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Ronaldo Vizzoni
Pavimentação com Sustentabilidade
PREMISSAS DE PROJETO DO PAVIMENTO DE CONCRETO
ENG.º MARCOS DUTRA DE CARVALHO
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2
Materiais de boa qualidade
Projeto correto
Construção adequada
Chave do sucesso
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3
Fundamento da mecânica dos pavimentos e da ciência dos pavimentos rígidos
Projetar uma estrutura que dê conforto,
segurança e economia ao usuário, durante
um determinado período de tempo.
Determinar a espessura mínima que
resulte no menor custo anual, definido
como o custo inicial de construção mais os
custos futuros com manutenção.
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4
RÍGIDOS FLEXÍVEIS
SUB-BASE
REFORÇO DO SUBLEITO
SUB-BASE
BASE E REVESTIMENTO
BASE
REVESTIMENTO
SUBLEITO
SUBLEITO
Diferenças entre os pavimentos
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5
HR
GRANDE ÁREA
DE DISTRIBUIÇÃO
DE CARGA
PEQUENA PRESSÃO
NA FUNDAÇÃO DO
PAVIMENTO
RÍGIDOS
HF
GRANDE PRESSÃO
NA FUNDAÇÃO DO
PAVIMENTO
PEQUENA ÁREA
DE DISTRIBUIÇÃO
DE CARGA
FLEXÍVEIS
COMPARAÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DE CARGA ENTRE PAVIMENTOS EQUIVALENTES
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6
qt = 1
qc = 35
20 cm
30,4 cm
88,7 cm
CAPACIDADE DE ABSORÇÃO DE CARGA DE UMA PLACA DE CONCRETO (carga no interior, seg. PCA)
( ) m
k
h E lh
sist
, 1 12
25 , 0
2
3
-
=
m
( ) 2
3
1 12 m -
= h E
D (rigidez da placa)
k D
l h =
4
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7
TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Concreto Simples
Concreto Simples com
Barras de Transferência
Concreto com Armadura Distribuída
Descontínua sem Função Estrutural
Concreto com Armadura Contínua
sem Função Estrutural
Concreto Estruturalmente Armado
Concreto Protendido
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8
3 a
4 m
etr
os
4 a 6 metros 4 a 6 metros
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES
Planta
h
Corte
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9
Planta
h
Corte
3 a
4 m
etr
os
4 a 7 metros 4 a 7 metros
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES COM BARRAS DE TRANSFERÊNCIA
Barras de transferência
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10
Planta
Até 30 metros Até 30 metros
h 5 cm
Corte
. . . . . . . . . . . . . .
3 a
5 m
etr
os
PAVIMENTO COM ARMADURA DISTRIBUÍDA DESCONTÍNUA SEM FUNÇÃO ESTRUTURAL
Barras de transferência
Armadura
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11
Planta
3 a
5 m
etr
os
PAVIMENTO COM ARMADURA CONTÍNUA SEM FUNÇÃO ESTRUTURAL
Juntas de construção de fim de jornada
h 5 cm
Corte
. . . . . . . . . . . . . .
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12
h
Corte
Planta
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
9 a 30 metros 9 a 30 metros
PAVIMENTO DE CONCRETO ESTRUTURALMENTE ARMADO
3 a
7 m
etr
os
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13
Portland Cement Association
PCA 1984
American Association of State Highway and
Transportation Officials
AASHTO 1993
AASHTO (suplemento 1998)
AASHTO 2002 – M - EPDG
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO
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14
MECHANISTIC – EMPIRICAL PAVEMENT DESIGN GUIDE M-E PDG
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15
DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO
CBR FUNDAÇÃO
Contagem e
Classificação TRÁFEGO
Resistência CONCRETO
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16
MÉTODO DA PORTLAND CEMENT
ASSOCIATION (PCA/84)
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17
Estudos teóricos
Ensaios de laboratório
Pistas experimentais
Pavimentos em serviço
MÉTODO PCA/84
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18
Origens e desenvolvimento
Baseia-se em análise mecanística extensa e abrangente de
tensões e deflexões em juntas, cantos e bordas.
Modelagem da transmissão de carga por barras de
transferência e entrosagem entre os agregados.
