Uma abordagem sobre pavimentos rígidos

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

UMA ABORDAGEM SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS - DIMENSIONAMENTO E TÉCNICAS CONSTRUTIVAS

EDUARDO SOUZA CÂNDIDO

VIÇOSA MINAS GERAIS - BRASIL

UMA ABORDAGEM SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS – DIMENSIONAMENTO E TÉCNICAS CONSTRUTIVAS

• Concepção de uma estrutura rodoviária (Diversas

Possibilidades, Influência de diversos fatores);

• Conhecimento sobre as várias tecnologias existentes;

• Pouco conhecimento sobre pavimentos rígidos;

• Custo do asfalto e a crescente intervenção da iniciativa

privada na rede rodoviária (Custo Total);

INTRODUÇÃO

• Relação Custo/Benefício é vital; e

• Pavimento Rígido (Custo Total, Qualidade, durabilidade

e segurança).

INTRODUÇÃO

Primeiro pavimento de concreto no mundo:

Cidade: Bellefontaine, Ohio - Court Avenue. (1891)

Construtor: William T. G. Snyder

HISTÓRICO

1940s - Aeroportos no NE, Aeroportos Santos Dumont (RJ)

e Congonhas (SP), Av. Edson Passos (RJ), Rodovias Anchieta

e Anhanguera (SP);

1950s - Vias urbanas no Rio de Janeiro, Estradas em PE e

1960s - Rio-Petrópolis (RJ), Rio-Teresópolis (RJ), Itaipava-

Teresópolis (RJ), vias urbanas em Porto Alegre (RS);

HISTÓRICO NO BRASIL

1970s - Interligação Anchieta-Imigrantes (SP), Rodovia dos

Imigrantes (SP), Rodovia Sapucaia- Gravataí (RS),

Aeroporto do Galeão (RJ);

1980s - Serra do Rio do Rastro (SC), Rodovia Pedro Taques

(SP), Via Expressa de Belo Horizonte (MG), Aeroportos de

Cumbica (SP) e Confins (BH);

1990s - Expansão do uso no Brasil: Av. Assis Brasil (RS),

Cont. Sul de Curitiba (PR), Marginal da Rodovia Pres. Dutra

(SP), 3ª faixa Interligação Anchieta-Imigrantes (SP),

Programa Favela-Bairro (RJ), Rodovia SP79 (SP), Pista

Descendente Rod. dos Imigrantes (SP), III Perimetral de

Porto Alegre (RS), BR290 - Freeway (RS), Marginal Rod.

Castello Branco (SP), Rodovia BR232 - Recife/Caruaru (PE),

Rodoanel Metropolitano (SP);

2009 - Curitiba/PR: Eixo Metropolitano de Transporte – Sul

2010 - Trecho sul do Rodoanel Mário Covas que liga as

rodovias Anchieta e Imigrantes

2011 - Trecho da obra de duplicação da rodovia que liga

Cuiabá a Rondonópolis, na Serra de São Vicente, MT.

• Pavimento de concreto simples;

• Pavimento de concreto armado;

• Pavimento de concreto protendido; e

• Com adição de fibras, com concreto rolado ou com

concreto de alta resistência.

REVESTIMENTO DE CONCRETO

• Placas;

• Juntas para controle da fissuração; e

• Sem barras de transferência x Com barras de

transferência.

PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES

• Armadura distribuída de forma contínua ou

descontínua; ou

• Estruturalmente armados.

PAVIMENTO DE CONCRETO ARMADO

PAVIMENTO CONTINUAMENTE ARMADO

PAVIMENTO ARMADO DESCONTINUAMENTE

PAVIMENTO ESTRUTURALMENTE ARMADO

• Placa previamente comprimida;

• Reserva de tensão; ( Resistência à tração)

• Redução da espessura da placa; e

• Muito utilizado em pátios e pistas de aeroportos.

