Dimencionamento Pavimento Flexivel

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UNIFAVIP│Devry
CENTRO UNIVERSITÁRO DO VALE DO IPOJUCA
COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
LUIZ GONÇALVES DA SILVA FILHO
DIMENSIONAMENTO PAVIMENTO FLEXIVEL 
CARUARU
2017
INTRODUÇÃO
O presente trabalho tem como finalidade, determinar a espessura de um pavimento. O pavimento é a estrutura construída sobre terraplenagem e destinada, técnica e economicamente, a:
Resistir aos esforços verticais oriundos do trafego e distribui-los;
Melhorar as condições de rolamento do trafego quanto ao conforto e segurança;
Resistir as esforços horizontais, tornando mais durável a superfície de rolamento. (SENÇO, 1997).
Dimensionar um pavimento significa determinar as espessuras das camadas que oconstituem de forma que estas camadas (reforço do subleito, sub-base, base e revestimento)resistam e transmitam ao subleito as pressões impostas pelo tráfego, sem levar o pavimentoà ruptura ou a deformações e a desgastes excessivos. (GREGO, 2013).
Para dimensionar a espessura do pavimento, necessita-se do número de solicitações padronizadas para um eixo simples. Para obter tal dado realizou-se a dimensionamneto do número N para a BR 232 KM128. Aplicando-se os dados obtidos no método de dimensionamento de Pavimento Flexível e utilizando-se o resultado do ensaio de CBR estabelecido na M1 será definida a espessura a ser utilizado para atender às solicitações de forma adequada.
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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste trabalho será discursado sobre dimensionamento de pavimentos flexíveis pelo método do DENER de autoria do Engenheiro Murillo Lopes de Souza, o método foi criado com base em dados obtidos na Pista Experimental da USACE.
A intenção do método é determinar a espessura das camadas de um pavimento (reforço do subleito, sub-base, base e revestimento), para que as camadas resistam e transmitam ao subleito das tensões de tráfego, sem que haja deformações excessivas ou ruptura.
O método possui um roteiro contendo:
A determinação da capacidade de suporte do subleito e dos materiais granulares constitutivos do pavimento;
Classificação dos materiais granulares empregados no pavimento;
Tráfego (número equivalente ‘N’ de operações de um eixo tomado como padrão);
Coeficiente de equivalência estrutural ‘K’;
Espessura mínima de revestimento betuminoso;
Espessura das camadas constituintes.
A DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE DO SUBLEITO E DOS MATERIAIS GRANULARES CONSTITUTIVOS DO PAVIMENTO (CBR)
Para determinação da capacidade de suporte do subleito e dos materiais é utilizado o ensaio CBR.
Através deste ensaio é feita uma relação entre a pressão produzida na penetração de um pistão em um corpo de prova de solo e a pressão produzida na penetração de uma mistura de brita granulometricamente estabilizada, onde a relação é apresentada em porcentagem.
Para maior segurança ao invés de se utilizar o CBR, pode-se utilizar o IS (Índice de Suporte) que é o valor do CBR corrigido pelo IG (Índice de Grupo).
O CBR mede a resistência de solos com umidade e densidade conhecidas, assim o índice de capacidade de suporte não é um valor constante, esta relacionado a uma condição de moldagem do material.
O ensaio é constituído de três etapas, compactação do solo em corpos de prova, cálculo de expansão através da imersão do corpo de prova em água e ensaio de penetração.
Classificação dos materiais granulares empregados no pavimento
O método possui alguns parâmetros para classificação dos materiais granulares empregados do pavimento, ainda utilizando as informações do ensaio CBR.
Materiais para reforço do subleito: IS ou CBR maior que o subleito Expansão ≤ 2%
Materiais para sub-base: IS ou CBR ≥ 20
IG = 0
Expansão ≤ 1%
Materiais para base CBR ≥ 80  N> 5x10^6 CBR ≥ 60  N≤ 5x10^6 Expansão ≤ 0,5% Limite de liquidez ≤ 25
Índice de plasticidade ≤ 6
Material passante pela # nº 200 < 2/3 do passante pela # nº 40 
Figura 1 – Faixas granulométricas para base granular
TRÁFEGO (NÚMERO EQUIVALENTE ‘N’ DE OPERAÇÕES DE UM EIXO TOMADO COMO PADRÃO)
O pavimento é dimensionado em função do número equivalente ‘N’ de operações de um eixo tomado como padrão, durante o período de projeto escolhido (80 kN = 8,2 tf.
