FACULDADES KENNEDY
ESPECIALIZAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO E RESTAURAÇÃO
RODOVIÁRIA E AEROPORTUÁRIA
ALÍPIO AUGUSTO CARAM GUEDES
CONCRETO ROLADO COMO BASE PARA PAVIMENTO DE
REVESTIMENTO EM CONCRETO BETUMINOSO
BELO HORIZONTE
2009
ALÍPIO AUGUSTO CARAM GUEDES
CONCRETO ROLADO COMO BASE PARA PAVIMENTO DE
REVESTIMENTO EM CONCRETO BETUMINOSO
Monografia apresentada ao Curso de
Especialização
em
Pavimentação
e
Restauração Rodoviária e Aeroportuária da
Escola de Engenharia das Faculdades
Kennedy como requisito parcial à obtenção do
título de Especialista.
Área de Concentração: Pavimentação
Restauração Rodoviária e Aeroportuária
e
Orientadores: Prof. Engº José Flávio
Nascimento e Prof. Engº Dalter Godinho.
do
BELO HORIZONTE
2009
ii
FACULDADES KENNEDY
ESPECIALIZAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO E RESTAURAÇÃO
RODOVIÁRIA E AEROPORTUÁRIA
ALÍPIO AUGUSTO CARAM GUEDES
Monografia intitulada “Concreto rolado como base para pavimento de revestimento
em concreto betuminoso”, apresentada pelo Eng. Alípio Augusto Caram Guedes em
novembro de 2009 à Comissão de Pós Graduação formada pelos professores e
orientadores da Escola de Engenharia das Faculdades Kennedy, Curso de
Especialização em Pavimentação e Restauração Rodoviária e Aeroportuária.
Comissão examinadora
____________________________________________
Professor Engº José Flávio do Nascimento
Escola de Engenharia – Faculdades Kennedy
____________________________________________
Professor Engº Dalter Godinho
Escola de Engenharia – Faculdades Kennedy
Belo Horizonte, 25 de novembro de 2009
iii
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos que participaram da viabilização do curso com o
entusiasmo para obter conhecimentos e aos colegas de curso pelos momentos de
estudos e aprendizados que foram trocados.
Agradeço à minha esposa e filha queridas e ao D.E.R – M.G. (Departamento
de Estradas e Rodagem do Estado de Minas Gerais) pela oportunidade, através do
SST (Serviço de Seleção e Treinamento), às funcionárias Socorro e Eloísa, em
especial, e todo o corpo do setor envolvido na realização do curso.
Aos orientadores e professores Engº José Flávio do Nascimento e Prof. Engº
Dalter Godinho, pela dedicação e amizade ao longo do ano letivo, e a todos os
envolvidos na concretização do curso de Pós Graduação da Escola de Engenharia
das Faculdades Kennedy.
iv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ...................................................................................
vii
LISTA DE TABELAS
ix
LISTA DE ABREVIATURAS .......................................................................
x
RESUMO .....................................................................................................
xi
1.
INTRODUÇÃO .............................................................................................
12
2.
OBJETIVOS ................................................................................................
14
3.
REFERENCIAL TEÓRICO ..........................................................................
14
3.1. PAVIMENTO RODOVIÁRIO ...............................................................
14
3.2. CONCRETO ASFÁLTICO ..................................................................
18
3.3.
19
4.
CONCRETO COMPACTADO COM ROLO .....................................
MATERIAIS E MÉTODOS ...........................................................................
20
4.1. CIMENTO PORTLAND .......................................................................
20
4.2. AGREGADOS .....................................................................................
21
4.3. ÁGUA ..................................................................................................
26
4.4. DOSAGEM DO CONCRETO ROLADO .............................................
27
4.5. CONSUMO DE CIMENTO ..................................................................
34
5.
EXECUÇÃO .................................................................................................
35
6.
DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO ....................................................
38
7.
ANÁLÍSE DO COEFICIENTE DE EQUIVALÊNCIA ESTRUTURAL ..........
40
7.1. COEFICIENTE DE EQUIVALÊNCIA ESTRUTURAL DE SOLOS E
EM MASSA DE CAMADAS CIMENTADAS .................................................
40
v
8.
9.
7.2. MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO ..................................................
41
CONSIDERAÇÕES PARA ESTUDO COMPARATIVO ...............................
43
8.1. ESPESSURAS MÍNIMAS DE REVESTIMENTO BETUMINOSO ........
44
8.2. NÚMERO “N” DE PROJETO ...............................................................
45
ESTUDO DE VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO DO CONCRETO
ROLADO COMPARADO AOS MATERIAIS EM ESTUDO .......................
48
9.1. RESUMO DO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO PELO
MÉTODO DNIT (2006) .................................................................................
53
9.2. DISTRIBUIÇÃO DAS DISTÂNCIAS MÉDIAS DE TRANSPORTE DOS
MATERIAIS ..................................................................................................
54
9.3. ESTUDOS COMPARATIVOS DE VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO
.......................................................................................................................
55
10.
CONCLUSÃO ..............................................................................................
57
11.
BIBLIOGRAFIA ..........................................................................................
58
vi
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - CAMADAS ESTRUTURAIS DOS PAVIMENTOS .................................
15
FIGURA 2 - DIFERENÇAS BÁSICAS (COMPOSIÇÃO DE CAMADAS) ..................
17
FIGURA 3 -
.................
18
FIGURA 4 - USINA DOSADORA E MISTURADORA ..............................................
21
FIGURA 5 -
22
DIFERENÇAS BÁSICAS (ABSORÇÃO DE ESFORÇOS)
AGREGADO GRAÚDO BRITA 2..........................................................
FIGURA 6 - FAIXA GRANULOMÉTRICA PARA ENQUADRAMENTO DAS
MISTURAS ..........................................................................................
23
AGREGADO FINO AREIA ...............................................................
25
FIGURA 8 - PENEIRAMENTO GRANULOMETRIA DA AREIA ..............................
25
FIGURA 9 - DENSIDADE ABSOLUTA DE AGREGADOS GRAÚDO E FINO ..........
26
FIGURA 10 - DENSIDADE APARENTE ..................................................................
26
FIGURA 11 - CURVA DE COMPACTAÇÃO MASSA ESPECÍFICA X UMIDADE (%) .
27
FIGURA 12 - MOLDAGEM DE CORPO DE PROVA ...................................................
28
FIGURA 13 - FAIXA DE REFERÊNCIA GRANULOMÉTRICA .....................................
28
FIGURA 14 - ENSAIO DE ROMPIMENTO À COMPRESSÃO SIMPLES
29
FIGURA 7 -
...............
FIGURA 15 - CURVA DE COMPACTAÇÃO MASSA ESPECÍFICA X UMIDADE
(%) .....................................................................................................
31
FIGURA 16 - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES X CONSUMO DE
CIMENTO ...............................................................................................
34
FIGURA 17 - CONCRETO ROLADO ......................................................................
36
FIGURA18 - CONCRETO ROLADO COM VIBRO ACABADORA ..........................
36
FIGURA 19 - COMPACTAÇÃO DO CONCRETO ROLADO COM ROLO LISO .....
37
FIGURA 20 - COMPACTAÇÃO COM ROLO LISO ..........................................................
37
FIGURA 21 - IMPRIMAÇÃO PARA CURA COM BETUME ....................................
38
FIGURA 22 - DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS NOS PAVIMENTOS .........................
41
FIGURA 23 - DISTRIBUIÇÃO DAS CAMADAS DO PAVIMENTO .........................
45
FIGURA 24 - ÁBACO PARA DIMENSIONAMENTO MÉTODO DNER ..................
46
vii
FIGURA 25 - SEÇÃO TRANSVERSAL EM TANGENTE ........................................
47
FIGURA 26 - SEÇÃO TRANSVERSAL EM CURVA ...............................................
47
FIGURA 27 - DISTRIBUIÇÃO DAS DISTÂNCIAS MÉDIAS DE TRANSPORTE DOS
MATERIAIS ............................................................................................
54
FIGURA 28 - ESTUDOS COMPARATIVOS DE VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO ..
55
FIGURA 29 - ESTUDOS COMPARATIVOS DE VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO ..
56
viii
LISTA DE TABELAS
- RESULTADOS DAS GRANULOMETRIAS DOS TRAÇOS DO
CONCRETO ROLADO ...........................................................................
22
TABELA 2
- GRANULOMETRIA DE REFERÊNCIA ..................................................
23
TABELA 3
- VALORES DE ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DE AREIAS ...........
24
TABELA 4
- RESULTADOS DE ENSAIOS TRAÇO 1 ................................................
