Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Maria de Lurdes Antunes, Investigadora Coordenadora do LNEC
Simona Fontul, Investigadora Auxiliar do LNEC
Vânia Marecos, Bolseira de Doutoramento
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Camadas de fundação / base com fracas características mecânicas
Pavimento original com fendilhamento tipo pele de crocodilo
Zona sujeita a baixas temperaturas no Inverno
Obras de reabilitação: fresagem e substituição de camadas betuminosas
Dimensionamento do reforço para 10 anos
Fendilhamento precoce do pavimento reabilitado
Caso de estudo de reabilitação estrutural de pavimento flexível
• Análise das causas de degradação do pavimento reabilitado • Efeito da variabilidade da construção no comportamento estrutural • Contributos para análise de custo ao longo do ciclo de vida / análise de risco
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Estrutura prevista para o pavimento reabilitado
Camadas
Betuminosas
Existentes
Camadas
betuminosas
novas
0.05 m ACsurf
0.06 m ACreg
0.10 m ACbase
0.20 m Granular
0.10 m ACbase
0.05 m ACsurf
0.04 m ACreg
0.05 m ACsurf
0.06 m ACreg
0.10 m ACbase
0.02 m ACreg
0.20 m Granular 0.20 m Granular
a) Antes da Reabilitação b) Reabilitação Tipo I c) Reabilitação Tipo II
Período de vida: 10 anos; NAEP130kN ~ 5,3 x 105 Idade do pavimento: 10 anos
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Estado do pavimento 1 ano após reabilitação
Fendilhamento longitudinal / pele de crocodilo nas rodeiras Degradação mais significativa numa das faixas
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Caracterização estrutural dos pavimentos - FWD
FWD + Radar
0
500
1000
1500
99+000 99+500 100+000 100+500 101+000 101+500 102+000 102+500 103+000 103+500 104+000 104+500 105+000 105+500 106+000 106+500 107+000 107+500 108+000 108+500 109+000 109+500 110+000 110+500 111+000 111+500 112+000 112+500 113+000 113+500 114+000 114+500
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
D0 (mm) D1 (mm) D2 (mm) D3 (mm) D4 (mm) D5 (mm) D6 (mm) D7 (mm) D8 (mm)Tar (ºC) Tsup (ºC)
Rodeira Direita
Rodeira Esquerda
Deflexão (µm) T (ºC)
0
500
1000
1500
99+000 99+500 100+000 100+500 101+000 101+500 102+000 102+500 103+000 103+500 104+000 104+500 105+000 105+500 106+000 106+500 107+000 107+500 108+000 108+500 109+000 109+500 110+000 110+500 111+000 111+500 112+000 112+500 113+000 113+500 114+000 114+500
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
D0 (mm) D1 (mm) D2 (mm) D3 (mm) D4 (mm) D5 (mm) D6 (mm) D7 (mm) D8 (mm)Tar (ºC) Tsup (ºC)
Entre rodeiras
Rodeira Esquerda
0
500
1000
1500
99+000 99+500 100+000 100+500 101+000 101+500 102+000 102+500 103+000 103+500 104+000 104+500 105+000 105+500 106+000 106+500 107+000 107+500 108+000 108+500 109+000 109+500 110+000 110+500 111+000 111+500 112+000 112+500 113+000 113+500 114+000 114+500
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 Tar Tsup
Rodeira Esquerda
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Caracterização estrutural dos pavimentos - GPR
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
103+000 103+500 104+000 104+500 105+000 105+500 106+000
Camadas Betuminosas (GPR) Camadas Granulares (GPR) Camadas Betuminosas (Projeto) Camadas Granulares (Projeto)
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Tema Pavimentos
Camadas betuminosas
Desgaste:
• Wb – 4,1% a 4,5% (exceto zona com BBR)
• Pen – 17% a 22%
Regularização:
• Wb – 4,1% a 5,5%
• Pen – 17% a 39%
Camadas do pavimento original:
• Espessuras variáveis
• Número significativo de carotes
fendilhadas nas camadas inferiores
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Camadas não ligadas e fundação do pavimento
Solos de fundação:
• Em geral graníticos
• Algumas formações xistosas
• Perfil misto (faixa em pior estado escavação)
Leito do pavimento:
• Solos A-1-b (0)
• Win-situ – 14 a 17%
Camada granular (ABGE):
• IP- NP
• LL – 24,3% a 26,9%
• EA – 34% a 42%
• Win-situ – 3,8% a 5,3%
• CR ~ 90%
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
0.11 m ACbase
0.04 m ACsurf
0.06 m ACreg
0.20 m Granular
Camadas Existentes
Camadas de Reforço
Análise de sensibilidade para uma Estrutura de Referência