Para cálculo do ‘N’ é necessário saber os valores de:
VMDa = Volume diário médio de tráfego do ano médio;
Vt = Volume total de tráfego em um sentido durante o período;
FE = Fator de eixo, multiplicando pelo número de veículos tem-se o número de eixos;
FV = Fator de veículo, multiplicando pelo número de veículos tem-se o número de eixos equivalentes padrão;
FC = Fator de carga, multiplicando pelo número de eixos tem-se o número de eixos equivalentes ao eixo padrão.
Para o cálculo dos fatores é necessário fazer uma contagem de tráfego na estrada em estudo, somando-se o total de eixos em um determinado período.
Fator climático Regional
FR é multiplicado pelo ‘N’, para que se leve em consideração as variações de umidade dos materiais durante todo o ano. Como no Brasil não se possui ainda parâmetros estudados, em favor da segurança se utiliza FR = 1.
Coeficiente de equivalência estrutural ‘K’
O valor de ‘K’ depende do tipo de material utilizado no pavimento em cada camada, que relaciona a espessura que a camada deve ter utilizando material padrão (base granular), com a espessura equivalente do material que será utilizado.
	Tipo de Pavimento
	Coeficiente K
	Base ou revestimento de concreto betuminoso
	2,00
	Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação
densa
	1,70
	Base ou revestimento pré misturado a frio, de graduação densa
	1,40
	Base ou revestimento betuminoso por penetração (tratamento
superficial e macadame betuminoso)
	1,20
	Camadas Granulares
	1,00
	Solo cimento com resistência aos 7 dias > 45 kg/cm² (4,5 Mpa)
	1,70
	Solo cimento com resist. aos 7 dias entre 45 kg/cm² (4,5 Mpa)
e 35 Kg/cm² (3,5 Mpa)
	1,40
	Solo cimento com resistência aos 7 dias < 35 kg/cm² (3,5 Mpa)
	1,00
	Solo cal
	1,20
Tabela 1: Coeficiente K: Coeficientesde equivalência estrutural para diferentes materiais
Fonte: Senço (1997, p.484).
Espessura mínima de revestimento betuminoso e espessura das camadas
A espessura mínima é fixada para proteger a camada de base das tensões exercidas pelo tráfego, e evitar a ruptura do próprio revestimento.
	N
	R mín (cm)
	Tipo de Revestimento
	Até 106
	0 a 3 (adotar 0)
	Tratamento Superficial
	106 a 5x106
	5
	Revestimento Betuminoso
	5x106 a 107
	7,5
	Concreto Betuminoso
	107 a 5x107
	10
	Concreo Betuminoso
	Mais de 5x107
	12,5
	Concreto Betuminoso
Tabela 2: Valores de R em função de N. Fonte: Souza, 1979, p.16.
A espessura total do pavimento e das camadas constituintes é dada a partir de gráficos experimentais, onde a metodologia de cálculo será apresentada a seguir.
METODOLOGIA
A contagem de veículos realizada Na BR232 no KM 128 como mostra a tabela PNCT a seguir.
Tabela 3: Médias de tráfego na BR 232, trecho KM 128, Vista, em NOVEMBRO de 2017.
Fonte: DNIT.
Para o fator climático regional (FR), desprezou-se o efeito do clima da região no dimensionamento. Adotou-se FR = 1.
Calculou-se o FVi para os eixos dos veículos contabilizados. Considerou-se as seguintes cargas médias por eixo:
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	Veículo
	Carga média por eixo
(tonelada)
	Eixo simples dianteiro de caminhões e ônibus
	6 t
	Eixo simples traseiro (4 pneus) de caminhões e ônibus
	10 t
	Eixo duplo traseiro de caminhões e ônibus
	17 t
Tabela 4
Calculou-se	o	fator	veículo	(FV)	com	as	porcentagens	de	veículos contabilizadas.FV = ∑(FVixpv)
(Equação 1)
(Equação 2)FVi = ∑FEO
Onde:
FE é o fator de equivalência de carga (ver tabela abaixo); pv é a porcentagem da categoria de veículos no tráfego.
Para encontrar o volume de tráfego na entrega da obra (Vi), empregou-se a fórmula abaixo:
(Equação 3)Vi = Vox (1 + tg)i
Onde:
Vo é o volume deprojeto;
tg é a taxa de crescimento geométrica.
