados de entrada para o Programa
AEMC do SisPav®.
Tabela 7: Resumo de dados para o pavimento Tipo 1
Resumo: Estrutura de pavimento Tipo 1
Camada
Espessura
Coef. Poisson
Modelo
Módulo de resiliência
Bloco + Areia
11
0,30
3
3000 MPa
Reforço de subleito
30
0,35
3
150 MPa
39
Subleito
0
0,45
3
70 MPa
Ponto de Análise (x,y,z) = 0, 0, 0.4101 (m)
Fonte: O autor
Tabela 8: Resumo de dados para o pavimento Tipo 2
Resumo: Estrutura de pavimento Tipo 2
Camada
Espessura
Coef. Poisson
Modelo
Módulo de resiliência
Bloco + Areia
11
0,30
3
3000 MPa
Reforço de subleito
18
0,35
3
150 MPa
Subleito
0
0,45
3
100 MPa
Ponto de Análise (x,y,z) = 0, 0, 0.2901 (m)
Fonte: O Autor
Tabela 9: Resumo de dados para o pavimento Tipo 3
Resumo: Estrutura de pavimento Tipo 3
Camada
Espessura
Coef. Poisson
Modelo
Módulo de resiliência
Bloco + Areia
11
0,30
3
3000 MPa
Subleito
0
0,45
3
130 MPa
Ponto de Análise (x,y,z) = 0, 0, 0.1101 (m)
Fonte: O Autor
Eixo
Tabela 10: Resumo de valores de carregamento
Pressão de pneus
Configuração de eixo
Carga de roda
Distancia entre
rodas:
Duplo
0,633 MPa
8.200 kg
2.050 kg
0,324 m
Fonte: O Autor
3.2.1 Verificações de desempenho
Consiste em verificar se a tensão vertical no subleito é menor que a tensão
admissível e analisar deflexões. Conforme projeto, o numero N = 1,5x106, é
classificado como Tráfego Meio Pesado – conforme instrução de projeto da
Prefeitura Municipal de São Paulo (2004) são ruas ou avenidas para as quais é
prevista a passagem de caminhões ou ônibus em número 101 a 300 por dia, por
faixa de tráfego, caracterizado por número "N" típico de 1,4 x106 a 3,1 x106
solicitações do eixo simples padrão (82 kN) para o período de 10 anos.
Calcula-se a tensão vertical admissível no subleito pela equação 6,
estabelecida por Heukelom e Klomp (1962) citado por Silva et al.(2011).
(6)
40
Onde:
σVadm= Tensão vertical admissível
MR= Módulo de Resiliência
N= número de aplicações de cargas
Apesar de todos os resultados de dados que o software pode fornecer no que
diz respeito a informações sobre o comportamento do pavimento, uma das principais
verificações que são as tensões horizontais (Sx ou Sy) na parte inferior da camada
de “revestimento” (indicando a possibilidade de fissuração por fadiga) não se aplica
ao pavimento intertravado e somente serão analisadas as tensões verticais (Sz) na
parte superior do subleito (que indica a possibilidade de afundamento, no subleito).
Esta tensão vertical atuante em cada um das três estruturas de pavimento será
comparada com as tensões verticais admissíveis de cada um dos três subleitos
calculados. Se a tensão admissível for menor que a tensão atuante, o pavimento
está subdimensionado, devendo ser revista à altura da camada de reforço de
subleito, até que a tensão atuante seja satisfatória. Em caso da estrutura estiver
superdimensionada, ou seja, a tensão atuante for consideravelmente menor que a
tensão admissível, deve diminuir a altura do reforço de subleito. Sendo que ainda
sim a estrutura estiver superdimensionada, verificar qual o numero N que o
pavimento suportaria.
41
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS
Sabendo que os dados de saída do AEMC são os seguintes:

Ux, Uy, Uz, são deslocamentos nos seus respectivos eixos;

Sx, Sy, Sz são tensões nos seus respectivos eixos;

Ex, Ey, Ez são deformações específicas nos seus respectivos eixos;
O sistema indica compressão para os valores negativos de tensão e valores
positivos para tração.
