2020_CAVA_Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuários Além da Inércia

Prévia do material em texto

DE N U N C I A R E ST E A N Ú N C I O
Anúncios
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuários
15 DE JUNHO DE 2020 POR FELIPE CAVA — 3 COMENTÁRIOS
Figura 1 – Trem de Pouso Tandem Triplo. Fonte da Figura: Airway (2015)
Até os dias de hoje o ensaio CBR é um dos mais utilizados para caracterização do material de
subleito ou de camadas granulares de pavimentos. O ensaio CBR consiste de uma
comparação da pressão aplicada por um pistão padronizado para penetração em um material
Além da Inércia
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
1 of 12 24/06/2022 19:19
https://alemdainercia.com/author/felipecava/
https://alemdainercia.com/author/felipecava/
https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensionamento-de-pavimentos-aeroportuarios/?noamp=mobile#comments
https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensionamento-de-pavimentos-aeroportuarios/?noamp=mobile#comments
https://s.pubmine.com/click4/3055b683-ad63-4f5b-9f3e-259546e126b1/jeDz-_LuoCnYloxW-pAQSens5BVBLY4rXFNFpynvS28gK0vsEy0lDXNb_iNQ8KlUHlSrvdVhu-h5ocMhj_fKuDmWM353IpQ_7Y8juKqc-wbCAR8xhWFgg3RzLIFRwpOF4SsDIuiz3XLDJxK06AOI5s35BY37_Dr_1Z48LmrZClx0xRWr816ejA//https%3A%2F%2Fwordpress.com%2Fdo-it-for-me%2F%3Futm_medium%3Ddisplay%26utm_source%3Dwordads%26utm_campaign%3Dhouseads_set1
https://s.pubmine.com/click4/3055b683-ad63-4f5b-9f3e-259546e126b1/jeDz-_LuoCnYloxW-pAQSens5BVBLY4rXFNFpynvS28gK0vsEy0lDXNb_iNQ8KlUHlSrvdVhu-h5ocMhj_fKuDmWM353IpQ_7Y8juKqc-wbCAR8xhWFgg3RzLIFRwpOF4SsDIuiz3XLDJxK06AOI5s35BY37_Dr_1Z48LmrZClx0xRWr816ejA//https%3A%2F%2Fwordpress.com%2Fdo-it-for-me%2F%3Futm_medium%3Ddisplay%26utm_source%3Dwordads%26utm_campaign%3Dhouseads_set1
https://alemdainercia.com/
https://alemdainercia.com/
analisado e a pressão aplicada pelo mesmo pistão para penetração em um material padrão. A
pressão é analisada para penetrações de 2,54mm e 5,08mm, conforme descrito no nosso
artigo sobre o ensaio CBR.
O critério CBR foi criado pelo engenheiro Porter do California Division of Highway (CDH),
considerado o primeiro método de dimensionamento de pavimentos �exíveis e obtido
totalmente por uma base empírica.
Como foi a criação do método?
No �nal da década de 1920 o ensaio CBR foi criado e adotado pelo CDH, que utilizou em
diversas estradas da California espessuras diferentes de materiais granulares sobre um
subleito e uma camada delgada de revestimento asfáltico. Anos mais tarde, essas estradas
foram analisadas veri�cando se existam deformações permanentes por falha estrutural, a
espessura do material granular utilizado e foram coletas amostras do material de subleito
para análise em laboratório.
Com esse método simples de análise, e puramente empírico, foi possível a criação da curva
de dimensionamento da Figura 2, chamada de Curva B, que seria a curva de
dimensionamento de pavimentos para um eixo padrão da época com carga de 30kN. Essa
curva foi de�nida de tal forma que as estradas analisadas que apresentavam espessura de
material granular abaixo da curva tinham deformações permanentes devido a ruptura por
cisalhamento, e estradas com espessuras maiores do que as da curva (para o mesmo CBR)
não apresentavam a ruptura de�nida como critério.