Para encontrar o volume de tráfego no sentido mais solicitado (Vt), utilizou-se a fórmula abaixo:
[( 1 + tg)p − 1]
Vt = 365 xVix	tg
(Equação 4)
Onde:
Vi é o volume de tráfego na entrega da obra; P é o período de projeto.
O número de aplicações da carga padrão (N) foi obtido a partir da equação
abaixo:
N = 365xVtxFvxFr
(Equação 5)
Onde
Vt é o volume de tráfego no sentido mais solicitado; Fv é o fator veículo;
Fr é o fator climático regional.
Adotou-se o método de dimensionamento de Pavimento Flexível do Engenheiro Murilo Lopez de Souza, adotado pelo DNIT. Através do gráfico abaixo, obteve-se a espessura da camada acima da sub-base (H20), em função do número N e do CBR.
Gráfico X: Dimensionamento de pavimentos flexíveis.
Fonte: Senço, 1997.
A espessura da base (B), sub-base (h20) e reforço do sub-leito (href) são obtidos pela resolução sucessiva das equações abaixo:
RxKr + BxKb ≥ H20 xc (Equação 6)
RxKr + BxKb + ℎsbxKsb ≥ Hn	(Equação 7)
(Equação 8)RxKr + BxKb + ℎsbxKsb + ℎrefxKref ≥ Hm
Onde:
R é a espessura mínima do pavimento betuminoso; B é a espessura mínima da base;
hsb é a espessura mínima da sub-base; href é a espessura mínima do reforço;
Kr é o coeficiente estrutural do revestimento betuminoso; Kb é o coeficiente estrutural da base;
Ksb é o coeficiente estrutural da sub-base;
Kref é o coeficiente estrutural do reforço do sub-leito; C é um fator de correção, adota-se:
c = 1,2 para N >107
c = 0,8 quando N ≤ 106 e o CBR da sub-base for ≥ 40 c = 1 para os demais casos.
Figura 2.
Fonte: UFMG.
Para o dimensionamento do pavimento, utilizou-se sub-leito com CBR especificado, sub base granular de CBR 20 e base granular de CBR 80.
Os coeficientes de equivalência estrutural em função do tipo de pavimento são obtidos a partir da tabela 1.
A espessura mínima (R mín) para o revestimento betuminoso tem como objetivo proteger a camada de base do reforço e evitar a ruptura do próprio revestimento. As espessuras recomendadas seguem na tabela 2, e são função do número N.
As especificações do DNIT estipulam uma espessura mínima de camada granular para as rodovias, de 15 cm, assim, caso a espessura calculada seja menor que este valor, será adotado 15 cm, ou recalcula-se o dimensionamento, considerando a possibilidade de excluir-se a camada delgada com o reforço da anterior.
ANÁLISES E RESULTADOS
Cálculo do N
Primeiro passo para o cálculo do N foi a contagem de veículos, compilando-se os dados registrados na tabela 3.
Em seguida, calculou-se os valores do fator veículo para cada um dos tipos de veículos(Fvi), através das somas dos FEOs para cada tipo de eixo, conforme a tabela a seguir:
A partir, destes dados, foi então possível calcular o fator veículo (FV) a ser utilizado para o cálculo de N, utilizando-se das porcentagens de cada tipo de veículos e dos valores de Fvi. 
Com os valores já calculados, pôde obter-se, então, o valor de N:
N = 365xVtxFVxFR
Dimensionamento do pavimento
4.2.1 Primeira Solução
Com o valor de N encontrado, parte-se para o dimensionamento das camadas do pavimento, utilizando-se os valores de CBR arbitrados para base e sub-base, e o CBR do Sub-Leito adotado 2.
	N
	5,71E+07
	CBR sub-leito 
	2
	CBR sub-base
	20
	CBR base
	80
Tabela 11: Valores de N e CBR dos materiais do pavimento.
A partir do N foi dimensionado o revestimento (R), adotando-se para o mesmo o mínimo recomendado de 12,5 cm e concreto betuminoso como seu material. O fator de correção(segurança) C apresentado abaixo foi obtido a partir de seu valor de N, enquanto Kr, Kb e Ksb, são valores tabelados em função do material utilizado em cada uma das camadas. H20 e Hx foram encontrados aplicando-se o N e cada CBR, no ábaco para dimensionamento de pavimentos flexíveis.