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19
Método de Dimensionamento (PCA/84)
Modelos de Comportamento
Fadiga
Erosão
Escalonamento
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20
FUNDAÇÃO
WESTERGAARD (1925):
Fundação winkleriana
TEORIA DO LÍQUIDO DENSO:
deslocamento diretamente proporcional à pressão
exercida
pc = k x d k =
pc
d
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21
MODELAGEM DO SUPORTE
Caracterização
k: coeficiente de reação =
Modelo líquido denso
pc
d
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22
FUNDAÇÃO
k = coeficiente de recalque
• provas de carga;
• define a capacidade de
suporte do subleito
Para efeito de projeto,
relacionamos k com o CBR
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23
FUNDAÇÃO (ensaio de prova de carga)
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24
FUNDAÇÃO (ensaio de prova de carga)
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25
Fundação – Determinação do coeficiente de recalque
0 5 10 12,7 15 0
0,5
1,0
0,97
Deformação (10-2cm)
20
ASTM D-1196/64
k = P0,127/0,127
k = 0,97/ 0,127 = 7,6 kgf/cm²/cm
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26
FUNDAÇÃO (Correlação entre CBR e k)
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27
SUB-BASES
Dar suporte uniforme e constante
Evitar bombeamento
Controlar as variações volumétricas do subleito
Aumentar o suporte da fundação
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28
CBRsubl ksubl kBG 10
(%) (MPa/m) (MPa/m)
4 30 34
5 34 38
6 38 42
8 44 48
10 49 54
FUNDAÇÃO - AUMENTO DE k PROPORCIONADO POR SUB-BASE GRANULAR
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29
CBRsubl ksubl k CR 10
(%) (MPa/m) (MPa/m)
4 30 101
5 34 111
6 38 120
8 44 133
10 49 144
FUNDAÇÃO - AUMENTO DE k PROPORCIONADO POR SUB-BASE DE CR
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30
Caminhões médios
Caminhões pesados
Reboques e Semi-reboques
Ônibus
TRÁFEGO - VEÍCULOS DE LINHA
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31
Caminhões médios
CARGAS MÁXIMAS LEGAIS
10 tf 6 tf
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32
Caminhões médios
CARGAS MÁXIMAS LEGAIS
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33
Caminhões pesados
17 tf 6 tf
CARGAS MÁXIMAS LEGAIS
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34
Reboques e semi-reboques
6 tf 17 tf 25,5 tf
CARGAS MÁXIMAS LEGAIS
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35
Reboques e semi-reboques
CARGAS MÁXIMAS LEGAIS
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36
SIMPLESTANDEM
DUPLO
TANDEM
TRIPLO
2C MÉDIO 1 1 - -
3c 1 - 1 -
4C 1 - - 1
2 SI 1 2 - -
2S2 1 1 1 -
2S3 1 1 - 1
3 SI 1 1 1 -SE
MI-
RE
BO
QU
EP
ES
AD
O
DIANTEIROC
ÓD
IGO
CL
AS
SIF
ICA
ÇÃ
O
NÚMERO DE EIXOS
TRASEIROS
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37
SIMPLESTANDEM
DUPLO
TANDEM
TRIPLO
3 S2 1 - 2 -
3 S3 1 - 1 1
3 S3 - 5 1 - - 1
2 C2 1 3 - -
3 C3 1 2 1 -
3 C2 1 2 1 -
3 C3 1 1 2 -
SE
MI-
RE
BO
QU
ER
EB
OQ
UE
DIANTEIROC
ÓD
IGO
CL
AS
SIF
ICA
ÇÃ
O NÚMERO DE EIXOS
TRASEIROS
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39
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40
CONCRETO
A resistência mecânica a ser especificada no projeto deve
ser a de tração na flexão (fctM,k ) – (3,8 MPa a 5,0 MPa)
•Dmáx do agregado = 38mm
• Consumo mínimo de cimento = 350 kg/m3
• Abatimento (slump) = função do equipamento
• Aditivos plastificantes e incorporador de ar
Normalmente adota-se:
fctM,k = 4,5 MPa aos 28 dias
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41
MODELOS DE COMPORTAMENTO
FADIGA
EROSÃO
ESCALONAMENTO
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84)
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42
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/66)
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43
FADIGA DO CONCRETO
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44
FADIGA (relação de tensões)
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45
Relação de tensões e número admissível de repetições de carga - curva de fadiga (PCA-84)
1,00
Re
laç
õe
s d
e t
en
sõ
es
(S)
1 101 102 103 104 105 106 107 108 109
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
Número de aplicações de carga até a ruptura
PCA 66
Extensão
(1984)
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46
Método de dimensionamento (PCA/84) – Equações de fadiga
Relação de tensões
(Rt)
Equação
. menor que 0,45
. de 0,45 a 0,55
. Maior que 0,55
. N = ilimitado
. N = ( 4,2577 / Rt – 0,4325)3,268
. N = (0,9718 – Rt)) / 0,0828
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47
LEI DE MINER – Dano linear acumulado por fadiga
LEI DE MINER – CONSUMO DE RESISTÊNCIA
À FADIGA (CRF)
CRF = Σi
m
= 1
(ni / Ni adm)
CRF ≤ 100%
Miner, M. A. – “Cumulative Damage in Fadigue” - Journal of Applied Mechanics
ASME, Vol 12, USA, 1945.
