UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI AMANDA GABRIELA B. CALDA JUNTAS EM PAVIMENTOS DE CONCRETO SÃO PAULO 2007 ii AMANDA GABRIELA B. CALDA JUNTAS EM PAVIMENTOS DE CONCRETO Trabalho de Conclusão de Curso como exigência parcial para a obtenção do Título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi. Orientador: Prof. Eng° Tiago Garcia Carmona SÃO PAULO 2007 iii AMANDA GABRIELA B. CALDA JUNTAS EM PAVIMENTOS DE CONCRETO Trabalho de Conclusão de Curso como exigência parcial para a obtenção do Título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi. Trabalho___________________em:____de______________________de 2007 _____________________________ Prof. Tiago Garcia Carmona _____________________________ Prof. Fernando José Relvas Comentários __________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ iv Dedico essa pesquisa aos Engenheiros que, assim como eu, acreditam em um futuro de qualidade para a Construção Civil Brasileira. AGRADECIMENTOS A realização de um Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação Engenharia Civil requer, além do esforço individual, o apoio de pessoas com experiência e capacidade de orientação ao aluno responsável pela pesquisa e apresentação do trabalho. Tenho muito que agradecer as pessoas que me ajudaram, direta e indiretamente, no entendimento do assunto e na elaboração do trabalho. Começo o agradecimento a todos os professores da Universidade Anhembi Morumbi que contribuíram com a minha formação, em especial ao Prof. Tiago Garcia Carmona, que com sua dedicação e profissionalismo, soube assegurar o rigor na qualidade do trabalho através do incentivo e motivação dos alunos na busca dos melhores resultados. Quero agradecer também os profissionais da área que entrevistei e, em particular, o Engenheiro Ubiraci Leal, graduado pela Escola Politécnica, que atua na área de transportes e pavimentação, que consultei diversas vezes para esclarecimento de dúvidas. Não posso deixar de agradecer também à minha família, pelo apoio e estímulo aos estudos e à minha realização profissional. Para finalizar, agradeço também aos colegas que, assim como eu, se identificam com a profissão e sabem que o aprendizado que se iniciou com a Universidade se estenderá na vida profissional, superando os desafios, adicionando conhecimentos, adicionando experiências e aprendendo sempre a trabalhar em equipe e em sociedade. vi RESUMO A pavimentação em concreto, vem se destacando mais recentemente em relação às alternativas de pavimentação de vias, pela sua vida útil e retorno do investimento em longo prazo. O pavimento de concreto oferece vantagens como maior ciclo de vida, menor custo com manutenção, segurança e economia de combustível aos usuários, além do cimento ser um produto nacional e fortalecer a nossa economia. É realidade o retorno da pavimentação em concreto no Brasil. Ao longo do tempo, profissionais vem se aperfeiçoando e novas tecnologias vêm sendo desenvolvidas, estes fatores somados aos benefícios já mencionados possibilitaram o uso do pavimento de concreto nas rodovias brasileiras. A escolha de um pavimento implica, em primeira instância, nas condições geotécnicas adequadas do solo, ou aquelas que se pode obter através de tratamento de melhoria desse solo. Conceber a estrutura de um pavimento requer análise de fatores como disponibilidade de matérias na região, esforço que o tráfego irá exigir, prazo de execução da obra, condições do clima e condições geotécnicas do solo, entre outros. Um pavimento precisa resistir aos esforços, ao desgaste e permitir segurança e conforto ao usuário. A pavimentação, como qualquer outra modalidade de construção civil deve tratar do aspecto de viabilidade econômica do investimento, buscando a melhor relação custo versus benefícios. O dimensionamento do pavimento envolve a obtenção das espessuras exigidas nas camadas, definir o tipo de pavimento, especificar os materiais a serem aplicados e, finalmente, especificar tecnicamente o dimensionamento. É comum as estruturas de concreto sofrerem alteração de volumes, em função de temperatura e condições climáticas em geral. Com o objetivo de evitar rachaduras e trincas de estruturas de concreto são projetadas as juntas, que deverão anular ou evitar os danos destas movimentações estruturais. As juntas têm a função também de distribuir os esforços entre placas contíguas. Outra grande causa da destruição ou inutilização de um pavimento é a percolação de água nas camadas inferiores, e o sistema de vii drenagem é uma das especificações imprescindíveis ao sucesso de um projeto de pavimentação. O projeto de juntas em pavimentos de concreto é apresentado aqui através da exploração de assuntos importantes como o mecanismo de aparecimento de trincas em pavimentos de concreto, tipos e funções das juntas e os materiais selantes utilizados nestas. Baseando-se nos conceitos dos itens citados acima, é analisado neste trabalho um estudo de caso, o projeto das juntas do pavimento de concreto do Terminal de Ônibus Urbanos da Lapa. Palavras Chave: Pavimentos de concreto, importância das juntas. ABSTRACT The concrete paving, comes being preferred more recently regarding the roads paving alternatives, because it is more durable and get a good return of the investment in long term. The floor made with cement offers advantages as bigger cycle of life, smaller cost with maintenance, security and fuel economy by the users, beyond the cement be a national product and fortify our economy. It is reality the return of the concrete paving recently in Brazil. We form professionals and we use technologies that, added to the benefits already mentioned enabled the use of the concrete in the Brazilian highways. The choice of a floor implies, in first instance, in the adequate ground conditions, or those that can be obtained through of soil improvement. The definition of the floor structure requires analysis of availability factors of matters in the region, effort that will required of the traffic, time of work execution, climate conditions and ground conditions of the soil, between others. A floor needs to resist to the efforts, to the stress and permit security and comfort to the user. The paving, as any another one modality of civil construction should analyze the aspect of the investment economic feasibility, obtaining better cost by benefits relation. The floor dimension involves the thicknesses required in the layers, definition of floor kind, specify the goods it will be applied and, finally, specify the dimension technical. It is very common the concrete structures will suffer dimension alteration, in function of temperature and climatic conditions in general. To avoid cracks and concrete structures cracks are projected the joints that should annul or avoid the mischief of these structural movements. The joints also have the function distribute the efforts between adjacent plates. Another one big of floor destruction causes is the water infiltration in the lower layers, and the drainage system is one of the indispensable specifications to the success of a paving project. The joints project in concrete floors is presented here through the explanation of important matters as the cracks appearance mechanism in concrete floors, kinds and ix functions of the joints and the clinging goods utilized in these situations. Basing in the concepts cited above, is analyzed in this work a case study, the project of the concrete floor joints of the Lapa Urban Bus Terrminal. Key Words: Concrete floor, importance of joints. x LISTA DE FIGURAS Figura 5.1 Camadas típicas de um pavimento . ..........................................................9 Figura 5.2 Empenamento teórico diurno ..................................................................17 Figura 5.3 Empenamento restringido diurno ............................................................17 Figura 5.4 Empenamento teórico noturno ................................................................17 Figura 5.5 Empenamento restringido noturno ..........................................................18 Figura 5.6 Junta longitudinal de construção, de encaixe, tipo macho-e-fêmea . .......20 Figura 5.7 Junta longitudinal de construção, de encaixe, tipo macho-e-fêmea, com barras de ligação . ......................................................................................20 Figura 5.8 Junta transversal de retração. ..................................................................22 Figura 5.9 Junta transversal de retração, serrada, com barras de transferência . ....23 Figura 5.10 Junta transversal de construção planejada ou fim de jornada. ..............25 Figura 5.11 Junta transversal de construção – transição entre os pavimentos rígido e flexível. ..................................................................................................26 Figura 5.12 Junta transversal de expansão, com barras de transferência e capuz...27 Figura 5.13 Junta de expansão nos encontros do pavimento com outro tipo de estrutura (expl. boca-de-lobo). ...........................................................................27 Figura 5.14 Junta transversal de retração . ...............................................................28 Figura 5.15 Principais tipos de falhas no sistema selante-junta ................................30 Figura 5.16 Falhas observadas em selantes pré-moldados .....................................32 Figura 5.17 Profundidade do corte e selagem das juntas transversais .....................33 Figura 5.18 Profundidade da inserção e selagem das juntas transversais ..............33 Figura 5.19 Drenagem subsuperficial .......................................................................35 Figura 6.1 Imagem aérea do local ............................................................................37 Figura 6.2 Imagem da vista