32
TABELA 5
- RESULTADOS DE ENSAIOS TRAÇO 2 ................................................
33
TABELA 6
- VALORES DE RESISTÊNCIAS À TRAÇÃO NA FLEXÃO E MÓDULO
ELÁSTICO ..............................................................................................
38
TABELA 1
TABELA 7
- ESPESSURAS MÍNIMAS RECOMENDADAS DE CAPA ASFÁLTICA E
BASE DE CONCRETO ROLADO PARA ÍNDICE DE SUPORTE
CALIFÓRNIA ≥ 20% ...............................................................................
39
TABELA 8
- FAIXAS GRANULOMÉTRICAS PARA MATERIAIS GRANULARES ....
42
TABELA 9
- TABELA DE REFERÊNCIA PARA K DAS CAMADAS DO PAVIMENTO
44
TABELA 10
- ESPESSURAS E TIPO DE REVESTIMENTO INDICADO PARA O
NÚMERO “N” DE PROJETO .................................................................
44
TABELA 11
- RESUMO
DO
DIMENSIONAMENTO
DO
PAVIMENTO
PELO
MÉTODO DNIT (2006) ...........................................................................
53
ix
LISTA DE ABREVIATURAS
DNIT
- DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA E TRANSPORTE
ABCP - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND
CBR
- CALIFÓRNIA BEARING RATIO
ISC
- ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA
ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS
SC
- SOLO CIMENTO
SMC
- SOLO MELHORADO COM CIMENTO
BGTC - BRITA GRADUADA TRATADA COM CIMENTO
CBUQ - CONCRETO BETUMINOSO USINADO A QUENTE
TSS
- TRATAMENTO SUPERFICIAL SIMPLES
TSD
- TRATAMENTO SUPERFICIAL DUPLO
TST
- TRATAMENTO SUPERFICIAL TRIPLO
x
RESUMO
O concreto rolado é uma alternativa muito interessante para camada de base
e sub-base para pavimentos urbanos e rodoviários. O mesmo apresenta
características de suporte adequadas para solos de subleito fracos e expansivos em
diversos níveis de tráfego. O concreto rolado pode ser classificado como material
semi-rígido, quando aplicado em camada de base. A camada terá propriedades
específicas que proporcionarão ótimos resultados de resistência aos esforços de
compressão e tração na flexão que, combinados, garantirão a distribuição mais
uniforme das pressões geradas pelo tráfego.
O estudo tem como objetivo motivar o emprego do concreto rolado para uso
em pavimentação, além de demonstrar sua versatilidade e facilidade construtiva.
Para este trabalho, foram realizadas dosagens de concreto rolado
contemplando a utilização de agregados naturais (cascalho de seixo) e artificiais
(materiais britados). Os resultados alcançados indicam que ambas alternativas
podem ser utilizadas, uma vez que atendam os valores mínimos normatizados.
Também foram abordados estudos comparativos de custos entre os materiais
mais usados e indicados para o projeto de pavimentação.
Os custos de transportes apresentados foram elaborados a partir de situações
propostas pelo autor.
xi
1. INTRODUÇÃO
O concreto rolado apresenta-se como um produto de custo moderado e de
fácil implantação na construção de rodovias. Demonstra características de
construção semelhantes às usadas para materiais granulares, sendo indicados para
o dimensionamento de pavimentos de rodovias e ruas. Possui grande capacidade de
distribuir cargas uniformes ao subleito (fundação).
O concreto rolado, também chamado de concreto magro ou concreto
compactado com rolo, apresenta trabalhabilidade baixa, consumo de cimento
reduzido e necessita de menor quantidade de água a ser usada na sua dosagem.
Isto permite alcançar bons resultados de resistência a compressão simples e tração
na flexão, aumentando a durabilidade do pavimento, sendo compactado por rolos
compressores estáticos, vibratórios ou equipamentos semelhantes aos usados na
construção com materiais granulares.
Segundo a Associacão Brasileira de Cimento Portland na publicação ET-10, o
concreto rolado pode ser colocado entre o solo-cimento e o concreto normal de
pavimentação que contém propriedades específicas, apresentando resistência
média à tração na flexão a 28 dias de 2 a 4 vezes maior do que o solo cimento e 2
vezes menor do que o concreto comum de pavimentos.
O campo de aplicação do concreto rolado tem características particulares de
resistência mecânica para base de pavimentos flexíveis, sub-base de pavimentos
rígidos ou como camada simultânea de base e revestimento. As resistências à
compressão simples aos 28 dias encontram-se entre 5,0 MPa e 20,0 Mpa.
As camadas contínuas de concreto rolado que possuem quantidades de
cimento com valores menores do que 120,0 kg por metro cúbico apresentam
características como semi-flexível e rígidas (semi-rígidas), isto de acordo com o teor
de cimento e o módulo de elasticidade. Assim, pode ser classificada como flexível a
camada de concreto rolado que apresentar uma proporção cimento/agregado na
ordem de 1:12 ou 1:24 (em massa) e como rígida a que apresentar uma proporção
mais rica em cimento.
A empregabilidade do concreto rolado abrange o campo da sub-base de
pavimentos rígidos de rodovias – onde é mais usual –, bases para revestimentos
flexíveis, aeródromos, ruas e avenidas de trânsito urbano, alcançando as funções
12
desejadas de evitar bombeamento de solos finos, promover suporte mais uniforme
possível e dar maior proteção, controlando a expansão dos solos instáveis do
subleito.
Tendo isto em vista, o estudo tem como objetivo motivar o emprego do
concreto rolado para uso em pavimentação, além de demonstrar sua versatilidade e
sua grande capacidade de distribuição dos carregamentos do tráfego.
A experiência inicial com o produto se deu por volta 1910 na Grã-Bretanha e,
por volta de 1944, originou-se em Crawley, Surrey, Leiscester, North Walles e
Bracknell. Nos Estados Unidos, novas tecnologias e aplicações também foram
desenvolvidas usando o concreto rolado em ruas de centros urbanos . Em Dakota
do Norte, por exemplo, Grand Forks utilizou concreto rolado em pavimentação
urbana.
No Brasil, a primeira a utilizar o método, segundo pesquisas, foi a Prefeitura
Municipal de Porto Alegre. O mesmo foi utilizado como base de pavimentos flexíveis
sujeitos a tráfego pesado e intenso.
Apresentando até hoje um bom funcionamento, o produto tem sua
manutenção variada de acordo com sua idade. Observa-se a qualidade do
pavimento, onde não apresentam trilhas de rodas, mesmo que o revestimento seja
de CBUQ.
Algumas observações construtivas realizadas em Porto Alegre, nas quais
foram apresentadas a quantidade de cimento usado para elaboração do concreto
rolado como base, são descritas a seguir:
- Segmentos entre a rua São Gonçalo e a rua da Várzea com 800 metros de
extensão e estrutura de camada igual a 20,0 cm, contendo consumo de cimento em
torno de 120Kg/m3. O resultado descrito possibilita afirmar que o comportamento
alcançou resultado esperado. Devido ao consumo de cimento ser mais baixo, a base
apresentou-se menos rígida e menos retrátil, com apenas pequenas fissuras, não
quebrando a continuidade estrutural da camada de base de concreto rolado.
- Em outro trecho construído com concreto rolado, também implantado pela
Prefeitura de Porto Alegre, onde foi usado quantidade de cimento em menor valor –
aproximadamente 100Kg/m3 – observou-se que os resultados obtidos foram mais
satisfatórios pelo fato da camada de base apresentar apenas micro-fissuras.
13
Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland, de acordo com o
estudo técnico ET-10, foi possível observar que o consumo de cimento deverá
situar-se na casa de 85,0Kg/m3 a 120Kg/m3, evitando-se o efeito de aparecimento de
fissuras e retração, sendo causado pela maior quantidade de cimento na massa.
2. OBJETIVOS
- Divulgar e motivar a utilização da alternativa do concreto rolado em
pavimentação rodoviária e urbana, associado aos pavimentos flexíveis, uma vez que
apresenta ganho de vida útil ao pavimento através da proteção que o concreto
rolado exerce ao subleito;
- Apresentar o ganho de durabilidade que a base de concreto rolado deve
obter, observando a distribuição das cargas uniformes que geram maior distribuição
das cargas ao pavimento e facilitam a construção e o controle de qualidade do
produto;
- Demonstrar a possibilidade de redução da manutenção a partir da colocação
do produto como uma opção em relação aos materiais naturais mais utilizados na
construção das camadas do pavimento.
