1

Dimensionamento de pavimentos

Recolha de dadosConcepção do pavimento

Modelo de comportamentoestrutural. Cálculoσ/ε.

Análise dos modos dedegradação.

Avaliação de resistência Critérios de dimensionamento

Alterar geometriaAlterar materiais

Não

Sim

Análise do projecto

σ, εsatisfaz critério?

2

Manual de Concepção de Pavimentospara a Rede Rodoviária Nacional (JAE, 1995)

Recolha e sistematização dos dados

Definição das estruturas de pavimento possíveis

3

Veículo pesado:Veículo de peso bruto igual ou superior a 3 tf

Classes:F, G, H, I, J e K (IEP)

Tráfego

4

Quadro 2.1 – Classes de tráfego

Quadro 2.2 – Percentagem de tráfego na via mais solicitada

(TMDA)p – tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido e na via mais solicitada

(TMDA)p – tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido e na via mais solicitada

Quadro 2.3 – Período de dimensionamento

Quadro 2.4 – Taxa média de crescimento anual

5

Quadro 2.5 – Factores de agressividade do tráfego

Quadro 2.6 – Elementos relativos ao tráfego

6

Consideração do tráfego no dimensionamento

Estudo de tráfego TMDA

Tráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de abertura, por sentido de

circulação, na via mais solicitada (TMDA)p

Número acumulado de veículos pesados NAVP

Período de dimensionamento (p)Taxa média de crescimento anual (t)

Número acumulado de passagens do eixo padrão Ndim = α NAVP

Percentagem de pesados

Factor de agressividade (α)

pCTMDANAVP p ×××= )(365

( )tp

tCp

×−+

=11

Factor de crescimento de tráfego:

7

Temperatura - Método da Shell

8

Quadro 4.1 – Classes de fundação

Quadro 4.2 – Classes de terrenos de fundação

Fundação do pavimento

9

Quadro 4.3 – Características das classes de terrenos de fundação

10

Quadro 4.5 – Classes de solos tratados

Quadro 4.6 – Camada de leito em materiais não ligados

Quadro 4.7 – Camada de leito em materiais tratados com ligantes hidráulicos

(As espessuras são dadas em cm)

11

Materiais:

BD – betão betuminoso em camada de desgasteMB – macadame betuminoso em camada de regularizaçãoMBD – mistura betuminosa densa em camada de regularizaçãoBG – material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de baseSbG – material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de sub-base

12

Relações gravimétricas:

ba MMM +=

%100M

MP bb ×=

%100M

MP aa ×=

%100PP ba =+

Composição das misturas betuminosas

Relações volumétricas:

%100V'VV a

a ×=

%100V'VV b

b ×=

%100V'VV v

v ×=

%100VVV vba =++

Ma – massa do agregadoMb – massa do betumeV’a – volume do agregadoV’b – volume do betume efectivoV’ba – volume do betume absorvidoV’v – volume dos vazios

VM

V’a + V’ba

V’v

V’bMb

Ma

13

Características de deformabilidade

σ

σ

E

Modelo de Hookeelástico

σ

ε

E1

Eσε =

Modelo de Newtonviscoso

σ

K

σ

εεp

Kσε =

•

σ’ σ’

K=3η

BetumesModelos reológicos

14

Características de deformabilidade

Modelo de Maxwellvisco-elástico

Km

σ

Em

σ

εεp

σ’

KEσσε +=

•• 1

BetumesModelos reológicos

15

Características de deformabilidade

Misturas betuminosas

σ

σ

EK

Modelo de Kelvin

KKKK KE•

+= εεσ

KK

Modelos reológicos

16

Características de deformabilidade

Misturas betuminosas

Modelo de Maxwell + Modelo de Kelvin

Km

σ

Em

σ

EK KK

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−++=

− tKE

Kmm

K

K

eE

tKE

1σσσε

Extensão elástica (εr)Extensão elástica retardadaExtensão viscosa (εp)