frontal do terminal ........................................................38 Figura 6.3 Imagem da entrada do terminal ...............................................................39 Figura 6.4 Imagem da estrutura e cobertura do terminal .........................................40 Figura 6.5 Seção tipo pavimento rígido (planta DE-032.60/GE4/003) ......................42 Figura 6.6 Seção de transição entre pavimento rígido e flexível (planta DE032.60/GE4/004) ...............................................................................................43 Figura 6.7 Ilustração de placas e juntas ...................................................................44 Figura 6.8 Junta transversal de seção enfraquecida com barras de transferência ..45 xi Figura 6.9 Junta longitudinal tipo macho e fêmea com ligador .................................46 Figura 6.10 Junta de expansão ................................................................................47 Figura 6.11 Junta transversal de construção.............................................................47 Figura 6.12 Detalhe “A” .............................................................................................47 Figura 6.13 Detalhe “B” .............................................................................................47 Figura 6.14 Detalhe do “risco” no pavimento para drenagem ..................................50 Figura 6.15 Visão ampla do terminal em 18/08/07 ...................................................51 Figura 6.16 Encontro da junta transversal com a longitudinal ...................................51 Figura 6.17 Junta longitudinal da pista......................................................................52 Figura 6.18 Visão mais distante do cruzamento de juntas ........................................52 Figura 6.19 Placa com geometria diferenciada .........................................................53 Figura 6.20 Trinca transversal...................................................................................54 Figura 6.21 Trinca longitudinal ..................................................................................55 xii LISTA DE TABELAS Tabela 5.1 Tipos de sub-bases para pavimentos de concreto .................................13 Tabela 5.2 Espaçamento recomendado entre juntas transversais ...........................22 Tabela 5.3 Diâmetro, comprimento e espaçamento de barras de transferência .......24 xiii LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABCP Associação brasileira de Cimento Portland DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT IG Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transporte Índice de Grupo IP Índice de Plasticidade IS Índice de Suporte ao Subleito ISC ou CBR Índice de Suporte Califórnia LL Limite de Liquidez PCA Portland Cement Association xiv SUMÁRIO p. 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................1 2 OBJETIVO ...............................................................................................................3 2.1 Objetivo Geral .................................................................................................3 2.2 Objetivo Específico ........................................................................................3 3 METODOLOGIA DO TRABALHO...........................................................................4 4 JUSTIFICATIVA.......................................................................................................5 5 JUNTAS EM PAVIMENTOS DE CONCRETO.........................................................6 5.1 Histórico do Pavimento de Concreto............................................................6 5.2 Conceitos de pavimentação ..........................................................................8 5.3 Análise do Solo.............................................................................................10 5.4 Sub-base ............................................................................................................11 5.5 5.4.1 O papel da sub-base como elemento de fundação nos pavimentos rígidos.......... 11 5.4.2 Tipos de sub-base ................................................................................................. 11 Noções básicas de dimensionamento estrutural de pavimentos ............14 5.5.1 Finalidade .................................................................................................................. 14 5.5.2 Dados para o projeto.................................................................................................. 14 xv 5.5.3 Roteiro do Projeto...................................................................................................... 14 5.5.4 Dimensionamento...................................................................................................... 15 5.6 Juntas.................................................................................................................16 5.6.1 Mecanismo do aparecimento de trincas nos pavimentos de concreto ....................... 19 5.6.1.1 Trincas longitudinais ................................................................................ 19 5.6.1.2 Trincas transversais .................................................................................. 19 5.6.2 Função das Juntas ...................................................................................................... 19 5.6.3 Classificação das juntas ............................................................................................. 19 5.6.3.1 Juntas longitudinais de articulação .......................................................... 19 5.6.3.2 Juntas longitudinais de articulação com barras de ligação ......................20 5.6.3.3 Juntas longitudinais de construção ........................................................ 219 5.6.3.4 Juntas transversais de contração ............................................................ 219 5.6.3.5 Juntas transversais de contração com barras de transferência.................22 5.6.3.6 Juntas transversais de construção ............................................................ 24 5.6.3.7 Juntas de expansão .................................................................................. 26 5.6.4 Selagem das juntas .................................................................................................... 27 5.6.4.1 Juntas de expansão .................................................................................. 29 5.6.5 Execução das juntas................................................................................................. 332 xvi 5.6.6 Requisitos básico de qualidade.................................................................................. 34 5.7 Drenagem ......................................................................................................35 5.8 Impactos Ambientais....................................................................................36 6 ESTUDO DE CASO – JUNTAS DA PAVIMENTAÇÃO DO TERMINAL DE ÔNIBUS URBANOS DA LAPA ................................................................................37 6.1 Caracterização do objeto de estudo de caso .............................................37 6.2 Desenvolvimento..........................................................................................41 6.2.1 Placas de concreto armado ........................................................................................ 42 6.2.2 Seção tipo pavimento rígido e sub-bases...................................................................42 6.2.3 Seção de transição entre pavimento rígido e flexível ................................................ 43 6.2.4 Juntas ......................................................................................................................... 44 6.2.4.1 Juntas transversais ......................................................................................... 45 6.2.4.2 Juntas longitudinais ....................................................................................... 46 6.2.4.3 Juntas de expansão ........................................................................................ 47 6.2.5 Recurso para auxílio da drenagem ............................................................................ 50 6.2.6 Condições atuais do pavimento ................................................................................. 