4.1 Estrutura de Pavimento do Tipo 1
Com os dados de entrada, conforme as Tabelas 7 e 10 do item 3.2 obtêm-se
os resultados expostos nas Tabelas 11 e 12:
Tabela 11: Resultado do AEMC do pavimento tipo 1 no ponto de topo do revestimento
Resultados Estrutura Tipo 1 no topo do pavimento
X (m)
Y (m)
Ponto:
0
0
Deslocamentos:
Tensões:
Deformações especificas:
Ux (µm)
Z (m)
0
Uy (µm)
Uz (µm)
0
0
569,7088
Sx (MPa)
Sy (MPa)
Sz (MPa)
-0,408877
-0,002481
0
Ex (m/m)
Ey (m/m)
Ez (m/m)
-0,000031
-0,000309
0,000146
Fonte: O Autor
Tabela 12: Resultado do AEMC do pavimento tipo 1 no ponto de topo do subleito
Resultados Estrutura Tipo 1 no topo do subleito
X (m)
Y (m)
Ponto:
0
0
Deslocamentos:
Tensões:
Deformações especificas:
Z (m)
0,4101
Ux (µm)
Uy (µm)
Uz (µm)
0
0
419,86248
Sx (MPa)
Sy (MPa)
Sz (MPa)
-0,005167
-0,002704
-0,040792
Ex (m/m)
Ey (m/m)
Ez (m/m)
0,000206
0,000257
0,000532
Fonte: O Autor
Utilizando a equação da tensão admissível, citada no item 3.2.1, considerando
o Módulo de Resilencia do subleito 70 MPa ou 713,80 kgf/cm² e o número N de
1,5x106, tem-se como tensão admissível 0,078899 MPa. Na tabela 13, apresenta-se
42
um comparativo entre a tensão vertical admissível para o subleito e a tensão vertical
atuante obtida através do software SISPAV.
Tabela 13: Comparação de Tensões verticais atuante e admissível do Pavimento Tipo 1
Comparação de Resultados
Tensão vertical admissível no topo do subleito:
78,9 KPa
Tensão vertical atuante no topo do subleito (AEMC)
40,79 KPa
Fonte: O Autor
Comparando-se as tensões verticais, admissível e atuante, percebe-se que o
dimensionamento do projeto está satisfatório, ainda com certa folga, a tensão
atuante é 52% da tensão admissível. De certa forma, esta segurança é boa quando,
na execução da obra, não houver um controle tecnológico rigoroso. Porém, se
houver um controle eficaz na construção deste pavimento, o dimensionamento pode
ser um pouco menos conservador.
Nota-se que a tensão vertical admissível é relativamente de valor alto, já que o
pavimento em questão é destinado a um loteamento residencial em que o volume de
trafego não é pesado, o que reflete no número N, que não é um valor muito elevado.
Tanto que se torna desnecessário o dimensionamento de bases e sub-bases na
respectiva estrutura do pavimento.
Verificou-se no software que reduzindo a camada de reforço de subleito para
10 cm, ainda satisfaria o dimensionamento sendo menos conservador, tendo como
resultado a tensão atuante no topo do subleito em 91% da tensão admissível,
acarretando como beneficio a economia do material. Porém, deve-se levar em
consideração, que dependendo da granulometria do material de reforço de subleito,
uma camada de 10 cm pode se tornar inexequível.
Quanto aos resultados de deformações, pode-se guardar o valor do
deslocamento vertical (Uz), no topo do revestimento, exposto na Tabela 11, e
comparar com deformações num posterior ensaio da viga Benkelman, tornando esse
um critério aceitável para realizar de modo rápido e não-destrutivo o controle
tecnológico da compactação do pavimento.
43
4.2 Estrutura de Pavimento do Tipo 2
Com os dados de entrada, conforme as Tabelas 8 e 10 do item 3.2, foram
obtidos os resultados expostos nas Tabelas 14 e 15:
Tabela 14: Resultado do AEMC do pavimento tipo 2 no ponto de topo do revestimento
Ponto:
Deslocamentos:
Tensões:
Deformações
especificas:
Resultados Estrutura Tipo 2
X (m)
Y (m)
Z (m)
0
0
0
Ux (µm)
Uy (µm)
Uz (µm)
0
0
490,83712
Sx (MPa)
Sy (MPa)
Sz (MPa)
-0,385627
-1,028327
0
Ex (m/m)
Ey (m/m)
Ez (m/m)
-0,000026
-0,000304
0,000141
Fonte: O Autor
Tabela 15: Resultado do AEMC do pavimento tipo 2 no ponto de topo do subleito
Ponto:
Deslocamentos:
Tensões:
Deformações
especificas:
Resultados Estrutura Tipo 2
X (m)
Y (m)
Z (m)
0
0
0,2901
Ux (µm)
Uy (µm)
Uz (µm)
0
0
387,678
Sx (MPa)
Sy (MPa)
Sz (MPa)
-0,01439
-0,00793
-0,06608
Ex (m/m)
Ey (m/m)
Ez (m/m)
0,000189
0,000283
-0,00056
Fonte: O Autor
Utilizando a equação da tensão admissível, citada no item
3.2.1,
considerando o Módulo de Resiliência do subleito 100 MPa ou 1020,70 kgf/cm² e o
número N de 1,5x106, tem-se como tensão admissível 0,112822 MPa.