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Modelos Estruturais de Referência
E2 = 1450 MPa
E1 = 6200 MPa
E3 = 100 MPa
E4 = 40 MPa
h1 = 10 cm
h2 = 11 cm
h3 = 20 cm
h4 = 50 cm
P1
P1 = Considerando os dados de “partida”
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
Modelos Estruturais de Referência
E2 = 1450 MPa
E1 = 6200 MPa E1 = 6200 MPa
E3 = 100 MPa
E4 = 40 MPa
E2 = 500 MPa
E3 = 100 MPa
E4 = 40 MPa
h1 = 10 cm
h2 = 11 cm
h3 = 20 cm
h4 = 50 cm
P2 = Considerando uma redução do módulo da camada de mistura betuminosa do pavimento existente devido ao fendilhamento
P2 P1
P1 = Considerando os dados de “partida”
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Tema Pavimentos
Desgaste
Regularização
Existente
PROJETO REAL
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
hreforço = 8 a 12 cm
hexistente = 9 a 12 cm
Ebase/Efund = 75/30 a 150/60 MPa
Vb = 9 a 12 %
Desgaste
Regularização
Existente
PROJETO REAL
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
3,5 4,6
6,1
8,1
10,6
0
3
6
9
12
15
18
Vid
a U
til (
ano
s)
Variação da vida útil do pavimento função da espessura da camada de reforço
1,4 1,9 2,6 3,5
4,8
0
3
6
9
12
15
18
Vid
a ú
til (
ano
s)
Variação da vida útil do pavimento função da espessura da camada de reforço
hreforço = 8 a 12 cm ΔVida Útil = 7,1 anos ΔVida Útil = 3,4 anos
8 cm 9 cm 11 cm 12 cm hreforço 8 cm 9 cm 11 cm 12 cm hreforço 10cm 10cm
Influência da espessura do reforço na vida útil do pavimento
Critério de Dimensionamento: Limitação da extensão vertical de compressão na fundação
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
4,1 5,0
6,1 7,5
0
3
6
9
12
15
18
Vid
a U
til (
ano
s)
Variação da vida útil do pavimento função da espessura da camada betuminosa existente
2,0 2,3 2,6 3,0
0
3
6
9
12
15
18
Vid
a ú
til (
ano
s)
Variação da vida útil do pavimento função da espessura da camada betuminosa existente
hexistente = 9 a 12 cm ΔVida Útil = 3,4 anos ΔVida Útil = 1,0 anos
Critério de Dimensionamento: Limitação da extensão vertical de compressão na fundação
8 cm 9 cm 11 cm hexistente 8 cm 9 cm 11 cm hexistente 10cm 10cm
Influência da espessura das camadas betuminosas existentes na vida útil do pavimento
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
3,1
6,1
10,6
16,8
0
3
6
9
12
15
18
Vid
a U
til (
ano
s)
Variação da vida útil do pavimento função dos módulos da base e solo de fundação
1,2 2,6
4,7
7,7
0
3
6
9
12
15
18
Vid
a ú
til (
ano
s)
Variação da vida útil do pavimento função dos módulos da base e solo de fundação
Ebase 75 a 150 MPa Efund = 30 a 60 MPa
ΔVida Útil = 13,7 anos ΔVida Útil = 6,5 anos
75 150 Ebase 125
30 60 Esolo 50
(MPa)
(MPa)
100
40
75 150 Ebase 125
30 60 Esolo 50
(MPa)
(MPa)
100
40
Critério de Dimensionamento: Limitação da extensão vertical de compressão na fundação
Influência dos módulos da base e da fundação na vida útil do pavimento
Reabilitação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Tema Pavimentos
5,7
9,1
13,9
20,5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Vid
a ú
til (
ano
s)
Variação da vida à fadiga da camada de reforço em função da % de betume
Vb = 9 a 12 %
ΔVida Útil = 14,8 anos
9% 10% 12% Vb 11%
Influência da composição da mistura (reforço) na vida à fadiga
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Tema Pavimentos
Conclusões
Importância da análise dos mecanismos de degradação como dado de partida para o projeto de reabilitação Previsível evolução do comportamento mecânico das camadas degradadas do pavimento tem impactos significativos na verificação do dimensionamento Impactos da variabilidade da construção no comportamento do pavimento reabilitado podem ser muito significativos • Espessura das camadas de reforço • Composição das misturas betuminosas • Outros aspetos
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Tema Pavimentos
Recomendações
Estudos de sensibilidade referentes aos impactos da variabilidade na vida útil dos pavimentos: • Avaliação dos custos ao longo do ciclo de vida para horizontes temporais superiores
ao período de dimensionamento
• Aperfeiçoamento de critérios para estabelecimento de tolerâncias no fabrico e aplicação em obra
• Análise de risco para diferentes soluções