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Esboço Código de Práticas Para o Projecto de Pavimentação de Estradas Setembro 1998 (Reimpresso em Julho de 2001) Preparado pela Divisão de Tecnologia de Estradas e Transportes, CSIR Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Introdução ÍNDICE LISTA DE TABELAS .................................................................................................................................. 2 LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................................... 3 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 1 1.1 Conhecimentos ............................................................................................................................... 1-1 1.2 Estrutura de Pavimentação e Secção Transversal ........................................................................ 1-1 1.3 Processo do Projecto...................................................................................................................... 1-2 2. ESTIMANDO O CARREGAMENTO DO TRÁFEGO DO PROJECTO ........................................... 2-1 2.1. Geral .............................................................................................................................................. 2-1 2.2. Carregamento do Tráfego do projecto .......................................................................................... 2-1 2.3. Classe de Tráfego do Projecto ...................................................................................................... 2-5 3. DETERMINANDO A RESISTÊNCIA DO NÍVEL DE FORMAÇÃO ................................................ 3-1 3.1 Conhecimentos ............................................................................................................................... 3-1 3.2 Conteúdo de humidade de Subsolo representativo ....................................................................... 3-2 3.3 Classificando a Resistência do Subsolo do Projecto ..................................................................... 3-2 4. DEFINIÇÃO DAS CONDIÇÕES HÚMIDAS OU SECAS ................................................................ 4-1 4.1 Conhecimentos ............................................................................................................................... 4-1 4.2 Seleccionando o Projecto de Pavimentação Apropriado baseado na Influência da Humidade….4-1 5. CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS ...................................................................................................... 5-1 5.1 Conhecimentos ............................................................................................................................... 5-1 5.2 Disponibilidade de Materiais ........................................................................................................... 5-1 5.3 Terreno ........................................................................................................................................... 5-3 5.4 Sobrecarga de Veículos ................................................................................................................. 5-3 5.5 Subsolo CBR menor que dois por cento ........................................................................................ 5-4 5.6 Tráfego do Projecto maior que 30 milhões de ESAs ..................................................................... 5-4 5.7 Reabilitação de Estradas Existentes .............................................................................................. 5-4 5.8 Uso do Penetrômetro de Cone Dinâmico (DCP) ............................................................................ 5-5 6. SELECÇÃO DE POSSÍVEIS ESTRUTURAS DE PAVIMENTAÇÃO ............................................. 6-1 7. REFERÊNCIAS ............................................................................................................................... 7-0 APÊNDICE A: MATERIAIS...................................................................................................................... A-0 A.1 Introdução ...................................................................................................................................... A-0 A.2 Materiais ilimitados ......................................................................................................................... A-0 A.3 Materiais cimentados ..................................................................................................................... A-3 A.4 MATERIAIS BETUMINOSOS ........................................................................................................ A-6 APÊNDICE B: DRENAGEM E BERMAS ................................................................................................ B-1 B.1 Introdução ...................................................................................................................................... B-1 B.2 Drenagem ....................................................................................................................................... B-1 B.3 Bermas ........................................................................................................................................... B-2 APÊNDICE C: CATÁLOGO DO PROJECTO ......................................................................................... C-1 C.1 Introdução ...................................................................................................................................... C-1 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Introdução LISTA DE TABELAS Tabela 2.1: Guia da selecção de vida do projecto de pavimentação…………………………………………........ 2-1 Tabela 2.2: Expoentes de danos relativos recomendados, n ………………………………………………………. 2-3 Tabela 2.3: Factores de equivalência de carga para diferentes grupos de carga de eixo, em ESAs …………. 2-3 Tabela 2.4: Factores para carregamento de tráfego do projecto …………………………………………………... 2-5 Tabela 2.5: Classes de tráfego ………………………………………………………………………………………… 2-6 Tabela 3.1: Classificação de subsolos ………………………………………………………………………………… 3-1 Tabela 3.2: Método para classificação do projecto CBR de sub base …………………………………………….. 3-3 Tabela 3.3: Profundidade mínima recomendada de subsolo adequando-se à resistência do Projecto ……….. 