Obras de Terra - Estradas

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ESTRADAS
O PAVIMENTO RODOVIÁRIO
 Em obras de engenharia civil como construções de rodovias, aeroportos, ruas etc, a superestrutura é constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas, assente sobre o terreno de fundação, considerado como semi-espaço infinito e designado como sub-leito (SENÇO, 1997). 
Segundo SANTANA (1993), Pavimento é uma estrutura construída sobre a superfície obtida pelos serviços de terraplanagem com a função principal de fornecer ao usuário segurança e conforto, que devem ser conseguidos sob o ponto de vista da engenharia, isto é, com a máxima qualidade e o mínimo custo. 
Para SOUZA (1980), Pavimento é uma estrutura construída após a terraplanagem por meio de camadas de vários materiais de diferentes características de resistência e deformabilidade.
 Esta estrutura assim constituída apresenta um elevado grau de complexidade no que se refere ao cálculo das tensões e deformações. 
Funções do pavimento
Segundo a NBR-7207/82 da ABNT tem-se a seguinte definição:
 "O pavimento é uma estrutura construída após terraplenagem e destinada, econômica e simultaneamente, em seu conjunto, a:
Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego;
Melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança;
Resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento."
Aspectos funcionais do pavimento
Quando o pavimento é solicitado por uma carga de veículo Q, que se desloca com uma velocidade V, recebe uma tensão vertical σo (de compressão) e uma tensão horizontal τo (de cisalhamento), conforme figura 01 (SANTANA, 1993).
A variadas camadas componentes da estrutura do pavimento também terão a função de diluir a tensão vertical aplicada na superfície, de tal forma que o sub-leito receba uma parcela bem menor desta tensão superficial (p1).
A tensão horizontal aplicada na superfície exige que esta tenha uma coesão mínima.
Classificação dos pavimentos
Pavimentos flexíveis: São aqueles constituídos por camadas que não trabalham à tração. 
Normalmente são constituídos de revestimento betuminoso delgado sobre camadas puramente granulares.
 A capacidade de suporte é função das características de distribuição de cargas por um sistema de camadas superpostas, onde as de melhor qualidade encontram-se mais próximas da carga aplicada. 
No dimensionamento tradicional são consideradas as características geotécnicas dos materiais a serem usados, e a definição da espessura das várias camadas depende do valor da CBR e do mínimo de solicitação de um eixo padrão(8,2 ton.). 
Pavimentos rígidos:
 São constituídos por camadas que trabalham essencialmente à tração. 
Seu dimensionamento é baseado nas propriedades resistentes de placas de concreto de cimento Portland, as quais são apoiadas em uma camada de transição, a sub-base. 
A determinação da espessura é conseguida a partir da resistência à tração do concreto e são feitas considerações em relação à fadiga, coeficiente de reação do sub-leito e cargas aplicadas. São pouco deformáveis com uma vida útil maior. O dimensionamento do pavimento flexível é comandado pela resistência do sub-leito e do pavimento rígido pela resistência do próprio pavimento.
Seção característica pode ser visto na figura 03.
Pavimentos semi-rígidos (semi-flexíveis):
 Situação intermediária entre os pavimentos rígidos e flexíveis. É o caso das misturas solo-cimento, solo-cal, solo-betume dentre outras, que apresentam razoável resistência à tração. 
Para (MEDINA, 1997), consideram-se tradicionalmente duas categorias de pavimentos: 
Pavimento flexível: constituído por um revestimento betuminoso sobre uma base granular ou de solo estabilizado granulometricamente.
Pavimento rígido: construído por placas de concreto (raramente é armado) assentes sobre o solo de fundação ou Sub-base intermediária.
Quando se tem uma base cimentada sob o revestimento betuminoso, o pavimento é dito semi-rígido. 
O pavimento reforçado de concreto asfáltico sobre placa de concreto é considerado como pavimento composto.
Segundo MEDINA (1997), perde-se o sentido a definição das camadas quanto às suas funções específicas e distintas umas das outras, à medida que se passou a analisar o pavimento como um sistema de camadas e a calcular as tensões e deformações.