PAVIMENTO DE CONCRETO PROTENDIDO

• Durabilidade (elevada resistência mecânica e ao

desgaste);

• Segurança (Reflexão da luz,

Derrapagens/Tombamentos;

• Economia (Energia Elétrica e Combustível);

• Custo inicial e final competitivos; e

• Meio ambiente ( Temperatura Ambiente)

VANTAGENS

CUSTO INICIAL E FINAL COMPETITIVOS

MEIO AMBIENTE

Departamento Nacional de Estradas e Rodagem

(DNER) apresenta:

• Portland Cement Association (PCA) – 1966 e 1984;

• Association of State Highway and Transportation

Officials (AASHTO) – 1986 e 1993.

MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO

• Portland Cement Association (PCA)

• PCA 1966 x PCA 1984

• O que evoluiu?

DIMENSIONAMENTO DA ESPESSURA

PCA 66: NÃO CONSIDERAVA BARRA DE TRANSFERÊNCIA

DIMENSIONAMENTO

PCA 66: NÃO CONSIDERAVA ACOSTAMENTO

DIMENSIONAMENTO

PCA 66: NÃO CONSIDERAVA EROSÃO

DIMENSIONAMENTO

FUNDAMENTOS

Método Mecanístico

Elementos Finitos (Tensão x Deformação)

F = K x

Geometria

VARIÁVEIS DE DIMENSIONAMENTO

FADIGA EROSÃO

TEMPERATURA?

DIMENSIONAMENTO - PCA 1984

1 - Cálculo do número total de cargas atuantes no pavimento durante

sua vida útil, definição dos parâmetros de dimensionamento (tipo de

acostamento, adoção ou não de barras de transferência, resistência à

tração na flexão aos 28 dias, coeficiente de recalque, fator de

segurança, tráfego esperado para cada nível de carga e período de

projeto do pavimento) e adoção de uma espessura de tentativa inicial;

2 - De posse da espessura estimada da placa (ei) e do coeficiente de

recalque do sistema (k), pode-se determinar a tensão equivalente,

dependendo da existência ou não de acostamento de concreto;

3 - Utilizando a mesma espessura (ei) e o coeficiente de recalque do

sistema (k) calcula-se o fator de erosão, de acordo com o tipo de

junta considerada e o tipo de acostamento. Com o fator de erosão e

as cargas por eixo, têm-se as repetições admissíveis, para análise por

erosão;

4 - Os fatores de fadiga podem ser determinados dividindo-se as

tensões equivalentes pela resistência de projeto (fctk), com estes e

as cargas por eixo, determinou-se as repetições admissíveis para

promover a análise por fadiga;

5 - As repetições previstas são divididas pelas respectivas repetições

admissíveis, determinadas tanto na análise por fadiga como na

análise por erosão; e

CONTAGEM DE TRÁFEGO

CONSIDERAÇÕES DE PROJETO

• TAXA DE CRESCIMENTO = 3 % a.a; e

• PERÍODO DE PROJETO = 20 ANOS.

CÁLCULO DO NÚMERO TOTAL DE CARGAS

Vm = V1 ∗2 +

P − 1 T100

Vt = 365 ∗ P ∗ Vm

Progressão

aritimética

Tráfego inicial diário para cada tipo de eixo

TABELA DE DIMENSIONAMENTO

CONSIDERAÇÕES DE TRÁFEGO

Tipo de eixo Carga máxima

Simples 10 tf

Tandem Duplo 17 tf

Tandem Triplo 25,5 tf

DIMENSIONAMENTO

CONSIDERAÇÕES

• Fator de segurança de carga (FSC) = 1,1

Fonte: DNIT, 2005.

DIMENSIONAMENTO

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 - - - - -

17 18.7 - - - - -

25,5 9.35 - - - - -

Total - Total -

Eixos Tandem Duplo

Eixos Tandem Triplos

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

Análise de fadiga Análise de Erosão

Eixos Simples

DIMENSIONAMENTO

CONSIDERAÇÕES

• Estimar uma espessura de placa (ei);

• Determinar coeficiente de recalque do sistema (k)

de acordo com o CBR do subleito e espessura da

sub-base selecionada; e

• Tensão Equivalente, Fatores de Erosão e Fadiga.

