01/11/2017

1

PAVIMENTOS DE CONCRETO CONTINUAMENTE ARMADOS: UMA SOLUÇÃO DE ALTA DURABILIDADE PARA

CORREDORES DE ÔNIBUSDr. Lucio Salles de Salles

Msc. Andréia Posser Cargnin

Prof. Dr. José Tadeu Balbo

SEMINÁRIO: INOVAÇÕES NA PAVIMENTAÇÃO URBANA - PERSPECTIVAS

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

SÃO PAULO, 25 DE OUTUBRO DE 2017

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

Fonte: Weather Santana (2012)

� Corredores e faixas exclusivas de ônibus

� De 2012 para 2016• De 90 para mais de 500 km

� Aumento da velocidade (68%)

� Melhoras no transporte público

� Crise econômica • Diminuição de fundos para construção de novos

corredores e reabilitação dos antigos

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Estado-da-arte de corredores e faixas de ônibus no Brasil

� Faixa exclusiva delimitada em pavimento existente

� Pavimento asfáltico (flexível) sofre com afundamentos

� Pavimento de concreto simples (PCS) sofrem com falhas construtivas nas juntas de contração

� Reabilitação de corredores e faixas de ônibus são muito prejudiciais ao tráfego

Fonte: G1 (2014)

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Estado-da-arte de corredores e faixas de ônibus no Brasil

� Faixa exclusiva delimitada em pavimento existente

� Pavimento asfáltico (flexível) sofre com afundamentos• Deformação permanente devido ao tráfego canalizado e

altas temperaturas

� Pavimento de concreto simples (PCS) sofrem com falhas construtivas nas juntas de contração

� Reabilitação de corredores e faixas de ônibus são muito prejudiciais ao tráfego

Fonte: O Globo (2016)

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

Fonte: Zero Hora (2015)

� Estado-da-arte de corredores e faixas de ônibus no Brasil

� Faixa exclusiva delimitada em pavimento existente

� Pavimento asfáltico (flexível) sofre com afundamentos• Deformação permanente devido ao tráfego canalizado e

altas temperaturas

� Pavimento de concreto simples (PCS) sofrem com falhas construtivas nas juntas de contração

• Tempo e profundidade de corte da junta; condições de cura

� Reabilitação de corredores e faixas de ônibus são muito prejudiciais ao tráfego

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Estado-da-arte de corredores e faixas de ônibus no Brasil

� Faixa exclusiva delimitada em pavimento existente

� Pavimento asfáltico (flexível) sofre com afundamentos• Deformação permanente devido ao tráfego canalizado e

altas temperaturas

� Pavimento de concreto simples (PCS) sofrem com falhas construtivas nas juntas de contração

• Tempo e profundidade de corte da junta; condições de cura

� Reabilitação de corredores e faixas de ônibus são muito prejudiciais ao tráfego Fonte: Zero Hora (2015)

01/11/2017

2

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Pavimentos duráveis, com baixa necessidade de manutenção e com maior facilidade construtiva

� Pavimento de Concreto Continuamente Armado (PCCA)

� Pavimento de Concreto sem juntas

� Não há controle e nem indução da fissuração

� Fissuração de retração ocorre de maneira livre

Fonte: IDTP (2012)

Fonte: Roesler (2005)

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� 1921: primeiro PCCA construído nos EUA,próximo a Washington D.C, com 60 m deextensão

� 1938: primeira pista experimental (Stilesville, Indiana)� 1947: Illinois e New Jersey� 1949: California� 1951: Texas

� 1958 – 127 km de PCCA nos EUA

� 1971 – 16.000 km de PCCA em uso ou sobcontrato em 33 estados americanos

� 1990 – mais de 48.000 km

Fonte: Rens (2010)

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Avaliações norte-americanas� Estrutura durável� Exemplos de durabilidade por mais de 50 anos.