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
2 of 12 24/06/2022 19:19
https://alemdainercia.com/2018/01/29/conheca-o-ensaio-cbr/
https://alemdainercia.com/2018/01/29/conheca-o-ensaio-cbr/
https://alemdainercia.com/2020/04/21/deformacao-permanente-descubra-como-e-por-que-os-pavimentos-afundam/
https://alemdainercia.com/2020/04/21/deformacao-permanente-descubra-como-e-por-que-os-pavimentos-afundam/
Figura 2 – Primeira Curva de dimensionamento de pavimentos. Fonte: Elaborado pelo Autor, baseado em
Balbo (2007)
Dessa forma, o critério CBR apresentava fácil entendimento e aplicação pelos engenheiros.
Contudo, após a mudança de chefe de laboratório do California Division of Highway o critério
CBR foi abandonado e só retornou durante a Segunda Guerra Mundial.
O método CBR na Segunda Guerra Mundial
Segundo Balbo (2007) o que motivou a volta do critério CBR para dimensionamento de
pavimentos foi a necessidade de um método simples, de rápida aplicação e avaliação da
capacidade de carga dos solos para construção de pistas de pouso e decolagem durante a
segunda grande guerra, em especial nas ílhas do pací�co.
Com isso, foi realizado pela USACE em 1942 o mesmo procedimento de avaliação dos
pavimentos do CDH para obter uma curva de dimensionamento para as aeronaves mais
utilizadas na época, chamada de Curva A. Essa curva era representativa para aeronaves com
carga de 53kN no trem de pouso, conforme Figura 3. Contudo, devido a situação de Guerra
era necessário uma expansão desse critério para cargas maiores, de aeronaves de transporte
de equipamentos.
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
3 of 12 24/06/2022 19:19
Figura 3 – Curvas de Dimensionamento de Pavimentos. Fonte: Elaborado pelo Autor, baseado em Balbo
(2007)
Dessa forma, foi utilizada a teoria de Boussinesq para expansão do critério. Inicialmente foi
calculada a tensão de cisalhamento causada pela carga de 53kN em diferentes espessuras e
valores de resistência do subleito obtidos pela Curva B. Sabendo a tensão de cisalhamento
para um dado CBR, foi possível de�nir para uma carga maior qual era a espessura necessária
para causar a mesma tensão de cisalhamento em função do CBR.
Esse critério foi aplicado para extrapolar as curvas para cargas de 111kN, 178kN e 311kN no
trem de pouso, conforme Figura 4.
Figura 4 – Extrapolação da Curva B para outras cargas de Aeronaves. Fonte: Elaborado pelo Autor, baseado
em Balbo (2007)
A primeira Equação de dimensionamento de Pavimentos em Função do CBR
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
4 of 12 24/06/2022 19:19
https://alemdainercia.com/2019/09/11/o-inicio-da-mecanica-dos-pavimentos-conheca-as-equacoes-de-boussinesq/
https://alemdainercia.com/2019/09/11/o-inicio-da-mecanica-dos-pavimentos-conheca-as-equacoes-de-boussinesq/
Em 1956 os pesquisador Ahlvin, Foster e Turnbull da United States Army of Engineers (USACE)
apresentaram a primeira equação em função do CBR para dimensionamento de pavimentos
�exíveis, conforme Equação 1. Nessa equação, a espessura do pavimento (t) é relacionada
com o CBR, a área de contato pneu-pavimento (A) e a carga de roda simples equivalente
(CRSE).
Equação 1 – Equação da USACE para
Pavimentos Flexíveis.
A carga de roda simples equivalente consiste em uma aplicação da teoria de Boussinesq
(1885) através do equacionamento das de�exões em um sistema real e um sistema
equivalente. Dessa forma, a carga de roda simples equivalente representa uma única carga
no sistema equivalente que reproduz a mesma de�exão de múltiplas cargas de um sistema
real, sendo calculado pela Equação 2. Vale ressaltar que no sistema equivalente, a CRSE
apresenta a mesma área de aplicação da carga de uma roda do sistema real, mas não
apresenta a mesma pressão de contato.
Equação 2 – Carga de roda simples
equivalente.
