Pavimentação Unidade V Dimensionamento

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6 - DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS 
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1 - Introdução 
 
 O dimensionamento de um pavimento consiste na determinação das camadas de 
reforço do subleito, sub-base, base e revestimento, de forma que essas camadas sejam 
suficientes para resistir, transmitir e distribuir as pressões resultantes da passagem dos 
veículos ao subleito, sem que o conjunto sofra ruptura, deformações apreciáveis ou 
desgaste superficial excessivo. 
 Um pavimento é um sistema de camadas de espessuras finitas, assentes sobre 
um semi-espaço infinito que é o subleito. O problema do dimensionamento consiste em 
considerar um ponto P qualquer do sistema solicitado por uma carga Q/2 que gera uma 
pressão de contato q e verificar o estado de tensão e de deformação resultante, visando 
prever se haverá ou não ruptura. 
 O dimensionamento pode partir da consideração de que as cargas aplicadas são 
estáticas; no entanto, ele é submetido a cargas repetidas, sofrendo, devido a essa 
repetição, deformações permanentes e elásticas, que serão tanto maiores quanto maior 
for o número de solicitações. 
 O concreto de cimento pode romper por fadiga, após um número grande de 
solicitações, sendo que o método de dimensionamento da Portland Cement Association 
(PCA) baseia-se no consumo de resistência à fadiga. As tensões de tração na flexão, 
originadas pela passagem das cargas do tráfego, variam linearmente com o logaritmo do 
número de solicitações permissíveis. 
 O concreto asfáltico, após um grande número de solicitações, também pode 
romper por fadiga. A ruptura geralmente pode estar ligada ao logaritmo do número de 
solicitações, ocorrendo, em alguns casos e em certas áreas mais solicitadas da pista, 
antes mesmo de ser atingido o limite de resistência à fadiga. 
 Os materiais granulares utilizados na construção de bases e sub-bases podem 
também, romper por fadiga, sendo que os materiais compostos de grãos graúdos sofrem, 
nesse caso, uma degradação que os leva ao desarranjo do conjunto. 
 A Mecânica dos Pavimentos procura explicar o funcionamento estrutural dos 
Pavimentos sob a ação do tráfego, com base em observações de campo e em modelos 
teóricos estabelecidos para essa finalidade. 
 Isto permite afirmar que a degradação estrutural do pavimento asfáltico é 
associada a dois fatores principais: 
a) a deformação permanente – manifestada pela profundidade das trilhas de roda 
e pela irregularidade do perfil longitudinal, que vai crescendo com o aumento 
das solicitações devido ao tráfego. 
b) A fadiga à flexão – manifestada pelas trincas em forma de couro de crocodilo 
no revestimento asfáltico. 
 medida que vai crescendo as 
solicitações, vão crescendo as 
deformações permanentes nos perfis 
transversal e longitudinal, que são 
devidas ao somatório das deformações 
permanentes de todas as camadas: do 
subleito ao revestimento. Um modelo 
empírico simples é o chamado modelo 
CBR onde se considera que 
praticamente a deformação permanente 
na superfície do pavimento é devida 
somente ao subleito (caracterizado pelo 
seu CBR), sendo desprezíveis as das 
     
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demais camadas (supostamente construídas adequadamente). 
 Supondo-se que o revestimento asfáltico obedeça às especificações pertinentes, 
que a base granular tenha um CBR  80% (tráfego pesado) ou CBR  60% (tráfego 
médio) e que a sub-base tenha um CBR  20%, a deformação permanente na superfície 
do pavimento é considerada ser devido apenas ao subleito, desde que as espessuras 
mínimas de revestimento e de base sejam respeitadas. 
 O revestimento asfáltico sob a ação do tráfego vai trabalhar a flexão, sofrendo 
deflexões reversíveis (elásticas) que provocam a repetição de tensões de tração () e 
das respectivas deformações relativas () em sua face inferior, figura acima. 
 A medida que se repetem as  e as  , isto é, a medida que vai crescendo as 
solicitações do tráfego, o revestimento asfáltico vai enfraquecendo. Inicialmente aparecem 
fissuras, seguidas de trincas isoladas que vão tendendo a formar trincas tipo couro de 
crocodilo: é o fenômeno da fadiga. Quando começam a se formar as trincas, é o 
momento da execução do reforço do pavimento. Em caso contrário, vão se estabelecer as 
trincas necessitando de um reforço mais oneroso, que vão passando a pequenos blocos 
desconectados, iniciando a fase de desagregação: é a ruína total do pavimento, exigindo 
uma reconstrução de grande vulto, indicando falha do Gerenciamento do Pavimento. 
 No modelo CBR a fadiga é evitada até um certo número de solicitações (N) 
estabelecendo-se, para isso, uma certa espessura mínima de revestimento hrmin 
 