3. REFERENCIAIS TEÓRICOS
3.1. Pavimento Rodoviário
De acordo com a NBR-7207/82 da ABNT (apud SILVA, 2008), pavimento é
uma
estrutura
construída
após
a
terraplanagem
e
destinada
técnica
e
economicamente a:
- Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego;
- Melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança;
- Resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a
superfície de rolamento.
14
Nos pavimentos, geralmente, temos as seguintes camadas, conforme
apresentado na Figura 1:
Figura 1: Camadas estruturais dos pavimentos
Fonte: BALBO (1997)
- Subleito: é o terreno de fundação do pavimento que nada mais é que a
camada final de terraplenagem. Não e considerada como camada do pavimento. O
pavimento tem como função primordial proteger o subleito da ação do tráfego;
- Regularização: é a operação destinada a conformar o leito estradal,
longitudinal e transversalmente, compreendendo cortes e aterros de até 20 cm, bem
como as operações de escarificação, irrigação ou aeração e compactação, dentro
dos limites especificados, com material do próprio subleito ou de jazidas
previamente determinadas;
- Reforço do subleito: é a camada de espessura constante, determinada de
acordo com o dimensionamento dos pavimentos e construída de materiais
provenientes de jazidas ou de empréstimos com ISC (Índice de Suporte Califórnia) e
expansão máxima determinados por especificação. Estes materiais terão sempre
características superiores às do subleito e escolhidos dentre os melhores
disponíveis ao longo do trecho.
- Sub-base: é a camada complementar à base. Só é utilizada quando, por
circunstâncias
técnico-econômicas,
não
for
aconselhável
construir
a
base
15
diretamente sobre o reforço. Os materiais empregados devem ter ISC superior a
20% e expansão máxima de 1%, conforme DNIT.
- Base: é a camada destinada a receber, transmitir e distribuir os esforços
verticais oriundos do tráfego às camadas subjacentes. É sobre ela que se coloca o
revestimento.
- Revestimento: é a camada, tanto quanto possível, impermeável, que recebe
diretamente as ações do tráfego e destinada a melhorar a superfície de rolamento
quanto às condições de conforto e segurança e resistir aos esforços horizontais.
Esta é, portanto, a camada mais nobre do pavimento, pois necessita ter alto poder
de suporte (resistência), alta resistência ao desgaste (durabilidade) e ser a menos
ondulada possível (conforto), sendo geralmente a de maior custo econômico.
A classificação quanto à reação dos pavimentos às solicitações pode ser feita
em três grupos: flexíveis, rígidos e semi-rígidos. Suas características estão
especificadas a seguir:
a) Pavimentos flexíveis: são aqueles onde a camada superior é destinada a
resistir diretamente às ações do tráfego e transmití-las de forma atenuada às
camadas inferiores, impermeabilizar o pavimento e melhorar as condições de
rolamento (conforto e segurança). Geralmente são constituídos de revestimento
betuminoso delgado sobre camadas puramente granulares. A capacidade de
suporte é função das características de distribuição de cargas por um sistema de
camadas superpostas, onde as de melhor qualidade encontram-se mais próximas da
carga aplicada.
b) Pavimentos semi-rígidos: são aqueles em que a base da estrutura é
executada
com
adição
de
cimento.
Devido
ao
aumento
de
rigidez
e
conseqüentemente do módulo de elasticidade, ele absorve parte dos esforços à
tração.
c) Pavimentos rígidos: segundo o Departamento Nacional de Infra-Estrutura
de Transportes (DNIT, 2005), são formados, predominantemente, por camadas que
trabalham sensivelmente a tração, composto por placa de concreto (que
desempenha, ao mesmo tempo, o papel de revestimento e de base) e sub-base,
camada empregada com o objetivo de melhorar a capacidade de suporte do subleito
e/ou evitar o fenômeno de bombeamento “pumping” dos solos subjacentes à placa
de concreto. Seu dimensionamento é baseado nas propriedades resistentes de
placas de concreto de cimento Portland (SILVA, 2008).
16
A diferença básica entre pavimentos rígidos e flexíveis está na maneira como
as cargas são transferidas para as camadas inferiores e quanto à seção transversal
do pavimento, conforme apresentado na Figura 2.
Figura 2: Diferenças Básicas (composição de camadas)
Fonte: ANDRADE (2007)
Mais especificamente, destaca-se que, no pavimento rígido, o concreto
absorve grande parte dos esforços que são exercidos sobre o pavimento e acaba
desempenhando um papel de base e revestimento, enquanto no pavimento flexível
uma parte destes esforços é transmitida às camadas inferiores, como pode ser
observado na Figura 3. (SILVA, 2008)
17
Figura 3: Diferenças básicas (absorção de esforços)
Fonte: ANDRADE (2007)
3.2. Concreto Asfáltico
Também chamado de Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ), é um
revestimento flexível resultante da mistura a quente, em usina apropriada, de
agregado mineral graduado, material de enchimento (filer) e material betuminoso,
espalhada e comprimida a quente.
É uma mistura de alta qualidade em que um controle rígido na dosagem,
mistura e execução deve atender a exigências de estabilidade, durabilidade,
flexibilidade
e
resistência
aos
deslizamentos
preconizados
pelas
Normas
Construtivas.
Pode ser utilizado como: camada de nivelamento, camada de ligação (Binder)
e camada de desgaste ou rolamento.
Geralmente são utilizados os seguintes materiais na composição de um
concreto asfáltico:
- Materiais betuminosos: CAP 30/45, 50/70;
18
- Agregados graúdos: Pedra Britada, escória britada, seixo rolado britado ou
não;
- Agregados miúdos: areia, pó de pedra ou mistura de ambos;
- Filer: Cimento Portland, cal, pó calcário;
3.3. Concreto Compactado com Rolo
Segundo Marques (2009), o concreto compactado com rolo, também
conhecido como concreto rolado ou CCR, é um concreto seco, com consistência e
trabalhabilidade tal que permitem sua compactação através de rolos compressores.
É utilizado como base ou sub-base para placas de concreto simples ou armado e
como material para a formação do corpo de barragens.
O início desta tecnologia ocorreu nos Estados Unidos, em 1893, sendo
considerado o pavimento de concreto mais antigo que se conhece. A camada
inferior foi feita com um concreto de baixo consumo de cimento e compactada por
compressão. Em 1944, na Inglaterra, seu uso passou a ser quase uma rotina nestes
tipos de obra. Os materiais componentes são os mesmos utilizados no concreto
convencional e, em geral, é possível conseguir uma boa dosagem sem a
necessidade de se trazer de locais afastados, o que oneraria o custo final.
O cimento a ser empregado pode ser de qualquer tipo, desde que atenda as
especificações das normas brasileiras – inclusive os de alta resistência inicial -, mas
recomenda-se usar os de alto-forno, pozolânicos ou somente com fíler. O consumo
normalmente varia entre 80 a 120 kg/m 3. Porém, outros teores podem ser usados
para aplicações específicas. As britas e a areia também devem se adequar às
prescrições das normas brasileiras, com o cuidado de não exagerar no tamanho
máximo – 38 mm ou menor –, e atender a boa distribuição de finos para o correto
preenchimento dos vazios. Uma boa distribuição granulométrica facilita também o
trabalho dos equipamentos de compactação, com a devida economia no custo. A
água é um elemento que deve ser dosado com bastante cuidado.
Para uma perfeita compactação, a umidade ideal é aquela que não deixa o
concreto
aderir
aos
rolos
compressores
(isso
ocorre
quando
apresenta
trabalhabilidade alta, ou seja, está muito mole) e nem ocasione a passagem do rolo
19
por muitas vezes, quando está muito seco. Esta umidade, geralmente, situa-se no
intervalo de 5 a 10%, porém a experiência tem demonstrado que a umidade de 6% é
a que mais se aproxima do ideal quando se compacta com rolos (MARQUES, 2009).
O CCR também é uma ótima opção para uso como sub-base de pisos. Além
de propiciar um excelente suporte ao piso propriamente dito, tem outra grande
vantagem que é não permitir a percolação da água no seu interior.
O carreamento dos finos descalça a placa de concreto e provoca o
aparecimento do fenômeno do bombeamento – saída de finos por expulsão através
de juntas ou fissuras –, o que leva à ruptura da placa. É o que pode acontecer
quando utilizamos, por exemplo, apenas a brita graduada ou outro material granular
como sub-base. O conjunto CCR, mais placa de concreto simples ou armado, tem
mostrado grande durabilidade, mesmo em pátios abertos (expostos ao tempo) como
no pavimento rígido, aeroportos e barragens. A execução do concreto rolado deve
ser cuidadosa. O espalhamento pode ser manual, realizado com moto niveladora,
distribuidora de agregados ou vibro acabadora. A camada de espalhamento tem
altura entre 20 a 30% maior que a camada final compactada de projeto. Qualquer
tipo de equipamento compactador pode ser usado em função das condições locais
da obra e materiais. Para áreas menores, os compactadores manuais, tipo placa ou
de percussão, chamados popularmente de “sapos”, são os mais adequados.