Modelos reológicos

17

Características de deformabilidade

Misturas betuminosas

F

tempo

σ

tempo

ε

εr

εr

εp

Extensão elásticaretardada

carga descarga

AF

=σ

18

nn EkE =+1

422,0 45,0 <<= khk mg

En+1 – módulo de deformabilidade da camada superior n+1En – módulo de deformabilidade da camada inferior nhmg – espessura da base, em mm

Materiais granulares

Misturas betuminosas

( )5Pr368,07 718,210157,1 TTtE ABrI

b −××××= −−−

)segundos()h/km(velocidade

1t =

P Pr i= 0 65, T PABr r= −98 4 26 4, , log

n

v

vbmb C

Cn

EE ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

×+=1

5,21

nSb

=×⎛

⎝⎜

⎞⎠⎟0 83 4 104

, log

bVaVaV

vC+

=

1,120TPlog50T20Plog5001951

IPr

r

ABr

ABrr −−

−−=

Características de deformabilidadeMétodo da Shell

19

Características de deformabilidadeMétodo da JAE

0,40≈ 1,2 × E camada inferiorSS

0,35≈ 1,5 × E camada inferiorGN

0,35≈ 2 × E camada inferiorSbG

0,35≈ 2 × E camada inferiorBG

0,35≈ 2,5 × E camada inferiorBGr

Coeficiente de Poisson (ν)Módulo de deformabilidade (E)Código

Quadro 5.2 do Manual de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional (JAE, 1995)

Materiais granulares

Tipologias:

• Material britado recomposto em central (BGr)

• Material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de base (BG)

• Material britado sem recomposição (tout-venant) aplicado em camada de sub-base (SbG)

• Material não britado (GN)

• Solo seleccionado (SS)

20

r

p

h1, E1, ν1

h2, E2, ν2

En, νn

Camadas elásticas

Simetria de revolução

σz

σrσθ

Interface:aderênciaoudeslizamento

Modelo de BurmisterMétodo das camadas finitas

Análise estrutural

Ex: Programa ELSYM5 (Universidade de Berkeley)

21

Eixo padrão de 80 kN

226 mm 150 mm 226 mm

Carga F = 20 kNPressão de contacto σ = 500 kPa

250 mm 125 mm 250 mm

Carga F = 32,5 kNPressão de contacto σ = 662 kPa

Eixo padrão de 130 kN

F F F F

σ σ σ σ

Representação das acções

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A passagem repetida dos veículos nos pavimentos conduz a dois tipos de extensões nos solos de fundação e nas misturas betuminosas:

– extensões reversíveis que se traduzirão em esforços de tracção na base das camadas betuminosas responsáveis pelo fenómeno de fadiga e, consequentemente, pela degradação por fendilhamento

– extensões permanentes que evoluem no tempo com a passagem do tráfego e contribuem para o aumento da profundidade das rodeiras

Pavimentos flexíveis

Critérios de dimensionamento

23

Estados limites de ruína:

• Fadiga das misturas betuminosasExtensão horizontal de tracção et na base das camadas betuminosas

• Deformações permanentesExtensão vertical de compressão ez no topo dos solos de fundação

ε – valor da extensãoεt - extensão horizontal de tracção na base das camadas

betuminosas (fendilhamento por fadiga)εz - extensão vertical de compressão no topo dos solos de

fundação (deformações permanentes)

N – número de aplicações de cargaa, b – parâmetros característicos dos materiais

bNa=ε

log N

log ε

Modelos de degradação:

Critérios de dimensionamento

24

Fendilhamento por fadiga

Deformações permanentes

( ) 2,036,008,1856,0 −− ××+= NSV mistbtε

Smist – módulo de rigidez da mistura betuminosa (N/m2)Vb – teor volumétrico em betume (%)

bz Na=ε

-0,25b

1,82,1a

(×10-2)

95%85% Fiabilidade

Método da Shell

Critérios de dimensionamento