3-5 Tabela 4.1: Guia de selecção das condições do projecto para regiões predominantemente húmidas ……….. 4-2 Tabela 5.1: Classificação da resistência nominal de materiais no catálogo do projecto ………………………… 5-2 Tabela 6.1: Classificação de estruturas no catálogo do projecto…………………………………………………… 6-1 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Introdução LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Geometria e pavimentação para a pavimentação ………………………………………….. 1-2 Figura 3.1: Ilustração da distribuição acumulativa de resistência da CBR ……………………………………….. 3-4 1-1 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Introdução 1 INTRODUÇÃO 1.1 Conhecimentos Esse guia do projecto de pavimentação para novas estradas principais tem o intuito de fornecer um método aplicado simples e fácil para determinar uma estrutura de pavimentação para os critérios do projectoesperado. É baseado no uso de um catálogo do projecto completo que permite o projectista de pavimentação a seleccionar rapidamente configurações estruturais possíveis que devam se adequar aos critérios do projecto. Os projectos sugeridos foram verificados em comparação com os actuais métodos de análises de mecanismos para adequação. Deve-se observar desde o início que determinadas limitações se aplicam ao uso desse guia e os principais estão indicados a seguir: • Esse guia não se aplica a estradas de betão ou cascalho. • Esse guia não abrange as considerações especiais para pavimentações urbanas. • Esse guia não é utilizado para um tráfego do projecto de mais de 30 milhões de eixos padrão equivalentes. • Esse guia não abrange especificamente as condições de subsolos existentes para que a Relação de Influência da Califórnia (CBR) seja menor que 2%. Esse guia é, entretanto, fornece alguns aspectos práticos para o projecto de pavimentação e construção, que podem auxiliar no encaminhamento dessas outras condições. As estruturas do catálogo foram desenvolvidas a partir das práticas actuais consideradas apropriadas para a região, primeiramente como exemplificadas pelo Laboratório de Pesquisa de Transportes de Estradas Estrangeiras, Nota 31 (RN31) e o Guia do Projecto TRH4 de pavimentação sul-africano. Esses documentos, em particular, foram identificados de uma revisão ampla, incluindo as directrizes passadas da SATCC e duas abordagens australianas, como sendo os mais aptos para esse propósito. Com o intuito de manter esse guia facilmente utilizável, muitas das informações foram reduzidas às essenciais. Enquanto esforços têm sido feitos para assegurar que todas as considerações práticas do projecto sejam encaminhadas, o usuário é activamente encorajado a se familiarizar com outros documentos do projecto de pavimentação completo, que podem fornecer discernimento adicional nesse processo. Da mesma forma, o usuário deve considerar as estruturas do catálogo aqui descritas como sugestões sadias para as condições adoptadas, porém devem fazer uso de outros métodos do projecto como uma verificação e uma maneira de refinar possivelmente a estrutura para se adequar às condições específicas. Da mesma maneira, o Engenheiro deve esboçar um conhecimento local dos materiais e técnicas que provem ser satisfatórias e substituam, onde forem julgadas apropriadas, as classificações materiais genéricas usadas nesse guia. Os detalhes dos materiais nominais encontram-se no Apêndice A, que fornece um guia geral sobre sua utilização. 1.2 Estrutura de Pavimentação e Secção Transversal A Figura 1.1 mostra tanto uma pavimentação de secção transversal típica como uma estrutura de pavimentação nominal, com o intuito de definir alguns termos usados. A geometria específica da secção de pavimentação é definida separadamente ao aplicar a SATCC ou outros padrões regionais aceitáveis. 1-2 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Introdução Camada SeleccionadaMargem Aterro Berma Largura dac Estrada Berma Material de Berma Base Revestimento Sub-Base Dreno Lateral Margem D re no L at er al D re no L at er al Figura 1.1: Geometria e nomenclatura para a pavimentação Esse manual foca apenas na origem da configuração da camada mais apropriada para formar a estrutura de pavimentação, porém as seguintes condições inerentes devem ser apresentadas se a pavimentação funcionar adequadamente: • A estrada tem uma superfície impenetrável. • A estrada tem bermas de pelo menos 1m de largura. • A estrada tenha um caimento mínimo da estrada de 2%. O Apêndice B fornece maiores detalhes sobre drenagem e bermas da estrada. 1.3 Processo do Projecto O processo do projecto nesse manual é definido em cinco passos. São eles: (i) Estimando o carregamento do tráfego acumulado esperado durante a vida do projecto. (ii) Definindo a resistência do subsolo (solo) sobre a qual a estrada será construída. (iii) Definindo o clima de operação nominal (húmido ou seco). (iv) Determinando quaisquer aspectos práticos que influenciarão a selecção do projecto. (v) Seleccionando possíveis estruturas de pavimentação. Esses passos são fornecidos em cinco secções a seguir. 2-1 2. ESTIMANDO O CARREGAMENTO DO TRÁFEGO DO PROJECTO 2.1. Geral A vida do projecto é o período durante o qual espera-se que a estrada possa suportar um tráfego em um nível satisfatório de serviço, sem necessitar uma reabilitação principal ou trabalho de reparação. Está implícito, entretanto, que alguns trabalhos de manutenção serão realizados em todas as partes nesse período com o intuito de adequar-se à vida esperada do projecto. Esse trabalho de manutenção é principalmente para manter a pavimentação em uma condição durável satisfatória, e poderia incluir tarefas de manutenção de rotina e vedações periódicas conforme necessário. A falta desse tipo de manutenção poderia quase levar com certeza a um fracasso prematuro (mais cedo que a vida do projecto) e a uma perda significativa do investimento inicial. Uma vida máxima de 20 anos do projecto é indicada para essas pavimentações, em cujo estágio espera-se que a estrada precise reforçar, mas ainda sim tenha uma boa resistência residual (e valor). Ao contrário, uma vida mínima de 10 anos do projecto é recomendada como um limite prático para a justificativa económica na maioria dos casos. A selecção da vida do projecto dependerá de um número de factores e incertezas, e deve ser especificada pelo projectista, baseado em todas as informações disponíveis, porém na maioria das vezes deve ser ou de 15 ou 20 anos. A Tabela 2.1 fornece um auxílio na selecção. Tabela 2.1: Manual de selecção da vida do projecto Segurança das informações do projecto Importância / nível do serviço Baixo Alto Baixo Alto 10 – 15 anos 10 – 20 anos 15 anos 15 – 20 anos É importante observar que pode existir uma pequena diferença na estrutura de pavimentação para dois períodos diferentes do projecto, e é sempre válido verificar o tráfego do projecto estimado para períodos diferentes. 