(MARQUES, 2009)
Ainda segundo o mesmo autor, um último cuidado é com relação à cura do
CCR. Em princípio, é feita da mesma maneira que no concreto convencional e
podem ser usadas diversas técnicas: aspersão de água, sacos de estopa ou
aniagem umedecidos e cura química. Porém, no caso em que o concreto rolado vai
receber uma placa de concreto, o mais usual é a execução de uma pintura com
emulsão betuminosa. Além de permitir uma boa cura, ela dispensa o uso de lona
plástica.
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Cimento Portland
20
Segundo ABCP em seu estudo técnico ET-10, o cimento Portland utilizado na
construção do pavimento de concreto rolado, de acordo com normas técnicas NBR5732 (anteriormente, EB-1), para cimento Portland comum; NBR- 5733 (EB-2), para
cimento de alta resistência inicial; NBR- 5735 (EB-208), para cimento Portland de
alto forno; NBR- 5736 (EB-758), para cimento Portland pozolânico, podendo ser
usados outros tipos de cimento, de modo que se enquadrem nos requisitos mínimos
da NBR- 5732 (EB-1).
Figura 4: Usina dosadora e misturadora
Fonte: ABCP (2009)
4.2. Agregados
Os agregados usados devem ser enquadrados conforme sua durabilidade. Os
mais utilizados são dos tipos pedregulhos ou britas, desde que atendam os
21
requisitos necessários para granulometria e dureza e não apresentem matéria
orgânica e argila, conforme Figura 5.
Figura 5: Agregado graúdo brita 2
Fonte: Pedreira Goiás Britas (2009)
Sempre que possível, orienta-se enquadrar os agregados graúdos nas faixas
granulométricas, recomendando-se a utilização de agregados com diâmetro máximo
de 38,0mm. Agregados com tamanhos superiores a 38,0mm podem dificultar a
compactação na regularização da superfície. O agregado miúdo pode ser definido
como o material que passa na peneira de N. 4, geralmente areia natural e pedra
britada.
Características dos agregados usados nos traços 1 e 2
Traço 1 - Cascalho seixo rolado:
Massa Específica Aparente 1,80g/cm
Traço 2 - Brita 2:
3
Massa Específica Aparente 1,50g/cm3
Massa específica Absoluta 2,54g/cm3
Massa Específica Absoluta 2,56g/m3
Diâmetro Máximo 32,7mm
Diâmetro Máximo 38 mm
Módulo de Finura 4,03mm
Módulo de Finura 7,42mm
Tabela 1: Resultados das granulometrias dos traços do concreto rolado
Fonte: Resultados dos ensaios de laboratório (2009)
22
Figura 6: Faixa Granulométrica para enquadramento das misturas
Fonte: ABCP ET-10 (1984)
Tabela 2: Granulometria de referência
Fonte: ABCP ET-10 (1984)
23
- AGREGADOS MIÚDOS (Areia)
O agregado miúdo passado na malha ABNT nº 4 deverá ser submetido a
todos os ensaios para os quais a NBR-7211 prevê limitações nas suas
características. Deverão ser realizados com as massas mínimas a seguir:
Características da areia traço 2:
- Massa Específica Aparente= 1,57g/cm3
- Massa Específica Absoluta= 2,63g/m3
- Diâmetro Máximo= 3,28mm
- Módulo de Finura= 19 mm
Valores usados para ensaios caracterização de areia
Granulométrica
NBR 7217
1000g
Material pulverulento
NBR 7219
1000g
Torrões de argila
NBR 7218
1000g
Grãos leves ou carbonosos
ASTM C 123
500g
Massa específica e absorção
ASTM C 128
1000g
Impurezas orgânicas
NBR 7220
500g
Efeito de impurezas orgânicas sobre a resistência
ASTM C 87
6000g
Umidade total
ASTM C 566
1500g
Reatividade c/ álcalis
ASTM C 227
2500g
Massa total de agregado
15000g
Tabela 3 - Valores de ensaios de caracterização de areias
Fonte: ABCP ET-10 (1984)
24
Figura 7: Agregado fino areia
Fonte: Areal Esmeralda (2009)
Figura 8: Peneiramento Granulometria da areia
Fonte: Ensaio de laboratório (2009)
25
Figura 9 - Densidade Absoluta de agregados graúdo e fino
Fonte: Ensaio de laboratório (2009)
Figura 10 - Densidade Aparente
Fonte: Ensaio de laboratório (2009)
4.3 - Água
É exigido o uso de água de boa qualidade, que seja isenta de substâncias
prejudiciais à hidratação do cimento. Indicam como adequada as águas potáveis.
(DNER-EM 034)
26
4.4. Dosagem do concreto rolado
O concreto rolado dever conter uma quantidade de água que possibilite a
massa a ser trabalhada conforme o tipo de compactação por rolos compressores. A
quantidade de água a ser usada será determinada por meio de ensaio de
compactação, com características do ensaio de compactação.
Ensaios apresentam resultados que, para a compactação por rolos, o
conteúdo ótimo de umidade no concreto rolado deve estar entre 5% a 6% em
relação a massa dos materiais secos, conforme apontado na Figura 11.
RELAÇÃO MASSA ESPECÍFICA X UMIDADE ÓTIMA
Figura 11 - Curva de compactação massa específica x umidade (%)
Fonte: Resultado de ensaios de laboratório (2009)
Ensaios físicos realizados em laboratório para a avaliação das características
do concreto rolado foram feitos em corpos de prova cilíndricos de dimensões 30cm x
15cm, em 5 camadas iguais e as mesmas recebendo 30 golpes de 4,5 kg com altura
de queda igual a 45 cm nos corpos de prova cilíndricos e nos corpos de prova
prismáticos, sendo 2 camadas iguais recebendo 160 golpes cada com o mesmo
soquete de 4,5 Kg.
27
Figura 12: Moldagem de corpo de prova
Fonte: Ensaio de laboratório (2009)
- Massa Específica Aparente seca: É a relação entre a massa do concreto
fresco, retirando a massa da água e o volume após seu adensamento.
Na Figura 13 é possível observar a curva de referência para enquadramento
da granulometria dos materiais existentes para obra.
Figura 13: Faixa de referência granulométrica
Fonte: ABCP ET-10 (1984)
28
É desejável que a granulometria da massa se enquadre no referencial das
curvas.
- Teor de Ar: É determinado com concreto fresco ainda nos moldes cilíndricos,
durante a preparação dos corpos de prova para os ensaios de resistência à
compressão, adotando-se critério de cálculo fixado pela ABNT 18:3.4-001:
“Determinação da Massa Específica e Teor de Ar pelo método gravimétrico”;
- Resistência à Compressão: Determinada conforme NBR-5739: “Ensaio de
Compressão de Corpos de Prova Cilíndricos de Concreto”;
- Resistência à Tração na Flexão: É observada a norma ASTM C-78: ”Flexural
Strength of Concrete (Using simple Beam With Third-Point Loading).”
- Módulo de Deformação Elástico e Coeficiente de Poisson: Ensaios conforme
a ASTM C 469: “Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in
compression”.
Figura 14: Ensaio de rompimento compressão simples
Fonte: Ensaios de laboratório (2009)
Ensaios de laboratório:
Foram estudados dois traços em peso 1:18 com consumo previsto de 120Kg
de cimento por metro cúbico de concreto, com as seguintes especificações:
29
- Traço 1: cimento e cascalho
- Traço 2: cimento, areia e brita
Foram moldados corpos de prova para determinação das curvas de (Уs, hot)
e (fcj,hot), com variação de 0,5% de umidade.
A moldagem dos corpos de prova foi feita com cilindros Califórnia (CBR) com
5 (cinco) camadas uniformes compactadas com 56 golpes, com soquete de 10 libras
(4,5 kg) e altura de queda igual a 45cm. Após a moldagem, os CP foram
armazenados em câmara úmida até a data do ensaio de resistência à compressão
simples.
