Este documento discute o dimensionamento de pavimentos e inclui: 1) Métodos para calcular as espessuras das camadas de pavimento considerando fatores como tráfego, condições climáticas e propriedades dos materiais. 2) Análise estrutural dos pavimentos usando métodos como camadas finitas e elementos finitos. 3) Critérios para dimensionamento considerando fadiga e deformações permanentes.

1. 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 de
degradações.
Dimensionamento de pavimentos
Recolha de dados
Concepção do pavimento
Modelo de comportamento
estrutural. Cálculoσ/ε.
Análise dos modos de
degradação.
Avaliação de resistência Critérios de dimensionamento
Alterar geometria
Alterar materiais
Não
Sim
Análise do projecto
σ, ε
satisfaz critério?

2. 2
Manual de Concepção de Pavimentos
para a Rede Rodoviária Nacional (JAE, 1995)
Recolha e sistematização dos dados
Definição das estruturas de pavimento
possíveis

3. 3
Tráfego

4. 4
Veículo pesado:
Veículo de peso bruto igual ou superior a 3 tf
Classes:
F, G, H, I, J e K (IEP)

5. 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. 6
Quadro 2.5 – Factores de agressividade do tráfego
Quadro 2.6 – Elementos relativos ao tráfego

7. 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)
p
C
TMDA
NAVP p ×
×
×
= )
(
365
( )
t
p
t
C
p
×
−
+
=
1
1
Factor de crescimento de tráfego:

8. 8
Condições climáticas
• Temperatura
• Pluviosidade
NF
w
w
w
Pavimento
Fundação
Precipitação
W – entrada de água
Ex:
Ex:

9. 9
Método da Shell

10. 10
Quadro 4.1 – Classes de fundação
Quadro 4.2 – Classes de terrenos de fundação
Fundação

11. 11
Quadro 4.3 – Características das classes de terrenos de fundação

12. 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. 13
Materiais:
BD – betão betuminoso em camada de desgaste
MB – macadame betuminoso em camada de regularização
MBD – mistura betuminosa densa em camada de
regularização
SbG – material britado sem recomposição (tout-venant)
aplicado em camada de sub-base
Estruturas tipo

14. 14
Relações gravimétricas:
b
a M
M
M +
=
%
100
M
M
P b
b ×
=
%
100
M
M
P a
a ×
=
%
100
P
P b
a =
+
Composição das misturas betuminosas
Relações volumétricas:
%
100
V
'
V
V a
a ×
=
%
100
V
'
V
V b
b ×
=
%
100
V
'
V
V v
v ×
=
%
100
V
V
V v
b
a =
+
+
Ma – massa do agregado
Mb – massa do betume
V’a – volume do agregado
V’b – volume do betume efectivo
V’ba – volume do betume absorvido
V’v – volume dos vazios
V
M
V’a + V’ba
V’v
V’b
Mb
Ma
Materiais de pavimentação

15. 15
Método da Shell
f
mg E
k
E =
4
2
2
,
0 45
,
0
<
<
= k
h
k mg
Emg – módulo de deformabilidade da camada granular
Ef – módulo de deformabilidade da fundação
hmg – espessura da base, em mm
Materiais granulares
Misturas betuminosas
( )5
Pr
718
,
2
368
,
0
7
10
157
,
1 T
ABr
T
I
t
b
S −
×
−
×
−
×
−
×
=
)
segundos
(
)
h
/
km
(
velocidade
1
t =
P P
r i
= 0 65
, T P
ABr r
= −
98 4 26 4
, , log
n
v
v
b
m
C
C
n
S
E 







−
×
+
=
1
5
,
2
1
n
Sb
=
×






0 83
4 104
, log
b
V
a
V
a
V
v
C
+
=
1
,
120
T
P
log
50
T
20
P
log
500
1951
IP
r
r
AB
r
AB
r
r
−
−
−
−
=

16. 16
Método da Shell
Determinação do módulo de rigidez do betume

17. 17
Determinação do módulo de rigidez da mistura betuminosa
Método da Shell

18. 18
Características de deformabilidade
dos materiais granulares
0,40
≈ 1,2 × E camada inferior
SS
0,35
≈ 1,5 × E camada inferior
GN
0,35
≈ 2 × E camada inferior
SbG
0,35
≈ 2 × E camada inferior
BG
0,35
≈ 2,5 × E camada inferior
BGr
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. 19
r
p
h1, E1, ν1
h2, E2, ν2
En, νn
Camadas elásticas
Simetria de
revolução
σz
σr
σθ
Interface:
aderência
ou
deslizamento
Modelo de Burmister
Método das camadas finitas
Análise estrutural
Ex: Programa ELSYM5 (Universidade de Berkeley)

20. 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. 21
Eixo padrão de 80 kN
226 mm 150 mm 226 mm
Carga F = 20 kN
Pressão de contacto σ = 500 kPa
250 mm 125 mm 250 mm
Carga F = 32,5 kN
Pressão de contacto σ = 662 kPa
Eixo padrão de 130 kN
F F F F
σ σ σ σ
Representação das acções

22. 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
z
y
12 cm
30 cm
32,5 kN
32,5 kN
662 kPa
662 kPa
25 cm 25 cm
12,5 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
z
y
12 cm
30 cm
32,5 kN
32,5 kN
662 kPa
662 kPa
25 cm 25 cm
12,5 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. 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. 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. 25
Critérios de dimensionamento:
• Fadiga das misturas betuminosas
Extensão horizontal de tracção et na base das camadas
betuminosas
• Deformações permanentes
Extensão vertical de compressão ez no topo dos solos de fundação
ε – valor da extensão
εt - 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
b
N
a
=
ε
log N
log ε
Modelos de degradação:

26. 26
Tempo
Curva de fadiga
Ni
Nj
σi
σj
Fendilhamento por fadiga
b
j N
a
=
σ
N
log
1
i
j
β
+
=
σ
σ
ou

27. 27
Fendilhamento por fadiga
Deformações permanentes
( ) 2
,
0
36
,
0
08
,
1
856
,
0 −
−
×
×
+
= N
S
V mist
b
t
ε
Smist – módulo de rigidez da mistura betuminosa (N/m2)
Vb – teor volumétrico em betume (%)
b
z N
a
=
ε
-0,25
b
1,8
2,1
a
(×10-2)
95%
85%
Fiabilidade
Método da Shell

28. 28
Fendilhamento por fadiga dos materiais betuminosos
Método da Shell

29. 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 características
dos pavimentos

30. 30
Parâmetros de estudo e tipo de avaliação
**
Atrito
***
*
Irregularidade
(longitudinal e transversal)
*
**
Degradações superficiais
***
Deflexão
Funcional
Estrutural
Tipo de avaliação
Parâmetros 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. 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. 32
Ensaio de carga
Deflectómetro de impacto
(FWD – “Falling Weight Deflectometer)

33. 33
30 cm
45 cm
60 cm
90 cm
150 cm
250 cm
F
Transdutor de deslocamento
Placa de ensaio
D0
Deflexão
Fundação
Misturas betuminosas
Materiais granulares
Princípio do ensaio
Ensaio de carga
Deflectómetro de impacto