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INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO TT 051 – PAVIMENTAÇÃO Prof. Mário Henrique Furtado Andrade ESCOPO 1. Terminologia e Conceitos Básicos 2. Breve Histórico da Pavimentação 3. Situação Atual no Brasil T T 0 5 1 - P A V IM E N T A Ç Ã O INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO 1 (A) Definições (B) Tipos de Pavimentos (C) Camadas Constituintes (D) Classificação dos pavimentos (E) Distribuição de Esforços TERMINOLOGIA E CONCEITOS BÁSICOS INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 4 Estrutura de múltiplas camadas construída sobre a terraplenagem e destinada, técnica e economicamente, a resistir aos esforços oriundos do tráfego e a melhorar as condições de rolamento. Pavimento Camada de Terraplenagem Aplicação de Revestimento Processo de Aplicação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 5 Característica Principal: "COMPLEXIDADE“ – Número de variáveis (materiais, carga, fundação, clima, NA) – Circunstâncias variáveis – Sensibilidade à intemperização e degradação da superfície DEFINIÇÕES E CONCEITOS BÁSICOS PAVIMENTO COMO ESTRUTURA INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 6 COMPARAÇÃO ENTRE ESTRUTURAS ESTRUTURA PRÉDIO BARRAGEM PAVIMENTO 1. Área do Terreno Pequena Grande (concentrado) Muito grande (10 x 0,5 x L) 2. Investimento / m² Alto Alto Baixo (Invest. total muito alto) 3. Coef. Segurança (quanto ao cisalhamento) Alto Relativa / baixos Baixos e Indefinidos (Trat. empíricos / estatísticos) 4. Cond. Ambientais (NA e CLIMA) Irrelevante NA Relevante Clima – irrelevantes Preponderante (solo saturado ou hot) INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 7 COMPARAÇÃO ENTRE ESTRUTURAS ESTRUTURA PRÉDIO BARRAGEM PAVIMENTO 5. Vida Útil Longa (+100 anos) Longa e Indefinida (tempo de recorrência) Curta (10 a 20 anos) 6. Estudo Geotécnico de Fundações Sondagem a Percussão (In Situ) Pormenorizados Sond. Pá e Picareta (até 1,5m. abaixo do Greide) exceção p/ solos moles 7. Cargas Estáticas e bem definidas Estáticas e bem definidas Dinâmicas, variáveis e Estimadas (efeito Destrutivo variável) INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 8 Tipos de Pavimentos Pode-se classificar os pavimentos em 3 tipos Rígidos: placas de concreto de cimento Portland Flexíveis: revestido de camada asfáltica e com base de brita ou solo Semi-rígidos: revestido de camada asfáltica e com base estabilizada quimicamente (cal, cimento) INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 9 Mais recentemente há uma tendência de usar-se a nomenclatura pavimentos de concreto de cimento Portland (ou simplesmente concreto- cimento) e pavimentos asfálticos, respectivamente, para indicar o tipo de revestimento do pavimento. Tipos de Pavimentos PAVIMENTO FLEXÍVEL OU ASFÁLTICO INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 10 PAVIMENTO FLEXÍVEL OU ASFÁLTICO Obra da Pista Experimental na Av. Washington Soares Obra do Aeroporto e detalhe de compactação Pavimento Flexível Classificação pelo Tipo de Revestimento INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 11 Nos pavimentos asfálticos, estão em geral presentes camadas de base, de sub-base e de reforço do subleito Subleito Sub-base Reforço do subleito Base Revestimento asfáltico Estrutura-tipo de pavimento asfáltico Pavimento Flexível ou Asfáltico INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 12 Camadas Constituintes Regularização do subleito Camada irregular sobre o subleito. Corrige falhas da camada final de terraplenagem ou de um leito antigo de estrada de terra. Reforço do Subleito Quando existente, trata-se de uma camada de espessura constante sobre o subleito regularizado. Tipicamente um solo argiloso de qualidades superiores a do subleito. INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 13 Sub-base Entre o subleito (ou camada de reforço deste) e a camada de base. Material deve ter boa capacidade de suporte. Previne o bombeamento do solo do subleito para a camada de base. Base Abaixo do revestimento, fornecendo suporte estrutural. Sua rigidez alivia as tensões no revestimento e distribui as tensões nas camadas inferiores. Camadas Constituintes INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 