Características dos traços dosados:
Na curva 1 Densidade Especifica Máxima
para o concreto rolado
dosado com cascalho (traço 1), encontrou-se:
=2203g/cm3
- umidade ótima = 5,0% que corresponde à relação A/C = 0,90
Na curva 2 Densidade Especifica Máxima
para
o
concreto
rolado
dosado com brita 2 (traço 2), encontrou-se:
=2305g/cm3
- umidade ótima = 5,5% que corresponde à relação A/C = 0,99
30
Nas curvas variação de resistência com umidade, obteve-se os valores para
as resistências à compressão simples no ponto de umidade ótima para a idade de 7
(sete) e 28 (vinte oito) dias.
Traço 1: Cascalho; fc7 dias = 9,2 MPa
fc28 dias = 10,1 MPa
Traço 2: Brita 2; fc7 dias = 15,1 Mpa
fc28 dias = 16,3 MPa
A densidade máxima específica para cada traço, com variação de umidade de
0,5%, onde, encontrando o ponto mais elevado da curva de compactação,
determinou a densidade específica máxima.
Figura 15: Curva de compactação Massa específica x umidade (%)
Fonte: Resultados de ensaios de laboratório (2009)
31
Traço 1 - Em peso: 1:18, Cascalho passado # 38mm, com A/C = 0,90
Nº c.p.
Idade dias
Tonelada
Ruptura
2
Kgf/cm
Mpa
Densidade Máxima
Umidade%
1
7
12
66
6,6
2040
4
2
7
12
66
6,6
2089
4
3
28
12
66
6,6
2028
4
4
28
13
71
7,1
2059
4
5
7
16
88
8,8
2091
4,5
6
7
16
88
8,8
2111
4,5
7
28
19
104
10,4
2110
4,5
8
28
18
99
9,9
2155
4,5
9
7
21
115
11,5
2203
5
10
7
20
110
11
2201
5
11
28
23
126
12,6
2190
5
12
28
22
121
12,1
2218
5
13
7
12
66
6,6
2182
5,5
14
7
15
82
8,2
2132
5,5
15
28
20
110
11
2138
5,5
16
28
19
104
10,4
2189
5,5
17
7
12
66
6,6
2088
6
18
7
11
60
6
2102
6
19
28
15
82
8,2
2132
6
20
28
14
77
7,7
2134
6
Tabela 4 - Resultados de ensaios traço 1
Fonte: Ensaios de laboratório (2009)
32
Traço 2 - Em peso: 1:18, Brita 2 passado # 38,0mm, com A/C = 0,99
Nº c.p.
Idade dias
Tonelada
Ruptura
2
Kgf/cm
Mpa
Densidade
Máxima
Umidade%
1
7
23
126
12,6
2231
4,5
2
7
22
121
12,1
2272
4,5
3
28
28
153
15,3
2260
4,5
4
28
26
143
14,3
2273
4,5
5
7
31
170
17
2257
5
6
7
29
159
15,9
2296
5
7
28
33
181
18,1
2271
5
8
28
34
186
18,6
2341
5
9
7
35
192
19,2
2302
5,5
10
7
35
192
19,2
2311
5,5
11
28
36
197
19,7
2310
5,5
12
28
37
203
20,3
2298
5,5
13
7
29
159
15,9
2279
6
14
7
31
170
17
2280
6
15
28
33
181
18,1
2269
6
16
28
33
181
18,1
2244
6
17
7
24
132
13,2
2277
6,5
18
7
22
121
12,1
2244
6,5
19
28
30
164
16,4
2237
6,5
20
28
31
170
17
2272
6,5
Tabela 5: Resultados de ensaios traço 2
Fonte: Ensaios de laboratório (2009)
Segundo a ABCP, em seu estudo técnico ET-10, experiências feitas na
Inglaterra com misturas experimentais, variando o valor usado de cimento entre
90,0Kg/m3 (1:24) a 340,0Kg/m3 (1:6), demonstraram que, onde é usado como
revestimento cimento betuminoso, o valor mais adequado para pavimentação no que
se refere à quantidade de cimento deverá ficar entre 85kg/m3 a 120kg/m3, evitando
com esta quantidade o aparecimento de fissuras de retração não desejadas
33
4.5. Consumo de cimento
O emprego de cimento em concreto rolado com teores mais baixos depende
do tipo de agregado disponível. O usual é limitar a quantidade de cimento entre
85,0Kg/m3 a 120Kg/m3 cimento/agregado de 1:24, apresentando no emprego de
pedregulho o aumento da quantidade de cimento a ser dosado para o traço, levando
a adotar consumo de cimento na ordem de 100kg/m3 a 135kg/m3 (1:20 a 1:15);
Figura 16: Resistência à compressão simples X Consumo de cimento
Fonte: Cimenta Engenharia Ltda (2009)
Na figura 16, os valores de resistência à compressão simples foram definidos
a partir de estudos experimentais, através de moldagem de traço com valores em kg
de cimento. Para cada traço, foram obtidos os valores acima representados no que
se refere à compressão simples. Pode-se assim, a partir do MPa de projeto, definir
empiricamente a quantidade de cimento a ser usado para o traço.
As misturas mais fracas do que 1:24 apresentam inconvenientes devido à
dificuldade de se fazer mistura homogênea entre os materiais, comprometendo a
durabilidade do material.
A resistência à compressão simples e na tração terão relação entre o fator
água/cimento. Essa relação depende do grau de compactação obtido nos corpos de
prova e do tipo de agregado.
A resistência mínima a ser determinada se dará na fase das misturas
experimentais de acordo com as NBR-5738 (MB-2) e NBR- 5739 (MB-3), da
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
34
5. EXECUÇÃO
A mistura dos materiais deverá preferencialmente ser feita gravimetricamente.
Quando bem controlado e em obras de pequeno porte, pode-se usar misturas em
volume por proporção, medindo sempre o cimento em massa. De acordo com a
obra, a escolha do equipamento a ser usado, para obter produção necessária, segue
a partir do volume de concreto utilizado, podendo usar betoneiras quando o volume
de concreto for inferior a 15,0 m3 e preferencialmente em usinas normais de
concreto quando a obra tiver consumo de concreto superior a 15,0 m3.
Já o espalhamento do concreto poderá ser executado manualmente ou
usando os variados tipos de equipamento disponíveis. Os espalhamentos manuais
se fazem por lançamento de concreto usando pás e réguas desempenadeiras. No
espalhamento com máquinas, é usual utilizar motoniveladoras, distribuidoras
comuns de agregados e vibro acabadoras de asfaltos, sendo as duas últimas as que
proporcionam melhores resultados quanto ao nivelamento e o acabamento da
camada. A espessura de espalhamento deve ser de 20 a 30% maior do que a
espessura de projeto para que, após compactação, atinja aquela prevista no projeto.
Usando rolos lisos, vibratórios ou estáticos será executada a compactação,
contendo espessura máxima igual a 20,0 cm, como é recomendada. Os
equipamentos a serem usados deverão atender as
observações dos tipos de
materiais, dos locais e tipos de subleito, observando também tipos de sub-base.
35
Figura 17 - Concreto Rolado
Fonte: Cimenta Engenharia Ltda. (2009)
Figura 18: Concreto rolado com vibro acabadora
Fonte: (site Engepavi Engenharia Ltda.2009)
36
Figura 19: Compactação do concreto rolado com rolo liso
Fonte: (site Engepavi Engenharia Ltda.2009)
Figura 20: Compactação com Rolo Liso
Fonte: (site Engepavi. Engenharia Ltda.2009)
37
Figura 21: Imprimação para cura com betume
Fonte: (site Engepavi. Engenharia Ltda. 2009)
6. DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO
O concreto rolado apresenta características próprias, demonstrando excelente
comportamento estrutural ao pavimento. Os valores de resistências à tração na
flexão e módulo elástico são os que seguem:
Propriedades
Relação
agregado/cimento,
em
massa – 15:1
Resistência à compressão simples aos 28 dias, 11,2 (112)
MPa (kgf/cm2)
Resistência à tração na flexão, MPa (kgf/cm2)
Massa
específica
aparente
máxima
2,1 (21)
seca 2160
(aproximada), Kg/m3
Módulo de elasticidade aos 28 dias, MPa 0,6 a 3,5x104
(kgf/cm2)
Tabela 6: Valores de resistências à tração na flexão e módulo elástico
Observação: Valores típicos para concreto rolado. Fonte: ABCP – ET-10 (1984)
38
Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland, em seu estudo ET-10,
uma pesquisa do Road Research Laboratory (RRL) mostra que o concreto rolado
(concreto pobre) se comporta de maneira bastante superior a de outros materiais
quanto à durabilidade.
O dimensionamento da espessura de camada de concreto rolado depende da
intensidade do tráfego e do suporte do subleito, podendo-se adotar sub-base
granular ou não. Deverá ser indicada camada granular quando o concreto rolado
apresentar espessura elevada, diminuindo assim a espessura da camada de
concreto rolado.
