1

Consiste em:

– calcular as espessuras das camadas– especificar as características dos materiais dessas camadas

por forma a limitar, durante a vida de projecto, a ocorrência dedegradações.

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

Tráfego

4

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

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

5

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

6

Quadro 2.5 – Factores de agressividade do tráfego

Quadro 2.6 – Elementos relativos ao tráfego

7

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

tC

p

×−+

=11

Factor de crescimento de tráfego:

8

Condições climáticas

• Temperatura• Pluviosidade

NF

ww

w

Pavimento

Fundação

Precipitação

W – entrada de água

Ex:Ex:

9

Método da Shell

10

Quadro 4.1 – Classes de fundação

Quadro 4.2 – Classes de terrenos de fundação

Fundação

11

Quadro 4.3 – Características das classes de terrenos de fundação

12

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)

13

Materiais:

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

Estruturas tipo

14

Relações gravimétricas:

ba MMM +=

%100M

MP b

b ×=

%100M

MP a

a ×=

%100PP ba =+

Composição das misturas betuminosas

Relações volumétricas:

%100V'V

V aa ×=

%100V'V

V bb ×=

%100V'V

V vv ×=

%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

Materiais de pavimentação

15

Método da Shell

fmg EkE =

422,0 45,0 <<= khk mg

Emg – módulo de deformabilidade da camada granularEf – módulo de deformabilidade da fundaçãohmg – espessura da base, em mm

Materiais granulares

Misturas betuminosas

( )5Pr718,2368,0710157,1 TABrTItbS −×−×−×−×=

)segundos()h/km(velocidade

1t =

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

n

v

vbm C

Cn

SE

−

×+=1

5,21

nSb

=×

0 83

4 104

, log

bVaVaV

vC+

=

1,120TPlog50

T20Plog5001951IP

r

r

ABr

ABrr −−

−−=

16

Método da Shell

Determinação do módulo de rigidez do betume

17

Determinação do módulo de rigidez da mistura betuminosa

Método da Shell

18

Características de deformabilidadedos materiais granulares

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)

Método da JAE

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)

19

r

p

h1, E1, ν1

h2, E2, ν2

En, νn

Camadas elásticas

Simetria de revolução

σz

σrσθ

Interface:aderênciaoudeslizamento

Modelo de Burmister

Método das camadas finitas

Análise estrutural

Ex: Programa ELSYM5 (Universidade de Berkeley)

20

Método dos elementos finitos

r(m)0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

0

1.00

2.00

3.00

z (m)

Modelo bidimensional

Modelo tridimensional

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

22

Camada betuminosa

Camada granular

Solo de fundação

E = 6 000 MPa; ν = 0,40

E = 250 MPa; ν = 0,35

E = 70 MPa; ν = 0,35

x

zy

12 cm

30 cm

32,5 kN32,5 kN

662 kPa662 kPa

25 cm 25 cm12,5 cm

Camada betuminosa

Camada granular

Solo de fundação

E = 6 000 MPa; ν = 0,40

E = 250 MPa; ν = 0,35

E = 70 MPa; ν = 0,35

x

zy

12 cm

30 cm

32,5 kN32,5 kN

662 kPa662 kPa

25 cm 25 cm12,5 cm

1 999 EXEMPLO DO MANUAL 3 2 2 2 1 0.120 .40 6000000. FF 2 0.300 .35 250000. FF 3 0.000 .35 70000. FF 32.5 662.0 0.0 0.188 0.000 -0.188 0.000 0.000 0.000 0.188 0.000 0.119 0.430

23

1 ELSYM5 5/80 - 3A ELASTIC LAYERED SYSTEM WITH ONE TO TEN NORMAL IDENTICAL CIRCULAR UNIFORM LOAD(S) 0 ELASTIC SYSTEM 1 - 0 Z= .43 LAYER NO 3 0 X= .00 .19 Y= .00 .00 0 NORMAL STRESSES SXX .2081E+00 -.5572E+00 SYY .2863E+01 .2596E+01 SZZ -.4119E+02 -.3782E+02 0 SHEAR STRESSES SXY .0000E+00 .0000E+00 SXZ .0000E+00 -.6673E+01 SYZ .0000E+00 .0000E+00 0 PRINCIPAL STRESSES PS 1 .2863E+01 .2596E+01 PS 2 .2081E+00 .6017E+00 PS 3 -.4119E+02 -.3898E+02 0 PRINCIPAL SHEAR STRESSES PSS1 .2203E+02 .2079E+02 PSS2 .1327E+01 .9971E+00 PSS3 .2070E+02 .1979E+02 0 DISPLACEMENTS UX .0000E+00 .3498E-04 UY .0000E+00 .0000E+00 UZ .5259E-03 .5074E-03 0 NORMAL STRAINS EXX .1946E-03 .1682E-03 EYY .2458E-03 .2290E-03 EZZ -.6038E-03 -.5505E-03 0 SHEAR STRAINS EXY .0000E+00 .0000E+00 EXZ .0000E+00 -.2574E-03 EYZ .0000E+00 .0000E+00 0 PRINCIPAL STRAINS PE 1 .2458E-03 .2290E-03 PE 2 .1946E-03 .1905E-03

24

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

25

Critérios de dimensionamento:

• 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 carga

a, b – parâmetros característicos dos materiais

bNa=ε

log N

log ε

Modelos de degradação:

26

Tempo

Curva de fadiga

Ni Nj

σi

σj

Fendilhamento por fadiga

bj Na=σ

Nlog1i

j β+=σ

σ

ou

27

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

28

Fendilhamento por fadiga dos materiais betuminosos

Método da Shell

29

Objectivos

• Apoiar a programação das acções de conservação

• Verificar e aperfeiçoar os métodos de dimensionamento

• Fornecer dados para a melhoria das técnicas de construção e conservação

• Fornecer dados para o desenvolvimento de modelos de previsão do comportamento dos pavimentos

Fases

1. Observação (auscultação)2. Análise dos dados observados

Avaliação das característicasdos pavimentos

30

Parâmetros de estudo e tipo de avaliação

**Atrito

****Irregularidade

(longitudinal e transversal)

***Degradações superficiais

***Deflexão

FuncionalEstrutural

Tipo de avaliaçãoParâmetros de estado

*** muito importante** importante* pouco importante

• Avaliação estrutural

• Definir o estado da estrutura do pavimento tendo em conta o tráfego passado e as condições climáticas

• Avaliação funcional

• Definir a qualidade do pavimento, face às exigências dos utentes da estrada (conforto, segurança, economia)

31

Ensaios de carga não destrutivos:

• Carga rolante• Carga estacionária:

(carga aplicada ao pavimento num dado local fixo)

• Cargas estáticas• Cargas dinâmicas

Avaliação das características estruturais

Avaliação das características superficiais

• Degradações superficiais• Irregularidade longitudinal• Irregularidade transversal• Atrito

32

Ensaio de cargaDeflectómetro de impacto

(FWD – “Falling Weight Deflectometer)

33

30 cm45 cm

60 cm90 cm

150 cm250 cm

F

Transdutor de deslocamentoPlaca de ensaio

D0

Def

lexã

o

Fundação

Misturas betuminosas

Materiais granulares

Princípio do ensaio

Ensaio de cargaDeflectómetro de impacto