14 Base e Sub-base Nos pavimentos asfálticos, a camada de base é de grande importância estrutural. As bases podem apresentar uma das seguintes diversas constituições: Granular Sem Aditivo Solo; Solo-brita; Brita graduada. Com aditivo Solo melhorado com cimento; Solo melhorado com cal. Coesiva Com ligante ativo Solo-cimento; Solo-cal; Concreto rolado. Com ligante asfáltico Solo-asfalto; Macadame asfáltico; Mistura asfáltica. Base Granular: Não tem coesão, não resiste à tração, dilui as tensões de compressão, principalmente devido a sua espessura. Base Coesiva: Dilui as tensões de compressão também devido a sua rigidez, provocando uma tensão de tração em sua face inferior. INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 15 Brita graduada Macadame Solo-Cal Solo-Cimento Base e Sub-base INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 16 Flexível Revestimentos constituídos por associação de agregados e materiais betuminosos. Esta associação pode ser feita de 2 maneiras: penetração ou mistura. Penetração Invertida Simples (capa selante), duplo ou triplo. Direta Macadame betuminoso. Seqüência do serviço de tratamento superficial Revestimento 16 INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 17 Mistura O agregado é pré-envolvido com o material betuminoso, antes da compressão. Pré-misturado a frio Ligantes: emulsão asfáltica. Agregados: vários tamanhos, frios. Areia-asfalto a frio Agregado miúdo + emulsão. Pré-misturado a quente Ligante: cimento asfáltico. Agregados: vários tamanhos, aquecidos. Areia-asfalto a quente Espessura não deve ser > 5cm. Agregados miúdos aquecidos + cimento asfáltico Concreto asfáltico (CA ou CBUQ) e Misturas Asfálticas Especiais SMA, BBTM, CPA, Gap-graded agregado mineral graduado, material de enchimento e cimento asfáltico, aquecidos. Revestimento Exemplo: Execução de pré-misturado a frio 17 INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 18 Execução de C.B.U.Q. 18 INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 19 RÍGIDO – CONCRETO-CIMENTO SUB-BASE (SB) - Pouca contribuição Estrutural - Controle de bombeamento / expansão / contração CCP - Concreto de Cimento Portland BASE (B) e REVEST. (R) Classificação pelo tipo de revestimento INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 20 O concreto de cimento Portland (ou simplesmente concreto): RÍGIDO – CONCRETO-CIMENTO Pavimento de concreto-cimento Paralelepípedos rejuntados Nota: Pavimento de blocos pré-moldados de cimento comporta-se como flexível Classificação pelo tipo de revestimento INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 21 TEXTURIZAÇÃO / MOLDAGEM / ACABAMENTO Pavimento Rígido - Concreto INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 22 JUNTAS TRANSVERSAIS E LONGITUDINAIS Pavimento Rígido - Concreto INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 23 PAVIMENTO RÍGIDO X FLEXÍVEL Classificação pelo tipo de revestimento INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 24 Pavimento Composto – RA + CCP + SBEQ ou SBG+ (REF) RÍGIDO – CCP + RA + BG + SBG + (REF) FLEXÍVEL – CCP + RA + BG ou BEQ+SBEQ ou SBG + (REF) SEMI - RÍGIDO INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 25 Característica ESTRADAS AEROPORTOS CARGA / RODA (kgf) 5.000 50.000 PRESSÃO PNEUS (kgf/cm²) 7,0 28,0 N.º REPETIÇÕES 106 a 109 104 a 5 x 104 APLICAÇÃO DAS CARGAS 0,5 - 10m da borda 10m centrais Pavimento Rodoviário x Aeroviário INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 26 Distribuição de Esforços / aplicação PAVIMENTO RÍGIDO X FLEXÍVEL INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 27 PAVIMENTO FLEXÍVEL 1 - A carga se distribuí em parcelas proporcionais à rigidez das camadas 2 - Todas as camadas sofrem deformações elásticas significativas 3 - As deformações até um limite não levam ao rompimento 4 - Qualidade do SL é importante pois é submetido a altas tensões e absorve maiores deflexões Distribuição de Esforços / aplicação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 28 PAVIMENTO RÍGIDO 1 - Placa absorve maior parte das tensões 2 - Distribuição das cargas faz-se sobre uma área relativamente maior 3 - Pouco deformável e mais resistente à tração 4 - Qualidade de SL pouco interfere no comportamento estrutural