Lista de exercícios de pavimentação asfáltica

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Definição de Pavimento
Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras delimitadas, construída sobre a camada final de terraplanagem, destinada técnica e economicamente a resistir os esforços provenientes do tráfego e das ações das intempéries (umidade e temperatura), de modo que a camada de rolamento propicie aos usuários, conforto e segurança com economia.
De uma forma geral, os pavimentos são classificados em:
Pavimentos rígidos - pouco deformáveis, constituídos principalmente de concreto de cimento. Rompem por tração na flexão, quando sujeitos a deformações.
Pavimentos flexíveis são aqueles em que as deformações, até um certo limite, não levam ao rompimento. São dimensionados normalmente a compressão e a tração na flexão, provocada pelo aparecimento das bacias de deformação sob as rodas dos veículos, que levam a estrutura a deformações permanentes, e ao rompimento por fadiga.
Todavia, cabe salientar que existe a possibilidade de utilizar camadas flexíveis e rígidas numa mesma estrutura de pavimento, como por exemplo a execução de uma camada de revestimento de concreto asfáltico, que é flexível, sobre uma camada de base de solo cimento, que é rígida.
Dimensionamento de um pavimento
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.
Conceitos necessários para o dimensionamento de um pavimento
Subleito: É o terreno de fundação do pavimento.
Regularização: É a camada de espessura irregular, construída sobre o sub-leito e destinada a conformá-lo, transversal e longitudinalmente, com o projeto
Reforço do sub-leito: camada de espessura constante, construída, se necessário, acima da regularização, com características técnicas inferiores ao material usado na camada que lhe for superior, porém superiores às do material do sub-leito.
Sub-base: É a camada complementar à base, quando, por circunstâncias tecno-econômicas, não for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do sub-leito.
Base: É a camada destinada a receber e distribuir os esforços oríundos do tráfego, que são predominantemente de direção vertical, e sobre a qual se constrói o revestimento.
Revestimento (capa de rolamento): É a camada que tem contato direto com os pneumáticos, construída então para resistir a esforços horizontais e proporcionar segurança e conforto, além de resistir ao desgaste (durabilidade).
Ações – as cargas que solicitam um pavimento são transmitidas por meio das rodas pneumáticas dos veículos
Segundo a legislação brasileira o limite de carga por eixo.
Eixo simples com rodas simples - máx 6 t
Eixo simples com rodas duplas - máx 10 t
Eixo com tandem duplo - máx 17 t
Eixo com tandem triplo - máx 25,5 t
A forma de dimensionar um pavimento é através da determinação da Espessura Equivalente das camadas que o compõem. O manual vigente no país é o do DNIT.
Elementos e nomenclaturas utilizadas para o dimensionamento de um pavimento.
Onde temos:
 R = Espessura do revestimento
 B = Espessura da Base
h20= Espessura da Sub-base
hn= Espessura do Reforço do Subleito
Hm ou H = Espessura total ou de proteção ao subleito
Hn = Espessura de proteção ao reforço do subleito
H20= Espessura de proteção a sub-base
Para o cálculo da espessura equivalente, é utilizado o ábaco do DNIT que relaciona a espessura das camadas com os valores de CBR e N - parâmetros de entrada.
Obs: Sub leito ruim e cargas pesadas levam a pavimentos espessos. Sub leito de boa qualidade e cargas leves levam a pavimentos delgados.
- Revestimento: A camada tem espessura adotada, seja em função de critérios próprios, seja em função do tráfego previsto. P/ vias simples, espessuras de 3 a 5 cm. P/ auto estradas, chega-se a revestimentos de 7,5 a 10 cm
Exercício: O maior problema das rodovias e vias urbanas brasileiras é o péssimo estado de conservação, com patologias acarretadas principalmente devido ao excesso de carga por eixo dos veículos. Soluções:
Dimensionar novo pavimento e reconstruí-lo
Retirar e reaproveitar a camada de asfalto na reconstrução do pavimento. 