Quadros do DNIT (2005)

MANUAL DO DNIT (2005)

DETERMINANDO k

Sub base de Brita graduada (20cm).

FATOR DE FADIGA E FATOR DE EROSÃO

ÁBACOS DO MANUAL DO DNIT (2005)

NÚMERO ADMISSÍVEL DE REPETIÇÕES DE CARGA

TABELA DE DIMENSIONAMENTO

DIMENSIONAMENTO

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 909.909 Ilimitado - 5.000.000 -

17 18.7 28.142 Ilimitado - 2.800.00 -

25,5 9.35 9.381 Ilimitado - 2.000.000 -

Total - Total -

Eixos Tandem Duplo

Eixos Simples

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

DIMENSIONAMENTO FINAL (ei)

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 909.909 Ilimitado 0 5.000.000 18.2

17 18.7 28.142 Ilimitado 0 2.800.00 1.0

25,5 9.35 9.381 Ilimitado 0 2.000.000 0.5

Total 0 Total 19.7

Eixos Tandem Duplo

Eixos Simples

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS

Dessa forma, encontra-se as porcentagens de resistência à fadiga

consumida e o dano por erosão. Assim a espessura estimada cumprirá

os requisitos solicitados se as porcentagens obtidas se aproximarem

ao máximo, mas não ultrapassarem 100%.

DIMENSIONAMENTO

Os principais materiais empregados:

Cimento Portland;

Agregados graúdos e miúdos;

Água; e

Aditivos.

PRODUÇÃO DO CONCRETO

Concreto usados nas obras de edifícios, pontes e

outros tipos de estruturas

Concreto usados em obras rodoviárias

Características específicas:

Resistência;

Variação volumétrica; e

Fissuração.

Exigências do DNIT:

Consumo de Cimento;

Resistência; e

Trabalhabilidade adequada.

ANTES DA EXECUÇÃO DO PAVIMENTO

Por isso...

é necessário que seja realizado

um cuidadoso estudo do traço

do concreto!

TÉCNICA CONSTRUTIVA

LANÇAMENTO DO CONCRETO

ESPALHAMENTO

ADENSAMENTO

INSERÇÃO DE BARRAS DE LIGAÇÃO CENTRAIS E LATERAIS

BARRAS DE LIGAÇÃO CENTRAIS E LATERAIS

ACABAMENTO

Régua Acabadora (Auto Float)

Desempenadeiras Manuais

TEXTURIZAÇÃO MECÂNICA

TEXTURIZAÇÃO MANUAL

TEXTURIZAÇÃO FINAL

Película Plástica

JUNTAS

• Transversais;

• Longitudinais; e

• de Construção.

EXECUÇÃO DAS JUNTAS

Transversais

De Construção

EXECUÇÃO DAS JUNTAS

Longitudinais

Tipos de sistemas de selagem:

• A frio;

• A quente; e

• Pré-moldados.

SELAGEM DAS JUNTAS

SELAGEM DAS JUNTAS - LIMPEZA

SELAGEM DAS JUNTAS

A Frio Pré-Moldados

SELAGEM DAS JUNTAS

A quente

EXEMPLO

MÉTODO DA PCA (1984)

Determinar a espessura necessária (e) para concepção de

um pavimento de concreto simples considerando as

seguintes premissas:

EXERCÍCIO

Tabela 1: Considerações iniciais de projeto.