� Dossey e Hudson (1994) – pavimentos executados entre

1974 e 1987: primeira intervenção pesada após 20 anos de

serviço

� Tayabji et al. (1995): IRI de 0,84 m/km e 2,48 m/km

(pavimentos com idade entre 0,3 e 22 anos) – excelente

qualidade de rolamento

� Gharaibeh et al. (1999): PCCA construídos entre 1977 e 1994 – todos os pavimentos avaliados suportam um tráfego

superior ao de projeto, e todos duraram mais do que a vida de projeto.

� Won (2011): pavimentos com 33 anos de exposição ao tráfego – LTE superior a 90%

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Europa

� Canadá

� Bélgica� primeiro PCCA – 1950� 1970 - extenso programa de construção

de rodovias em PCCA� Extensão malha rodoviária belga: 1650

km� 650 km de rodovias em PCCA

� Holanda� 113.000 km de rodovias� 2.300 (2%) autoestradas que suportam

cerca de 38% do volume de tráfego total� 5% da autoestradas são em pavimentos

de concreto� Metade em PCS e metade em PCCA

� Canadá� 1958 – Calgary (Alberta) – diversas

seções de PCCA – rodovia de 2,9 km� Pavimentos sujeitos a intensão variação

térmica: 36°C verão e -30°C inverno� Anos 2000 – Quebec – seção com 2 km

de extensão

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Fissuras aleatórias

� Controle fissuração � taxa de armadura longitudinal

� Armadura sem função estrutural � acima da linha

neutra da placa

� Fissuras fortemente apertadas � LTE

� Intertravamento dos agregados

Fonte: California Department of Transportation (2015)

Fonte: Houben et al. (2015)

01/11/2017

3

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Influência temperatura

� Concreto: baixa condutividade e difusibilidade térmica

� Taxa de evolução de calor na hidratação é maior do que a

taxa de dissipação para a atmosfera

� Tensões internas no concreto

Fonte: Schindler e McCullough (2002)

Possíveis problemas de concretagem em

clima frio

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Padrão de fissuração

� Primeiras fissuras de 3 a 7 dias após construção

� Estabilização em 2 ou 3 meses

� AASHTO (2008)

� Espaçamento entre 0,90 m e 1,80 m

� Fissuras aglomeradas � tensão elevada no topo

� Grandes espaçamentos � LTE prejudicada

� Principal indicador de desempenho até 1990

Fonte: McCullough e Dossey (1999)

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Padrão de fissuração

� Influência da taxa de armadura longitudinal

� Maiores taxas de armadura ���� menor espaçamento médio

menor abertura de fissuras

� Percentuais recomendados

� 0,7% a 1%

Fonte: Gharaibeh et al. (1999)

Fonte: McCullough e Dossey (1999)

� Profundidade da armadura� Cobrimento mínimo de 76 mm

Maior zona de perda de aderência aço-concreto

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Modificações projetos na Bélgica� De 1970 a 1977 ���� 0,85%, base CA (60 mm) e sub-

base em CCR, prof. = 60 mm � e = 0,4 a 0,6 m

� De 1977 a 1990 � 0,67%, sem CA, prof. = 90 mm �

e = 1,4 a 2,4 m.

� A partir de 1990 � 0,75% reintrodução CA

� A abertura passou a ser o principal fator de

controle

� LTE e infiltração de água

� w < 1 mm – infiltração - inicialmente

� w < 0,63 mm (0°C) – USA

� w < 0,5 mm (0°C) - Europa

Fonte: Kohler e Roesler (2005)

Menor variação de abertura para maiores percentuais de armadura longitudinal

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Punchout

� Mecanismo de ocorrência

� Fissuras muito próximas (espaçamento < 0,6 m)

� Perda de LTE � intertravamento dos agregados –

abertura excessiva

� Perda de suporte � erosão base

� Tensões de tração elevadas (topo)

� Fissura longitudinal de fadiga – entre 1 m e 1,2 m da

borda do pavimento � concentração de tensões

máximas

Fonte: Selezneva et al. (2004)