 A partir daí começou-se a considerar a absorção dos esforços de tração pelas camadas de rigidez como o concreto asfáltico.
 Ainda, segundo MEDINA (1997), “A mecânica dos pavimentos é uma disciplina da engenharia civil que estuda os pavimentos como sistemas em camadas e sujeitos a cargas dos veículos.
Faz-se o cálculo de tensões, deformações e deslocamentos, conhecidos os parâmetros de deformabilidade, geralmente com a utilização de programas de computação. Verifica-se o número de aplicações de carga que leva o revestimento asfáltico ou a camada cimentada à ruptura por fadiga” (figura 04)
Nomenclatura da seção transversal
 A nomenclatura descrita a seguir refere-se às camadas a aos componentes principais que aparecem numa seção típica de pavimentos flexíveis e rígidos.
Sub-leito: É o terreno de fundação onde será apoiado todo o pavimento. 
Deve ser considerado e estudado até as profundidades em que atuam significativamente as cargas impostas pelo tráfego (de 60 a 1,50 m de profundidade). 
Se o CBR do sub-leito for <2% , ele deve ser substituído por um material melhor, (2%<CBR<20) até pelo menos 1,00 metro.
Se o CBR do material do sub-leito for >20% , pode ser usado como sub-base. 
O que é um ensaio de CBR?
O ensaio CBR (California Bearing Ratio) ou ensaio ISC (Índice de suporte Califórnia) consiste em um método para avaliar a resistência do solo a penetração de um cilindro padronizado com relação a penetração em uma brita padrão, ou seja, compara as propriedades mecânicas deste solo a uma brita padrão.
 Os resultados são apresentados de maneira percentual sendo por exemplo um valor de CBR ou ISC de 15% significa que a resistência a penetração do solo testado é de 15% do valor da brita padronizada.
Prensa ensaio CBR Manual e Elétrica Automática
Para a realização do ensaio CBR é necessário utilizar a prensa para ensaio CBR que são encontrados em dois modelos principais sendo a Prensa CBR Manual e a Prensa CBR Elétrica Automática.
Leito: 
É a superfície do sub-leito (em área) obtida pela terraplanagem ou obra de arte e conformada ao greide e seção transversal.
Regularização do sub-leito (nivelamento): 
É a operação destinada a conformar o leito, transversal e longitudinalmente. Poderá ou não existir, dependendo das condições do leito. Compreende cortes ou aterros até 20 cm de espessura. 
Reforço do sub-leito: 
É a camada de espessura constante transversalmente e variável longitudinalmente, de acordo com o dimensionamento do pavimento, fazendo parte integrante deste e que, por circunstâncias técnico econômicas, será executada sobre o sub-leito regularizado.
 Serve para melhorar as qualidades do sub-leito e regularizar a espessura da sub-base.
Sub-base: 
Camada complementar à base. Deve ser usada quando não for aconselhável executar a base diretamente sobre o leito regularizado ou sobre o reforço, por circunstâncias técnico-econômicas. Pode ser usado para regularizar a espessura da base.
Base: Camada destinada a resistir e distribuir ao sub-leito, os esforços oriundos do tráfego e sobre a qual se construirá o revestimento.
Revestimento: É camada, tanto quanto possível impermeável, que recebe diretamente a ação do rolamento dos veículos e destinada econômica e simultaneamente: - a melhorar as condições do rolamento quanto à comodidade e segurança; - a resistir aos esforços horizontais que nele atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento. Deve ser resistente ao desgaste. Também chamada de capa ou camada de desgaste.
Acostamento: 
Parte da plataforma contígua à pista de rolamentos, destinado ao estacionamento de veículos, ao transito em caso de emergência e ao suporte lateral do pavimento.Nos pavimentos rígidos também são feitas as operações de regularização do sub-leito e reforço, quando necessário.
 A camada de sub-base tem o objetivo de evitar o bombeamento dos solos do sub-leito. 
A placa de concreto de cimento tem a função de servir ao mesmo tempo como base e revestimento.