51 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................57 ANEXO I....................................................................................................................59 1 1. INTRODUÇÃO O Brasil é um país continental e não existe nesta afirmação nenhum exagero. As dimensões do país representam um grande potencial, mas ao mesmo tempo um grande problema para a infra-estrutura e, especialmente, escoamento de matérias primas e produtos. O transporte se torna em nosso país um assunto estratégico. Até a década de 50, com uma economia de exportação de produtos primários, o nosso sistema de transporte estava estruturado fortemente em ferrovias, sendo em parte também o transporte fluvial. A malha rodoviária começou a se desenvolver no governo do Presidente Vargas, com a criação do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) na década de 30 e o crescimento efetivo ocorreu na década de 1950, a aceleração do processo de industrialização, especialmente a indústria automobilística e a mudança da capital federal para Brasília. A partir deste momento a rede rodoviária se tornou a principal via de escoamento de carga e de passageiros. Todavia, a crise econômica acentuada na década de 80 provocou uma redução expressiva nos investimentos públicos no setor de transportes. Tanto que a administração pública buscou iniciativa no setor ferroviário, a exemplo da Estrada de Ferro Carajás ligando Pará e Maranhão, mas foi um exemplo isolado que não corresponde às expectativas e necessidades de um país das dimensões do Brasil. As rodovias monopolizaram o transporte no nosso país, apesar do mal estado e da falta de manutenção adequada. Embora o governo atual esteja reavaliando a concessão de rodovias à iniciativa privada, as rodovias que possuem infra-estrutura e segurança adequadas são aquelas privatizadas, graças a um custo de pedágio muitas vezes extorsivo. Até a década de 70 foi largamente utilizada a pavimentação de concreto, mas o uso deste tipo de pavimento foi desacelerado nos anos 80 e 90 em função da sua aplicação no crescente mercado da habitação. Mas o seu regresso já é realidade, e está presente no mercado nacional. A pavimentação em concreto no Brasil está se 2 tornando bastante competitiva já no custo inicial da obra. Temos profissionais e novas tecnologias e equipamentos para este fim. Estes fatores, somados aos benefícios já mencionados possibilitaram o regresso do concreto na malha viária brasileira. Um fator técnico importante para o sucesso da obra de pisos de concreto em pavimento são as juntas de separação, tema que será enfatizado neste trabalho. Os pisos são basicamente formados por placas em sua maioria retangulares ou quadradas, com dimensões limitadas, e a função básica das juntas é evitar danos na estrutura, bem como manter a durabilidade, mesmo com a ação das movimentações de contração e expansão do concreto, permitindo a adequada transferência de carga entre as placas contíguas. (Sem Autor. Não Periódico – Pavimentos de Concreto no Brasil. São Paulo. ABCP) 3 2 OBJETIVO O objetivo deste trabalho é multiplicar o conhecimento da pavimentação em concreto, divulgar seus benefícios e estimular a sua aplicação dentro da engenharia de construção brasileira, aprofundando o aspecto fundamental da obra que é o projeto das juntas. 2.1 Objetivo Geral Destacar os cuidados a serem tomados e os fatores de sucesso de um projeto de pavimentação em concreto, visando multiplicar o conhecimento dos seus benefícios e incentivar a utilização adequada dos seus conceitos e técnicas. 2.1 Objetivo Específico Objetivo específico do trabalho é enfatizar a importância do pavimento em concreto e, mais que isto, demonstrar claramente a importância do projeto de juntas. A razão de enfatizar o projeto de juntas é em função do assunto ser pouco explorado na literatura nacional e mesmo internacional, procurando apresentar detalhadamente os diversos tipos de juntas, visando reduzir a manutenção e elevar a vida útil dos componentes. São apresentados os critérios para o desenvolvimento do projeto geométrico das juntas, os principais tipos empregados, bem como, os dispositivos de transferência de cargas. Finaliza com a fixação de critérios que devem ser seguidos para o controle da qualidade de execução e recebimento das juntas. 4 3 METODOLOGIA DO TRABALHO Este estudo se baseia em bibliografias, em análises de normas, artigos técnicos de periódicos, pesquisas em sites, e compilação de informações de natureza conceitual e técnica sobre o tema. A teoria apresentada, em grande parte, pode ser aferida ou visualizada na apresentação do estudo de caso. A abordagem é técnica, mas alicerçada com informações que demonstram as técnicas alternativas e suas características. O tema da pavimentação, em particular, de concreto, é um tema de interesse daquele que constrói estradas, corredores de ônibus, terminais de carga, aeroportos, etc. A metodologia envolveu também visitas à biblioteca da ABCP – Associação brasileira de Cimento Portland, entrevista e consultas com profissionais da área. 5 4 JUSTIFICATIVA A importância crescente da malha rodoviária na economia e qualidade de vida do brasileiro está exigindo estudo de alternativas de maior qualidade e durabilidade, viabilizadas por custos competitivos em relação aos pavimentos flexíveis e asfálticos. Estes pavimentos atenderam necessidades de ampliação da malha rodoviária de uma forma imediatista, que criou um sucateamento das rodovias, por diversos fatores, além do custo de manutenção. A retomada da aplicação recente e crescente do pavimento de concreto se justifica pela sua notável qualidade e durabilidade. Em função dos esforços e investimentos em profissionais e tecnologia no uso do cimento, a pavimentação de concreto está se tornando também viável no seu custo, desde seu investimento inicial. Esta retomada do pavimento de concreto não é um tema apenas de interesse privado, mas também uma grande opção para a economia nacional, pela natureza da sua matéria-prima e também pelo efeito benéfico no orçamento do governo. Muitos investidores do segmento estão estimulados a trazer tecnologia, equipamentos e formar profissionais para colocar o pavimento de concreto em posição de destaque, e com isto o nosso país poderá auferir os benefícios desta pavimentação. Todavia, a construção do pavimento de concreto exige cuidados, especialmente nas medidas preventivas e corretivas do surgimento de trincas e rachaduras. Causas climáticas e do próprio uso são agentes que podem comprometer a durabilidade da estrutura e viabilidade do pavimento de concreto. Neste sentido, é de fundamental importância o detalhamento técnico das juntas, objeto principal deste trabalho, visando a qualidade, segurança e conforto da pavimentação e seus usuários. 6 5 JUNTAS EM PAVIMENTOS DE CONCRETO 5.1 Histórico do Pavimento de Concreto Até os anos 50 no Brasil era intensamente aplicado o pavimento de concreto em vias urbanas, estradas ou rodovias. Mas por natureza política e econômica ouve muita diminuição desta prática. A partir da Segunda Guerra Mundial, o cimento produzido no país foi destinado principalmente a suprir a crescente indústria da Construção Civil, o que fez o setor de pavimentação buscar alternativas que não dependessem tanto desse produto. Foi neste período que nos EUA – e por conseqüência também absorvido pelos órgãos brasileiros – desenvolvimento de tecnologia de pavimentos betuminosos e flexíveis, em substituição aos cimentados. O custo da matéria-prima dos derivados de petróleo, eram mais atrativos e viabilizavam a construção de rodovias. Este cenário estimulou a tecnologia de pavimentação a aparelhar-se para o emprego de materiais asfálticos, influindo a formação dos profissionais e a estruturação do parque de máquinas para este fim. Desta forma, criou-se uma maior dificuldade para o retorno dos pavimentos rígidos para a pavimentação. Outro fator que favoreceu a aplicação dos materiais asfálticos era a necessidade do país de rápida expansão e desenvolvimento, que implicava na necessidade de construção das rodovias de penetração, com custo inicial menor permitindo aumento na extensão pavimentada. Desta forma se levava rapidamente o transporte ao maior número de pessoas no país, ainda que ficasse comprometida uma qualidade ideal de pavimento. O Brasil utiliza primordialmente a rodovia como principal modalidade de transporte, e as crises econômicas e acomodações sucessivas da Economia afetaram de sobremaneira as condições da malha rodoviária especialmente nas duas últimas décadas, e isto também ocorreu com as vias urbanas. 7 A infra-estrutura vem se deteriorando, pela má ou até falta da conservação, ou pelo uso de soluções de baixo custo inicial mas, que posteriormente exige alto custo de manutenção. O Setor de Transportes é o ponto de partida para o desenvolvimento dos setores de produção primária, secundária e terciária que dependem incondicionalmente das rodovias para suprimento das necessidades e escoamento dos seus produtos. Esta visão imediatista precisa ser superada, pois um planejamento de médio e longo prazo poderá resgatar a retomada do desenvolvimento efetivo e sustentado, que permita um resultado duradouro para a nossa economia. Certamente a tecnologia de concreto pode contribuir para reduzir os atuais problemas e abrir um horizonte promissor para a infra-estrutura que sustenta os setores produtivos do país. O concreto para pavimentação utiliza o cimento portland que é nacional e utiliza mão-de-obra e matéria primas nacionais. É uma forma de fortalecer a nossa economia num sistema extremamente duradouro de rodovias. Para impulsionar o pavimento de concreto, a ABCP importou máquinas e formou profissionais e prestou consultoria técnica, incentivando de sobremaneira a pavimentação de concreto. Com esta visão o pavimento de concreto ressurgiu recentemente em países de características sociais e econômicas diversificadas como o México, a África do Sul, a Espanha e a Índia. O motivo é simples de entender, diante das oscilações de custo dos derivados de petróleo e da nova visão dos governos e contribuintes, há a conscientização da necessidade vital de obter o melhor aproveitamento da aplicação dos orçamentos públicos, buscando um benefício não imediatista e mais duradouro. (Sem Autor. Não Periódico – Pavimentos de Concreto no Brasil. São Paulo. ABCP) 8 5.2 Conceitos de pavimentação Um pavimento precisa atender as finalidades de resistir aos esforços (verticais, horizontais e tangenciais), ao desgaste e permitir segurança e conforto ao usuário. 