Adotaremos para o dimensionamento das camadas do pavimento o método
do Índice de Suporte Califórnia (ISC), conforme o Tabela 7. As espessuras
determinadas por este método, conforme experiências com concreto rolado, foram
adotadas à diminuição das camadas em porcentagens que variam entre 10 a 20%,
sendo mais usado o valor de 15% de redução da espessura da camada de concreto
rolado em relação a outros materiais usados para pavimentação.
O
Road
Research
Laboratory
(RRL),
baseado
nas
curvas
de
dimensionamento do método de CBR (inglês), desenvolveu 6 (seis) cartas de
dimensionamento de pavimentos semi-flexíveis, colocando o concreto rolado como
material de base, considerando sub-base apenas granulares. Levou-se em conta o
CBR do subleito, o tráfego comercial, o período de projeto e as condições mínimas
necessárias de capa asfáltica e sub-base.
Intens. de tráfego
Esp. mínima de capa Esp. Mínima de concreto
asfáltica (cm)
rolado (cm)
4500 ou mais
7,5 cm
20,0 cm
1500 - 4500
5,0 cm
17,5 cm
450 - 1500
5,0 cm
15,0 cm
450 ou menos
5,0 a 4,0 cm
8,0 a 10,0 cm
Tabela 7: Espessuras mínimas recomendadas de capa asfáltica e base de concreto rolado para
índice de suporte Califórnia ≥ 20%.
Fonte: Tráfego comercial com 1,5 toneladas eixo simples, ABCP ET-10 (1984)
39
7. ANÁLISE DO COEFICIENTE DE EQUIVALÊNCIA ESTRUTURAL
7.1. COEFICIENTE DE EQUIVALÊNCIA ESTRUTURAL DE SOLOS E EM MASSA
DE CAMADAS CIMENTADAS
O Solo Cimento (SC) é um produto endurecido resultante da cura úmida de
mistura compactada de solo misturado com cimento e água, que atenda os padrões
de qualidade como durabilidade, resistência à compressão simples.
O teor de cimento mínimo para o solo cimento apresenta equivalência
estrutural usual e superior a 5% em massa, variando de acordo com resultados de
resistência à compressão, ficando (K) entre 1,2 a 1,7.
O Solo Melhorado com Cimento (SMC) tem características físicas e
mecânicas inferiores aos de um solo cimento, a começar pela faixa típica de
conteúdo de cimento, que fica entre 3% e 5% em massa. A qualidade de SMC
depende da verificação da influência do cimento em três particularidades do solo
original: a capacidade portante, os índices de consistência e a sensibilidade à água,
buscando, pela adição de cimento, aumentar o valor de Índice de Suporte Califórnia
(ISC), reduzir a plasticidade e a variação volumétrica, possibilitando o uso de
materiais
geralmente
não
enquadráveis
nas
especificações
comuns
de
pavimentação.
O SMC apresenta coeficiente de equivalência estrutural indefinido, sendo
usual tomar o valor de K igual a 1,0. A aplicação do valor unitário para o SMC deve
provavelmente super dimensionar a camada.
O concreto rolado apresenta valor para K igual a 1,7 devido a resultados da
compressão simples alcançarem valores superiores a 45 kgf / cm2.
O coeficiente de equivalência estrutural para cada material potencialmente
utilizável no pavimento, representado por K – que é multiplicador da espessura real
de construção – possibilita o cálculo da espessura equivalente, sendo material
puramente granular e não coesivo, que terá K igual a 1,0.
Para camadas de pavimento onde o cimento aumenta a resistência à
compressão simples aos 7 dias, determinante para estabelecer valores para o
coeficiente de equivalência estrutural, poderá ser representado a partir de 1,0 até
1,7. Deverão ser estabelecidas a partir de resultados obtidos como segue:
40
- inferior a 21 kgf/cm2 igual a 1,0, entre 21 e 28 kgf/cm2 poderá ser adotado o
valor igual a 1,2;
- entre 28 e 45 kgf/cm2 adotar valor igual a 1,4 e
- superior a 45 kgf/cm2 adotar valor igual a 1,7. (DNIT, 2006)
Figura 22: Distribuição de cargas nos pavimentos
Fonte: ANDRADE (2007)
7.2. MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO
O dimensionamento atenderá o método do DNER (DNIT), do Engº Murilo
Lopes de Souza, avaliando as espessuras das camadas projetadas para cada um
dos materiais usados para dimensionar pavimentos.
O método do DNER (DNIT) baseou-se no trabalho original de Porter (1949)1
sobre o dimensionamento de pavimentos flexíveis a partir do Índice de Suporte
Califórnia (CBR), acrescentando conceitos mais modernos como o da equivalência
de operações entre diferentes cargas por eixos e a carga padrão, os coeficientes de
equivalência estrutural dos diferentes materiais componentes do pavimento e os
fatores estruturais climáticos.
1
Porter, O. J., Development of original method for highway design, design, Proc., V.75, ASCE, 1949.
41
A capacidade de suporte do subleito e dos materiais granulares sem adições
foram medidas pelo ensaio de CBR em laboratório. Exige-se que os materiais para
sub-base e base tenham CBR mínimo de 20% para sub-base e 80% para base,
respectivamente. Se os materiais forem estabilizados com cimento, mantém-se a
exigência para a base, passando para 30% o CBR mínimo da sub-base.
Os materiais de base granular seguem faixas granulométricas e têm
requisitos especiais de qualidade, conforme Tabela 8.
FAIXAS GRANULOMÉTRICAS - DNER-ES 303/97
Para N > 5 x 106
Peneiras
Pol.
mm
Faixa A
Faixa B
Faixa C
Para N < 5 x 106
Faixa D
Faixa E
Faixa F
2"
50,80
100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
1"
25,40
55
85
75
90
100 100 100 100 100 100 100 100
3/8"
9,52
30
65
40
75
50
85
60
100 70
100 82
100
Nº 4
4,80
25
55
30
60
35
65
50
85
55
100 70
100
Nº 10
2,00
15
40
20
45
25
50
40
70
40
100 55
100
Nº 40
0,42
8
20
15
30
15
30
25
45
20
50
30
70
2
8
5
15
5
15
5
20
6
20
8
25
Nº 200 0,075
Tabela 8: Faixas granulométricas para materiais granulares
Fonte: Manual de pavimentação, DNIT (2006)
As especificações gerais do DNER (DNIT), por seu lado, estabelecem requisitos
para o solo cimento e para solo melhorado com cimento, não tendo, até a data,
especificação particular para BGTC e concreto rolado.
A consideração do tráfego é fundamental, uma vez que está ligada à
determinação do seu poder destrutivo sobre o pavimento, através da transformação
de todo o universo das cargas solicitantes, em um único número de operações de
um eixo simples padrão de 8,2 toneladas força (N).
Os
dimensionamentos
serão
determinados
para
cada
material
em
comparação descrito no trabalho, buscando apresentar a viabilidade do concreto
rolado.
42
Outro ponto a ser salientado diz respeito às espessuras mínimas
recomendadas para o revestimento betuminoso. O método do DNER (DNIT) é muito
claro ao mencionar que os valores se referem a revestimento sobre base de
materiais granulares, ou seja, flexível. O mesmo não dá indicação de como agir
quando a camada a ser revestida tiver comportamento de material coesivo, como é
o caso das camadas estabilizadas com cimento.
Tais materiais, pela sua maior capacidade de resistência às tensões de tração
e às deformações, protegem mais acentuadamente o revestimento de sofrer ruptura
precoce por fadiga. Portanto, admitem, teoricamente, menores espessuras de capa.
A falta de pesquisas sobre a questão não permite, no momento, estipular de quanto
poderia ser a redução da espessura. Sabe-se, no entanto, que ela é função direta da
espessura da base e inversa do tráfego previsto.
8. CONSIDERAÇÕES PARA ESTUDO COMPARATIVO
A exemplificação do desenvolvimento do dimensionamento será dada a partir
dos níveis de tráfego e dos níveis dos valores de suporte de CBR do subleito.