Os fatores de�exão (Fi) mencionados na Equação 2 variam conforme o ponto de análise da
estrutura, podendo ser calculados por equações ou pelos ábacos mencionados no artigo da
teoria de Boussinesq. Para a vertical abaixo do centro da roda o fator de�exão (Fd) pode ser
calculado pela Equação 3. Para a borda do carregamento, o fator de�exão na superfície pode
ser calculado pela Equação 4. Para os demais pontos de análise distantes da área carregada, o
fator de�exão pode ser calculado pelaEquação 5.
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
5 of 12 24/06/2022 19:19
https://alemdainercia.com/2019/09/11/o-inicio-da-mecanica-dos-pavimentos-conheca-as-equacoes-de-boussinesq/
https://alemdainercia.com/2019/09/11/o-inicio-da-mecanica-dos-pavimentos-conheca-as-equacoes-de-boussinesq/
Equação 3 – Fator de�exão para a vertical de interesse.
Equação 4 – Fator
de�exão na borda do
carregamento.
Equação 5 – Fator de�exão para ponto distante da área carregada.
Aplicação da Equação para dimensionamento de Pavimento Aeroportuário
Utilizando as equações mencionadas, vamos considerar uma Aeronave da Airbus A320. Essa
aeronave apresenta um carga máxima de decolagem de 79 toneladas, distribuídas no trem de
pouso principal de rodas duplas. Segundo informações do manual técnico da aeronave em
questão, 92,6% da carga é distribuída nas rodas do trem de pouso principal. A Figura 5
apresenta algumas informações da aeronave e do trem de pouso.
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
6 of 12 24/06/2022 19:19
Figura 5 – Informações do A320NEO. Fonte: Airbus (1985)
Com essas informações, podemos de�nir alguns pontos de análise e calcular as distancias
radiais do centro da área carregada até o ponto de análise. Para este exemplo, vamos utilizar
o centro de uma roda (A), a borda da carga (B) e o centro de gravidade do trem de pouso (C).
As distâncias radiais são apresentadas no Quadro 1 e os fatores de�exão para os pontos de
análise no Quadro 2.
Quadro 1 – Cálculo da distância radial nos pontos de análise. Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
7 of 12 24/06/2022 19:19
Quadro 2 – Cálculo dos fatores de de�exão. Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
Dessa forma, podemos criar um grá�co para analisar os fatores de de�exão. Percebemos que
nos primeiros centímetros de análise o Ponto A (Centro da roda) é o ponto mais crítico,
contudo, a medida que aumentamos a espessura o fator de de�exão de todos os pontos
diminuem. Com isso, a partir de 70 centímetros o ponto crítico para análise da de�exão é a
vertical do centro de gravidade do trem de pouso, conforme Figura 6.
Figura 6 – Grá�co do fator de�exão dos pontos de análise. Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
Por de�nição, a carga de roda simples equivalente é a soma máxima dos fatores de�exão
para o ponto analisado. Dessa forma, podemos obter a carga de roda simples equivalente
para cada ponto e o máximo analisado, conforme Quadro 3 e Figura 7.
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
8 of 12 24/06/2022 19:19
Quadro 3 – Calculo da CRSE. Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
9 of 12 24/06/2022 19:19
Figura 7 – Grá�co da CRSE. Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
Por �m, utilizando a Equação 1 podemos assumir espesssuras para calcular a CRSE em função
de diversos valores de CBR. Dessa forma, obtemos a curva de dimensionamento para a
aeronave em questão, conforme Figura 8.
Figura 8 – Curva de dimensionamento do A320. Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
A Equação da USACE foi modi�cada em 1959 e na década de 60 para incorporar inicialmente
o fator de repetições de carga, através de um número de coberturas C, e o fator alfa que
consiste de um fator aplicado apenas para aeronaves widebody, respectivamente. As
equações descritas inicialmente eram representativas para um valor de 5000 coberturas,
sendo que uma cobertura ocorre quando o pavimento apresenta sua máxima resposta
estrutural (A Guide to Air�eld Pavement Design and Evaluation, 2011) ou quando todos os
pontos de uma faixa lateral útil de contato dos pneus foram solicitados pelo menos uma vez
(Balbo, 2007).