2.2 Carregamento do Tráfego do projecto O processo do projecto de pavimentação requer uma estimativa do número diário médio das ESAs em uma linha na abertura da nova estrada de tráfego, que é então projectada e acumulada sobre o período do projecto para possibilitar o carregamento do tráfego do processo. Existem principalmente duas formas para fazer isso, conforme resumidas abaixo no item 2.3 (a) e (b) respectivamente O mais importante é que as informações usadas sejam verificadas cuidadosamente para a coerência e precisão. Onde julgadas necessárias, o tráfego adicional e as informações de pesquisas de eixos devem ser obtidos. Detalhes mais completos referentes aos processos e factores envolvidos podem ser obtidos das RN31(1) ou TRH4(2). a) Informações de Cálculo de Tráfego e Informações de Pesquisa de Carga de Veículos de Eixos Estáticos (i) Determinar a Linha de Base da Média Anual de Tráfego Diário (AADT). Isso é definido como o tráfego anual total somado para ambas as direcções e dividido por 365, aplicáveis no momento de abertura de uma nova estrada. Isso deve ser derivado das informações de cálculo de tráfego disponíveis e deve-se ter conhecimento da possibilidade para tráfego desviado (tráfego existente que mude para outra rota) e tráfego gerado (tráfego adicional gerado do desenvolvimento). Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Estimando o carregamento do tráfego do projecto 2-2 (ii) Estimar o número de veículos em diferentescategorias que incluam a linha de base da AADT. Categorias normais são carros / pequenas carrinhas; veículos de mercadorias leves (incluindo carros de passeio de quatro rodas, mini autocarros e autocarro); caminhões (que normalmente incluem diversas subclassificações para diferenciar veículos rígidos e articulados, caminhões com carroçarias, e várias configurações multi eixos típicas dessa área), e autocarros. Essas classificações já vão existir em uma região particular e devem formar a base para essa estimativa. (iii) Prever um fluxo de tráfego acumulativo de uma direcção para cada categoria esperada sobre a vida do projecto. Isso significa tomando a metade do valor na etapa (ii) e projectando em uma taxa de crescimento seleccionada, e acumulando o total sobre o período designado. Taxas de crescimento irão normalmente estar num raio de acção de 2 a 15 por cento por ano, e valores seleccionados devem ser baseados em todos os indicadores disponíveis incluindo históricos, e tendências socio-económicas. A fórmula a seguir, usando o fluxo de tráfego diário médio para o primeiro ano (não o valor na abertura do tráfego, mas a média projectada para o ano), fornece os totais acumulados: [ ] 100/ 1100/1*365 r rTDT p −+ ∗= …………....... Equação 1 onde DT é o tráfego do projecto acumulativo em uma categoria de veículo, para uma direcção, e T = tráfego diário médio em uma categoria de veículo no primeiro ano (uma direcção) r = taxa de crescimento assumido médio, por cento por ano p = período do projecto em anos (iv) Uso das informações de carga de eixo estático para determinar a média dos factores que causam danos aos veículos (ESAs por classe de veículo). Esses são determinados convertendo as cargas dos eixos pesquisados para a classificação das ESAs / veículos, e então derivando um valor médio representativo. Em alguns casos, haverá diferenças distintas em cada direcção e separar os sectores que causam danos aos veículos para que cada direcção seja derivada. Nenhuma média dos factores de danos ao veículo para diferentes classes de veículos é fornecida nesse documento, como classificações de veículos, uso, categorias de carregamento e limites legais provavelmente são para diferenciar totalmente a região. Esses todos influenciarão os factores médios, e é considerado imprudente propor valores nesse documento que são provavelmente inapropriados. A seguinte fórmula é usada para converter as cargas reais dos eixos para ESAs: F = (P/8160) (para cargas em kg) ou F = (P/80) (para cargas em kN) n n …. Equação 2 Onde F é o factor de equivalência da carga em ESAs, e P = carga de eixo (em kg ou kN) n = expoente de avaria relativa Para veículos que utilizam configurações de multi-eixos (tais como bicicletas de dois assentos), algumas agências introduzem factores adicionais para derivar Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Estimando o carregamento do tráfego do projecto 2-3 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Estimando o carregamento do tráfego do projecto equivalências de carga modificada com base que esses grupos de eixos possam ser menos prejudicados do que o somatório dos eixos individuais como derivados acima. Dentro dos limites do conhecimento actual e veracidade das informações, e para manter o cálculo honesto, é recomendado que processamento adicional seja adoptado nesse estágio. O valor de 4 para o expoente é geralmente usado, de acordo com descobertas precoces e citados em geral ”efeitos de danos de quarta força” de cargas de eixos pesados. Está claro agora que o valor é influenciado por vários factores, com o mais significante sendo a configuração de pavimentação. A Tabela 2.2 indica valores n recomendados para serem usados para as pavimentações nesse manual, e a Tabela 2.3 fornece factores de equivalência de carga para diferentes cargas de eixos diferentes e valores n derivados da Equação 2. A combinação da pavimentação da base/Sub-base de cimentado/granulado não é usada nesse manual, nem recomendado, baseado em vários exemplos de desempenho pobre derivando de uma fissura prematura e deterioração da base cimentada. Tabela 2.2: Expoentes de danos relativos recomendados, N² Base/Sub base de Pavimentação Nº recomendado Granulado / Granulado 4 Granulado / Cimentado 3 Cimentado / cimentado 4.5 Betuminoso / Granulado 4 Betuminoso / cimentado 4 2-4 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Estimando