Dimensionamento de pavimentos flexíveis

Dandara Viana Geotecnia, Transportes

Primeiramente, pavimento é uma estrutura composta pro várias camadas sobre a superfície final da terraplanagem, destinada a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima e a garantir aos usuários melhores condições de rolamento, com conforto, economia e segurança.

Pois bem, o pavimento flexível é apenas um dos tipos de pavimento existentes, são eles rígidos, semirrígidos e flexíveis.

E ele se diferencia dos demais por apresentar deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado em todas as camadas e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente iguais entre elas.

Ta, mas o que veremos nesse post?

Nesse post, aprenderemos a dimensionar as camadas de um pavimento flexível, são elas revestimento, base, sub-base e reforço do subleito, de acordo com a metodologia CBR.

Se você se interessa por esse assunto e quer saber mais a respeito do pavimento asfáltico, que é um tipo de pavimento flexível, é só clicar aqui.

Ah, se você preferir ver esse conteúdo em vídeo, aperte o play aqui embaixo! Se não, é só continuar lendo o post, tudo bem?

Capacidade de suporte

Antes de mais nada, para o dimensionamento das camadas de um pavimento flexível é necessário que conheçamos a capacidade de suporte dos materiais disponíveis para constituí-las, além, é claro, do material que compõe o subleito da futura estrada.

Para isso, a capacidade de suporte dos materiais constituintes dos pavimentos é medida por meio do Ensaio de Capacidade de Suporte Califórnia (CBR), em corpos de prova indeformados ou moldados em laboratório.

Dessa forma, quando há necessidade de maior segurança, usaremos o índice de suporte para medir a capacidade das camadas, que é dado por:

\mathrm{IS=\dfrac{CBR+CBR_{IG}}{2}}

Onde:

  • IS é o índice de suporte, IS ≤ CBR;
  • CBR é a capacidade de suporte do solo;
  • CBRIG a capacidade de suporte do solo corrigira em função de IG, tabela 1;
  • IG é o índice de grupo, que define a capacidade de suporte do terreno de fundação de um pavimento.

Tabela 1 – Valores de CBRIG

Índice de GrupoCBRIG
020
118
215
313
412
510
69
78
87
9 a 106
11 a 125
13 a 144
 15 a 173
 18 a 202

Tráfego

Outro fator importante para o dimensionamento do pavimento é conhecermos o número de operações de um eixo padrão, representado por N, durante um determinado intervalo de tempo.

Este número nos dará subsídio para estimarmos a espessura mínima e o tipo de revestimento necessário para o pavimento, conforme tabela 2 abaixo:

Tabela 2 – Espessura do revestimento em função de N

NEspessura mínima de revestimento betuminoso
N ≤ 106Tratamentos superficiais betuminosos
106 < N ≤ 5×106Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura
5×106 < N ≤ 107Concreto betuminoso com 7,5 cm de espessura
107 < N ≤ 5×107Concreto betuminoso com 10,0 cm de espessura
 N > 5×107Concreto betuminoso com 12,5 cm de espessura

Desse modo, para encontrarmos o valor de N, será necessário primeiro calcularmos o volume médio diário de tráfego (Vm), pela seguinte expressão:

\mathrm{V_m=\dfrac{V_1[2+(P+1)t/100]}{2}}

Onde:

  • Vm é o volume médio de tráfego (veículos/h);
  • V1 é o volume médio de tráfego no ano de abertura da via (veículos/h);
  • P é o período de tempo (anos);
  • t é a taxa de crescimento anual (%).

Calculado o volume médio diário é possível agora determinarmos o volume de tráfego:

\mathrm{V_t=365.P.V_m}

Onde:

  • Vt é o volume de tráfego durante um período (veículos);
  • P é o período de tempo (anos);
  • Vm é o volume médio de tráfego (veículos/dia).

Por fim, o valor de N será determinado pela fórmula abaixo:

\mathrm{N=V_t.FV}

Onde:

  • N é número de de operações de um eixo padrão;
  • Vt é o volume de tráfego durante um período (veículos);
  • FV é o fator de veículo, FV=FE.FC;
  • FE é o fator de eixos;
  • FC é o fator de carga;

Coeficiente de equivalência estrutural

Um passo muito importante no dimensionamento é a escolha do coeficiente de equivalência estrutural, que representa a capacidade relativa de um material em distribuir pressões sobre as camadas inferiores. Vejamos:

Tabela 3 – Valores de K

Componentes do pavimentoCoeficiente K
Base ou revestimento de concreto betuminoso2,0
Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação densa1,7
Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa1,4
Base ou revestimento betuminoso por penetração1,2
Camadas granulares1,0
Solo cimento com resistência à compressão a 7 dias, superior a 45 kg/cm²1,7
Solo cimento com resistência à compressão a 7 dias, entre 45 kg/cm² e 28 kg/cm²1,4
Solo cimento com resistência à compressão a 7 dias, entre 28 kg/cm² e 21 kg/cm²1,2

Dessa forma, escolhidos os coeficientes relativos a cada camada, devemos agora levar em consideração a seguinte representação:

  • Revestimento: KR
  • Base: KB
  • Sub-base: KS
  • Reforço do subleito: KRef
Ah pessoal, antes que eu esqueça, caso vocês tenham interesse de ingressar pela área de pavimentação, recomendo o livro Manual de Técnicas de Pavimentação, de Wlastemiler de Senço.

Dimensionamento

Agora iremos, de fato, iniciar o dimensionamento. Para isso, devemos nos atentar que as especificações abaixo deverão ser atendidas.