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48
Método de dimensionamento (PCA/84)
Acostamento
Faixa de tráfego
Borda livre
Junta transversal
• Posição de carga crítica para as tensões de tração na
flexão (6% do tráfego tangenciando a borda).
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49
( ) ( )
( ) ( )
m
m
m m
=-
-
- - -
-
12 1
1
1 4 1 1
2
2
2 2
2 2 2 4
0
P
h
x y ye
y
cos cos sen
d
Eq.41, “New Formulas for Stresses
on Concrete Pavements”, ASCE,
Proc., Jan. 1947, V.73
Fórmula de WESTERGAARD: cálculo da tensão de tração na parte inferior da placa
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50 PPI / 50
CARTA DE INFLUÊNCIA Nº 6, DE PICKTETT E RAY
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51 PPI / 51
CARTA DE INFLUÊNCIA Nº 6, DE PICKTETT E RAY
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52 PPI / 52
Carta de influência n.º 6 de Picktett e Ray
Procedimentos de Cálculo
Calcular o momento fletor (M)
M = 102.q.lp2.N, em N.m/m, sendo:
- M = momento fletor na origem da carta (ponto O),
em N.m/m;
q = pressão de contato do pneumático, em MPa;
lp= raio de rigidez relativa do pavimento, em metros;
N = número total de blocos de influência
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53 PPI / 53
Carta de influência n.º 6 de Picktett e Ray
Procedimentos de Cálculo
Calcular a tensão de tração na flexão (tf)
tf = 6.10-6.M/h2, em MPa, sendo:
tf = tensão de tração na flexão, em MPa;
h = espessura de placa, em metros.
Observação: Caso as áreas de contato extrapolem as dimensões da carta, utilizar os fatores de correção apropriados.
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54
ÁBACOS (PCA/66) – EIXOS SIMPLES
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55
200.000
AN
ÁL
ISE
DE
FA
DIG
A
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56
EROSÃO
“POTÊNCIA, TAXA DE TRABALHO OU FATOR DE
EROSÃO (P)”
P = poder de uma carga de produzir deformação
vertical na placa
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84) (substitui o método de 1966)
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57
Acostamento
Faixa de tráfego
Borda livre
Junta transversal
Posição de carga crítica para as deformações
Método de dimensionamento (PCA/84)
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58
Erosão
P = 268,7 . p2 / h . k0,73
p = k . W = pressão na fundação, no canto da placa (psi); W = deslocamento vertical no canto da placa (in); k = coeficiente de recalque (pci); h = espessura da placa (in).