o carregamento do tráfego do projecto Tabela 2.3: factores de equivalência de carga para diferentes grupos de carga de eixo, em ESAs Cargas de eixos medidos em kg Cargas de eixos medidas em kN Limite da carga de eixo (kg) n = 3 n = 4 n = 4.5 Limite da carga de eixo (kN) n = 3 n = 4 n = 4.5 Menos que 1500 - - - Menos que 15 - - - 1500 – 2499 .02 - - 15 – 24 .02 - - 2500 – 3499 .05 .02 .01 25 - 34 .05 .02 .01 3500 – 4499 .12 .06 .05 35 - 44 .13 .06 .05 4500 – 5499 .24 .15 .12 45 – 54 .24 .15 .12 5500 – 6499 .41 .30 .26 55 – 64 .42 .32 .28 6500 – 7499 .64 .56 .52 65 – 74 .66 .58 .55 7500 – 8499 .95 .95 .94 75 - 84 .99 .99 1.00 8500 – 9499 1.35 1.51 1.59 85 – 94 1.41 1.59 1.69 9500 – 10499 1.85 2.29 2.55 95 – 104 1.94 2.42 2.71 10500 – 11499 2.46 3.34 3.90 105 – 114 2.58 3.55 4.16 11500 – 12499 3.20 4.72 5.75 115 – 124 3.35 5.02 6.15 12500 – 13499 4.06 6.50 8.22 125 – 134 4.26 6.92 8.82 13500 – 14499 5.07 8.73 11.46 135 – 144 5.32 9.3 12.31 14500 – 15499 6.23 11.49 15.61 145 – 154 6.54 12.26 16.79 15500 – 16499 7.56 14.87 20.85 155 – 164 7.94 15.88 22.45 16500 – 17499 9.06 18.93 27.37 165 – 174 9.53 20.24 29.50 17500 – 18499 10.76 23.78 35.37 175 – 184 11.32 25.44 38.15 18500 – 19499 12.65 29.51 45.09 185 – 194 13.31 31.59 48.67 19500 - 20499 14.75 36.22 56.77 195 - 204 15.53 38.79 61.32 (v) Converta fluxos de tráfego acumulativos de uma direcção em ESAs totais acumulativas em cada direcção As ESAs em cada direcção são a soma de ESAs de cada categoria de veículo, derivada do passo (iii) acima, usando os factores do passo (iv). O carregamento de tráfego do projecto actual (ESAs) é então calculado com base na tabela acima, usando as larguras da faixa de rolamento do projecto e tipos de estradas para finalizar as prováveis necessidades do projecto. A Tabela 2.4 fornece a base para o carregamento do tráfego do projecto usando os totais nominais para cada direcção como determinadas acima. 2-5 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Estimando o carregamento do tráfego do projecto Tabela 2.4: Factores para carregamento do tráfego do projecto Tipo de estrada Carregamento do tráfego do projecto Comentário Faixa de rolamento única Estrada pavimentada de largura de 4.5m ou menos Até duas vezes a soma das ESAs em cada direcção* Pelo menos o tráfego total deve ser designado Estrada pavimentada de largura de 4.5m a 6.0m 80% da soma das ESAs em cada direcção Para permitir uma super posição considerável na secção central da estrada. Estrada pavimentada de largura de mais de 6.0m ESAs totais na direcção de maior tráfego pesado Nenhuma super posição efectivamente, veículos permanecendo nas faixas. Faixa de rolamento dupla Menos que 2,000 veículos comerciais por dia em uma direcção 90% das ESAs totais na direcção A maioria dos veículos pesados viajará em uma faixa efectivamente. Mais que 2,000 de veículos comerciais por dia em uma direcção 80% das ESAs totais na direcção A maioria dos veículos pesados continuará a viajar em uma faixaefectivamente, mas grande congestionamento levará à troca de mais de uma faixa * Judicioso para usar duas vezes as ESAs totais esperadas, como normalmente essas são estradas de tráfego baixo e isso pode permitir uma pequena diferença na estrutura da pavimentação. Para faixas de rolamento duplas, não é recomendado adoptar diferentes projectos para as diferentes faixas pela principal razão que, excepto as questões práticas, existem provavelmente ocasiões quando o tráfego é exigido que troque para a faixa rápida ou outra faixa de rolamento devido às necessidades de remedeio. Isso poderia levar então acelerar a deterioração das faixas rápidas e quaisquer economias de custo inicial poderiam ser excedidas pesadamente pelos futuros gastos e perdas de utilidade. b) Dados da Pesquisa do Eixo de Carga de Movimento de Peso (WIM) (i) Determinar a média da linha de base diária do carregamento de tráfego, ESAs, em cada direcção. Dados seguros da pesquisa da WIM fornecem uma medição directa das cargas de eixos e esses podem ser convertidos a ESAs directamente como resumidas acima. Nesse caso, não é necessário conhecer os detalhes dos veículos. (ii) Converter a linha de base das ESAs cumulativas em cada direcção durante a vida do projecto A Equação 1 pode ser usada, em cuja média diária de ESAs esperada durante o primeiro ano da etapa (i) são usadas para o termo T. O resultado, DT, é então o total acumulado das ESAs para essa direcção particular. O carregamento do tráfego do projecto é então derivado da Tabela 2.4 da mesma maneira como antes. 2.3 Classe de Tráfego do Projecto As estruturas de pavimentação sugeridas nesse manual são classificadas em várias categorias de tráfego pelas ESAs acumulativas esperadas. A tabela 2.5 fornece essas classificações, e o tráfego do projecto determinado da Secção 2.2 é usado para decidir qual categoria será aplicável. 2-6 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Estimando o carregamento do tráfego do projecto Tabela 5.2: Classes de tráfegos¹ Designação de classe de tráfego Limites de tráfego (milhão ESAs) T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 < 0.3 0.3-0.7 0.7-1.5 1.5-3 3-6 6-10 10-17 17-30 Se os valores do projecto calculados são muito próximos aos limites da classe de tráfego, os valores usados nas previsões devem ser revisados e as análises sensíveis devem ser realizadas para determinar qual categoria é a mais apropriada. A mais baixa classe de tráfego (T1), para o tráfego de projecto de menos de 0.3 milhões de ESAs, é considerada como uma mínima prática desde as espessuras realistas das camadas bem como especificações de materiais tendem a impedir estruturas mais leves para menor tráfego. O nível actual de conhecimento sobre comportamento de pavimentação, em qualquer caso, limita-se ao escopo do projecto racional de tais estruturas mais leves. Entretanto, no improvável caso de o tráfego de projecto é estimado em menos de 0.1 milhão de ESAs (que é, tráfego significantemente menos que a classe mais baixa T1), desde que esse manual tem como objectivo primeiramente na Rede de Estrada Principais Regionais, recomenda-se que o Engenheiro considere projectos alternativos provados localmente para esse tráfego muito leve. 3-1 3. DETERMINANDO A RESISTÊNCIA DO NÍVEL DE FORMAÇÃO 3.1 Conhecimentos A resistência do subsolo é o outro factor de maior importância, excepto do carregamento