Redimensionar e reconstruir o pavimento e todas as suas camadas a partir do calculo de um eixo padrão mais coerente e a instalação de balanças nas estradas.
Exercício: Em serviços de pavimentação, o concreto rolado e o concreto betuminoso usinado a quente são utilizados, respectivamente:
base e revestimento.
Perfil Genérico do Solo
Sabendo-se que a estrutura do solo é diferente em cada região/local, uma vez que depende fatores de ordem física, química, físico-química e biológica - intempéries, ou ainda pode ser local ou levada a outros locais, como podemos verificar na Figura 2.1, concluímos que o solo podem ser constituídos por:
a - solos de alteração ou residuais (alterações in situ);
b - solos transportados: depósitos de partículas que sofreram erosão e foram transportadas para outros locais;
c - solos superficiais: constituem o capeamento dos dois anteriores.
2.3.1 Fase sólida
É nesta fase que se apresentam os grãos de dimensões, forma e natureza variadas.
2.3.2 Fase Líquida
Já na fase liquida se apresentam com diversos aspectos, podemos distinguir:
água de constituição
água adsorvida
água higroscópica 
água capilar: água livre
2.3.3 Fase Gasosa
Constituída por ar, vapor d'água e carbono combinado, instalados nos vazios deixados pelos grãos e da àgua.
Asfaltos
O conhecimento asfalto como material betuminoso como aglutinante data da antiguidade, Roma e Egito são países que trabalharam com este material.
A utilização do asfalto proveniente da destilação do petróleo iniciou-se, nos Estados Unidos, em 1902, e seu uso em pavimentação data de 1909, com mistura proveniente da vivência de profissionais nesta área. A produção de asfalto no Brasil iniciou-se em 1944, na refinaria Ipiranga, com petróleo importado geralmente da Venezuela.
As principais propriedades que resultaram na preferência pelos pavimentos betuminosos podem assim ser resumidas:
- Excelente adensamento entre betume e a pedras;
- Impermeabilidade;
- Durabilidade das misturas e manutenção das propriedades do betume por muitos anos;
- Possibilidade de trabalho e diversas temperaturas;
- Preço competitivo e, em muitos casos, vantajoso em relação a outros materiais utilizados em pavimentação principalmente na capa de rolamento.
Materiais Betuminosos: São combinações de hidrocarboretos produzidos naturalmente ou por combustão, ou por ambos associados. Em geral o termo betume engloba asfálto e alcatrões.
Asfaltos: São materiais aglutinantes de consistência variável, cor pardo-escura ou negra e nos quais o constituinte predominante é o Betume, podendo ocorrer na natureza em jazidas ou ser obtido pela refinação de petróleo.
Alcatrões: para a pavimentação, são produtos resultantes de processo de refino dos alcatrões brutos, os quais se originam da destilação dos carvões durante a fabricação do gás e coque.
Produção
A produção dos asfaltos se dá por destilação do petróleo ao longo de uma torre, onde, por diferenças de temperatura do topo até a base ou fundo, obtêm-se produtos como gasolina, diesel e outros. Após o processo de destilação de petróleo efetuada por vários processos os produtos resultantes serão:
Cimento Asfáltico de Petróleo, CAP: Cimento asfáltico de petróleo é o asfalto obtido especialmente para apresentar as qualidades e consistências próprias para o uso direto na construção de pavimentos, tendo uma penetração a 25° C entre 5 e 300 sob uma carga de 100g, aplicada durante 5 segundos.
CBUQ - Concreto Betuminoso Usinado a Quente - É um tipo de massa asfáltica a quente, apropriada para os serviços de execução de recapeamentos asfálticos ou novas capas asfálticas. Sua utilização é imediata não aceitando estocagem da massa. É aconselhado para pavimento em rodovias ou ruas de tráfego mais intenso,graças ao seu alto desempenho em resistir esforços.