2a3% REVESTIMENTO BASE 2a3% SUB-BASE SUBLEITO Figura 5.1 – Camadas típicas de um pavimento (WLASTERMILER, 1997) Camadas do pavimento (conforme Figura 5.1): Subleito é a camada mais profunda (fundação do pavimento). O reforço do subleito fica sobre o subleito e tem capacidade de suporte (CBR) superior ao subleito. Acima deste tem-se a sub-base, camada complementar à camada de base, que é a camada que recebe e distribui os esforços oriundos do tráfego, as bases podem ser flexíveis, semi-rígidos e rígidos. E por fim há o revestimento, que recebe diretamente os esforços do tráfego e do clima, e protege as camadas inferiores; estes revestimentos podem ser flexíveis (asfáticos), semi-rígidos (pedras e peças prémoldadas) e rígidos (concreto de cimento). Classificação dos pavimentos: Os pavimentos são classificados por diversos fatores, como: Em função do tráfego: de muito leve até 3 veículos comerciais (caminhões) / dia, passa por leve, médio, 9 pesado, e muito pesado acima de 2000 veículos / dia. Outra classificação é pela sua composição; asfalto, cimento, peças articuladas, etc. Por processo construtivo de seus materiais; na usina, pré-misturado ou mistura na pista. Tipo de Agregado aplicado; brita graduada, seixo rolado, escória, etc. Tipo de aditivo; solo-cimento, solo-cal, solo-betume, etc. 10 5.3 Análise do Terreno O projeto de um pavimento deve contemplar a gama de disponibilidade das informações geotécnicas, pois o projetista deverá encontrar a melhor relação entre custo e durabilidade. Nem todos os proprietários e empreiteiras, especialmente no Brasil, se convencem desta necessidade, cabendo ao projetista exigir os ensaios do terreno. O ensaio SPT (Standard Penetration Test) reconhece no subsolo a geomorfologia e outras informações, como a presença de lençol freático. Este ensaio permite uma boa análise macroscópica do subsolo. Porém, se faz necessário também o ensaio de caracterização do solo, que revela melhor o comportamento físico dos materiais constituintes. O Índice de suporte Califórnia (ISC) ou CBR (Califórnia) é um ensaio que foi concebido pelo departamento de estradas de Rodagem da Califórnia (USA) para avaliar a resistência dos solos. No ensaio de CBR, é medida a resistência à penetração de uma amostra saturada compactada para se saber a capacidade de suporte do subleito. Para isto, um pistão com seção transversal de 3 pol2 penetra na amostra a uma velocidade de 0,05 pol/min. O valor da resistência à penetração é computado em porcentagem, sendo que 100% é o valor correspondente à penetração em uma amostra de brita graduada de elevada qualidade que foi adotada como padrão de referência. 11 5.4 Sub-base Um ponto muito importante para que o pavimento de concreto obtenha o melhor retorno possível em relação a comportamento e durabilidade é a adoção de uma camada de sub-base. Mas isto não basta, pois em se tratando de investimentos, passa a ser relevante a minimização dos custos de manutenção dos pavimentos. Projetar a sub-base significa determinar o tipo do material, granulometria ótima para resistência mecânica e condições de compactação e espessura apropriadas ao seu propósito. 5.4.1 O papel da sub-base como elemento de fundação nos pavimentos rígidos O valor da carga é a grandeza que define a deformação numa placa de concreto, dependendo também da sua posição em relação às bordas e área de contato efetiva. A resistência à deformação depende da rigidez da fundação e da própria placa de concreto, e esta é principal peça da estrutura para absorver a maior parte das tensões. Interessante foi a observação da Portland Cement Association (PCA) em relação a pavimentos construídos sem compactação e sem sub-bases que duraram mais de 30 anos sob intenso uso, pois o subleito era naturalmente uniforme, e os defeitos ocorriam apenas nas mudanças bruscas de solo. Finalizando, estas observações permitiram afirmar que a função da sub-base não é na resistência estrutural, nem na capacidade de resistência em relação à pressão de cargas de tráfego. Os papéis fundamentais da sub-base são, tornar constante e uniforme o suporte disponível ao longo da faixa do pavimento, eliminar possíveis fenômenos de bombeamento de finos plásticos, que se dá em função do excesso de água e cargas pesadas e evitar os efeitos decorrentes do excesso de volume dos solos do subleito. 5.4.2 Tipos de sub-base Os pavimentos rígidos têm sub-bases de dois grandes grupos: 12 Sub-bases granulares e Sub-bases tratadas com aditivos. O primeiro grupo é estabilizado por meio mecânico, e o segundo contem aditivo, como cimento portland, a cal ou asfalto. Conforme Tabela 5.1, as sub-bases granulares são divididas em dois segmentos: sub-bases de granulometria aberta e sub-bases de granulometria fechada ou densa, dependendo de sobremaneira da pluviosidade. Quanto às espessuras depende da previsão do tráfego e vai desde 10 cm, para tráfegos de baixa freqüência e peso, até 40 cm, nos casos de pisos submetidos às grandes pressões, como por exemplo, os aeroportos. Sub-bases estabilizadas com cimento: Estas têm alta qualidade em relação à rigidez, pois absorvem as pressões transmitidas ao subleito e, por conseguinte, evitam as deformações no mesmo. São aplicadas no mundo todo, e no Brasil, são aplicadas nas pavimentações de projeto mais moderno. Algumas espécies de sub-bases estabilizadas com cimento: solocimento; brita graduada tratada com cimento; concreto rolado e solo melhorado com cimento. Outros tipos de sub-bases: As sub-bases estabilizadas com aditivos, em substituição ao cimento portland, são utilizadas em escala menor. A cal, os betuminosos e as pozolanas são as alternativas existentes. Um exemplo é o aeroporto do Rio de janeiro que tem subbase asfáltica que, além dos 40 cm de material granular, foi aplicado 5 cm de concreto asfáltico, visando minimizar o atrito entre a fundação e o concreto pretendido do pavimento. 13 Tabela 5.1 – Tipos de sub-bases para pavimentos de concreto (PITTA, 1998) SUB-BASES GRANULARES GRANULOMETRIA FECHADA GRANULOMETRIA ABERTA SOLO-CIMENTO SOLO MELHORADO SUB-BASES PARA PAVIMENTOS DE CONCRETO COM CIMENTO SUB-BASES TRATADAS BRITA GRADUADA TRATADA COM CIMENTO CONCRETO ROLADO ASFALTO COM OUTROS CAL ADITIVOS POZOLANA 14 5.5 Noções básicas de dimensionamento estrutural de pavimentos 5.5.1 Finalidade Obter as espessuras mínimas das camadas, definir qual o tipo de pavimento, especificar os materiais que serão aplicados e especificar tecnicamente o dimensionamento. 5.5.2 Dados para o projeto Para a elaboração de um projeto são necessárias diversas informações, como: • Dados do tráfego (aferição ou estimativa): freqüência dos veículos ou volume num período de tempo; tipos de veículos e cargas máximas que deverão transitar; • Análise do subleito, sondagem a trado até no mínimo 1,5 m de profundidade, coleta de cada camada, ensaios com os materiais obtidos, análise estatística dos resultados e informações sobre capacidade de suporte do subleito; • Pesquisar possibilidade de redução do custo da pavimentação, analisando em laboratório materiais de jazidas naturais de construção, pedreiras e outros; • Identificar o clima e o índice pluviométrico da região, visando a correta definição do tipo de pavimento, espessuras das camadas e sistema de drenagem; • O tipo de pavimento a ser escolhido depende também de uma análise das condições locais, como equipamentos disponíveis para execução, qualidade e quantidade de mão-de-obra disponível na região e a preferência dos órgãos públicos ou população. 5.5.3 Roteiro do Projeto Escolha do tipo de pavimento através da análise do tráfego, pesquisa de materiais disponíveis e condições locais; estudo dos materiais de subleito e jazidas; definição da espessura de cada camada e seção transversal; desenho dos detalhes 15 construtivos e especificação técnica de cada camada e do controle de sua execução. 5.5.4 Dimensionamento Os métodos de dimensionamento de pavimentos são função dos órgãos responsáveis pelas obras em que eles se aplicam. Em São Paulo são utilizados os métodos DER/SP e Metrô/SP, mas o mais utilizado no Brasil é o método DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem) do DNIT (Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transporte). 16 5.6 Juntas As juntas podem ser definidas como “detalhe construtivo, que deve permitir as movimentações de retração e dilatação do concreto e a adequada transferência de carga entre placas contíguas, mantendo a planicidade, assegurando a qualidade do piso e conforto do rolamento”. As juntas de um pavimento de concreto são os elos mais frágeis do sistema. São nelas que manifestações patológicas de natureza estrutural se dão de forma prematura, por isso há uma tendência de redução de seu uso. Mas, por enquanto, esta redução nem sempre é viável em função de limitações executivas, equipamentos disponíveis e índices de nivelamento e planicidade necessários. Cabe então aos projetistas buscam um dimensionamento de juntas ao mesmo tempo seguro e econômico. 5.6.1 Mecanismo do aparecimento de trincas nos pavimentos de concreto As variações volumétricas do concreto, esforços assimétricos e a combinação dos efeitos do empenamento restringido das placas e das solicitações do tráfego, faz com que os pavimentos de concreto de cimento portland fiquem sujeitos ao aparecimento de trincas longitudinais, transversais e nas arestas das placas. 5.6.1.1 Trincas longitudinais Um pavimento de concreto que não possui uma quantidade de juntas longitudinais em espaços adequados implica no aparecimento das trincas longitudinais, que são decorrentes das tensões de tração. Estas são geradas pelo atrito do sub-leito com a placa que neste caso sofre pelas diferenças de temperatura e de umidade. Com o calor aquecendo o topo da placa ocorre, durante a ação do sol, a expansão da placa ocorre na parte superior, empenando portanto os bordos para baixo. (Figura 5.2). 17 Figura 5.2 – Empenamento teórico diurno (PITTA, 1977) Contudo, esta ação fica restringida pelas reação do atrito com a camada subjacente, resultando em tração na face inferior e compressão no topo da placa (Figura 5.3). Figura 5.3 – Empenamento restringido diurno (PITTA, 1977) Ocorre exatamente o inverso no período noturno, devido à perda de calor ser mais lenta no fundo do que no topo da placa. Sendo assim, neste caso, o topo se contrai enquanto ocorre a expansão da face inferior (Figura 5.4). Figura 5.4 – Empenamento teórico noturno (PITTA, 1977) 18 Tais ações são resistidas por eventuais solicitações do tráfego e pelo peso próprio do concreto (Figura 5.5). Figura 5.5 – Empenamento restringido noturno (PITTA, 1977) As variáveis de temperatura e umidade, ligadas às reações do atrito da placa com o subleito ou sub-base, além do efeito comentado sobre as trincas longitudinais, gera trincas transversais adicionais, mas não pela retração inicial do concreto, visto que ocorre após o seu endurecimento. O empenamento também pode ocorrer por problemas construtivos, como mistura heterogênea de concreto ou problema de cura do concreto. 