Distribuição de Esforços / aplicação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 29 Defeitos mais comuns Fadiga Deformação permanente Trilha de roda INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 30 Pavimento do Ponto de Vista Estrutural A solicitação de tráfego e as características das camadas do pavimento são de grande importância estrutural. Limitar as tensões e deformações na estrutura do pavimento, por meio da combinação de materiais e espessuras das camadas constituintes, é o objetivo do Projeto Estrutural (Dimensionamento) (A) Antigüidade (B) Pós-renascença (C) Era Moderna (D) Situação Atual no Brasil BREVE HISTÓRICO DA PAVIMENTAÇÃO INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 32 Breve Histórico da Pavimentação Percorrer a história da pavimentação nos remete à própria história da humanidade, passando pelo povoamento dos continentes, conquistas territoriais, intercâmbio comercial, cultural e religioso, urbanização e desenvolvimento. As técnicas de pavimentação evoluíram e sempre evoluirão com os meios de transporte terrestre INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 33 Os veículos com rodas de madeira necessitavam de superfícies revestidas Civilizações: Mesopotâmia Egito Babilônia China Índia Incas, Maias e Astecas ANTIGÜIDADE Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 34 Breve Histórico da Pavimentação EGITO – Uma das mais antigas estradas pavimentadas implantadas não se destinou a veículos com rodas, mas a pesados trenós destinados ao transporte de cargas elevadas. Para construção das pirâmides (2600-2400 aC), vias com lajões justapostos em base com boa capacidade de suporte. Atrito era amenizado com umedecimento constante (água, azeite, musgo molhado) INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 35 Breve Histórico da Pavimentação ÁSIA Estrada de Semíramis (600a.C.) – entre as cidades da Babilônia e Ecbatana; cruzava o Rio Tigre; transformou- se hoje em estrada asfaltada. Estrada Real (500a.C.) – na Ásia Menor ligando Iônia (Éfeso) do Império Grego ao centro do Império Persa, Susa; concluída em 323 a.C (400 anos para concluir); 2840 km de extensão; 93 dias de percurso (30 km por dia). À época de Alexandre, o Grande (anos 300a.C.), havia a estrada de Susa até Persépolis, passando por um posto de pedágio, as Portas Persas, possibilitando o tráfego de veículos com rodas desde o nível do mar até 1.800m de altitude INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 36 Breve Histórico da Pavimentação Velhos caminhos da China (200a.C.) e Índia Destaque: Estrada da Seda, uma das rotas de comércio mais antigas e historicamente importantes devido a sua grande influência nas culturas da China, Índia, Ásia e também do Ocidente. A Estrada da Seda não existia apenas com o propósito do comércio da seda, mas de diversos outros bens como ouro, marfim, animais e plantas exóticas. A mercadoria mais significativa carregada nesta rota não era a seda, mas a religião, o budismo. INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 37 Breve Histórico da Pavimentação Apogeu da Estrada da Seda foi na dinastia Tang (anos 600d.C.) e, após um período de declínio, voltou a se tornar importante com o surgimento do Império Mongol sob a liderança de Gêngis Khan (anos 1200d.C.), por ser o caminho de comunicação entre as diversas partes do Império. Um dos visitantes mais conhecidos e melhor documentado na história da estrada foi Marco Pólo, negociante veneziano, que iniciou suas viagens com apenas 17 anos em 1271 (Bohong, 1989). INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 38 Os veículos com rodas de aço necessitavam de estruturas mais resistentes Civilizações: – Grécia – Império Romano BREVE RELATO HISTÓRICO ANTIGÜIDADE INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 39 Breve Histórico da Pavimentação O sistema viário romano já existia anteriormente à instalação do Império, embora o mesmo tenha experimentado grande desenvolvimento a partir de então. Portanto, há mais de 2000 anos os romanos já possuíam uma boa malha viária, contando ainda com um sistema de planejamento e manutenção. A mais extensa das estradas contínuas corria da Muralha de Antonino, na Escócia, à Jerusalém, cobrindo aproximadamente 5.000km (Hagen, 