Estudos geotécnicos
 É a parte do projeto que analisa o comportamento dos elementos do solo no que se refere diretamente à obra. Os estudos geotécnicos, de um modo gerral podem ser assim divididos:
AEROPORTOS
O subleito do pavimento para pista de aeroportos
Com base nos ábacos de dimensionamentos de pavimento do método da
Federal Aviation Administration (FAA) AC/150/5320-6D (7/7/95), e do método de dimensionamento pelo CBR citado por HORONJEFF(1966), o CBR do subleito do pavimento de pistas de aeroportos deverá ser maior ou igual que 3%.
De acordo com HORONJEFF(1966), para evitar defeitos no pavimento da pista do aeroporto, tais como as deformações permanentes no pavimento resultantes da aplicação de cargas repetidas, é necessário uma compactação do subleito e das camadas consecutivas sobre o subleito. 
A Federal Aviation Administration (FAA) AC/150/5320-6D (7/7/95) recomenda uma profundidade mínima de compactação dos solos do subleito, a qual é contada a partir da superfície do subleito. 
A Tabela 3.1 mostra a profundidade mínima de compactação do solo do
subleito, a qual é recomendada pela Federal Aviation Administration (FAA)
AC/150/5320-6D (7/7/95), com base:
No peso bruto da aeronave que operará sobre o pavimento;
b) No tipo de solo, que pode ser coesivo ou não coesivo; e
c) No grau de compactação na Energia Modificada de Proctor (U.S. Corps of
Engineers apud HORONJEFF, 1966)
Compactação de Solos - O Ensaio e as Energias de Compactação.
O ensaio de compactação, hoje em dia, é conhecido como Ensaio normal de Proctor (ou AASHTO Normal). Essa metodologia foi desenvolvida pelo engenheiro Ralph Proctor em 1933, sendo normatizada nos Estados Unidos pela A.A.S.H.O - American Association of State Highway Officials e no Brasil sua execução segue a norma ABNT NBR 7182/1986 - Ensaios de Compactação. 
É um dos mais importantes procedimentos de estudo e controle de qualidade de aterros de solo compactado. 
Através dele é possível obter a densidade máxima do maciço terroso, condição que otimiza o empreendimento com relação ao custo e ao desempenho estrutural e hidráulico.
 Consiste em se compactar uma amostra dentro de um recipiente cilíndrico, com aproximadamente 1.000 cm³, em 3 camadas sucessivas, sob a ação de 25 golpes de um soquete pesando 2,5 kg, caindo de 30,5 cm de altura.
Exigências, em termos de espessura e grau de compactação, para compactação de solos considerados de subleito de pavimentos flexíveis de pista de aeroportos, a partir da superfície do subleito natural (FAA - AC/150/5320-6D - 7/7/95)
ASHFORD e WRIGHT (1979) apontam alguns materiais, que podem ser utilizados em bases de pavimentos de aeroportos, tais como bases de:
Macadame hidráulico, com CBR > 100%; 
Macadame seco, com CBR > 100%;
Brita graduada, com CBR > 100%; e 
Agregado estabilizado (com cimento ou outros), com CBR > 80%.
Os resultados dos ensaios, são variáveis de acordo com a textura (granulometria) do solo e da constituição mineral de suas partículas, tornando-se difícil a previsão do CBR. 
Podemos entretanto afirmar que os siltes e outros solos expansíveis, apresentam baixos valores de CBR, inferiores a 6%, enquanto que solos finos em geral, incluindo solos arenosos, apresentam valores de CBR entre 8% e 20%.
 Já os solos grossos, como pedregulhos e as britas graduadas, situam-se em patamares de 50% a 100%, podendo atingir valores mais elevados.
O macadame hidráulico é o pavimento constituído por uma ou mais camadas de agregados graúdos, geralmente com diâmetros variando de 0,5 polegadas a 3,5 polegadas. São compactadas e têm seus vazios preenchidos com agregado de enchimento. Nesse caso, a água é utilizada como lubrificante. O macadame seco tem o mesmo princípio do hidráulico, porém sem a utilização de água como lubrificante.