de tráfego, que governa a configuração estrutural da pavimentação. É suposto nesse manual que os primeiros estágios de determinação, em geral as secções uniformes em termos de condição de subsolo, terão sido realizadas. Isso pode ser baseado em avaliações de propriedades geológicas e de solo, em conjunto com outras avaliações físicas, tais como o teste do Penetrômetro de Cone Dinâmico (DCP) ou testes de comportamento in loco, ou quaisquer outros meios que permitam uma delineação realística. A secção 5.8 discute o uso geral do DCP. Essa secção, portanto, foca na classificação dessas secções em termos da Relação de Influência da Califórnia (CBR) para representar as condições realísticas para o projecto. Na prática, isso significa determinar a resistência da CBR para a condição de humidade provavelmente para ocorrer durante a vida do projecto, numa densidade esperada para alcançar no campo. A classificação da condição do subsolo nesse manual é similar ao RN31 e é mostrado na Tabela 3.1. Tabela 3.1: Classificação do Subsolo (1) Designação de classe de subsolo Limites do subsolo CBR (%) S1 S2 S3 S4 S5 S6 2 3 – 4 5 – 7 8 – 14 15-29 30+ Desde a combinação do conteúdo inteiramente da densidade e da humidade governa a CBR para um determinado material, está primeiramente claro que as mudanças no conteúdo da humidade irão alterar a CBR eficaz no campo, e está logo claro que um esforço particular deva ser feito para definir a condição do subsolo do projecto. O resultado da classificação incorrecta do subsolo pode ter efeitos significativos, particularmente para materiais de subsolos pobres com valores da CBR de cinco por cento ou menos. Se a resistência do subsolo é seriamente super estimada (por exemplo, o apoio é actualmente mais fraco que o assumido), há uma probabilidade de fracassos prematuros locais e desempenho insatisfatório. Ao contrário, se a resistência do subsolo é subestimada (por exemplo, o apoio é mais forte que o assumido), então a estrutura de pavimentação seleccionada será mais consistente, mais forte e mais cara que a necessária. Em prova disso, será sempre considerada a variação entre os resultados de amostras, que dificulta decidir sobre um valor do projecto. É ainda mais complicado pela exigência que a resistência do subsolo suposto está disponível para algumas profundidades: uma fina, chamada de resistência alta, camada de material sobre um material mais fraco não fornecerão o bom apoio esperado. Essas directrizes são propositadamente mantidas como simples como possível, que significa que os detalhes limitados são fornecidos. Se maiores informações detalhadas são exigidas, a RN31 (1) é sugerida como uma fonte de referência primária. Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Determinando a Resitência do Nível de Formação 3-2 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Determinando a Resitência do Nível de Formação 3.2 Conteúdo de humidade de Subsolo representativo A estimativa da condição mais húmida de subsolo provavelmente ocorre, para propósitos de projecto, é o primeiro estágio na determinação do subsolo da CBR do projecto. Sabe-se que as capacidades de humidade em subsolos são propensos à variação devido aos efeitos naturais, incluindo chuvas, evaporação e proximidade de lençóis freáticos, bem como tipo de material. Qualquer conhecimento local disponível do subsolo, localidade, e condições predominantes, devem ser esboçados primeiro ao determinar a capacidade da humidade do projecto nominal. Amostragens directas devem ser realizadas se há uma clara compreensão de como a capacidade da humidade exemplificada relata a provável condição de humidade do projecto. a) Áreas onde os lençóis freáticos são normalmente altos, enchentes regulares ocorrem, chuvas excedem 250 mm por ano, condições são pantanosas, ou outros indicadores sugerem condições húmidas ocorrem regularmente durante a vida da estrada levando a uma possível saturação. A capacidade de humidade do projecto deve ser o conteúdo da melhor humidade determinado a partir do teste T-99 de compactação da AASHTO (Proctor) para a capacidade de humidade do projecto. b) Áreas onde os lençóis freáticos são baixos,a chuva é baixa (diga-se menos que 250 mm por ano), sem distinção de estações húmidas que ocorrem, ou outros indicadores sugeridos que uma pequena possibilidade de humidade significante do subsolo deva ocorrer. Uso da capacidade de humidade determinada a partir da seguinte fórmula baseada na capacidade de melhor humidade (OMC) determinada a partir do teste T-99 de compactação da AASHTO (Proctor). Capacidade de humidade do projecto (%) = 0.67 * OMC (%) + 0.8 …….… . Equação 3 Onde A OMC é a capacidade da melhor humidade a partir do teste T-99 de compactação da AASHTO (Proctor), e a simples relação foi derivada de uma investigação ampla das características da compactação (Semmelink, 1991). 3.3 Classificando a Resistência do Subsolo do Projecto A resistência do subsolo para o projecto deve reflectir a provável representação mais baixa da CBR provavelmente para ocorrer durante a vida da estrada. Como observado na Secção 3.1, o valor será influenciado por ambas as densidades alcançada e capacidade de humidade. Por questões práticas, é importante que o nível prático mais alto de densidade (em termos de Densidade Seca Máxima, ou MDD) seja alcançada do subsolo ascendente com o intuito de minimizar as deformações subsequentes, devido a densidade adicional sob o carregamento do tráfego. Claramente se a compactação insuficiente é alcançada durante a construção, então o desempenho de longo prazo da estrada é provável de ser negativamente afectada, assim é crítico assegura que uma boa compactação é alcançada. Também é crítico assegurar que o nível de formação foi compactado a uma profundidade razoável com o intuito de evitar a possibilidade de deformação da estrada devido à fraqueza do material de base. O seguinte manual (Tabela 3.2) é sugerido para a determinação da classificação do subsolo CBR de acordo com a Tabela 3.1 para as exigências mínimas de compactação do subsolo e para uma verificação de controlo sobre a compactação do subsolo durante a construção. 