1.1 – Fatores que influem no dimensionamento 
 
a) Materiais de construção disponíveis no tocante à qualidade e quantidade. O custo é 
fator importante e depende da distancia de transporte entre as jazidas de materiais e o 
local da obra. A pesquisa dos materiais apropriados para uso do pavimento é feita 
conjuntamente com a prospecção geotécnica, determinando-se a qualidade, volume 
disponível, custos de extração e transporte. 
b) Climatologia e precipitações pluviais. A intensidade elevada de chuvas exige 
pavimentos mais espessos e mais impermeáveis, influindo no seu desempenho ao 
longo de sua vida útil. 
c) Natureza do subleito e respectiva capacidade de suporte. 
d) Previsão de tráfego: são levados a efeito estudos da intensidade e do tipo de cargas 
atuais e a previsão para o futuro, bem como a freqüência de repetições de cargas. 
e) Equipamentos disponíveis e volume de serviços. 
f) Custo do pavimento na sua construção, operação e conservação, ao longo da vida útil 
estimada. 
 
2 – Critério Geral de Dimensionamento 
 
 Dentre as principais grandezas e 
parâmetros que levam às primeiras noções de 
dimensionamento, já mencionadas no primeiro 
capítulo, podemos destacar o seguinte: 
 
A - a carga de roda, embora resulte numa 
superfície de contato com o pavimento 
aproximadamente elíptica, essa superfície pode 
ser considerada circular de raio r. 
B - essa carga de roda provoca uma distribuição 
de pressões, sob o pneu, parabólica, resultando 
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em pressão nula no perímetro da superfície de contato e máxima no centro dessa 
superfície. Considera-se a pressão de contato uniformemente distribuída q na superfície 
de contato circular, ver figura ao lado. 
C – o subleito recebe, na interface com o pavimento, uma pressão inferior a pressão de 
contato e tanto menor quanto mais espesso o pavimento e quanto mais nobres os 
materiais componentes das camadas desse pavimento. 
 
De acordo com os elementos apresentados até aqui, pode-se dizer que o critério 
geral para o dimensionamento de pavimentos consiste em, partindo de uma carga 
repetida provocada pelo tráfego q e, em função das condições de suporte de semi-
espaço infinito que é o subleito Z , calcular a espessura total z necessária e as fatias 
correspondentes às camadas do pavimento, considerando nesse cálculo a qualidade dos 
materiais a serem utilizados nessas camadas, que pode ser representada pelo angulo  
de distribuição de pressões. São três, as grandezas a considerar inicialmente: 
 Subleito. A pressão Z provocada na interface com o pavimento, que é a 
mínima condição de resistência a ser exigida desse subleito. 
 Tráfego. Representado pela pressão de contato q. 
 Materiais das camadas. Representado pelo angulo  de alargamento do 
tronco de cone de distribuição de pressões. 
 
As expressões abaixo deduzidas das considerações acima, servem para 
demonstrar duas situações distintas: 
 
 1 
 z = q  ------------------------ (1) e 
 1 + (z / r)  tg  2 
 
 
 
O critério referente a expressão (1)tem aplicação principalmente no 
dimensionamento de pavimentos urbanos, pois é muito freqüente a necessidade de se 
fixar previamente a espessura z do pavimento, quer pelas limitações de nivelamento da 
parte superior, devido aos nivelamentos de guias, sarjetas, soleiras e outros próprios das 
áreas urbanizadas, quer pelas limitações de nivelamento no subsolo, pela possibilidade 
da existência de canalizações subterrâneas de gás, esgotos, água, luz, telefone e outras. 
O critério referente a segunda expressão (2) tem aplicação principalmente no caso 
de rodovias em zonas rurais. Nesse caso, as limitações de nivelamentos praticamente 
inexistem, pois essas rodovias se desenvolvem em regiões sem os melhoramentos 
citados no caso urbano. Assim, deve-se providenciar o levantamento da qualidade dos 
materiais componentes do subleito e, com base nesses resultados, dimensionar o 
pavimento, havendo certa liberdade na fixação da espessura total desse pavimento, sem 
grandes preocupações quanto às limitações de nivelamento. 
 
D – As especificações dos materiais que irão compor as camadas do pavimento. No 
dimensionamento, direta ou indiretamente essas especificações devem estar sendo 
obedecidas. Na construção, o rigor na obediência às especificações é total, sob pena de 
se estar construindo uma estrutura diferente daquela projetada. 
E – Considerando que as pressões decrescem com a profundidade, as camadas 
complementares da base, sub-base e o reforço devem obedecer a condições, quanto à 
 z = 




