Especificação dos materiais granulares

Camadas do pavimento asfáltico

Camadas do pavimento flexível

Materiais constituintes do subleito

  • Expansão ≤ 2%
  • CBR ≥ 2

Materiais usados para reforço do subleito

  • IS ou CBR necessariamente maior que o do subleito
  • Expansão ≤ 2% (sobrecarga de 10 1bs)

Materiais usados para sub-base

  • IS ou CBR ≥ 20
  • Índice de grupo = 0
  • Expansão ≤ 1% (sobrecarga de 10 1bs)

Materiais usados para base

  • CBR ≥ 80
  • Expansão ≤ 0,5% (sobrecarga de 10 1bs)
  • Limite de liquidez ≤ 25
  • Índice de plasticidade ≤ 6

Vale lembrar que, se limite de liquidez for maior que 25 e/ou o índice de plasticidade for maior que 5, o material ainda pode ser usado na base desde que haja, na sua composição, pelo menos 30% de areia.

Além disso, para um valor de N menor que 10podemos utilizar materiais com CBR maiores ou iguais a 60 para a base.

Por fim, todos os materiais granulares empregados no pavimento devem se enquadrar em uma das seguintes faixas granulumétricas:

Tabela 4 – Faixas granulométricas dos materiais

Peneiras  Porcentagem em peso que passa pela peneira      
ABCD
2″100100
1″75-90100100
3/8″30-6540-7550-8560-100
Nº 425-6630-6035-6550-85
Nº 1015-4020-4525-5040-70
Nº 408-2015-3015-3025-45
Nº 2002-85-155-155-20

Espessura total do pavimento

Satisfeitas as condições acima para a escolha dos materiais a serem empregados na construção do pavimento, devemos agora determinar a espessura total do pavimento.

O ábaco da figura abaixo nos fornece a espessura total (Hx) do pavimento, em função de N e de IS ou CBR da camada a ser protegida por ele.

Espessura total do pavimento

Espessura total do pavimento

Vale ressaltar que a espessura fornecida por este gráfico é em termos de material com K = 1,00. Portanto, sempre  iremos multiplicar a coeficiente de equivalência estrutural da camada pela dada espessura.

Simbologia utilizada no dimensionamento do pavimento

Simbologia utilizada no dimensionamento do pavimento

Onde:

  • Hx representa a espessura total de pavimento necessário para proteger um material com CBR ou IS = x, ou seja, é a espessura de pavimento acima da camada hx;
  • hx representa a espessura de camada do pavimento em si com CBR ou IS = x;
  • B é a espessura da base;
  • R é a espessura do revestimento.

Espessura das camadas do pavimento

Uma vez determinadas as espessuras Hm, Hn e H20 e os  coeficientes de equivalência estrutural, o dimensionamento das camadas de reforço do subleito (hn), de sub-base (h20) e de base (B) será, por fim, realizado a partir das inequações abaixo:

\mathrm{RK_R+BK_B≥H_{20}}

\mathrm{RK_R+BK_B+h_{20}K_s≥H_{n}}

\mathrm{RK_R+BK_B+h_{20}K_S+h_nK_{ref}≥H_{m}}

Vale observar que, quando N>107, ao se utilizar a primeira inequação acima, devemos usar um fator de segurança de 1,2 multiplicando a espessura de proteção da sub-base (H20) ou, quando o CBR da sub-base for ≥ 40% e  N ≤ 106, admite-se substituir também na primeira inequação, H20, por 0,8 * H20.

Para concluir, é importante também observarmos que:

  • A espessura mínima a adotar para compactação de camadas granulares é de 10 cm;
  • A espessura total mínima para estas camadas, quando utilizadas, é de 15 cm;
  • E a espessura máxima para compactação é de 20 cm.

Pois bem pessoal, esse foi o assunto de hoje e esperamos que esse post tenha ajudado você a entender como é feito o dimensionamento de um pavimento asfáltico.

Se quiser exercitar o que aprendeu, é só clicar aqui e você encontrará um exemplo prático, resolvido passo a passo.

Se você ficou com alguma dúvida, deixe nos comentários abaixo e se gostou, se inscreve aqui no blog e também no nosso canal no YouTube!


Fonte:

SOUZA, Murilo L de. Método de projeto de pavimentos flexíveis. 3. ed. Rio de Janeiro: IPR, 1981.

Comments 14

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  1. E quando for apenas um tratamento superficial betuminoso, onde N é menor que 10 elevado a sexta, qual seria a espessura mínima do revestimento “R”?

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      Oi Eduardo, a espessura do tratamento superficial varia entre 0,5 e 2,0 cm, mas isso vai depender do seu tipo, se simples, duplo ou triplo.

        1. Post
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    1. Post
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      Luiz, se a espessura deu negativa, provavelmente isso indica que a camada de sub-base para essa situação não é necessária e você pode dispensá-la.

  2. Em relação as unidades dos volume médio diário (Vm) não teria que ser (veículos/dia), pois, no Vt=365*P*Vm, 365 passaria o P(anos) de anos para dias, e com Vm em (veículos/dia), o volume total (Vt) ficaria em (veículos)

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  3. Qual a diferença entre esses dois dados?
    A espessura mínima a adotar para compactação de camadas granulares é de 10 cm;
    A espessura total mínima para estas camadas, quando utilizadas, é de 15 cm;

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      Gustavo, sua pergunta é muito boa, eu mesma já tive essa dúvida. Então, esse enunciado foi retirado da página 19 do Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis do DNER de 1981, com essas mesmas palavras. A minha interpretação é de que os 15cm se referem exclusivamente ao uso destas camadas granulares para compor o pavimento flexível, enquanto os 10cm se referem à compactação de um modo geral.

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