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Base do pavimento

� Potencial de erosão

� Preferência por bases estabilizadas

� Base de concreto asfáltico

Fonte: Jung et al (2012)

01/11/2017

4

� Cura

� Padrão de fissuração

� Evitar fissuras problema: Y, serpenteadas, divididas e com espaçamento pequeno

� Construção a noite� Construção nos meses mais frios

Fonte: Johnston e Sturdahl ,2008

Fonte: Kohler e Roesler, 2004

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Juntas no PCCA

� Juntas Construtivas

� Juntas de Transição

� Juntas Longitudinais

Fonte: CRCP Design Guide (2017)

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Seções de curta extensão

� 50 m – simulação de paradas e terminais de ônibus

� Áreas críticas: aceleração, desaceleração e veículo parado

Seção 1 Seção 2 Seção 3 Seção 4

Placa de Concreto (mm) 240 240 240 240

Base Asfáltica (mm) 60 60 60 60

Sub-Base Macadame Seco (mm) 300 300 300 300

Armadura Longitudinal (%) 0.57 0.44 0.77 0.67

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Abertura ao tráfego em Setembro de 2010

� Primeira fissura em Outubro de 2011

� Mais fissuras nas placas??� Efeito da falta de ancoragem (transição)� Pequena extensão� Base asfáltica

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Abertura ao tráfego em Setembro de 2010

� Primeira fissura em Outubro de 2011

� Mais fissuras nas placas??� Efeito da falta de ancoragem (transição)� Pequena extensão� Base asfáltica

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

01/11/2017

5

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Desempenho ok!

� LTE acima de 90%

� Baixas tensões e deflexões

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES

� N = 9 x 109

Exemplo:� Carga 100 kN� 10 ͦC� Placa de 300 mm� MR = 4,5 MPa

01/11/2017

6

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Recomendações de projeto para o PCCA de curta extensão

� Para projetos com tempo de serviço acima de 20 anos

� Mínima espessura de placa de 250 mm

� Bases asfálticas

� Taxa de armadura entre 0,7 e 0,8%

� Profundidade da armadura entre 100 e 76 mm do topo da placa

� Juntas de transição nas extremidades das placas

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Seção de longa extensão� 200 m de extensão

� Aço comum e galvanizado� Taxa de armadura longitudinal – 0,7%

� Resistência à tração na flexão� 4,5 MPa aos 28 dias

� Quatro tipos de concreto

Materiais Traço 1 Traço 2 Traço 3 Traço 4

Tipo de Cimento CP IV RS 32 CP II F 40 CP IV RS 32 CP II F 40

Consumo de Cimento (kg/m³) 418 390 402 375

Areia Média (kg/m³) 377 385 478 485

Areia de Brita (kg/m³) 259 265 316 322

Agregado Reciclado (kg/m³) 225 225 - -

Brita 0 (kg/m³) 225 225 450 450

Brita 1 (kg/m³) 820 820 676 676

Água (kg/m³) 182 182 175 175

Aditivo plastificante (kg/m³) 2,424 2,145 2,723 2,0625

Relação a/c (kg/m³) 0,44 0,47 0,44 0,47

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Esp

açam

en

to M

éd

io (

m)

Idade (dias)

CP IV RS 32 + 50% Agreg. Rec. CP II F 40 + 50% Agreg. Rec.