Período de

projeto (anos)

Taxa de

crescimento

ao ano (%)

CBR do

subleito (%)

Sub-Base de

graduada

Resistência

característic

a à tração na

flexão (MPa)

Espessura de

tentativa

inicial (cm)

20 3 5,5 20 4,8 25

Obs. Junta sem barra de transferência e pavimento sem acostamento de concreto

Tabela 2: Dados de Tráfego

Tipo de Eixo Carga Máxima (tf)

Volume médio

diário de tráfego

(veículos/dia)

Volume total de

tráfego (veículos)

Eixo Simples 10 124,645 909909

Tandem Duplo 17 3,855 28142

Tandem Triplo 25,5 1,285 9381

Fonte: CÂNDIDO et. al (2013), p. 110.

(1) Cálculo do número total de cargas atuantes no

pavimento durante sua vida útil e definição dos

parâmetros de dimensionamento:

• Tipo de acostamento e adoção ou não de barras de

transferência – OK

• Resistência à tração na flexão aos 28 dias – OK

• Tráfego esperado para cada nível de carga – OK

• Adoção de uma espessura de tentativa inicial (ei) - OK

SOLUÇÃO

• Fator de segurança (FS) - ?

• Coeficiente de Recalque (k) - ?

FS = 1,1

SOLUÇÃO

Fonte: DNIT (2005)

k = 56 MPa/m

Fonte: DNIT (2005)

Sub-Base de Brita Graduada (20cm)

SOLUÇÃO

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 909.909 - - - -

17 18.7 28.142 - - - -

25,5 9.35 9.381 - - - -

Total - Total -

Eixos Tandem Duplo

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

Eixos Simples

(2) De posse da espessura estimada da placa (ei) e do

coeficiente de recalque do sistema (k), pode-se determinar

a TENSÃO EQUIVALENTE, dependendo da existência ou

não de acostamento de concreto:

QUADROS 12 e 13 – Manual de Pavimentos Rígidos do

DNIT (2005) – Páginas 101 e 102

SOLUÇÃO

QUADRO 12 - EIXOS SIMPLES E TANDEM DUPLO

QUADRO 13 - EIXOS TANDEM TRIPLOS

TENSÃO EQUIVALENTE

Tabela 1. Tensões equivalentes.

Espessura de Tentativa

(cm) Tipo de Eixo

Tensão Equivalente

Simples 1,28

Tandem Duplo 1,15

Tandem Triplo 0,85

(3) Utilizando a mesma espessura (ei) e o coeficiente de

recalque do sistema (k) calcula-se o FATOR DE EROSÃO, de

acordo com o tipo de junta considerada e o tipo de

acostamento. Com o fator de erosão e as cargas por eixo,

têm-se as repetições admissíveis, para análise por erosão;

QUADROS 16 e 17 – Manual de Pavimentos Rígidos do

DNIT (2005) – Páginas 105 e 106.

SOLUÇÃO

QUADRO 16 – EIXOS SIMPLES E TANDEM DUPLO

QUADRO 17 – EIXOS TANDEM TRIPLOS

Tabela 2. Fatores de erosão.

Espessura de

Tentativa (cm) Tipo de Eixo

Tensão Equivalente

(MPa) Fator de Erosão

Simples 1,28 2,76

Tandem Duplo 1,15 2,97

Tandem Triplo 0,85 3,00

4 - Os fatores de fadiga podem ser determinados dividindo-se as

tensões equivalentes pela resistência de projeto (fctk).

FATOR DE FADIGA =TENSÃO EQUIVALENTE

SOLUÇÃO

Tabela 3. Tensões equivalentes e fatores de erosão e fadiga para cada espessura de tentativa.

Espessura de

Tentativa (cm) Tipo de Eixo

Tensão

Equivalente

Fator de Erosão Fator de Fadiga

Simples 1,28 2,76 0,267

Tandem Duplo 1,15 2,97 0,240

Tandem Triplo 0,85 3,00 0,177

De posse dos resultados da Tabela 3, pode-se determinar o

NÚMERO DE REPETIÇÕES ADMISSÍVEIS tanto para análise

por Fadiga quanto para os Danos por Erosão.