1955). INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 40 Via Ápia Próximo a Roma, Itália Lyon, França Pompéia, Itália ROMANOS Viae publicae; Viae militare; Actus (vias locais); Privatae Pavimento (espessura 1m-1,5m) Fundação: pedras grandes Camada Intermediária: areia, pedregulho, argila Camada de Superfície: pedras nas bordas, pedregulhos, limalha de ferro (espessura 5cm-7,5cm, podendo chegar a 60cm) Tempo e tráfego tiraram o material ligante Grande declividade: > 6% Vias não tinham um traçado suave como hoje Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 41 VIA ÁPIA - ROMA Summun dorsun Nucleus Statumen Rudus INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 42 IDADE MÉDIA A partir da queda do Império Romano (476d.C.), e durante os séculos seguintes, as novas nações européias fundadas perderam de vista a construção e a conservação das estradas. A França foi a primeira, desde os romanos, a reconhecer o efeito do transporte no comércio, dando importância à velocidade de viagem. Carlos Magno, no final dos anos 700 e início dos anos 800, modernizou a França e também no que diz respeito ao progresso do comércio por meio de boas estradas. Séculos X a XII de pouco cuidado com os Caminhos Reais da França; este descuido é uma das causas da decadência da Europa civilizada. Mudança significativa no reinado de Felipe Augusto (1180-1223), a partir do qual a França passa a ter novamente a preocupação de construir novas estradas e conservá-las. Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 43 AMÉRICA Império Inca (1400’s), Peru (Equador, Argentina, Bolívia, Chile) • O alemão Alexander Von Humboldt, combinação de cientista e viajante que durante os anos de 1799 e 1804 realizou expedições científicas por várias partes da América do Sul, qualifica as estradas dos incas como “os mais úteis e estupendos trabalhos realizados pelo homem” • Sistema viárioavançado (pedestres e animais de carga); 30 a 40.000km; definiram a rede peruana de estradas. • A estrada do sol: Trechos de 1m até 16m de largura, presença de armazéns e refúgios espaçados ao longo da estrada, pontes, túneis, contenções, drenos, etc Império Maia (300’s AC), México – ligando centros, povoados e portos do mar; sacbeob – estradas brancas Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 44 PÓS-RENASCENÇA Os ingleses, observando a forma como eram calçados os caminhos da França, conseguiram construir as vias mais cômodas, duráveis e velozes da Europa, o que foi importante para o progresso da indústria e comércio do país. Já à época havia uma grande preocupação com diversos aspectos hoje sabidamente importantes de considerar para uma boa pavimentação: drenagem e abaulamento; erosão; distância de transporte; compactação; sobrecarga; marcação. Nomes importantes: Tresaguet (França); Telford (Escócia) e McAdam (Inglaterra) Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 45 MacAdam (1756 - 1836) e Telford (1754 - 1834) – Importância da compactação – Estruturas mais leves – Bases bem drenadas (Drenagem) – Manutenção contínua (Manutenção) – Estabilização granulométrica – Revestimentos mais confortáveis - cascalhos, paralelepípedos PÓS-RENASCENÇA Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 46 - TELFORD Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 47 - MACADAM Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 48 - MACADAM Núcleo do Pavimento de Macadam Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 49 Histórico Brasileiro 1560 – Caminho do Mar – ligação São Vicente – Piratininga recuperada em 1661 como Estrada do Mar em 1790 vira Calçada de Lorena 1792 – Estrada Santos - São Paulo: lajes de pedra 1726 – Caminho do Ouro – Minas ao Rio – Resquícios em Parati e várias outras cidades. Também chamada Estrada Real (Estrada Velha de Parati e Nova que vai para o Rio de Janeiro) 1865 – Estrada de rodagem União e Indústria (144km) ligando Petrópolis a Juiz de Fora (foto) – primeira estrada a usar macadame como base/revestimento no Brasil Até aqui era usual o calçamento de ruas com pedras importadas de Portugal INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 50 Caminho do Mar no Século 20 INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 51 Caminho do Ouro (1726) – Minas – Parati INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 52 Resquícios do Caminho do Ouro (1726), Parati (2003) INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 53 Estrada Real INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 54 Rio de Janeiro – Juiz de Fora Construída por Mariano Procópio – por concessão de D. PedroII – ações na bolsa União Indústria INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 55 Rio de Janeiro – Juiz de Fora Construção 1856 -1861 – 144km União Indústria INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 56 Século XIX (1ª Metade): Ferrovias Século XIX (2ª Metade): Goodyear (pneus), Dumlop (vulcanização), Daimler (motor) 1890 - Penhard / Lassar - automóvel de benzina Século XX: (Evolução Tecnológica do automóvel) – 1905: Asfalto – 1909: Placas CCP – 1920: HRB – 1940: USACE – 1950: WASHO – 1960: AASHO Manuais 66/72/86/93/2000 – 1982: PICR (HDM) – 1993: SHRP ERA MODERNA Breve Histórico da Pavimentação INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 57 1906 – Calçamento asfáltico em grande escala na cidade do Rio de Janeiro – CAN (Trinidad)- Prefeito Rodrigues Alves 1913 – Rodovia Santos - São Paulo 1922 – Estrada Rio - Petrópolis – Pavimento de concreto Malha ferroviária brasileira: 3.000km 1937 – Criação do DNER 1942 – Contato com engenheiros norte-americanos que construíram pistas de aeroportos e estradas de acesso durante a 2ª Guerra Mundial (Belém, Fortaleza, Natal, Recife, Maceió e Salvador) - CBR Histórico Brasileiro INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 58 1942 – 1.300km de rodovias pavimentadas, uma das menores extensões da América Latina 1945 – Rodovia Rio - Bahia 1950 – Pavimentação da Rio - São Paulo (Dutra): Sem estudo geotécnico, com espessuras constantes de 35cm (20cm de base de macadame hidráulico e 15cm de um revestimento de macadame betuminoso por penetração dosado pela regra “a quantidade de ligante é a que o agregado pede”. Melhoria das estradas vicinais Histórico Brasileiro INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 59 1959 – Criação da Associação Brasileira de Pavimentação (ABPv) 1960 – Fim do Governo de Juscelino Kubischek- criação de Brasília – Estradas radiais e Plano Nacional de Viação Malha ferroviária totalizava 38.000km 1964 – Alguns projetos de pavimentação do Governo militar: Transamazônica Ponte Rio - Niterói Histórico Brasileiro INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 60 1986 – 95.000km de rodovias pavimentadas: 45.000km federais e 50.000km estaduais e municipais 1988 – 140.000km de rodovias pavimentadas (maior extensão da América Latina) Malha ferroviária: 30.000km 1996 – Início do programa de concessões 2002 – 165.000km de rodovias pavimentadas 55.000km federais 1.600.000km de rodovias não pavimentadas (federais, estaduais e municipais) Malha ferroviária: 29.000km Histórico Brasileiro INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 61 2005 190.000km de rodovias pavimentadas 55.000km federais 1.700.000km de rodovias não pavimentadas (federais, estaduais e municipais) Malha ferroviária: 25.000km Produção de Asfalto: 1.300.000t/ano SITUAÇÃO ATUAL (2010) Condição precária em grande parte da malha federal, muitos acidentes geotécnicos, quedas de pontes, taludes, etc Alguns estados tem ampliado sua malha e introduzido novas técnicas de pavimentação Histórico Brasileiro INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 62 Rede implantada no auge da construção (décadas de 60 e 70) está se deteriorando intensamente. Condição atual de maior parte da rede é de regular a ruim com tendência a deterioração acelerada A reabilitação da rede exige recursos três a cinco vezes superior do que custaria a conservação no momento oportuno. SITUAÇÃO ATUAL NO BRASIL PESQUISA CNT DE RODOVIAS / 2010 INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 63 SITUAÇÃO ATUAL NO BRASIL Fonte: DNIT 2000 aPESQUISA CNT DE RODOVIAS 2010 INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO / 64 SITUAÇÃO ATUAL NO BRASIL Fonte: DNIT 2000 aPESQUISA CNT DE RODOVIAS 2010 • Boletim Estatístico • Boletim Novo • Principais Dados • Boletim Econômico • Relatório Gerencial – •11- Análise Sócio –econômica das rodovias
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