CP IV RS 32 + Agreg. Virgem CP II F 40 + Agreg. Virgem

� Maior número fissuras � S2 e S3 � espaçamento médio 1,0 e 1,75 m� Efeito tipo de cimento e agregado� CP II F 40 ���� 6 a 10% fíler calcário� CP IV RS 32 ���� 15 a 50% de material pozolânico

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450

Nú

me

ro d

e f

issu

ras

acu

mu

lad

o(%

)

Idade (dias)S1 - CP IV RS 32 + 50% Agreg. Rec. S2 - CP II F 40 + 50% Agreg. Rec..S3 - CP IV SR 32 + Agreg. Virgem S4 - CP II F 40 + Agreg. VirgemSeção total

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Abertura Fissuras

00,05

0,10,15

0,20,25

0,30,35

0,40,45

Ab

ert

ura

(m

m)

Fissuras

A - Abril B - Abril C - Abril A - Agosto B - Agosto C - Agosto

0

0,050,1

0,15

0,20,25

0,30,35

0,4

Ab

ert

ura

(m

m)

Fissuras

A - Abril B - Abril C - Abril A - Agosto B - Agosto C - Agosto

� Dois levantamentos� Abril (2016) � 0,1 mm a 0,30

mm� Agosto (2016) � 0,1 mm a 0,45

mm

� Diferenças aço comum e galvanizado� Comportamento químico

interface aço concreto

01/11/2017

7

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� LTE

��� ���

��∙ 100�%

� Aplicação de cargas em duas posiçõespara cada fissura� Aço comum� Aço Galvanizado

� �� Deflexão na placa descarregada;� �� Deflexão na placa carregada

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

F1.6

F1.1

F1.5

F1.7

F1.2

F1.3

F1.4

F2.1

7

F2.3

2

F2.1

2

F2.2

3

F2.3

3

F2.3

4

F2.2

0

F2.1

F2.1

1

F2.1

8

F2.2

5

F2.1

3

F2.1

4

F2.6

F2.2

F2.2

1

F2.7

F2.1

5

F2.8

F2.2

2

F2.2

4

F2.1

6

F2.2

6

Aço Galv. - Inverno Aço Comum - Inverno

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

F2.2

7

F2.3

5

F2.3

8

F2.3

6

F2.3

7

F2.3

9

F2.4

F2.5

F2.3

F2.1

0

F2.2

8

F2.3

1

F2.2

9

F2.1

9

F2.9

F2.3

0

F3.1

0

F3.1

2

F3.1

4

F3.1

F3.2

F3.3

F3.4

F3.2

1

F3.2

2

F3.1

9

F3.1

5

F3.1

6

F3.1

3

F3.5

Aço Galv. - Inverno Aço Comum - Inverno

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

F3.1

1

F3.6

F3.1

7

F3.2

3

F3.7

F3.8

F3.2

0

F3.1

8

F3.9

F4.7

F4.1

0

F4.4

F4.1

F4.2

F4.6

F4.3

F4.9

F4.5

F4.8

F4.1

2C

F4.9

C

F4.8

C

F4.7

C

F4.6

C

F4.4

C

F4.4

C

F4.2

C

F3.1

2C

F3.1

1C

F3.1

0C

Aço Galv. - Inverno Aço Comum - Inverno Inverno Verão

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

F3.9

C

F3.8

C

F3.7

C

F3.6

C

F3.5

C

F3.4

C

F3.3

C

F3.2

C

F3.1

C

F2.5

C

F2.4

C

F2.3

C

F2.2

C

F1.4

C

F1.3

C

F1.2

C

F1.1

C

A1

B1

C1

D1

E1 A3

B3

C3

D3

E3

Aço Galv. - Inverno Aço Comum - Inverno Inverno Verão

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

Testes Hipótese LTE

Todas as fissuras LTE AC > LTE AG

Apenas fissuras que apareceram após 30 dias da construção

LTE AC = LTE AG

Perda de aderência aço-concreto

GALVANIZADOMais importante nas

idades iniciais

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

� Foco para tráfego ônibus: paradas e corredores

� Primeiros testes com PCCA

� Durabilidade e manutenção

� Potencial utilização de materiais reciclados

� Desenvolvimento de métodos de dimensionamento

� Especificações e recomendações de projeto para órgãos públicos

LABORATÓRIO DE MECÂNICA DE PAVIMENTOS – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

lucio.salles@usp.brandreiacargnin@usp.br

jotbalbo@usp.br