	R
	12,50 cm
	C
	1
	Kr
	2
	Kb
	1
	Ksb
	1
	H20
	28,00 cm
	Hx = H2
	121,00 cm
 Valores para o dimensionamento das camadas da base e sub-base.
- Cálculo da espessura da base:
RxKr + BxKb ≥ H20 xc 12,5 x 2 + Bx1 ≥ 28x1
B ≥ 3cm
Como o DNIT normatiza que, para camadas granulares, não devem ser usadas camadas com espessura inferior a 15cm, adotou-se:
Badot = 15 cm
- Cálculo da espessura da sub-base:
RxKr + BxKb + ℎsbxKsb ≥ Hn 12,5 x 2 + 15 x 1 +ℎsbx1≥121 ℎsb ≥ 81cm
ℎsb adot = 81cm
Teve-se como resultados do dimensionamento, os valores abaixo para as camadas que formam o pavimento:
R = 12,5 cm (Concreto Betuminoso)
B = 15 cm ℎsb = 81cm
Cabe ressaltar que foi necessário adotar espessura de 15 cm para a base, visando atender a normatização do DNIT, que exige ao menos 15 cm para camadas formadas por materiais granulares. Já o elevado valor da espessura da sub-base justifica-se pelo baixo valor de CBR do solo que compõe o sub-leito, podendo-se considerar como alternativa a execução de uma camada de reforço entre o sub-leito e a sub-base.
4.3.2 Segunda Solução
Adotar a Base = 20cm
R=12,5cm
RxKr + BxKb + ℎsbxKsb ≥ Hn
12,5 x 2 + 20 x 1 +ℎsb x 1 ≥ 121
hsb ≥76cm
4.3.3 Terceira Solução
Adotando R= 15cm
RxKr + BxKb + ℎsbxKsb ≥ Hn
15 x 2 + 15 x 1 +ℎsb x 1 ≥ 121
hsb ≥76cm
4.3.4 Quarta Solução
Material para reforço do sub-leito com isc=10%
	R
	12,50 cm
	C
	1
	Kr
	2
	Kb
	1
	Ksb
	1
	H20
	28,00 cm
	Hx = H12
	47cm
Cálculo da espessura da base:
RxKr + BxKb ≥ H20 xc 12,5 x 2 + Bx1 ≥ 28x1
B ≥ 3cm
Como o DNIT normatiza que, para camadas granulares, não devem ser usadas camadas com espessura inferior a 15cm, adotou-se:
Badot = 15 cm
Cálculo da espessura da sub-base:
RxKr + BxKb + ℎsbxKsb ≥ Hn 12,5 x 2 + 15 x 1 +ℎsbx1≥47 ℎsb ≥ 7cm
ℎsb adot = 15cm
Cálculo da espessura do reforço:
RxKr + BxKb + ℎsbxKsb + href x1 ≥ Hn
12,5 x 2 + 15 x 1 + 15 x 1 + href x 1≥ 121
href ≥ 66cm
Acostamento
Não se dispõe de dados seguros para o dimensionamento dos acostamentos, sendo que a sua espessura está, de antemão, condicionada à da pista de rolamento, podendo ser feitas reduções de espessura, praticamente, apenas na camada de revestimento. A solicitação de cargas é, no entanto, diferente e pode haver uma solução estrutural diversa da pista de rolamento.
A adoção nos acostamentos da mesma estrutura da pista de rolamento tem efeitos benéficos no comportamento desta última e simplifica os problemas de drenagem; Geralmente, na parte correspondente às camadas de reforço e sub-base, adota-se, para acostamentos e pista de rolamento, a mesma solução, procedendo-se de modo idêntico para a parte corespondente à camada de base, quando o custo desta camada não é muito elevado. O revestimento dos acostamentos pode ser, sempre, de categoria inferior ao da pista de rolamento. 
Quando a camada de base é de custo elevado, pode-se dar uma solução de menor custo para os acostamentos. Algumas sugestões têm sido apontadas para a solução dos problemas aqui focalizados,como:
a)adoção, nos acostamentos, na parte correspondente à camada de base, de materiais próprios para sub-base granular de excepcional qualidade, incluindo solos modificados por cimento, cal, etc.
b)consideração, para efeito de escolha de revestimento, de um tráfego nos acostamentos da ordem de, até 1% do tráfego na pista de rolamento.
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