3-3 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Determinando a Resitência do Nível de Formação Tabela 3.2: Método para classificação do projecto de subsolo da CBR Condições de subsolo esperadas Condições de amostragem para testes de CBR Saturação é provável em alguns períodos (áreas de chuvas fortes, estações húmidas bem definidas, áreas de enchentes, altos lençóis freáticos, etc.) Amostras compactadas em OMC (AASHTO T-99), a 100%**MDD. CBR medida após 4 dias imersão*** Saturação é improvável, mas condições húmidas ocorrerão periodicamente (áreas de chuvas fortes, estações húmidas bem definidas, lençóis freáticos flutuantes, etc). Amostras compactadas em OMC (AASHTO T-99), a 100%**MDD. CBR medido sem imersão **. Condições secas (áreas de chuvas fracas, baixos lençóis freáticos) Amostras compactadas em OMC (AASHTO T-99), a 100%. S Notas: * ** *** Um mínimo de 6 amostras representativas por secção uniforme serão esperadas para propósitos de classificação. Veja (a) abaixo referentes ao uso de outro teste de capacidade de humidade / exigências de densidade. Materiais corrosivos com índices de plasticidade (Pls) maior que 20 devem ser armazenados selados por 24 horas antes de serem testados para permitir o excesso para que se estude a pressão para dissipar. a) Exigências mínimas de compactação de subsolo O método para classificação na Tabela 3.2 pressupõe que uma densidade de compactação de campo mínima de 100 por cento Proctor MDD (ou 95 por cento de AASHTO MDD modificada) será alcançada. Na maioria dos casos, com o equipamento de compactação actual, esse mínimo deverá ser facilmente alcançado. Onde há evidências que densidades altas podem ser realisticamente alcançadas na construção (das medidas de campo sobre materiais similares, de informações estabelecidas, ou de qualquer outra fonte), uma densidade alta deve ser especificada pelo Engenheiro. A alta densidade deve também ser usada na classificação da CBR na Tabela 3.2 no lugar do valor MDD de 100 por cento. Pode haver casos onde, por causa das altas capacidades de humidade na compactação de campo (maiores que a OMC), deficiências de material ou outros problemas, as condições de amostragem da CBR não são realistas. Em tais casos, o Engenheiro deve especificar um objectivo de densidade menor e/ou uma capacidade de humidade maior para ser substituída pelas condições de amostragem na Tabela 3.2, para representar as prováveis condições de campo mais realistas. b) Especificando a classe de subsolo do projecto Os resultados da CBR obtidos de acordo com a Tabela 3.2 são usados para determinar qual classe de subsolo deve ser especificada para propósitos do projecto, a partir da Tabela 3.1. Em alguns casos, a variação nos resultados pode fazer a selecção obscura. Nesses casos, é recomendado que, primeiramente, o processo de teste do laboratório seja verificado para assegurar a uniformidade (para minimizar variação inerente surgindo de, por exemplo, de amostras inconsistentes). Segundo, mais amostras devem ser testadas para estabelecer uma base mais correcta para a selecção. Planejando esses resultados como uma curva de distribuição acumulativa (curva S), na qual o eixo “y” é a percentagem de amostras menor que o valor CBR fornecido (eixo “x”), fornece um método para a determinação de um valor CBR do projecto. Isso está ilustrado na Figura 3.1, da qual está claro que a classe CBR do projecto está realisticamente na S2, ou 3-4 por cento da CBR. A alternativa de classe S3 (5-7 por cento da CBR) poderia ser injustificada como a Figura indica que aproximadamente entre 20 e 90 por cento das CBR’s de amostragem seriam menos que os limites de classe. 3-4 Uma boa aproximação é usar os 10 por cento da percentagem acumulativa (percentagem) como um manual de classe de subsolo, com base que apenas 10 por cento dos valores actuais devem ser esperados para ter uma CBR menor que a indicada. Nesse caso, a regra dos 10 por cento indica que uma CBR de aproximadamente 4.5 por cento, desta maneira, confirma que a classe S2 de subsolo é mais apropriada que a S3. 100% 80% 60% 40% 20% 0% 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CBR per cent Pe rc en ta ge m d as a m os tr as m en or q ue o v al or da C B R fo rn ec id o Figura 3.1: Ilustração da distribuição acumulativa de resistência da CBR c) Verificação de controlo sobre a uniformidade de resistência do subsolo durante a construção é crucial que a resistência do subsolo nominal esteja disponível para uma profundidade razoável com o intuito da estrutura de pavimentação desempenhar satisfatoriamente. Uma regra geral é que a espessura total das camadas de pavimentação (derivadas do catálogo) mais a profundidade do subsolo que deve ser a resistência do subsolo do projecto deve ser de 800 a 1000 mm. A Tabela 3.3 mostra as profundidades recomendadas para a uniformidade de resistência do subsolo para as classificações de subsolo do projecto na Tabela 3.1. Tabela 3.3: Profundidade de subsolo mínima recomendada adequando-se à resistência do projecto Designação de classe do nível de formação S1 S2 S3 S4 S5 S6 Profundidade mínima (mm) 250 250 350 450 550 650 Deve estar claramente entendido que as profundidades mínimas indicadas na Tabela 3.3 não são profundidades para as quais a recompactação e a repetição do trabalho deva ser antecipados. Sem dúvida, elas são as profundidades para as quais o Engenheiro deve confirmarque a resistência de subsolo nominal esteja disponível. Em geral, o trabalho desnecessário de subsolo deve ser evitado e limitado ao rolamento antes de construir camadas. Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Determinando a Resitência do Nível de Formação 3-5 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Determinando a Resitência do Nível de Formação Para os subsolos especialmente mais fortes (classe S4 e maiores, CBR 8 – 14 por cento e mais), a verificação da profundidade é para assegurar que não há material fraco subjacente que poderia levar a um desempenho prejudicial. É extremamente recomendado que o Penetrômetro de Cone Dinâmico (DCP) seja usado durante a construção para monitorar a uniformidade de apoio de subsolo às profundidades mínimas recomendadas na Tabela 3.3 (vide Secção 5.8). 