O tratamento dessa matéria-prima é feito em pedreiras – muitas delas, comerciais, que identificam sua brita 4 de "macadame"
Macadame seco é a camada granular composta por agregados graúdos, naturais ou britados, preenchidos a seco por agregados miúdos, cuja estabilidade é obtida pela ação mecânica enérgica de compactação.
BGS significa Brita Graduada Simples.
É uma mistura em usina, de produtos de britagem de rocha são o que, nas proporções adequadas, resulta no enquadramento em uma faixa granulométrica contínua que, corretamente compactada, resulta em um produto final com propriedades adequadas de estabilidade e durabilidade.
(definição do DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes)
Solo-agregado e materiais estabilizados granulometricamente 
Solos-agregados são misturas naturais ou preparadas de britas, pedregulhos ou areia predominantemente, contendo silte e argila – material natural (solo) que passa na peneira no 200 (AASHTO M 146-70, 1986
Camada asfáltica do pavimento da pista do aeroporto
A camada asfáltica do pavimento da pista do aeroporto de rolamento deve:
a) Evitar a penetração da água na base do pavimento;
b) Prover uma superfície macia e bem aderida (ou com partículas bem ligadas) livre de partículas soltas, as quais podem por em perigo o avião ou as pessoas;
c) Resistir às tensões de cisalhamento causadas pelo carregamento da aeronave;
d) Fornecer uma textura antiderrapante; e
e) Não deve causar prejuízos aos pneus da aeronave
Trens de pouso de aeronaves
 O conhecimento dos tipos de trens de pouso das aeronaves é indispensável para realização do dimensionamento de pavimentos de pistas de aeroportos. 
A evolução dinâmica que é comum para maioria das estruturas de engenharia, também ocorre nos trens de pouso, ao longo dos anos, por isso existem diferentes tipos de trens de pouso para os diferentes tipos de aeronaves. 
O trem de pouso principal de uma aeronave é aquele que absorve a maior parte do carregamento da aeronave.
Áreas criticas e áreas não criticas
De acordo com Delatte (2008) a Federal Aviation Administration (FAA) define
as áreas críticas e não críticas do pavimento da pista do aeroporto do seguinte modo:
A área crítica (critical areas) inclui o pavimento da pista de trânsito (ou rodagem, ou taxiamento) da aeronave dentro do aeroporto, e também a parte central do pavimento da pista do aeroporto, que serve para decolagens e aterrissagens.
A área não crítica (noncritical areas) inclui as bordas ou as extremidades do
pavimento da pista do aeroporto, que serve para decolagens e aterrissagens. Naárea não crítica a espessura do pavimento pode ser reduzida em 10%.
A vida de projeto de um pavimento projetado pelo método da FAA é cerca de 20 anos.
Roteiro básico de dimensionamento pelo método da Federal Aviation Administration 
Os principais passos para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeroportos pelo método da Federal Aviation Administration (FAA) são os que se seguem:
Determinar o volume de tráfego anual de decolagens, ou Departures ou partidas das aeronaves, que utilizarão o pavimento da pista do aeroporto;
Determinar o Peso Máximo de Decolagem da Aeronave, ou Gross Aircraft Weight ou peso bruto da aeronave (libras) das aeronaves, que utilizarão o pavimento do aeroporto;
 Determinar a configuração do trem de pouso das aeronaves, que utilizarão o pavimento da pista do aeroporto;
 Determinar a Capacidade de Suporte do subleito ou Índice de Suporte Califórnia (CBR) do solo subleito do pavimento do futuro aeroporto;
Determinar a Capacidade de Suporte do material da subbase ou Índice de Suporte Califórnia (CBR) da subbase do pavimento do futuro aeroporto;
 Utilizar os ábacos de dimensionamento da Federal Aviation Administration (FAA), e determinar a espessura total de pavimento para cada aeronave, que utilizará a pista do aeroporto;
Determinar a maior espessura de pavimento,com base nas várias aeronaves, que utilizarão o pavimento da pista do aeroporto;
 Determinar o Fator de Trem de Pouso (FTP) de cada aeronave, que utilizará o pavimento da pista do aeroporto, em relação ao trem de pouso da aeronave principal de projeto (ou aeronave para a qual se obteve a maior espessura de pavimento).