1
2/1
Z
q
tg
r

 (2) 
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qualidade, também, decrescentes, ou seja, o material da base deve ser mais nobre que o 
material da sub-base, e a qualidade desta superior, à do reforço do subleito. 
F – As condições climáticas influenciam o dimensionamento dos pavimentos na medida 
em que maiores precipitações pluviométricas e maiores variações anuais de temperatura 
exigem cuidados especiais para manutenção das propriedades que levaram à escolha 
dos materiais 
G – As condições de drenagem devem ser consideradas adequadas para o 
dimensionamento e, por conseguinte, durante todo o período de projeto e operação do 
pavimento. 
H – O grau de compactação tem uma influencia evidente no comportamento de um 
pavimento. Quanto maior o grau de compactação de um solo, maior resistência ele 
apresenta à deformação. 
I – A velocidade de aplicação das cargas pode ter influencias também no comportamento 
dos pavimentos. 
 No caso de solos granulares tem pouco significado. Para solos finos, saturados, 
verifica-se que breve aplicação de carga – carga seguida de imediata descarga – não dá 
tempo para a água movimentar-se, considerando-se ainda que a água absorve parte da 
carga, resultando em pequenos recalques. Para carga aplicada lenta e prolongadamente, 
a água poderá ser expulsa, provocando recalque mais ou menos pronunciado, resultando 
em perda de capacidade de suporte. 
J – A manutenção do pavimento ao longo do período de operação evidentemente é fator 
importante para o seu comportamento. 
L – O nível de serviço que solicita o pavimento influi também em seu comportamento, pois 
está ligado à constância de manobras com mudanças de direção e variações em amplos 
limites de velocidade. 
 Neste particular, as deficiências de traçado tem seus efeitos agravados. 
 Uma rodovia com curvas de pequeno raio, rampas ascendentes íngremes, com 
tráfego intenso, tem o pavimento solicitado de maneira muito enérgica, quer pelas 
constantes manobras, quer pelas reduções constantes dos motores e ainda, pela 
constância do atrito lateral provocado pela força centrífuga. 
 
3 – Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis 
 
 Pavimento flexível já foi definido como aquele em que as deformações, até certo 
limite, não levam ao rompimento. Geralmente, o revestimento é betuminoso. 
 Existem diversos métodos de dimensionamento, os quais, encontram-se 
agrupados em dois tipos: 
 1 . Métodos empíricos 
 2. Métodos teóricos 
 
 Os métodos empíricos baseiam-se em fórmulas, constantes e coeficientes 
decorrentes de experiências e verificações, sempre comparando os resultados de cálculo 
com o comportamento, no campo, dos pavimentos, procurando dar um grau de 
sensibilidade compatível com as variáveis em jogo. 
 Os métodos teóricos geralmente tem como ponto de partida a teoria de 
Boussinesq, que admite o subleito como um semi-espaço infinito, contínuo, homogêneo, 
isotrópico, linear e elástico. O módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson, são 
grandezas que definem os materiais das diversas camadas, desta maneira, foi 
desenvolvido o Método da Resiliência onde são consideradas a análise de tensões e 
deformações de estruturas de pavimentos como sistemas de múltiplas camadas e a 
aplicação da teoria da elasticidade e do método dos elementos finitos, deram ensejo á 
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consideração racional das deformações resilientes no dimensionamento de pavimentos. 
Esta é a tendência observada a partir da década de 60. Assim, cresceu em importância a 
obtenção dos parâmetros elásticos ou resilientes dos solos e de materiais utilizados no 
pavimento. 
 Convencionou-se chamar, em Mecânica dos Pavimentos, de deformação resiliente 
a deformação elástica ou recuperável de solos e de estruturas de pavimentos sob a ação 
de cargas repetidas. 
 A resiliência excessiva faz-se notar mesmo em pavimentos bem dimensionados 
por critérios de resistência à ruptura plástica, sempre que as deflexões (deslocamentos 
verticais) medidas em corpos-de-carga com viga Benkelman são grandes, ou quando o 
trincamento da superfície é prematuro. É o fenômeno da fadiga dos materiais que se 
manifesta em revestimentos asfalticos a bases cimentadas. 
 Quando se utiliza o método CBR de dimensionamento de pavimentos flexíveis, 
desenvolvido pelo “U.S.Corps of Engineers”, como é o caso corrente no Brasil, não como 
considerar explicitamente a resiliência. Pode-se quando muito, estabelecer restrições 
específicas a determinados materiais e estruturas de pavimentos, e isto de modo 
totalmente empírico. 
 O método de dimensionamento de pavimentos flexíveis atualmente adotado pelo 
DNIT, é empírico, também conhecido como Método do Eng. Murillo Lopes de Souza, 
por ter sido quem introduziu no Brasil. O referido método baseia-se no valor do CBR, em 
que o autor introduziu conclusões e sugestões contidas no trabalho “Design of flexible 
pavements considering mixed loads and traffic volume”, que foi apresentado na 
Conferencia Internacional de Projetos Estruturais de Pavimentos Asfalticos, realizada na 
Universidade de Michigan em 1962 e cujos autores foram W. J. Turnbull, C. R. Foster e R. 
G. Ahlvin.