Método de dimensionamento (PCA/84)
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59
2.000.000
AN
ÁL
ISE
DE
ER
OS
ÃO
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60
FO
LH
A D
E C
ÁL
CU
LO
- P
CA
/84
Espessura: cm Juntas com BT:
ksist.: MPa/m Acostamento de concreto:
fctM,k: MPa Período de projeto (anos):
Fsc:
ANÁLISE DE FADIGA ANÁLISE DE EROSÃO
CARGAS CARGAS NÚMERO NÚMERO CONSUMO NÚMERO DANOS POR
POR EIXO POR EIXO PREVISTO DE ADMISSÍVEL DE DE FADIGA ADMISSÍVEL DE EROSÃO
(kN) x Fsc SOLICITAÇÕES SOLICITAÇÕES (%) SOLICITAÇÕES (%)
1 2 3 4 5 6 7
EIXOS SIMPLES Tensão Eq.: Fator de erosão:
Fator de fadiga:
EIXOS TANDEM DUPLOS Tensão Eq.: Fator de erosão:
Fator de fadiga:
EIXOS TANDEM TRIPLOS Tensão Eq.: Fator de erosão:
Fator de fadiga:
TOTAL TOTAL
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61
MODELOS DE COMPORTAMENTO
FADIGA
EROSÃO
ESCALONAMENTO
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO (PCA/84)
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62
d = deslocamento vertical do lado carregado da junta
d’= idem, do lado descarregado da junta
ESCALONAMENTO/EFICIÊNCIA DAS JUNTAS
( ) e =
2 100
d
d d x
'
' %
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63
Eficiência de junta
d d’
P Junta transversal
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64
P
Barra de transferência
Junta transversal
Sub-base estabilizada com cimento
d = d’ 100 % eficiente
EFICIÊNCIA DE JUNTA
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65
Placas curtas
Barras de transferência
Sub-base estabilizada com cimento
Sistemas artificiais de melhoria da eficiência de juntas
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66
Combate:
Restrição à retração volumétrica do concreto
Empenamento restringido: fissuras longitudinais e
transversais
PROJETO GEOMÉTRICO DE DISTRIBUIÇÃO DE PLACAS
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67
ASPECTO SUPERFICIAL PROVÁVEL DE PAVIMENTO DE CONCRETO SEM JUNTAS TRANSVERSAIS DE CONTRAÇÃO
Fissuras transversais de contração
Planta
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68
EMPENAMENTO TEÓRICO ➔ DIURNO E NOTURNO
Tração
Compressão
Quente
Frio
Compressão
Tração
Fissura
Compressão
Tração Quente
Frio Tração
Compressão
Fissura
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69
ASPECTO SUPERFICIAL DE PAVIMENTO DE CONCRETO SEM JUNTAS
Fissuras transversais de contração
Fissura longitudinal devida
ao empenamento restringido
Fissuras transversais
adicionais devidas ao
empenamento restringido
Planta
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70
Disposição das armaduras de transferência e ligação
BT
BL
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71
Junta longitudinal
Junta transversal
Juntas de expansão
TIPOS DE JUNTAS
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72
Junta de articulação
Junta de construção
TIPOS DE JUNTAS LONGITUDINAIS
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73
Selante
h
0,6
1,2
OBS: cotas em cm
Junta longitudinal de articulação, de seção enfraquecida, sem barras de ligação
h/3
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74
0,6 Selante
h/2
h/2
1,2
OBS: cotas em cm
Barra de
ligação
h/3
Junta longitudinal de articulação, de seção enfraquecida, com barras de ligação
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75
Junta longitudinal de construção, de encaixe macho-fêmea, sem barras de ligação
h
Selante 0,6
0,2h
0,1h
OBS: cotas em cm
0,4h
0,4h 1,2
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76
h
Selante 0,6
1,2
0,1h
0,1h
OBS: cotas em cm
0,4h
0,4h
0,05h
0,05h
Barra de ligação
Junta longitudinal de construção, de encaixe macho-fêmea, com barras de ligação
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77
Junta de retração
Junta de retração com barras de transferência
Juntas de construção
TIPOS DE JUNTAS TRANSVERSAIS
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78
h
Detalhe A
OBS: cotas em cm
Junta transversal de retração, de seção enfraquecida, sem barras de transferência
h/4
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79
h
OBS: cotas em
cm
Detalhe A
0,5lb 0,5lb
0,5h
0,5h
Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada
e engraxada)
h/4
Junta transversal de retração, de seção enfraquecida, com barras de transferência
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80
Selante
Junta transversal de construção planejada, de topo, com barras de transferência
Barra de transferência
h/2
h/2
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81
Estrutura
isopor ou similar
1 a 2,5cm
1 a 2,5cm
h
OBS: cotas em cm
JUNTA DE EXPANSÃO
Selante
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82
h
Material compreensível
Barra de transferência
h/2
OBS: cotas em cm
h/2
Capuz de
material duro
JUNTA DE EXPANSÃO
2 cm
2 cm
Selante
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83
Bitola, comprimento e espaçamento de barras de transferência (aço CA-25) (Fonte: PCA)
Espessura da
Placa (cm)
até 17,0
17,5 a 22,0
BARRAS DE TRANSFERÊNCIA
22,5 a 30,0
> 30,0
300
300
300
300
Bitola
()
Comprimento
(mm)
20
25
32
40
460
460
460
460
Espaçamento
(mm)
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84
BARRAS DE TRANSFERÊNCIA
São barras de aço liso (CA 25)que têm a função de
transferir cargas verticais de uma placa para outra
contígua, evitando-se com isso a aplicação brusca
dos esforços verticais aplicados pelas rodas dos
veículos e a ocorrência de degraus entre estas placas.