Dessa forma,  quando a aeronave de projeto apresentava mais do que 5000 coberturas era
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
10 of 12 24/06/2022 19:19
necessária uma correção, conforme Equação 6. O número de passagens para que ocorra uma
cobertura varia conforme o trem de pouso da aeronave.
Equação 6 – Fator de correção das
coberturas.
Agora, posso utilizar esse método de dimensionamento para cargas rodoviárias? Qual as
implicações desse método? Vamos discutir esses e outros assuntos e mostrar aplicações em
um próximo artigo. Portanto, siga nosso blog para receber as noti�cações.
Esse artigo foi útil para você? Então compartilhe com outras pessoas para elas também
aprendam a aplicação da carga de roda simples equivalente e como dimensionar pavimentos
para aeronaves pelo critério CBR. Ficou com dúvidas? Deixe nos comentários que elas serão
respondidas!
Siga nas redes sociais abaixo para acompanhar nosso trabalho!
Referências Bibliográ�cas:
A Guide to Air�eld Pavement Design and Evaluation. Design and Maintenance Guide 27.
2011.
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
11 of 12 24/06/2022 19:19
https://www.instagram.com/alemdainercia/
https://www.instagram.com/alemdainercia/
https://www.linkedin.com/company/al%C3%A9m-da-in%C3%A9rcia/?viewAsMember=true
https://www.linkedin.com/company/al%C3%A9m-da-in%C3%A9rcia/?viewAsMember=true
https://www.youtube.com/channel/UCjw6PmaWm8Q4TN5gOet7GtQ?view_as=subscriber
https://www.youtube.com/channel/UCjw6PmaWm8Q4TN5gOet7GtQ?view_as=subscriber
DE N U N C I A R E ST E A N Ú N C I O
BALBO, J.T. PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Materiais, projeto e restauração. São Paulo, 2007.
HUANG, Y.H. Pavement Analysis and Design. Second Edition. New Jersey, 2004.
MEDINA, J; MOTTA, L.M.G. Mecânica dos Pavimentos. Rio de Janeiro, 2015.
MALLICK, R.B; EL-KORCHI, T. PAVEMENT ENGINEERING: PRINCIPLES AND PRACTICE. CRC
PRESS: Second Edition. Florida, 2013.
TURNBULL, W. J.; FOSTER, C. R.; AHLVIN, R. G. Mathematical expression of the CBR
relations. Waterways Experiment Station, Corps of Engineers: U.S. Army, 1956.
TURNBULL, W. J.; FOSTER, C. R.; AHLVIN, R. G. Design of �exible pavements considering
mixed loads and tra�c volume. 1962.
 
 
Anúncios
Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuári... https://alemdainercia.com/2020/06/15/entenda-o-metodo-cbr-de-dimensi...
12 of 12 24/06/2022 19:19
https://s.pubmine.com/click4/3055b683-ad63-4f5b-9f3e-259546e126b1/ALl0q-RAZkKODrmgeOheJIQ2h2GVMNV6ssPtZeBmeJ3Mxuxiw_TCIrDUrbYIhoBG2PiTBXGB9o3faJ2RlIRBhINulxenmtehuGYyLU9kHkXGhexppCsVDkMecLqeBbTnxhCbIDlrhvFDvxP7ijpE-Iiw-yM4NMQXCzoCTiAKAilh9vtrFd31aw//https://senseilms.com/?utm_medium=display&utm_source=wordads&utm_campaign=houseads_set4
https://s.pubmine.com/click4/3055b683-ad63-4f5b-9f3e-259546e126b1/ALl0q-RAZkKODrmgeOheJIQ2h2GVMNV6ssPtZeBmeJ3Mxuxiw_TCIrDUrbYIhoBG2PiTBXGB9o3faJ2RlIRBhINulxenmtehuGYyLU9kHkXGhexppCsVDkMecLqeBbTnxhCbIDlrhvFDvxP7ijpE-Iiw-yM4NMQXCzoCTiAKAilh9vtrFd31aw//https://senseilms.com/?utm_medium=display&utm_source=wordads&utm_campaign=houseads_set4