Figuras 27 e 28 - Manual de pavimentos rígidos do DNIT

(2005) – Páginas 113 e 114.

SOLUÇÃO

ANÁLISE POR FADIGA

(FIGURA 27)

SOLUÇÃO

Eixos Simples

Eixos Tandem Duplo

Eixos Tandem Triplo

Tipo de Eixo Carga por eixo

x FS (tf) Fator de Fadiga

Simples 11 0,267 Tandem Duplo 18,7 0,240 Tandem Triplo 9,35 0,177

SOLUÇÃO

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 909.909 Ilimitado - - -

17 18.7 28.142 Ilimitado - - -

25,5 9.35 9.381 Ilimitado - - -

Total - Total -

Eixos Tandem Duplo

Eixos Simples

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

5 - As repetições previstas são divididas pelas respectivas repetições

admissíveis.

SOLUÇÃO

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 909.909 Ilimitado 0 - -

17 18.7 28.142 Ilimitado 0 - -

25,5 9.35 9.381 Ilimitado 0 - -

Total 0% Total -

Eixos Tandem Duplo

Eixos Simples

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

ANÁLISE POR EROSÃO

(FIGURA 28)

SOLUÇÃO

Eixos Simples

Eixos Tandem Duplo

Eixos Tandem Triplo

Tipo de Eixo Carga por eixo

x FS (tf) Fator de Erosão

Simples 11 2,76 Tandem Duplo 18,7 2,97 Tandem Triplo 9,35 3,00

SOLUÇÃO FINAL (e = 25cm)

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 909.909 Ilimitado 0 5.000.000 18.2

17 18.7 28.142 Ilimitado 0 2.800.00 1.0

25,5 9.35 9.381 Ilimitado 0 2.000.000 0.5

Total 0% Total 19.7 %

Eixos Tandem Duplo

Eixos Simples

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 909.909 1.000.000 90.99 900.000 101.10

17 18.7 28.142 Ilimitado - 470.000 5.99

25,5 9.35 9.381 Ilimitado - 470.000 2.00

Total 90.99 Total 109.09

Eixos Tandem Duplo

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

Eixos Simples

Número de

repetições

admissíveis

Consumo

de fadiga

Número de

repetições

admissíveis

Danos por

erosão (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

10 11 909.909 ilimitado 0 1.000.000 91,0

17 18.7 28.142 ilimitado 0 1.000.000 2,8

25,5 9.35 9.381 Ilimitado 0 1.800.000 0,5

Total 0 Total 94,3

Eixos Tandem Duplo

Carga por

eixo (tf)

Carga por

eixo x FSC

Número de

repetições

previstas

Eixos Simples

CÂNDIDO E. S.; LANZA; R. G.; ARAGÃO, G. G. F.; CARVALHO; C. A. B.; CARVALHO, J. M. F. e LIMA, D. C. Proposta de Trecho experimental em pavimento rígido para o Campus da UFV. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Viçosa, MG. 2013. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA E TRANSPORTE. Manual de pavimentos rígidos. Rio de Janeiro, 2005. OLIVEIRA, P. L. Projeto estrutural de pisos industriais e pavimentos rodoviários de concreto. São Carlos. Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo. 2000. DUTRA, M. C. Pavimento de concreto. Reduzindo o Custo Social. Disponível em: <http://viasconcretas.com.br/biblioteca/artigos/pavimento-de-concreto-reduzindo-o-custo-social/>. Acessado em 30/10/14.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

PROPOSTA DE TRECHO EXPERIMENTAL EM PAVIMENTO RÍGIDO PARA O CAMPUS DA UFV

OBRIGADO!

Uma abordagem sobre pavimentos rígidos

Engineering

PAVIMENTOS RÍGIDOS EM CONCRETO PROTENDIDO

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“Análisis Estadístico de Fallas en Pavimentos Rígidos

07.00 esfuerzos en pavimentos rígidos

EPUSP - Patologia Em Pavimentos Rígidos

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