Asfáltos Diluídos: São asfaltos que resultam da diluição de um cimento asfáltico de petróleo por destilados leves de petróleo, em frações que se aproximam da nafta, do querosene e do diesel, com o objetivo de reduzir temporariamente sua viscosidade, facilitando sua aplicação, geralmente exigindo temperaturas menores que a do cimento asfáltico nessa aplicação.
CR - asfáltos diluídos de cura rápida;
CM - asfáltos diluídos de cura média;
Principais Aplicações: Imprimação Asfaltica.
Emulsões Asfálticas: Chama-se emulsão a mistura de dois constituintes não miscíveis entre si que, entretanto, constituem fases separadas. A fase dispersante ou fase continua é normalmente um líquido, enquanto a fase dispersa ou descontínua pode ser constituída por um líquido viscoso, um sólido ou um semi-sólido, como, por exemplo, um asfalto ou um alcatrão.
Em termos práticos, as emulsões vieram atender à expectativa de poder dissolver os asfaltos com água num processo desenvolvido inteiramente a frio.
Podem-se grupar as emulsões em dois tipos:
-Emulsões diretas: óleo ou betume dispersado em água;
-Emulsões inversas: água dispersada no óleo ou ligante hidrocarbonado.
Principais Aplicações: Serviços de pavimentação asfáltica, principalmente por penetração.
Exercício: Apresentamos a seguir, relacionados as definições dos diversos materiais tendo como base material betuminoso/aglutinante:
I - São asfaltos que resultam da diluição de um cimento asfáltico de petróleo por destilados leves de petróleo, em frações que se aproximam da nafta, do querosene e do diesel, com o objetivo de reduzir temporariamente sua viscosidade, facilitando sua aplicação, geralmente exigindo temperaturas menores que a do cimento asfáltico nessa aplicação.
II - É um tipo de massa asfáltica a quente, apropriada para os serviços de execução de recapeamentos asfálticos ou novas capas asfálticas. Sua utilização é imediata não aceitando estocagem da massa. É aconselhado para pavimento em rodovias ou ruas de tráfego mais intenso, graças ao seu alto desempenho em resistir esforços.
III - Cimento asfáltico de petróleo é o asfalto obtido especialmente para apresentar as qualidades e consistências próprias para o uso direto na construção de pavimentos, tendo uma penetração a 25° C entre 5 e 300 sob uma carga de 100g, aplicada durante 5 segundos.
Tais conceitos referem-se a, respectivamente:
Asfalto Diluído, CBUQ, CAP
Exercício: No que diz respeito a granulometria do solo, este podem apresentar diversas formas as quais identificam não só prováveis aplicações, mas também o comportamento das camadas com elas construídas, inclusive misturas aglutinantes. Segundo as formas, as curvas podem ser:
I -Granulometria descontínua. Não há uniformidade nas porções das diversas frações; 
II -Granulometria uniforme. Existe evidente predominância de uma determinada fração, identificada pela verticalidade da curva;
III -Granulometria contínua densa. O material apresenta certa uniformidade nas frações, desde as mais graúdas até as mais finas; 
IV -Granulometria Aberta: Além de contínua, temos uma porcentagem de finos que preenchendo os vazios, aumenta a densidade do agregado.
A respeito dessas asserções, assinale a opção correta:
Apenas I e II
Exercício: Qual produto asfáltico tem como objetivo reduzir temporariamente a viscosidade do material e facilitar a sua aplicação. Assinale a alternativa correta
CM - asfáltos diluídos de cura média;
Introdução Cálculo de N – Estimativa de tráfego
Definido o número “N” como a transformação de todos os tipos de eixos e cargas dos veículos comerciais que trafegarão sobre o pavimento em um eixo simples padrão de rodas duplas equivalente de 80 kN, passamos agora para a etapa do dimensionamento deste.
Para tanto se faz necessário estabelecer um período de projeto, conhecer as várias cargas por tipo de eixo (veículo comercial) que atuarão sobre o pavimento.