Tabela 16: Comparação de Tensões verticais atuante e admissível do Pavimento Tipo 2
Comparação de Resultados
Tensão vertical admissível no topo do subleito:
112,82 KPa
Tensão vertical atuante no topo do subleito (AEMC)
66,08 KPa
Fonte: O Autor
44
Comparando as tensões verticais da Tabela 16, admissível e atuante, verificouse que a capacidade estrutural do projeto é satisfatória, porém, a tensão atuante é
59% da tensão admissível. Como citado anteriormente, esta segurança é boa, se
durante a execução da obra, não existir um controle tecnológico rigoroso. No
entanto, havendo um controle eficaz na execução desse pavimento, torna este
dimensionamento, relativamente, conservador e antieconômico.
Verificou-se no software que retirando a camada de reforço de subleito, a
verificação ainda estaria satisfeita, sendo o cálculo menos conservador, tendo a
tensão atuante no topo do subleito na ordem 93% da tensão admissível,
proporcionando economia do material.
Nota-se que a tensão vertical admissível aumentou comparando com o
pavimento tipo 1, por que apesar do numero N que se manter constante, o Módulo
de Resilencia do subleito aumentou, podendo assim reduzir a camada de reforço de
subleito, já que o subleito admite maiores tensões.
O resultado de deslocamento vertical (Uz) no topo do revestimento, exposto na
Tabela 14, podem ser anotados e comparados com deformações num posterior
ensaio da viga Benkelman.
4.3 Estrutura de Pavimento do Tipo 3
Com os dados de entrada, conforme as Tabelas 9 e 10 conforme item 3.2,
foram obtidos os resultados expostos nas Tabelas 17 e 18:
Tabela 17: Resultado do AEMC do pavimento tipo 3 no ponto de topo do revestimento
Ponto:
Deslocamentos:
Tensões:
Deformações
especificas::
Fonte: O Autor
Resultados Estrutura Tipo 3
X (m)
Y (m)
Z (m)
0
0
0
Ux (µm)
Uy (µm)
Uz (µm)
0
0
425,4271
Sx (MPa)
Sy (MPa)
Sz (MPa)
-0,33469
-0,988934
0
Ex (m/m)
Ey (m/m)
Ez (m/m)
-0,000013
-0,000296
0,000132
45
Tabela 18: Resultado do AEMC do pavimento tipo 3 no ponto de topo do subleito
Ponto:
Deslocamentos:
Tensões:
Deformações
especificas::
Resultados Estrutura Tipo 3
X (m)
Y (m)
Z (m)
0
0
0,1101
Ux (µm)
Uy (µm)
Uz (µm)
0
0
424,80564
Sx (MPa)
Sy (MPa)
Sz (MPa)
-0,070171
-0,044186
-0,114479
Ex (m/m)
Ey (m/m)
Ez (m/m)
0,000009
0,000299
-0,000485
Fonte: O Autor
Utilizando a equação da tensão admissível, citada no item 3.2.1, considerando
o Módulo de Resilencia do subleito 130 MPa ou 1325,63 kgf/cm² e o número N de
1,5x106. Tem-se como tensão admissível 0,146527 MPa.
Tabela 19: Comparação de Tensões verticais atuante e admissível do Pavimento Tipo 3
Comparação de Resultados
Tensão vertical admissível no topo do subleito:
146,53 KPa
Tensão vertical atuante no topo do subleito (AEMC)
114,48 KPa
Fonte: O Autor
Comparando as tensões verticais, admissível e atuante da tabela 19, verificouse que o dimensionamento do projeto é satisfatório, com menos folga que as
situações anteriores, a tensão atuante ficou a 78% da tensão admissível. Ainda é
uma segurança razoável, sendo quando não houver um controle tecnológico
rigoroso na execução da obra. No entanto, o dimensionamento está um pouco
conservador para as cargas do qual o pavimento vai ser solicitado, quando houver,
um bom controle tecnológico na execução do mesmo.