5.6.1.2 Trincas transversais Nas primeiras horas após a construção do pavimento acontece a retração do concreto, o que é causa das trincas transversais. A retração é decorrente da eliminação do excesso de água, especialmente pela evaporação, e pela redução da temperatura após o concreto endurecido. Desta forma, são fatores importantes neste processo o tipo do cimento, o tipo de agregado e as próprias condições ambientais da região. Há também causas menores do surgimento das trincas transversais como o tráfego e as tensões de empenamento da placa de concreto. 19 5.6.2 Função das Juntas As estruturas de concreto estão sujeitas à retrações e dilatações causadas por mudanças climáticas, empenamento das placas, retração plástica do concreto, carregamentos estáticos (cargas pontuais ou distribuídas) ou móveis (como os veículos); tudo isso implica em tensões e parte delas podem contribuir em uma redução da vida útil do pavimento, se não forem corretamente tratadas. Com o objetivo de evitar rachaduras, trincas e craqueamento de estruturas de concreto projetam-se as juntas, que terão a função de absorver todas as movimentações estruturais. Para controlar as trincas existentes, podem ser aplicados dois dispositivos alternativos: - Aplicar armadura distribuída para impedir a separação das faces das trincas. Neste caso não há função estrutural e trata-se de pavimento continuamente armado. - Nos casos de pavimento de concreto convencional com juntas, pode-se forçar a ocorrência de trincas em locais previamente definidos, através do espaçamento e enfraquecimento artificial de seções. 5.6.3 Classificação das juntas Há uma variedade de tipos de juntas para um pavimento de concreto. Os principais tipos são: a junta longitudinal, a junta transversal e a junta de expansão. 5.6.3.1 Junta longitudinal de articulação Para as juntas longitudinais os maiores prejuízos ocorrem em função da penetração da água na junta. Esta é projetada para combater o aparecimento de tensões de tração, conseqüência do empenamento restringido das placas. A forma característica desta junta faz com que ela trabalhe de modo a não permitir a ocorrência de tensões altas de compressão e ainda dificulta a penetração de incomprimíveis. Observa-se que na ausência de juntas longitudinais, quando a 20 largura da placa não se encontra no intervalo entre 3,65 m e 3,90 m, surgem as trincas longitudinais. Figuras 5.6 lustrando as juntas longitudinais sem barras de ligação (os detalhes A e B citado nesta Figura, estão nas Figuras 5.17 e 5.18). Figura 5.6– Junta longitudinal de encaixe tipo macho-e-fêmea (Prefeitura de São Paulo, 2007) 5.6.3.2 Junta longitudinal de articulação com barras de ligação Este tipo de junta é usada com a mesma finalidade da junta longitudinal de articulação. Todavia, quando há a necessidade de assegurar a transferência de carga, pelo encaixe (macho e fêmea), aplica-se o dispositivo de ligação, cujo cálculo permite dimensionar esta para resistir a força de atrito entre a junta considerada e a junta ou bordo livre mais próximo dela. Figuras 5.7 ilustrando as juntas longitudinais com barras de ligação (os detalhes A e B citado nesta Figura, estão nas Figuras 5.17 e 5.18). Figura 5.7– Junta longitudinal de encaixe tipo macho-e-fêmea, com barras de ligação (Prefeitura de São Paulo, 2007) 21 5.6.3.3 Junta longitudinal de construção As juntas longitudinais de construção e articulação são coincidentes em tipo e espaçamento. Quando é possível a construção de duas ou mais faixas por vez, a junta longitudinal de construção é a própria junta longitudinal de articulação com barras de ligação, quer dizer, uma junta de seção enfraquecida, executada após a etapa de acabamento do concreto, através da aplicação da serra de disco diamantado ou inserção de perfil metálico. Quando as condições permitem a execução da pavimentação com uma faixa por vez, que é o mais usual, a junta longitudinal de construção coincide com a junta longitudinal de articulação, ou seja, também é uma junta de encaixe com barra de transferência, que assegura a ligação entre as faixas contíguas. As barras de ligação são dispensadas quando há um confinamento lateral da placa em questão com vias urbanas, pátios de aeroportos ou estacionamento, isto é válido para os dois processos executivos descritos acima, ou seja, usam-se nesses casos as juntas longitudinais de articulação sem dispositivo de ligação. 5.6.3.4 Junta transversal de contração (ou retração) As juntas transversais de retração têm função básica de absorver as trincas que ocorrem pela contração volumétrica do concreto. Além disto, o espaçamento entre as juntas visa controlar também as trincas adicionais ocasionadas pelo empenamento da placa. São quatro variáveis a serem consideradas para fixação do espaçamento entre as juntas transversais de contração: o tipo de agregado graúdo, as condições ambientais, o tipo de tráfego e o atrito entre a placa e a camada adjacente. Figuras 5.8 ilustrando uma junta transversal sem barra de transferência (os detalhes A e B citado nesta Figura, estão nas Figuras 5.17 e 5.18). 22 Figura 5.8 – Junta transversal de retração (Prefeitura de São Paulo, 2007) A Tabela 5.2 relaciona o espaçamento entre as juntas transversais de contração ao tipo de agregado graúdo aplicado no concreto. Porém este espaçamento, nos projetos atuais, tem medidas menores em relação à tabela abaixo que é de 1977. Tal redução se deu em função das ocorrências de trincas observadas nos últimos anos, em pavimentos com espaçamento transversal superior a 6 metros. Tabela 5.2 – Espaçamento recomendado entre juntas transversais (PITTA, 1977) TIPO DE AGREGADO GRAÚDO ESPAÇAMENTO RECOMENDADO ENTRE JUNTAS TRANSVERSAIS (m) PEDRA BRITADA GRANÍTICA 7,50 PEDRA BRITADA CALCÁREA, SILICO CALCÁREA, OU PEDREGULHO CALCÁREO 6,00 PEDREGULHO SILICOSO, PEDREGULHO COM DIÂMETRO MENOR QUE 3/4" 4,50 5.6.3.5 Junta transversal de contração com barras de transferência (ou passadores) As juntas transversais de contração com barras de transferência além de controlarem as trincas devido à retração, transferem a carga de uma placa a outra. 23 Figuras 5.9 ilustrando uma junta transversal com barra de transferência (os detalhes A e B citado nesta Figura, estão nas Figuras 5.17 e 5.18). Figura 5.9 – Junta transversal de retração, serrada, com barras de transferência (Prefeitura de São Paulo, 2007) A presença ou não das barras de transferência nas juntas transversais de contração depende diretamente do tráfego do projeto e da magnitude das cargas solicitantes. Quando uma junta transversal de contração não possui um mecanismo artificial de transferência de cargas, e sofre a ação de tráfego pesado e ao mesmo tempo uma possível desuniformidade de suporte, pode ocorrer um deslocamento relativo vertical entre placas contíguas, isso passa a gerar uma situação de desconforto para o usuário e a deterioração da superfície de rolamento na região da junta. Um exemplo desta situação é a Via Anhanguera que tinha grande trecho com pavimento de concreto, mas suas juntas de dilatação não possuía tanta tecnologia o que fazia com que os veículos trepidassem ao passarem pelas juntas. Em 1976 esse pavimento foi recapeado com pavimento flexível, eliminando o efeito junta. É possível diminuir artificialmente esta carga através da colocação de barras lisas de aço em posição horizontal e paralela à superfície da placa de concreto, estas barras são colocadas no encontro de um plano horizontal com um plano vertical paralelo ao eixo longitudinal da pista. Estas barras de aço têm então função de transferir uma 24 porcentagem da carga atuante em um dos lados da junta transversal ao outro; a conseqüência é a diminuição da solicitação e isso evita um possível deslocamento vertical de uma das placas, ou das duas, na região da junta. Outro ponto positivo em relação à redução artificial da carga solicitante é o aumento do coeficiente de segurança, pois o dimensionamento inicial do pavimento não conta com a conseqüente diminuição de tensões. A Tabela 5.3 mostra simplificadamente o diâmetro, o comprimento e o espaçamento das barras de transferência em função da espessura da placa. Tabela 5.3 – Diâmetro, comprimento e espaçamento de barras de transferência (PITTA, 1977) ESPESSURA DA PLACA (cm) 10,0 11,0 - 13,0 14,0 - 15,0 16,0 - 18,0 19,0 - 20,0 21,0 - 23,0 24,0 - 25,0 26,0 - 28,0 29,0 - 30,0 DIÂMETRO (polegada) 1/2. 5/8. 3/4. 7/8. 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 COMPRIMENTO ESPAÇAMENTO (cm) (cm) 25 30 30 30 35 30 35 30 35 30 40 30 40 30 45 30 50 30 5.6.3.6 Junta transversal de construção As juntas transversais de construção são aplicadas em duas situações. Uma delas é no término da pavimentação efetiva (ou ciclo de trabalho) na qual, conforme projeto, ocorreria uma junta transversal de contração. A outra situação é em um caso de imprevisto, como uma quebra de equipamento ou chuva forte, que implique na interrupção da concretagem do pavimento antes da junta transversal projetada ser atingida. 