Os coeficientes de equivalência estrutural
serão os estabelecidos pelo
método DNER (DNIT), apresentados a seguir:
COMPONENTES DO PAVIMENTO
K
Base ou revestimento de concreto betuminoso
2,00
Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação densa
1,70
Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa
1,40
Base ou revestimento betuminoso por penetração (TSD)
1,20
CAMADAS GRANULARES
1,00
Solo cimento com resistência à compressão a 7 dias, superior a 45 kgf/cm2
2
Com resistência à compressão a 7 dias, entre 45 kgf/cm a 28 kgf/cm
2
2
Com resistência à compressão a 7 dias, entre 28 kgf/cm a 21 kgf/cm
2
1,70
1,40
1,20
Tabela 9: Tabela de referência para K das camadas do pavimento
Fonte: Manual de Pavimentação, DNIT (2006)
43
8.1. ESPESSURAS MÍNIMAS DE REVESTIMENTO BETUMINOSO
Em função do número equivalente (N) de operações de eixo padrão durante o
período de projeto, o método recomenda as espessuras mínimas de revestimento
betuminoso conforme Tabela 10:
N
Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso
N < 106
Tratamentos Superficiais Betuminosos
106 < N < 5 x 106
Revestimentos Betuminosos com 5,0cm de espessura
5 x 106 < N < 107
Concreto Betuminoso com 7,5cm de espessura
107 < N < 5 x 107
Concreto Betuminoso com 10,0cm de espessura
N > 5 x 107
Concreto Betuminoso com 12,5 cm de espessura
Tabela 10: Espessuras e tipo de revestimento indicado para o número “N” de projeto
Fonte: Manual de Pavimentação, DNIT (2006)
8.2. NÚMERO “N” DE PROJETO
O número “N” encontrado através de pesquisa de tráfego é igual a 6,3 x 10 6.
O segmento de projeto se dará entre as estacas 0 a 508, contendo dois
segmentos que apresentam CBR para subleito igual a 9%2.
2
Dados obtidos do trabalho prático do curso de Pavimentação e Restauração Rodoviária e
Aeroportuário
44
Figura 23: Distribuição das camadas do pavimento
Fonte: Manual de Pavimentação DNIT (2006)
Onde:
Hm
- Espessura total necessária para proteger um material com ISC = m;
Hn
- Espessura da camada de pavimento com ISC = n;
H20
- Espessura de pavimento sobre a sub-base;
h20
- Espessura da sub-base;
hn
- Espessura de reforço do subleito;
B
- Espessura da base e
R
- Espessura do revestimento.
Determinadas as espessuras Hm, Hn, H20 e R, as espessuras da base, subbase e reforço são obtidas pela resolução sucessiva das seguintes equações:
RKR + BKB  H20;
RKR + BKB + h20 Ks  Hn
e
RKR + BKB + h20 Ks + hn KRef  Hm.
Coeficientes de equivalência estrutural recomendados pelo método.
Revestimento: KR = 2,0 (concreto betuminoso)
Base
: KB = 1,70 (camada de concreto rolado)
Sub-Base
: KS = 1,00 (camada granular)
45
Figura 24: Ábaco para dimensionamento método DNER
Fonte: Manual de Pavimentação DNIT (2006)
Dados do projeto (SEGMENTO RODOVIÁRIO):
Extensão do trecho= 10,16km
Largura do acostamento= 2,00m
Largura de drenagem= 1,15m
Largura da base= 10,40m
1º segmento CBR de subleito da estaca 0 a 150 = 9%
2º segmento CBR de subleito da estaca 150 a 508= 9%
46
Figura 25: Seção Transversal em Tangente
Fonte: Manual de Pavimentação (2006)
Figura 26: Seção Transversal em Curva Fonte
Fonte: Manual de Pavimentação DNIT (2006)
Materiais disponíveis para pavimentação:
- Cascalho seixo rolado;
- Argila (Solo Cimento)
- Solo Melhorado com cimento
- Concreto Rolado.
Número “N” de projeto: igual a 6,3 x 106
Espessura Mínima de revestimento betuminoso, conforme tabela CBUQ igual
a 7,5 cm, (adotar espessura igual a 8,0 cm).
47
Ocorrência de materiais indicados em projeto, para segmento rodoviário.
- Jazida cascalho de seixo rolado arenoso localizado a 100,0 km da estaca 508;
- Pedreira comercial com classificação de rocha em Granito com localização a 2,0
km da estaca 0, apresentando produção que atende o projeto e com usina de
mistura de concreto a 200,0 metros da estaca inicial 0.
- Argila arenosa indicada para mistura de Solo Cimento (SC), localizada a 30 km da
estaca 230 e cascalho arenoso indicado para solo melhorado com cimento (SMC),
localizado a 45,0 km da estaca 210, sendo, indicado a implantação de usina para
mistura.
9. ESTUDO DE VIABILIDADE DE IMPLANTACÃO DO CONCRETO
ROLADO COMPARADO AOS MATERIAIS EM ESTUDO
Situação 1: Aplicação de concreto pobre rolado na camada de base de um
pavimento de uma rodovia que apresenta em seu traçado um segmento urbano.
Identificado como área urbanizada a ser implantada com uma extensão de 3.000
metros, iniciando-se na estaca 0 e com término na estaca 150, onde o concreto
rolado apresenta-se como material de durabilidade e com custo de implantação
econômico para segmento da rodovia, de acordo com a ocorrência de materiais em
estudo e de suas distâncias para transporte. No segmento entre as estacas 150 a
508, o material granular seixo rolado apresenta custo superior e as misturas de solo
cimento e solo melhorado com cimento, conforme demonstrados em estudo,
apresentam custo de implantação mais econômico para o segmento de acordo com
estudo o estudo de viabilidade para implantação.
Critérios para seleção do material da base em concreto rolado para o
segmento urbano da rodovia:
1 – Região não privilegiada por ocorrências de materiais “in natura” passíveis de
aplicação. Jazidas (cascalho de seixo rolado) conhecidas e com distância de
48
transporte a 100,0 km da estaca 508; argila arenosa a 30,0 km da estaca 230 e
cascalho arenoso a 45,0 km da estaca 210 da implantação da rodovia.
2 – Distância da pedreira a estaca zero de 2,0 km;
3 – Existência de uma usina misturadora no local da central de britagem.
4 – Resistência e durabilidade da alternativa sugerida, devido ao tráfego de veículos
comerciais de transporte urbano como corredor de ônibus (coletivos).
Concreto rolado com resistência a compressão igual ou superior a 4,5 MPa,
produzido em usina misturadora, implantada a 200 metros de uma central de
britagem, localizada a 2,0 km da estaca 0 da rodovia.
Dimensionamento pelo método DNIT (2006)
Número “N” de projeto:
N= 6,3 x 106
CBR do subleito para o segmento entre a estaca inicial 0 a estaca final 150, igual a
9%.
Cálculo:
Espessura do revestimento (R), igual a 7,5 cm adotar 8,0 cm.
Coeficiente de equivalência estrutural “K”. KR = 2,0, KB = 1,7, KS = 1,0.
Cálculo espessura da Base (H20):
ISC sub-base 20%
“N” = 6,3 x 106
H20 = 26,0 cm
R.KR + B.KB ≥ H20
H20 – R.KR
B=
----------------------
KB
26,0 – (8 x 2,0)
=
-----------------------------
= 5,88 cm, adotar espessura de 18,0 cm.
1,7
49
Cálculo: Espessura sub-base necessária para proteger subleito (HN).
ISC do subleito igual a 9 %.
RHR + B.KB + S.KS ≥ HN
ISC=9%
N=6,3 x 106
H10 = 45,0 cm
H10 - R.KR – B.KB
S=
--------------------------------
45,0 – 8,0 x 2,0 _ 1,7 x 18,0
= --------------------------------------------------
Ks
= - 1,60 cm.
1,0
Não será necessário adotar camada de sub-base.
Situação 2: Pavimentação de segmento de rodovia em uma área caracterizada por
predominância rural, com execução de uma camada de base de material in natura
(cascalho de seixo rolado) extraído diretamente de uma jazida localizada a 100,0 km
da estaca 508 da estrada a ser implantada.
Critérios para seleção do material da base:
1 – Inexistência de outras fontes de materiais com distância econômica de
transporte ou com índices físicos ou mecânicos compatíveis para aplicação em
camada de base com os obtidos no material existente na jazida selecionada;
2 – Pequeno impacto ambiental.
3 – Regularidade ambiental para exploração da jazida.
Material a ser empregado: jazida de cascalho de seixo rolado localizada a 100,0
km da estaca 508 da rodovia a ser implantada.
CBR do subleito para o segmento em estudo igual a 9%.
N= 6,3 x 106
50
Cálculo:
Numero “N” de projeto:
Espessura do revestimento (R), igual a 7,5 cm adotar 8,0 cm.
Coeficiente de equivalência estrutural “K”. KR = 2,0, KB = 1,0, KS = 1,0.