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85
Barras de transferência
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86
Barras de transferência
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87
EXECUÇÃO DAS JUNTAS
O momento correto para o primeiro corte é função da
resistência do concreto nas primeiras idades e das
condições climáticas do dia.
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88
SERRAGEM DE JUNTAS TRANSVERSAIS
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89
SERRAGEM DE JUNTAS TRANSVERSAIS
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90
JUNTA LONGITUDINAL DE ARTICULAÇÃO, SERRADA, COM BARRAS DE LIGAÇÃO
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91
JUNTAS INDUZIDAS
Junta induzida
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92
Junta transversal de retração e longitudinal de construção
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93
Execução das juntas longitudinais de articulação
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94
Juntas longitudinais serradas
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95
Junta longitudinal de construção, de encaixe macho – fêmea, com barras de ligação
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96
Juntas de Construção com Barras de Transferência
Conferir o nivelamento do
concreto acabado
As barras de transferência deverão estar
colocadas em plano horizontal paralelo à
sub-base e alinhadas entre si
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97
Junta transversal de construção, de topo, com barras de transferência
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98
EX
EM
PL
O P
RO
JE
TO
GE
OM
ÉT
RIC
O
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99
EX
EM
PL
O D
E P
RO
JE
TO
GE
OM
ÉT
RIC
O
placa com armadura distribuída descontínua, de malha quadrada
J1
J1
J1 JL com bl
J1
J1
J1
J1
J1
J1
5,0
0
5,0
0
5,0
0
5,0
0
5,0
0
J2
J2
J2
J2
J2
J2
J2
J2
J2
J2
JT com bt
J3
J3
J3
JE com bt
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100
TIPOS DE JUNTAS
Selante a frio
21
0,6
1,2
2
2 obs: cotas em cm
8,5
8,5
1
1
Junta Tipo - Junta longitudinal de construção, de encaixe,
com barras de ligação 1
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101
TIPOS DE JUNTAS
21
detalhe a
Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada
e engraxada) Ø 25 mm a cada 30 cm - lb = 46 cm
23 23
10,5
obs: cotas em cm
10,5
Junta Tipo 2 - junta transversal de retração, serrada, com
barras de transferência.
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102
TIPOS DE JUNTAS
2 cm
21
Material compressível
Barra de transferência (com sua metade mais 2 cm pintada
e engraxada) Ø 25 mm a cada 30 cm - lb = 46 cm
23 23
10,5
obs: cotas em cm
10,5
Junta Tipo 3 - junta de expansão, com barras de transferência.
Capuz de
material duro
2 cm
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103
SERRA DE SÃO VICENTE
EXECUÇÃO DA OBRA
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104
SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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105
SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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106
SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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107
SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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108
SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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112
SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
![Page 113: Pavimentação com Sustentabilidade PREMISSAS DE · PDF file3 Fundamento da mecânica dos pavimentos e da ciência dos pavimentos rígidos Projetar uma estrutura que dê conforto,](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042800/5a74f3e87f8b9ad22a8c3c60/html5/thumbnails/113.jpg)
113
SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
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114
SERRA DE SÃO VICENTE – EXECUÇÃO DA OBRA – 2º SEGMENTO
![Page 115: Pavimentação com Sustentabilidade PREMISSAS DE · PDF file3 Fundamento da mecânica dos pavimentos e da ciência dos pavimentos rígidos Projetar uma estrutura que dê conforto,](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042800/5a74f3e87f8b9ad22a8c3c60/html5/thumbnails/115.jpg)
115
SERRA DE SÃO VICENTE - WHITETOPPING – VISTA GERAL
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116
SERRA DE SÃO VICENTE - WHITETOPPING – PAVIMENTO EM SERVIÇO
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117
SERRA DE SÃO VICENTE - WHITETOPPING – PAVIMENTO EM SERVIÇO
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118
Through the years, since 1923,
pavement design has gradualy, but
steadily transformed to be closer to a
science than an art. Analytical models
have vastly improved and are still
improving and extensive data banks on
pavement performance are finally
being built.
American Concrete Pavement Association (ACPA) – Pavement
History
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119
Even so, successful pavement design
will always largely depend on the
good judgement and experience of
the designer
American Concrete Pavement Association (ACPA) – Pavement
History
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120 RODOANEL MÁRIO COVAS
Pavimento de Concreto Feito para durar
Uma tendência mundial
Uma Realidade Nacional