25 No primeiro caso, a junta transversal a ser executada é a junta transversal de construção planejada, também chamada de junta de topo; é uma junta que deve dispor de adequada transferência de carga, através de barras de transferência. O segundo caso exige a execução da junta transversal de construção de emergência, que é uma junta de encaixe com dispositivos de ligação; essas barras de transferência são necessárias para impedir que, no caso de execução do pavimento faixa por faixa haja transmissão da trinca ao painel adjacente, bem como assegurar a transferência de carga; porém no caso de execução da largura total do pavimento, pode-se optar pela solução sob forma de junta de encaixe com ligadores. Figura 5.10 ilustrando uma junta transversal de construção planejada ou fim de jornada. Figura 5.10 – Junta transversal de construção planejada ou fim de jornada (Prefeitura de São Paulo, 2007) Em todos os locais que o projeto definir existência de transição entre o pavimento de concreto e pavimento asfáltico, o projetista deverá estudar, justificar e detalhar a solução quanto a laje de transição visando principalmente evitar a ocorrência de pontos de concentração de tensões nas estruturas de pavimento que venham a possibilitar o surgimento de fissuras. Figura 5.11 ilustrando uma junta de transição em um caso específico de interface entre os pavimentos rígido e flexível, principalmente nas juntas transversais, porque nas longitudinais entre pavimento rígido e flexível por exemplo em corredores de ônibus (faixas exclusivas) a junta poderá ser de topo, sem elementos de transferência. 26 Figura 5.11 – Junta transversal de construção – transição entre os pavimentos rígido e flexível (Prefeitura de São Paulo, 2007) 5.6.3.7 Junta de expansão (ou dilatação) Nos pavimentos modernos, como viadutos e pontes, as juntas transversais de expansão são utilizadas exclusivamente nos encontros com estruturas. Sua função é fazer com que as placas trabalhem livremente na direção da estrutura confrontante, pois caso houvesse uma compressão significativa, as placas de concreto e a estrutura em contato seriam prejudicadas. Para que isso não ocorra, as juntas são dimensionadas para absorver movimentações e seu preenchimento deve ser elástico e estanque. O uso deste tipo de junta foi reduzido com o passar do tempo pois, as juntas transversais, quando projetadas e espaçadas adequadamente funcionam como pequenas juntas de dilatação, absorvendo cada uma pequena parcela dos esforços causados pela dilatação térmica do concreto endurecido. O fator que levou a esta redução de juntas de expansão em um projeto, é o custo de conservação e redução da vida útil do pavimento, pois muitas vezes estas juntas se tornam um fator de sérios danos a este pavimento. A presença do capuz na barra de transferência que faz parte da junta de expansão é colocada com o objetivo de prover um espaço livre para a movimentação da barra quando ocorre dilatação das placas. Figuras 5.12 e 5.13 ilustrando as juntas de expansão. 27 Figura 5.12 – Junta transversal de expansão, com barras de transferência e capuz (Prefeitura de São Paulo, 2007) Figura 5.13 – Junta de expansão nos encontros do pavimento com outro tipo de estrutura (expl. boca-de-lobo) (Prefeitura de São Paulo, 2007) 5.6.4 Selagem das juntas Em pavimentos de concreto, a selagem tem como função impedir a infiltração de água e materiais sólidos como pedras, areia ou corpos estranhos nas juntas. A infiltração de água está diretamente ligada à durabilidade do pavimento, pois mesmo quando há uma sub-base adequada, sua movimentação entre a sub-base e 28 a placa de concreto pode provocar a erosão da primeira, prejudicando assim a continuidade de suporte necessária para o bom desempenho do pavimento. A presença da água nos acostamentos possibilita sua passagem ao subleito, que através do amolecimento da camada ou bombeamento pode sofrer afundamento por carreamento de materiais da sub-base formando vazios. A presença de materiais sólidos em geral dificulta ou até impede a movimentação livre da junta, que resulta em tensões de compressão imprevistas em função da abertura da junta que se estreita quando o tempo fica mais quente. A magnitude desta tensão depende da distância entre juntas e sua abertura, tipo de sub-base, volume de tráfego e grau de temperatura podem prejudicar a integridade estrutural da junta e consequentemente da placa de concreto, que dependem dos valores que as tensões de compressão podem alcançar. Abaixo, Figura 5.14 ilustrando o fato. Figura 5.14 – Junta transversal de retração (PITTA, 1998) Atualmente é conhecida a importância e necessidade do uso da vedação em juntas, pois raros são os casos em que a infiltração de água ou materiais sólidos não apresentam o efeito explicado acima. Diante disso, cabe ao meio técnico, definir o material selante a ser usado em cada caso, sempre se baseando em dados técnicos e opções economicamente viáveis. 29 5.6.4.1 Requisitos necessários aos materiais selantes É fundamental o conhecimento dos estados de tensão e suas possíveis conseqüentes falhas em que estão submetidos os materiais selantes, pois é com estas informações que se definem os requisitos que estes materiais devem apresentar e que garantem um comportamento satisfatório ao longo do tempo. Existem três situações em que os selantes das juntas de pavimentos de concreto estão sujeitos, estas são: a) Sempre sob tração b) Sempre sob compressão c) Ciclo de solicitações opostas, ou seja, alternação das tensões de tração e de compressão. A impossibilidade de submeter o material selante à tração antes de sua aplicação na junta, faz da primeira hipótese apenas teórica. O segundo caso é a compressão do selante ao ser colocado na junta, e esta constante compressão independente da espessura da abertura da junta (que varia em função de fatores ambientais, que garante o contato entre a lateral do selante e a parede da junta. Esta situação, de não sofrer deformações irrecuperáveis, faz com que este selante deva ser de natureza elástica. O último tipo de estado de tensões mencionado acima é o mais usual nos pavimentos de concreto simples, pois o selante é aplicado na junta sob a forma pastosa ou líquida e depois adquire consistência sólida, aderindo assim às paredes da junta, acompanhando suas movimentações. Essas movimentações podem ser de tração ou flexão, quando a placa retrai ocorre tração, e quando a placa dilata, de acordo com a temperatura no momento, ocorre compressão. É principalmente neste ciclo, explicado acima, que podem ocorrer fenômenos no selante, na parede da junta ou até na superfície de ligação entre eles que implicam em defeitos no selante, e comportamento deste gera falhas quando: a) Falta coesão, pois permite o dilaceramento do material conforme este é tracionado (Figura 5.15a); b) Ocorre intrusão, que é a permissão de entrada de corpos sólidos em função do tráfego, pelo selante (Figura 5.15b); 30 c) Ocorre extrusão, em função da compressão o selante derrama-se na superfície das placas referentes à junta ( Figura 5.15c). O mau acabamento das paredes da junta pode fazer com que estas quebrem ou esborcinem, pois acabam não resistindo aos esforços de tração gerados no selante pela retração do concreto em tempo frio (Figura 5.15d). A perda de adesão entre a parede da junta e o selante também á a raiz de falhas, que se dão quando há uma grande abertura entre este conjunto parede-selante (Figura 5.15e), esta situação pode configurar um segundo estágio da ruptura por esborcinamento. Figura 5.15 – Principais tipos de falhas no sistema selante-junta (PITTA, 1998) Os selantes vazados a quente são de dois tipos, os chamados termoplásticos, que são os alcatrões, asfaltos e compostos de asfalto e borracha, e os mástiques, combinação de proporção variada entre um líquido viscoso (por exemplo, asfaltos de baixa penetração e óleos não secativos) e um fíler ( como cimento portland, areia fina, e fibras de amianto). Atualmente no Brasil os mástiques são mais usados do que os termoplásticos, pois esse último possui pequena durabilidade e dificuldade de aplicação. Um ponto favorável à estes selante a quente é o baixo custo, porém há vários pontos desfavoráveis, possuem baixa resistência ao calor, que implica em seu amolecimento e extravasação da junta, oferece maior risco ao operado em função da temperatura que o material precisa estar ao ser aplicado, e também em 31 relação a manutenção, que além de pesada deve ser feita a cada 2 – 4 anos, estes fatores acabam aumentando o custo final do pavimento. Os selantes vazados a frio são os elastômeros ou polímeros, compostos basicamente de silicones, resinas epóxicas, uretano, polimercaptanos e polissulfetos orgânicos, misturados a agentes de cura. Para ser aplicado se faz necessário o uso de um produto de imprimação da junta, esta deve estar limpa e seca antes de ser vedada. Os selantes a frio levam desvantagem em relação ao seu custo inicial, mas vale citar a baixíssima necessidade de manutenção durante a vida útil do pavimento. Os selantes pré-fabricados podem ser de diversas espécies, como o polietileno, poliuretano e cortiças. Estes selantes pré-moldados tem maior vida de serviço em relação aos outros materiais, o que os deixam mais caros. Eles têm em excelente comportamento em juntas de expansão, por serem altamente elásticos e compressíveis, portanto são ótimos para evitar a penetração de sólidos nas juntas. A estanqueidade vai depender da rugosidade das paredes, que devem ser o mais lisa e uniforme possíveis. Há dois tipos de falhas que são típicas aos selantes prémoldados, estas são: a) Por compressão, quando o selante não volta a sua forma original após ser comprimido, deixando assim um espaço vazio entre um de seus lados e a parede da junta (Figura 5.16a); b) Por extrusão mecânica, que é a expulsão do material conseqüente da passagem dos veículos (Figura 5.16b). 