	
Cálculo do número “N” (Núm. N é a transformação de todos os tipos de eixos e cargas dos veículos comerciais que trafegarão sobre o pavimento em um eixo simples padrão de rodas duplas equivalente a 80 Kn)
N = 
Onde:
N: número equivalente de operações de eixo simples padrão de rodas duplas de 80 kN acumulado para o período de projeto;
P: período de projeto igual a 10 anos para pavimento flexível ou semi-rígido e 20 anos para pavimento rígido;
i = 1: ano de início da vida de projeto;
Ni: número equivalente de operações do eixo simples padrão de rodas duplas de 80 kN acumulado durante o ano “i”.
Logo, para que possamos achar o número "N", teremos inicialmente que determinar o "Ni" através da expressão:
Onde:
Vti: volume total acumulado de veículos comerciais por sentido na faixa de projeto durante o ano “i”;
FV: fator de veículo da frota, que é função do método empregado;
FR: fator climático regional.
Para a determinação do volume total acumulado de veículos comerciais (Vti), que trafegará pela faixa de projeto durante o ano “i” é utilizada a seguinte expressão:
Onde:
Vti: volume total acumulado de veículos comerciais por sentido na faixa de projeto durante o ano “i”;
VDMC: volume diário médio de veículos comerciais total durante o ano “ i ”;
D: distribuição direcional (%);
Fp: porcentagem de veículos comerciais na faixa de projeto (%).
Importante ressaltar que o cálculo do VDMC utilizado durante a etapa de estudo preliminar de projeto utiliza o Caderno de Estatística do DER/SP, porém na evolução das etapas (projeto básico e executivo) são realizadas as contagens de tráfego de acordo com a Instrução de Projeto de Elaboração de Estudos de Tráfego.
Já o FV (fator de veículo da frota), Coeficiente que, multiplicado pelo volume total de tráfego comercial que solicita o pavimento durante o período de projeto, fornece o número equivalente de operações do eixo simples padrão no mesmo período, ou seja:
FV = FE x FC.
Sendo
FE = Fator de Eixo e,
FC = Fator de Carga
Para determinar o FC é necessário se conhecer as várias cargas por tipo de eixo que atuarão sobre o pavimento. Para tanto é necessário a realização de pesquisas de pesagem na área de influência do projeto. Entretanto, caso não se consigam dados de pesagens de veículos e se autorizados pela fiscalização do DER/SP, podem ser adotados os valores de fatores de veículos indicados nas Tabelas 2 e 3. (simbologia tab)
ESRS: eixo simples de rodas simples;
ESRD: eixo simples de rodas duplas;
ETD: eixo tandem duplo;
ETT eixo tandem triplo;
Para finalização do cálculo do Ni é necessário conhecer o FR - Fator Climático, que é o coeficiente que considera as variações de umidade dos materiais do pavimento durante as diversas estações do ano.
Para a consideração do efeito causado pelas variações de umidade dos materiais constituintes do pavimento durante as diversas estações do ano, o que se traduz em variações da capacidade de suporte dos materiais, multiplica-se o número “N” por um coeficiente denominado fator climático regional, FR. Na pista experimental da AASHTO*, FR variou de 0,2, representando ocasiões em que prevaleceram baixos teores de umidade, a 5,0, caracterizando ocasiões em que os materiais estavam praticamente saturados. No Brasil, costuma-se adotar FR IGUAL A 1,0 considerando os resultados de pesquisas desenvolvidas.
Exercício: Para dimensionamento do número "N" é necessário conhecer todos elementos resultantes do trafego na rodovia, tais como Vt1, FV e FR, VDMc, D e FP entre outros. Relacionado a esses elementos, alguns conceitos são apresentados:
I - fator de veículo da frota, que é função do método empregado;
II - volume diário médio de veículos comerciais total durante o ano "i";
III - porcentagem de veículos comerciais na faixa de projeto (%);
Tais conceitos referem-se a, respectivamente:
FV, VDMc, FP
Revestimento Flexível
Como já apresentado a espessura mínima do pavimento flexível é dada número “N” de equivalentes de operações de eixo simples padrão de rodas duplas de 80 kN,acumulado durante o período de projeto. A Tabela 12, indica as espessuras mínimas de revestimento asfáltico recomendadas em função da experiência do DER/SP.
