Dimensionamento de pavimentos flexíveis

Dandara Viana Geotecnia, Transportes Leave a Comment

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 Grupo CBRIG
0 20
1 18
2 15
3 13
4 12
5 10
6 9
7 8
8 7
9 a 10 6
11 a 12 5
13 a 14 4
 15 a 17 3
 18 a 20 2

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

N Espessura mínima de revestimento betuminoso
N ≤ 106 Tratamentos superficiais betuminosos
106 < N ≤ 5×106 Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura
5×106 < N ≤ 107 Concreto betuminoso com 7,5 cm de espessura
107 < N ≤ 5×107 Concreto betuminoso com 10,0 cm de espessura
 N > 5×107 Concreto 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/h);
  • P é o período de tempo (anos);
  • Vm é o volume médio de tráfego (veículos/h).

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/h);
  • 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 pavimento Coeficiente K
Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,0
Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação densa 1,7
Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa 1,4
Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,2
Camadas granulares 1,0
Solo cimento com resistência à compressão a 7 dias, superior a 45 kg/cm² 1,7
Solo cimento com resistência à compressão a 7 dias, entre 45 kg/cm² e 28 kg/cm² 1,4
Solo cimento com resistência à compressão a 7 dias, entre 28 kg/cm² e 21 kg/cm² 1,2

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      
A B C D
2″ 100 100
1″ 75-90 100 100
3/8″ 30-65 40-75 50-85 60-100
Nº 4 25-66 30-60 35-65 50-85
Nº 10 15-40 20-45 25-50 40-70
Nº 40 8-20 15-30 15-30 25-45
Nº 200 2-8 5-15 5-15 5-20

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}≥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).

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.

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Fonte:

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

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