32 Figura 5.16 – Falhas observadas em selantes pré-moldados (PITTA, 1998) 5.6.5 Execução das juntas A execução da junta pode ser feita de duas maneiras. Se o concreto se apresentar plástico é feita através da inserção de um perfil metálico ou plástico rígido, estes são retirados assim que a consistência do concreto não mais permitir que as bordas das juntas sejam alcançadas; a moldagem é concluída com o arredondamento, que é feito com uma desempenadeira de aba curva. Outro método é quando o concreto já está endurecido (com no máximo 48 horas de cura) com a execução de uma ranhura através de uma serra de disco de diamantes. Esta ranhura (ou corte) deve ficar entre 1/4 e 1/6 da espessura da placa, obedecendo um mínimo de 4 cm, tanto para a junta serrada quanto para a moldada; uma obervação importante é a profundidade mínima, que deve ser igual ou superior ao diâmetro máximo do agregado; a abertura da ranhura deve ser de 3 mm (mínimo, quando serrada) a 10 mm (máximo, quando aberta em concreto fresco); um valor muito usual é de 6 mm de abertura. 33 Figura 5.17 – Detalhe A : Profundidade do corte e selagem das juntas transversais (Prefeitura de São Paulo, 2007) Figura 5.18 – Detalhe B : Profundidade da inserção e selagem das juntas transversais (Prefeitura de São Paulo, 2007) 34 5.6.6 Requisitos básicos de qualidade Na ocasião de recebimento da pavimentação, deve-se fazer uma avaliação na qual ao menos os requisitos a seguir tenham sido obedecidos. • A profundidade do corte nas juntas serradas não deve variar mais do que 5 mm com relação ao solicitado em projeto; • O desvio máximo do espaçamento entre as barras de tranferência deve ser de 25 mm. • Em uma distância de 3,00 metros, o alinhamento das juntas não deve variar mais que 10 mm. 35 5.7 Drenagem A maior causa da degradação de uma pavimentação é a penetração de água nas camadas inferiores, daí a relevância de se estudar este tema, visando prevenir com segurança o efeito gradativo e prejudicial da ação da água. O sistema drenagem é uma das especificações técnicas imprescindíveis em um projeto de pavimentação. Drenar água de um pavimento exige a prevenção, no mínimo, três formas de escoar a água: chuva sobre a superfície o pavimento, penetração nas camadas inferiores e lençol freático. O nível de água deverá estar abaixo de 1,5 m da superfície do pavimento. Esta medida deve ser sempre respeitada, especialmente na pavimentação urbana, onde a ação das sarjetas dificulta o escoamento das águas que penetram pelas laterais do pavimento. Figura 5.19 – Drenagem subsuperficial (WLASTERMILER, 2001) As águas escoam pelas sarjetas antes de serem capturadas pelo sistema de drenagem, e neste caminho pode ocorrer a penetração da água num nível de saturação que diminua a capacidade de suporte da via. Como medida adicional preventiva, sugere-se a construção de um dreno subsuperficial que captará essas águas, encaminhando-as para as caixas de captação. 36 5.8 Impactos Ambientais O pavimento de concreto é uma das alternativas que mais respeita o ecossistema e agride menos o meio ambiente, pois utiliza matérias-prima disponíveis em abundância na natureza, cuja exploração não altera o ecossistema e polui menos o ambiente em relação às outras formas de pavimentação, especialmente a pavimentação flexível. Os métodos utilizados exigem menos consumo de energia e calor na sua produção e também na fase de construção. Nesta última fase consome aproximadamente apenas 30% da energia, em relação à alternativa asfáltica. A redução de poluentes do ar ocorre em função da sua durabilidade, ou seja, em função da diminuição dos reparos das pistas que por sua vez minimizam os congestionamentos de veículos. Além destes, existem outros fatores que tornam o concreto uma alternativa mais favorável ao meio ambiente, em função da sua menor espessura, menor agressão ao solo, sendo mais facilmente substituível ao final do seu ciclo de vida. 37 6 ESTUDO DE CASO – JUNTAS DA PAVIMENTAÇÃO DO TERMINAL DE ÔNIBUS URBANOS DA LAPA 6.1 Caracterização do objeto de estudo de caso O terminal de ônibus urbanos da Lapa, cidade de São Paulo, teve seu projeto iniciado em 2002 e sua obra finalizada no ano seguinte. O terminal possui 6.597 m2 de área construída em um terreno de 11.683 m2. Figura 6.1 – Imagem aérea do local (Mínimo Denominador Comum, 2007) O projeto arquitetônico foi desenvolvido pelos arquitetos Luciano Margotto Soares, Marcelo Ursini e Sérgio Salles, que buscaram explorar a história do bairro e sua memória operária e popular. Um elemento do projeto, por exemplo, foi o revestimento com tijolos aparentes e a grande parede curvilínea que separa a praça de acesso do pátio interno, compatível com a vizinha Estação Ciência/USP, num conjunto de galpões tombados pelo patrimônio histórico. Ao redor do terminal fica também o terminal do mercado municipal, o viaduto sobre a linha férrea, um shopping center e a estação de trem metropolitano. 38 Figura 6.2 – Imagem da vista frontal do terminal (Arco Web, 2007) O local foi uma garagem de bondes até 1960 e nos últimos anos foi improvisado um estacionamento de automóveis na parte posterior de uma praça bem deteriorada. O projeto se integrou adequadamente ao local, definindo o acesso de pessoas no sentido de facilitar os fluxos. O primeiro é o da praça de acesso ao terminal para os pedestres que vêm do shopping center e da Estação Ciência. O segundo aproveitou o recuo de dez metros entre a parte posterior do conjunto e a linha férrea, onde foi aberta a via de pedestres que liga o terminal à estação de trem e ao mercado municipal. 39 Figura 6.3 – Imagem da entrada do terminal (Arco Web, 2007) Para humanizar a área, o projeto aproveitou as árvores de grande porte, originárias do local que foram transplantadas para a praça que precisou ser, totalmente reconfigurada. Novas espécies também foram plantadas no canteiro da plataforma mais larga, o que deixou o ambiente mais agradável. Plataformas e serviços de apoio acomodam-se em cota inferior à da praça para aproveitar o desnível original na parte posterior do terreno. Outra boa decisão dos arquitetos foi projetar a cobertura em arco, com estrutura metálica, pois criou proteção das plataformas das intempéries e assegurou a incidência de luz natural. A cobertura não toca as vigas longitudinais de concreto, permitindo a abertura com vedação em vidro com 110 metros de extensão. Recortes na parte central dos arcos permitem a adequada exaustão da fumaça, interrompida apenas nos pontos de travessia dos pedestres, onde os arcos são plenos. 40 Figura 6.4 – Imagem da estrutura e cobertura do terminal (Vitruvius, 2007) A proposta do escritório Núcleo Arquitetura priorizou aspectos técnicos para atender a freqüência de 200 ônibus por hora em horários de pico, sendo 36 do tipo articulado, além de seis vagas para carros de reserva. O terminal opera atualmente com capacidade ociosa, mas já está prevista a sua ampliação, para atender ao futuro aumento da demanda. O terminal de ônibus urbanos da Lapa pode ser comparado, em São Paulo, quanto à qualidade arquitetônica ao terminal do parque D. Pedro 2º, que se destaca pela leveza e elegância da cobertura; e o terminal da Praça Princesa Isabel, projetado por João Walter Toscano e Odiléa Toscano. 41 6.2 Desenvolvimento O Terminal urbano de ônibus da Lapa foi projetado em 2002, a partir de um terreno de aproximadamente 12.000 metros, onde existia uma praça e estacionamento improvisado em condições de superfície precária, devido ao abandono. Nestas condições o projeto considerou a impossibilidade de qualquer aproveitamento das condições físicas e infra-estrutura existente. Desta forma, o estudo do pavimento se fez desde a análise do solo, topografia e dimensionamento das áreas que compreendem a circulação de veículos e dos usuários do terminal. Além disto, em relação à capacidade de suporte de carga no pavimento, o projeto considerou o fluxo de 200 ônibus por hora, incluindo uma margem de crescimento de veículos, em função do potencial de crescimento do uso do terminal na região da Lapa. Para a correta análise dos tópicos a seguir, faz-se necessário uma importante observação quanto a um erro de legenda neste projeto. Na folha DE032.60/GE4/002, o detalhe “Junta transversal de seção enfraquecida com barra de transferência” está com a legenda “J1” no título do detalhe, quando o correto seria “J2”. Outra inversão de legenda acontece com o detalhe “Junta longitudinal tipo macho e fêmea com ligador”, que teria como legenda correta “J1” e não “J2”. Como se pode observar no projeto DE-032.60/GE4/001 em anexo, havia no local um acesso em pavimento flexível que foi demolido para que no mesmo local fosse construído um novo pavimento flexível, calculado e detalhado no projeto. As mesmas especificações deste pavimento asfáltico foram aplicadas em outros acessos do Terminal. Todavia, para todo o restante do terminal, foi projetado a aplicação do pavimento de concreto em função dos requisitos de resistência e durabilidade, estabelecidos no investimento. Grande parte deste pavimento rígido foi projetada em concreto simples (não armado), o que resultou em uma considerável quantidade de juntas ao longo das pistas, visando compensar a necessidade de distribuição de carga nas placas. 42 6.2.1 Placas de concreto armado Em placas onde se constata a existência de esforços assimétricos, ainda que eles estejam com geometria adequada e juntas bem definidas, utiliza-se a placa com armadura, assim distribuindo o efeito da carga por toda a placa e, por conseguinte, evitando as trincas. No projeto DE-032.60/GE4/001 em anexo é possível visualizar a aplicação das placas (hachuradas) em concreto armado. 6.2.2 Seção tipo pavimento rígido e Sub-base A planta DE-032.60/GE4/003, especificamente no detalhe “Seção tipo pavimento rígido” demonstra as camadas do pavimento de concreto, que são: concreto com resistência de tração na flexão de 4,5 MPa como revestimento; Concreto magro de 1,5 MPa como base; Brita graduada simples como sub-base; e sub-leito CBR mínimo 11. Estas camadas estão de acordo com o que foi apresentado na revisão bibliográfica. Quanto à sub-base, também descrita na revisão bibliográfica, o caso em estudo ficou em conformidade através das especificações de material (brita graduada simples) e espessura (12 cm). 