	Tabela 12 - Tipos e Espessuras Mínimas de Revestimento
	Tipo e Espessura do Revestimento Asfáltico
	Número "N"
	Tratamentos superficiais asfáltico duplos e triplos
	N ≤ 1 x 106
	Concreto asfáltico com 5,0 cm de espessura
	1 x 106 < N ≤ 5 x 106
	Concreto asfáltico com 7,5 cm de espessura
	5 x 106 < N ≤ 1 x 107
	Concreto asfáltico com 10,0 cm de espessura
	1 x 107 < N ≤ 2,5 x 107
	Concreto asfáltico com 12,5 cm de espessura
	2,5 x 107 < N ≤ 5 x 107
	Concreto asfáltico com 15,0 cm de espessura
	N > 5 x 107
A capacidades de suporte dos materiais são obtidas através dos ensaios de CRB e Mini-CBR.
Com base nos resultados da pista experimental da AASHTO* e nos materiais que compõem o pavimento, a sua equivalência estrutural pode ser estabelecida pelos coeficientes de equivalência estrutural K, sendo este a relação entre o material a ser utilizado e um material conhecido (padrão).
Determinada a espessura do revestimento (R) e a espessura do pavimento (H) com base em material granular será calculado a espessura das camadas de base, sub-base e reforço do subleito. Para o dimensionamento utilizaremos os materiais disponíveis para a execução de cada camada considerando o respectivo coeficiente de equivalência e a capacidade de suporte (CBR).
As espessuras de base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito (hn), poderão ser obtidas pela resolução sucessiva das seguintes fórmulas:
RKR + BKB ≥ H20 (1)
RKR + BKB + h20KS ≥ Hn (2)
RKR + BKB + h20KS + hnKref ≥ Hm (3)
Onde KR, KB, KS e Kref, representam os coeficientes estruturais do revestimento, base, sub-base e reforço do subleito respectivamente.Mesmo com a espessura de proteção a sub-base (H20) e a espessura da Sub-base (h20) mesmo com CBR superior a 20%, a espessura necessária para protegê-la é determinada como se esse valor fosse 20, daí a sua nomeclatura.
O coeficiente de equivalência estrutural da sub-base granular ou do reforço do subleito deverá ser 1,0 toda vez que o CBR desses materiais for igual ou superior a três vezes o CBR do subleito.
CBR1 = CBR do reforço ou da sub-base CBR2 = CBR do subleito
Observações finais:
Para o caso de solos com limite de liquidez e/ou índice de plasticidade superiores àqueles recomendados previamente, o material pode ser empregado como base (satisfeitas as demais condições), desde que o equivalente de areia seja superior a 30%
Se o CBR da sub-base for superior a 40% e para N = 5 x 10 6 admite-se substituir, na equação (1), H20 por 0,80 H20. Para N = 5 x 10 7 recomenda-se substituir, na mesma equação, H20 por 1,20 H20.
Espessura mínima adotada para as camadas granular = 10 cm.
07. Exercício: Sobre o dimensionamento das camadas dos pavimento flexível, podemos afirmar que:
l. Para determinarmos o tipo e a espessura mínima dos pavimentos asfalticos, preliminarmente encontramos o número "N" de equivalentes de operações de eixo simples padrão de rodas duplas duplas de 80 kN.
ll. Para o cálculo das camadas de base, sub-base e reforço do subleito é devemos relacionar a estrutura necessária e os materiais disponíveis, para cada uma das camadas e seus coeficientes de equivalência estrutural, bem como a capacidades de suporte do subleito. 
lll. para determinarmos a espessura do reforço do subleito (hn), devemos inicialmente calcular a espessura da base e sub-base. 
lV. O coeficiente de equivalência estrutural da sub-base granular ou do reforço do subleito deverá ser superior a 20% toda vez que o CBR desses materiais for inferior a três vezes o CBR do subleito.
Solução: I, II, III e IV