Observou-se que a tensão vertical admissível aumentou ainda mais
comparando com os pavimentos tipo 1 e 2. Pois o numero N se mantém constante,
o Módulo de Resilencia do subleito aumentou, eliminando a camada de reforço de
subleito do projeto, já que o subleito admite maiores tensões.
Já que a camada de reforço de subleito inexiste verificou-se o pavimento é
capaz de suportar um tráfego pesado com N=3,3 x106, reduzindo assim, a tensão
admissível do subleito. O dimensionamento ainda satisfaria tendo como resultado a
tensão atuante no topo do subleito em 92% da tensão admissível.
46
Quanto aos resultados de deformações, pode-se guardar o valor do
deslocamento vertical (Uz), no topo do revestimento, exposto na Tabela 17, e
comparar com deformações num posterior ensaio da viga Benkelman.
47
5 CONCLUSÃO
Analisando os resultados obtidos, tendo em vista o objetivo do trabalho que é
de estudar as propostas de um projeto de pavimentação de um loteamento
residencial com baixo volume de tráfego, verificou-se que quanto à capacidade
estrutural o projeto atende as solicitações com certa margem de segurança,
considerando que todas as simulações foram feitas nas piores hipóteses, atendendo
os requisitos mínimos do projeto.
Sabe-se que ao elaborar um projeto deve sempre avaliar o executor deste
projeto, no que diz respeito ao seu controle da qualidade dos serviços. Se na
execução houver controle tecnológico rigoroso, esta margem de segurança do
projetista pode ser diluída, racionalizando assim, os materiais de construção e
consequentemente, os serviços a executar.
É papel do engenheiro avaliar o quanto vale o controle tecnológico, qual é o
custo dos serviços e dos materiais, avaliar variáveis, como tamanho e custo total da
obra para decidir o que é melhor ambientalmente, economicamente e tecnicamente.
Atendendo as necessidades de todos envolvidos no produto final da obra, o
empreendedor, o cliente e o meio ambiente.
Resumidamente, conclui-se que: no Pavimento Tipo 1, a camada reforço de
subleito pode ter sua espessura reduzida para 10 cm; no Pavimento Tipo 2, a
camada de reforço de subleito pode ser eliminada; e o pavimento Tipo 3 suporta
tráfego de classificação pesada. Esta conclusão considera que a correlação do
módulo de resiliência esteja o mais próxima possível do real e que existe o correto
controle tecnológico acompanhando a execução do pavimento.
Outros fatores executivos a serem observados são: a drenagem do subleito, já
que o pavimento intertravado com blocos de concreto é permeável e o subleito
predominantemente argiloso que é vulnerável a umidade, podendo, assim, ser o
causador de patologias pontuais ao longo do pavimento; e a trabalhabilidade do
basalto alterado de reforço de subleito que pode dificultar a execução em camadas
pouco espessas.
48
5.1 Sugestões para próximas pesquisas
Realizar a mesma análise deste trabalho em projetos de pavimentos mais
solicitados, ensaiando os materiais das camadas para obter o módulo de resilencia
através do ensaio de compressão triaxial para alcançar resultado mais fieis.
Estudar deformações e deflexões com o AEMC e utilizar ensaios com Viga
Benkelman para controle executivo e balizar as respostas do programa.
Estudar os basaltos alterados da região, por serem abundantes, estes devem
ser analisados e pesquisados para que se possa avaliar até que ponto o grau de
alteração possa permitir o seu uso em bases, já que para reforço de subleito é um
material adequado para estradas de baixo volume de tráfego.
49
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ALBANO, J. F.. Efeito dos excessos de carga sobre a durabilidade dos
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pneu na resposta elástica de um pavimento. Porto Alegre, RS, 1998. Dissertação
de mestrado em transportes (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de
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documentação: referências: elaboração. Rio de Janeiro, 2002.
BERNUCCI, B. L.; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J. A. P.; SOARES. J. B.
Pavimentação asfáltica - Formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro, RJ,
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à
excursão
virtual
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da
Serra,2012.
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Pavimentação – solos- determinação do módulo de resiliência: DNIT. ME -1342010. Rio de Janeiro, 2010. 11p.
______. Manual de Pavimentação: DNIT. IPR -719 3. Ed.. Rio de Janeiro, 2006.
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50
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