43 Figura 6.5– Seção tipo pavimento rígido (planta DE-032.60/GE4/003) 6.2.3 Seção de transição entre pavimento rígido e flexível A planta DE-032.60/GE4/004, no detalhe “Seção de transição entre pavimento rígido e flexível” mostra detalhe para execução da laje de transição a ser aplicada em todos os casos de encontro entre o pavimento de concreto e asfáltico. Pode-se observar que a largura da placa de transição detalhada respeita a metragem sugerida em bibliografias, que é 1,20 m. 44 Figura 6.6 – Seção de transição entre pavimento rígido e flexível (planta DE-032.60/GE4/004) 6.2.4 Juntas Na planta geral deste projeto (DE-032.60/GE4/001) é possível observar e analisar a distribuição das juntas em relação ao espaço total do pavimento de concreto. A legenda permite a identificação de cada tipo de junta que está detalhada em outro desenho do projeto DE-032.60/PV4/003. Este detalhamento ilustra o perfil do pavimento, focando a união das placas e características da junta, viabilizando a correta orientação de engenharia para construção do pavimento. Na Figura 6.7 abaixo, foto do pavimento ilustrando uma composição de placas e juntas: 45 Figura 6.7 – Ilustração de placas e juntas 6.2.4.1 Junta transversal com barra de transferência A junta transversal de seção enfraquecida com barra de transferência (J1) exige maior cuidado quanto à entrada de partículas sólidas, pois isto pode ocorrer em função da movimentação horizontal da junta, normalmente ocasionada pela variação da temperatura. Esta movimentação se dá pelos encurtamentos e alongamentos das placas que compõe a pavimentação. 46 Figura 6.8 – Junta transversal de seção enfraquecida com barras de transferência (planta DE- 032.60/GE4/003) 6.2.4.2 Junta longitudinal tipo macho e fêmea com ligador A junta longitudinal, tipo macho e fêmea com ligador (J2) podem ocorrer prejuízos em função da penetração da água na junta que deve combater o aparecimento de tensões de tração, conseqüência do empenamento restringido das placas. Foram utilizadas as barras de ligação, para evitar a geração de tensões dessa natureza, porém não é nula a probabilidade de ocorrer infiltração de umidade, o que pode implicar de modo prejudicial à durabilidade do pavimento. Na Figura 6.17 abaixo, foto da junta longitudinal, de uma pista do terminal: 47 Figura 6.9– Junta longitudinal tipo macho e fêmea com ligador (planta DE-032.60/GE4/003) 6.2.4.3 Junta de expansão A junta de expansão (J3) é bastante aplicada nos pavimentos modernos. Sua função é fazer com que as placas trabalhem livres, pois caso houvesse uma grande compressão, as placas de concreto e a estrutura em contato seriam prejudicadas. Para que isso não ocorra as juntas são dimensionadas para absorver movimentações. 48 Figura 6.10– Junta de expansão (planta DE-032.60/GE4/003) 6.2.4.4 Junta transversal de Construção Figura 6.11– Junta transversal de construção (planta DE-032.60/GE4/003) 49 Figura 6.12– Detalhe “A” (planta DE-032.60/GE4/003) Figura 6.13– Detalhe “B” (planta DE-032.60/GE4/003) 50 6.2.5 Recurso para auxílio da drenagem Os pavimentos de concreto são considerados impermeáveis, mas ainda é recomendável o escoamento, pois existe a possibilidade de infiltração de pequena quantidade de água através das juntas. Os trechos de pista no Terminal de Ônibus Urbano da Lapa, embora em grande parte cobertos, entram em contato com a água por lavagens periódicas e também em ocasiões de chuva onde a água escorre de partes não cobertas da pista. È importante que este acumulo de água seja rapidamente escoado para segurança e maior aderência dos veículos, pois uma película de água na superfície do pavimento aumenta o risco de derrapagens. Além disso, existem dois fatores prejudiciais do acúmulo de água: o risco de proliferação da dengue, e empossamentos de água que podem molhar os passageiros ao passarem os veículos. Figura 6.14– Detalhe do “risco” no pavimento para drenagem 51 6.2.6 Condições atuais do pavimento O Terminal de Ônibus Urbano da Lapa, considerando o seu tempo de existência, permanece em boas condições em grande parte da sua pavimentação construída. Seguem abaixo algumas fotos que evidenciam as condições favoráveis de conservação do Terminal. Figura 6.15– Visão ampla do terminal em 18/08/2007 Figura 6.16– Encontro da junta transversal com a longitudinal 52 Figura 6.17– Junta longitudinal da pista Figura 6.18– Visão mais distante do cruzamento de juntas 53 Figura 6.19– Placa com geometria diferenciada Como situações de exceção ao estado geral do Terminal, foram observadas e fotografadas na visita duas trincas, explicadas a seguir: No primeiro caso (Figura 6.20), conforme um dos responsáveis envolvidos na avaliação do projeto, Engº Ubiraci Leal, sem aprofundada verificação técnica, prováveis problemas na execução da sub-base ocasionaram a trinca transversal da imagem a seguir. Uma das possibilidades é a ocorrência de carreamento de material que pode ter criado espaço vazio abaixo da placa, permitindo o seu trincamento. 54 Figura 6.20– Trinca transversal Como se observa na foto a seguir (Figura 6.21), a trinca longitudinal paralela e próxima da junta longitudinal, se deu em função desta junta ter sido mal serrada durante a execução, conforme uma primeira análise solicitada ao Engº responsável pela avaliação da obra. 55 Figura 6.21– Trinca longitudinal 56 7 CONCLUSÃO O pavimento de concreto é uma alternativa de qualidade e durabilidade reconhecidas na área da construção. Mais recentemente este tipo de pavimento tem sido também avaliado como um bom investimento em função do seu custo/benefício, prazos de execução e disponibilidade de recursos para construção. A viabilidade tem se confirmado inclusive em obras públicas cujos orçamentos se ajustavam mais à pavimentação flexível. Este estudo de caso confirmou a pavimentação em concreto como uma alternativa viável por se tratar de uma obra pública. A premissa do projeto foi a durabilidade em longo prazo, confirmada nesta obra executada em 2003 e que se mantém em boas condições de conservação. Houve certa dificuldade em encontrar informações devido a pouca bibliografia disponível em livros, artigos técnicos e outras fontes. Todavia, este fator também contribui para a originalidade do trabalho que aborda um tema aparentemente simples, mas que revelou riqueza de detalhes técnicos importantes para o sucesso da construção da pavimentação de concreto. O estudo de caso, apesar de um erro (inversão) de legenda no detalhe das juntas, refletiu com clareza as dimensões e detalhes físicos importantes para a compreensão e execução da obra. Os quesitos de qualidade alcançados na obra de pavimentação foram resultados de um projeto criterioso quanto ao nível de observações em pontos fundamentais como detalhamento das camadas, dimensionamento e localização das placas e, especialmente, o desenho detalhado das juntas. A obra refletiu a eficiência das juntas como importante agente no desempenho do pavimento de concreto. Os espaçamentos entre as juntas e os tipos especificados no projeto executivo cumpriram sua proposta de absorver as movimentações e tensões, conforme pode ser constatado atualmente neste terminal rodoviário. 57 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arco Web. Disponível em: http://www.arcoweb.com.br/arquitetura/arquitetura480.asp. Acesso em 10 jul 2007. Associação Brasileira de Comento Portland. Disponível em: http://www.abcp.com.br/home.shtml. Acesso em 28 abr 2007. AUGUSTO J, F. (Coord.); GIAMPAGLIA, H. R.; CUNHA, M. A. Manual – Pavimentação Urbana. São Paulo. IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas), 1992. Comunidade da Construção. Ralação de normas relacionadas à Pavimentos de Concreto. Disponível em: http://www.comunidadedaconstrucao.com.br/comunidade/calandra.nsf/0/5BDC08DC 8348DC2803256CF7005132B1?OpenDocument&pub=T&proj=Novo&secao=Normas . Acesso em 06 mai 2007. DNIT. Norma DNIT – Manual de pavimentos rígidos. Disponível em: http://www1.dnit.gov.br/arquivos_internet/ipr/ipr_new/manuais/Manual%20de%20Pav imentos%20R%C3%ADgidos.pdf. Acesso em 08 ago 2007. Interobras. Pavimento de Concreto em vias urbanas. Disponível em: http://www.interobras.com.br/artigos/abcp/vias_publicas.htm. Acesso em 28 abr 2007. MATTOS, M. L. Artigo de Periódico - Pisos Industriais de concreto. São Paulo. Téchne, 2004. Mínimo Denominador Comum. Disponível em: http://www.mdc.arq.br/mdc/ev/ev2006-065.pdf. Acesso em 10 jul 2007. PITTA, M. R. Folheto – Projeto de Juntas em Pavimentos de Concreto. São Paulo. s.p.c., 1977. 58 PITTA, M. R. Estudo Técnico – Selagem de Juntas em Pavimentos de Concreto. São Paulo. ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland), 1998. PITTA, M. R. Estudo Técnico – Projeto de sub-bases para pavimentos de concreto. São Paulo. ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland), 1998. Prefeitura de São Paulo. Dimensionamento de Pavimentos de Concreto. Disponível em: http://ww2.prefeitura.sp.gov.br//arquivos/secretarias/infraestruturaurbana/normas_tec nicas_de_pavimentacao/ip07.pdf. Acesso em 03 jun 2007. RODRIGUES, P. P. F. – Manual Gerdal de Pisos Industriais. São Paulo. Editora Pini, 2006. Sem Autor. Não Periódico – Pavimentos de Concreto no Brasil. São Paulo. ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland). SOUZA, M. A. T. M. Artigo – Utilização de selantes de silicone em pavimentos de concreto. Reunião Anual de Pavimentação, 2000. Sptrans. Disponível em: http://www.sptrans.com.br/termicor/terminais/t_lapa.htm. Acesso em 10 jul 2007. Vitruvius. Disponível em: http://www.vitruvius.com.br/drops/drops16_04.asp. Acesso em 10 jul 2007. WLASTERMILER, S. Manual de Técnicas de Pavimentação, vol. 1. São Paulo. Editora Pini, 1997. WLASTERMILER, S. Manual de Técnicas de Pavimentação, vol. 2. São Paulo. Editora Pini, 2001. 59 ANEXO I