Cálculo espessura da Base (H20):
ISC sub-base 20%
N= 6,3 x 106
H20 – R.KR
B = ---------------------- =
26,0 – (8 x 2,0)
---------------------------
KB
= 10,0 cm, adotar espessura mínima de 15,0 cm.
1,0
Cálculo: Espessura sub-base necessária para proteger subleito (HN).
ISC do subleito igual a 9%.
RHR + B.KB + S.KS ≥ HN
ISC do subleito = 9%
N = 6,3 x 106
H9 = 42,0 cm
H10 – R.KR _ B.KB
S=
-------------------------------
42,0 – 8,0 x 2,0 _ 1,0 x 15,0
=
-----------------------------------------------
Ks
= Espessura igual a 11,0 cm.
1,0
Adotar camada de sub-base igual 15,0 cm.
Para material granular de seixo rolado será necessário adotar camadas de sub-base
e base com espessura igual a 15,0 cm cada camada, totalizando espessura total de
material granular igual a 30,0 cm.
Situações 3 e 4: Pavimentação de segmento de rodovia em uma área caracterizada
por predominância rural, com execução de uma camada de base de material argila
arenosa para solo cimento localizada a 30 km da estaca 230 e solo melhorado com
cimento extraído diretamente de uma jazida localizada a 45,0 km da estaca 210.
51
Critérios para seleção do material da base:
1 – Inexistência de outras fontes de materiais com distância econômica de
transporte ou com índices físicos ou mecânicos compatíveis para aplicação em
camada de base com os obtidos no material existente na área selecionada;
2 – Pequeno impacto ambiental.
3 – Regularidade ambiental para exploração da área de empréstimo.
CBR do subleito para os segmentos em estudo igual a 9%.
N= 6,3 x 106
Cálculo:
Número “N” de projeto:
Espessura do revestimento (R), igual a 7,5 cm adotar 8,0 cm.
Coeficiente de equivalência estrutural “K”. KR = 2,0, KB = 1,4, KS = 1,0.
Cálculo espessura da Base (H20):
ISC sub-base 20%
N= 6,3 x 106
H20 – R.KR
B=
----------------------
26,0 – (8 x 2,0)
=
--------------------------
KB
= 5,71 cm, adotar espessura mínima de 15,0 cm.
1,4
Cálculo: Espessura sub-base necessária para proteger subleito (HN).
ISC do subleito igual a 9%.
RHR + B.KB + S.KS ≥ HN
ISC do subleito = 9%
N = 6,3 x 106
H9 = 42,0 cm
H10 – R.KR _ B.KB
S=
-------------------------------
Ks
42,0 – 8,0 x 2,0 _ 1,4 x 15,0
=
------------------------------------------------
= 11,0 cm.
1,0
Adotar camada mínima de sub-base igual 15,0 cm.
52
Solo cimento e solo misturado com cimento deverão ser implantados com duas
camadas de sub-base e base com 15,0 cm, totalizando espessura igual a 30,0 cm.
9.1. RESUMO DO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO PELO
MÉTODO DNIT (2006)
- Segmento entre estacas 0 a 150.
Material
Estaca
Estaca
CBR do
Esp.da
Esp. da
Esp. do
Volume
inicial
final
subleito
sub-
base
revesti-
(m3)
(%)
base
(cm)
mento
(cm)
Concreto
(cm)
0
150
9
0
18,0
8,0
7.668,00
0
150
9
15,0
15,0
8,0
12.780,00
SMC
0
150
9
15,0
15,0
8,0
12.780,00
Material
0
150
9
15,0
15,0
8,0
12.780,00
rolado
Solo
Cimento
Granular
- Segmento entre estacas 150 a 508.
Material
Estaca
Estaca
CBR do
Esp.da
Esp. da
Esp. do
Volume
inicial
final
subleito
sub-
base
revesti-
(m3)
(%)
base
(cm)
mento
(cm)
Concreto
(cm)
150
508
9
0
18,0
8,0
18.300,96
150
508
9
15,0
15,0
8,0
30.501,60
SMC
150
508
9
15,0
15,0
8,0
30.501,60
Material
150
508
9
15,0
15,0
8,0
30.501,60
rolado
Solo
Cimento
Granular
Tabela 11: Resumo dos dimensionamentos pelo método DNIT (2006)
Fonte: Estudos de dimensionamentos
53
Observação: Os custos de Transporte e execução são médias de valores apresentados pelo
Departamento de Estradas e Rodagem do estado de São Paulo (D.E.R - SP), pelo Departamento de
Estradas de Rodagem do Estado de Minas Gerais (D.E.R. - MG) e pelo Departamento Nacional de
Infra-estrutura e Transportes (DNIT).
9.2. DISTRIBUIÇÃO DAS DISTÂNCIAS MÉDIAS DE TRANSPORTE
DOS MATERIAIS
Figura 27: Distribuição das distâncias médias de transporte dos materiais
Fonte: Estudo de viabilidade (2009)
54
9.3. Estudos comparativos de viabilidade de implantação.
Figura 28: Estudos comparativos de viabilidade de implantação,
Fonte: Estudos de viabilidade (2009)
55
Figura 29: Estudos comparativos de viabilidade de implantação,
Fonte: Estudos de viabilidade (2009)
56
10. CONCLUSÃO
Os ensaios experimentais realizados com o concreto rolado apresentaram
resultados que alcançaram valores acima do indicado em projeto com facilidade. O
material atende as especificações indicadas pelas normas, e quando apresentar
custo de transporte e de fabricação, competitivo com os demais materiais, a sua
indicação ganha força, tanto na mistura de cimento e seixo rolado como na mistura
com material britado. O concreto rolado apresenta-se como material nobre que pode
ser indicado para camada de base, revestido com concreto betuminoso, sendo que
suas características em distribuir os esforços ao pavimento e de durabilidade são
fatores que justificam sua indicação.
O concreto rolado de acordo com o estudo deve ser tratado como material
nobre, com grande poder em distribuir as solicitações de cargas impostas ao
pavimento. Apresenta ganho de durabilidade e aumento no tempo de intervenções
na conservação do pavimento e do revestimento.
No estudo comparativo de custo para implantação das camadas, o transporte
representa parcela considerável na composição dos valores de implantação, fato
que contribui diretamente na escolha do material a ser indicado.
Ao observar as distâncias de transportes dos materiais para os segmentos
apresentados, o concreto rolado apresentou custo competitivo de implantação,
quando os materiais a serem utilizados na sua mistura, apresentar distâncias de
transportes reduzidas, especialmente se associado à condição de produção do
concreto, com usina de concreto instalada. Nestas condições, o concreto rolado
apresenta custo competitivo em relação aos demais materiais em estudo. Os custos
superiores para implantação dos materiais granulares e das misturas de solo
cimento e solo melhorado com cimento, apresentados nos estudo para o primeiro
segmento, deve-se às distancias de transporte apresentadas.
57
11. BIBLIOGRAFIA
ANDRADE, M.H., Projetos de Pavimentos Rígidos: notas de aula, UFPR, 2007.
Disponível em: http://www.geocties.com/pavimentacao2005/projeto, Acesso em: 01
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concreto de cimento Portland para pavimentação. Campinas - SP, 2008. 117p.
Dissertação de Mestrado – Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
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CARVALHO, M.D. Pavimento de concreto: reduzindo o custo social. Disponível em:
www.abcp.org.br/sala_de_imprensa /pdf /pav_artigo2007.pdf , Acesso em: 01 out.
2009
MANUAL DE CONSERVACAO RODOVIÁRIA 2005. Publicação IPR – 710. Manual
de Conservação Rodoviária. 2a Edição. Rio de Janeiro. 2005. Disponível em:
www.dnit.br, Acesso em: 01 out. 2009.
MARQUES, G.L. de O. Capítulo 9: Concreto Asfáltico. Universidade Federal de Juiz
de Fora – Faculdade de Engenharia – Departamento de Transportes e Geotécnica
TRN 031 – Pavimentação. Disponível em: www.pavimentacao.wufjf/cap9.pdf,
Acesso em: 01 out. 2009
PITTA, M. R. Dimensionamento de pavimentos rodoviários e urbanos de concreto
pelo método de PCA/84. 2a Ed., São Paulo, ABCP, 1996.
Concreto pobre: aplicações em pavimentação. 4.ed.rev.atual. São Paulo,
1984.28p.(ET-10).
SILVA, C. E. P. da. Pavimento de concreto simples: dimensionamento, execução e
controle tecnológicos. Relatório apresentado à Comissão de Supervisão de Estágio
do Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), como
requisito parcial para graduação em Engenharia Civil. Santa Maria, RS, Brasil, 2008.
58