4-1 3. DEFINIÇÃO DAS CONDIÇÕES HÚMIDAS OU SECAS 4.1 Conhecimentos O catálogo do projecto nesse manual inclui estruturas de pavimentação específicas para ambas as regiões nominalmente secas e húmidas, com o intuito de simplificar a selecção das pavimentações apropriadas. Enquanto algumas considerações para prevalecer as condições já tenham sido dadas na selecção da classificação de subsolo apropriada, essa secção fornece uma orientação de quais estruturas escolher. Os factores que terão uma influência na selecção, excepto as amplas considerações climáticas, também incluem regimes de drenagem e manutenção que foram antecipados para a estrada. É um fato básico que, para qualquer estrada, o ingresso frequente de água nas camadas de pavimentação resultará na deterioração indesejável sobre o tráfego. A taxa e o grau de tal deterioração também dependerão, portanto, do nível de tráfego. Enquanto a exigência latente para qualquer estrada é a provisão de uma boa drenagem e operação de um programa de manutenção eficaz para assegurar que a água não penetre na pavimentação, as condições de reais podem nem sempre casar-se com as necessidades. Embora esteja implicitamente admitido que uma drenagem e manutenção apropriadas devam ser executadas durante a vida da estrada, e que a falta desses irá indubitavelmente ter um impacto negativo do desempenho ao longo prazo, o seguinte manual reconhece que as deficiências podem ocorrer. Tais deficiências devem, contudo, ser endereçadas com o intuito de reter o investimento feito na estrada. O Apêndice B mostra alguma discussão sobre drenagem. 4.2 Seleccionando o Projecto de Pavimentação Apropriado baseado na Influência da Humidade 4.2.1 Regiões predominantemente secas A selecção de estruturas de pavimentação do catálogo para regiões secas é apropriada onde a chuva anual é menor que 250 mm e não há a probabilidade do ingresso de humidade devido a factores tais como enchentes significativas (em áreas planas), primaveras subterrâneas ou mananciais, ou quaisquer outras condições prejudiciais. Nas regiões de chuvas altas, onde a chuva é uniformemente distribuída ao longo do ano e as condições de estação chuvosa que não são bem definidas se aplicam, o Engenheiro pode supor que o catálogo da região seca seja apropriado. Nesses casos, deve ser confirmado que não há períodos que as condições levarão à possibilidade significante de ingresso de humidade na pavimentação. Deve ser observado que períodos longos de chuva fraca (ou nevoeiro pesado), com um tráfego de caminhões pesados, pode causar sérios prejuízos nas superfícies finas principalmente. É improvável que nas regiões que possuam incidência de chuva menor que 500 mm por ano deva ser consideradas como regiões secas para fins do projecto. 4.2.2 Regiões predominantemente húmidas Quaisquer regiões que não estejam de acordo com (a) acima devem ser consideradas como sendo predominantemente húmidas. De acordo com a discussão anterior, existem outros certos factores que devem ter uma influência na selecção de projectos apropriados, e a Tabela 4.1 alguma orientação. Dependendo das prováveis manutenções e drenagem, a Tabela 4.1 indica qual conjunto de catálogo de projecto podem ser apropriado. O Engenheiro deve, entretanto, revisar todos os factores prevalecentes ao finalizar sua selecção. Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Definição das Condições Húmidas ou Secas 4-2 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Definição das Condições Húmidas ou Secas Tabela 4.1: Manual para a selecção das condições para regiões predominantemente húmidas Provisão esperada de drenagem Nível esperado de manutenção Bom, programado, defeitos consertados em tempo Deficiência Bom, bem planejada, bem construída D Níveis de tráfego Baixo, classe T1 ou T2 Alto, classe T3 ou mais D W Deficiência Níveis de tráfego W Baixo, classe T1 ou T2 Alto, classe T3 ou mais D W Nota: D e W indicam os projectos em regiões secas e húmidas no catálogo 5-1 4. CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS 5.1 Conhecimentos As secções anteriores forneceram orientação para o projectista na selecção de parâmetros de projecto de classe de tráfego, classificação de apoio ao subsolo e condições nominais. Esses são os factores primários usados na penetração do catálogo do projecto no Apêndice C para determinar as estruturas apropriadas. Até agora, entretanto, nenhuma consideração foi dada aos factores que terão uma influência prática na finalização de possíveis estruturas de pavimentação. O mais importante disso é a disponibilidade, em termos de ambas qualidade e quantidade, de materiais para a construção de estradas. Outros factores incluem a topografia geral, e o uso de métodos locais estabelecidos para a construção de camadas da estrada. Cada um desses irá afectar a selecção final de uma pavimentação. Enquanto as exigências da especificação geral devem ser apresentadas, e algumas delas são indicadas em ambas Directrizes do Apêndice A e Apêndice C, pode haver a necessidade para o Engenheiro de revisá-las levando em consideração as condições locais específicas. Essa secção, portanto, objectiva fornecer alguma orientação a esse respeito. Deve ser observado, entretanto, que está implicitamente suposto que os materiais de superfície betuminosa apropriados serão obtidos, seja tratamentos da superfície (tipicamente selos únicos ou duplos, incluindo variações tais como selos de Cabo) ou asfaltos de mistura quente. Isso não é, portanto, discutido aqui. 5.2 Disponibilidade de Materiais Os projectos fornecidos nesse manual são baseados em classificações de resistência de material nominal mostrados na Tabela 5.1. Para fins estruturais, ele fornece um guia para o desempenho provável, supondo que nenhuma deterioração inesperada (por exemplo, devido ao ingresso de água) ocorra. As especificações detalhadas, fornecidas em outro lugar, incluem um número de propriedades indicativas para assegurar que tal deterioração não deve ocorrer durante a vida da estrada. Para os materiais granulados, apenas uma exigência de resistência mínima é especificada desde que não existam geralmente desvantagens em atingir altas resistências, e desempenhos de longo prazo são provavelmente melhores em tais casos. De acordo com as discussões anteriores, entretanto, deve ser notado que a densidade alcançada é criticamente importante se a deformação inferior ao tráfego subsequente deve ser minimizada. Emcontraste com apenas uma exigência de resistência mínima, limites de resistência superiores e inferiores distintos são colocados sobre materiais cimentados (aqui significando o uso de cimento Portland), devido à propensão de materiais cimentados fortemente para formar amplas fissuras que podem reflectir através de camadas e abrir a pavimentação para o ingresso de humidade, bem como a perda de integridade estrutural. As fronteiras estruturais têm a intenção de assegurar que qualquer efeito prejudicial de fissura da camada, que é virtualmente inevitável nesse tipo de material, são minimizadas ao assegurar rachaduras menores. Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Considerações Práticas 5-2 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Considerações Práticas Tabela 5.1: Classificação de resistência nominal dos materiais no catálogo do projecto Camada Material Resistência nominal Base Granulada CBR saturado > que 80% em 98% de densidade de AASHTO modificada Cimentada 7 dias de UCS* de 1.5 a 3.0 MPa em 100% de densidade de AASHTO modificada 9 (ou 1.0 a 1.5 MPa em 97% se o teste modificado é seguido) Betuminosa Veja especificação Sub base Granulada CBR saturado maior que 30% em 95% de densidade AASHTO modificada Cimentada 7 dias de UCS* de 0.75 a 1.5 MPA em 100% de densidade de AASHTO modificada (ou 0.5 a 0.75 MPa em 97% se o teste modificado é seguido) Capeamento / seleccionado Granulado CBR saturado maior que 15% em 93% de densidade de AASHTO modificada *7 dias de resistência comprimida não confinada Deve-se reconhecer desde o início que o uso das camadas cimentadas apenas serão normalmente considerados se não houver materiais granulados apropriados disponíveis localmente. A primeira consideração é, portanto, determinar quais materiais locais podem ser praticamente usados, e como eles podem se adequar nas exigências nominais na Tabela 5.1 sem o processamento significativo (tais como trituração, peneiramento e recomposição, ou estabilização mecânica ou química). Tendo em mente que o custo do transporte de materiais torna-se o principal factor de custo se os materiais devem ser trazidos ao local da obra de uma distância, é geralmente custo efectivo tentar utilizar os materiais locais mesmo se necessitar de alguma forma de processamento. Conforme indicado acima, isso pode tomar diversas formas, mas a escolha é, sem dúvida, ostensivamente uma questão de custo e economia e na maioria dos casos o projectista de pavimentação deve seleccionar desta maneira materiais. No caso de determinados materiais “com problema” (exigindo alguma forma de processamento para cumprir com as exigências das especificações nominais, a não ser trituração ou peneiramento) as seguintes técnicas devem ser consideradas com o intuito de melhorar seu potencial de construção de estrada. Nenhum detalhe específico é fornecido aqui, entretanto, e o Engenheiro deve determinar o mais apropriado método baseado na experiência local, experiências para um determinado fim e/ou informação especialista. 5.2.1 Materiais de cascalho/solo naturais não atendendo às exigências da CBR e/ou PI Técnicas que são consideradas eficazes em determinados casos incluem: • Tratamento com cal ou qualquer outro material cimentado (tipicamente 2 a 5 por cento por peso): normalmente eficaz na redução de alto Pls; irá normalmente realçar a CBR. Carbonização pode causar em longo prazo uma reversão das propriedades originais, e algum cuidado deve ser tomado ao usar tal tratamento. • Tratamento com ambas emulsão betuminosa (tipicamente 0.7 a 1.5 por cento de betumem residual por peso) e cimento (tipicamente 1.0 por cento por peso): irão normalmente realçar a compatibilidade, resistência/CBR. 5.2.2 Materiais sem coesão, Areias Técnicas que são consideradas eficazes em alguns casos incluem: • Tratamento com betume (estabilidade pode ser um problema a menos que • Tratamento com betume espumado (bem confinado 5-3 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Considerações Práticas 5.2.3 Materiais expansivos / Argilas densas Uma técnica encontrada para ser eficaz em determinados casos é: • Tratamento com cal: pode aumentar o Limite Plástico (LP) e fazer com que o material seja frágil / mais estável; normalmente irá acentuar a CBR. 5.2.4 Areias e Solos dobráveis Esses são materiais que são, na verdade, não compactado e no qual o esqueleto do material existente é mantido relativamente por ligações sem resistência entre partículas (normalmente ligações de argila). Num primeiro momento, eles devem ser compactados a uma profundidade de 1.0 m para uma densidade mínima de 85 por cento modificada AASHTO MDD (método de teste T-180). O Engenheiro deve então reavaliar sua adequação como um subsolo, e determinar a classificação de subsolo apropriada (Secção 3). 5.3 Terreno O desempenho de uma estrada em condições similares, de outra maneira, pode ser influenciado pelo terreno, em um terreno de rolamento ou montanhoso (na qual graus significantes são encontrados) tende a levar a um maior carregamento de tráfego relativo mais significante sobre as superfícies e bases. Isso é em geral observado em estradas de tráfego pesado relativo (diga- se classe T5 e maior, carregando mais que 3 milhões de ESAs) onde a deterioração de superfície e a deformação rotineira ocorre. As rotas nas quais os caminhões sobrecarregados são comuns (cargas de 10 toneladas ou mais) são especialmente propensas. Em tais situações, é imperativo que a compactação das camadas seja controlada extremamente bem e idealmente maior que os padrões mínimos. Também é aconselhável que a camada da superfície seja resistente à deformação e, claro, bem presa à base para evitar avarias precoces devido ao deslize na interface. Uma base betuminosa combinada com uma mistura quente de superfície de asfalto pode ser (e é frequentemente) usados para fornecer uma deformação estável, relativamente dura, deformação resistente, que também pode camuflar possíveis deficiências na compactação nas camadas latentes que podem ocorrer devido à dificuldade das condições de trabalho. Existe um mérito considerável ao observar o uso de binders betuminosos especiais que podem ajudar a impedir sulcos devido a veículos pesados, e o auxílio do betume deve ser visto num primeiro instante. Um acesso alternativo, não especificamente coberto nesse manual, é considerar a possibilidade de uma base de betão. Esse tipo de construção pode ser eficaz para essas condições, e pode ser posto por métodos onde o equipamento de construção de larga escala convencional é inapropriado. É também geralmente observado que problemas de humidade induzida, que levam à possíveis falhas prematuras locais, ocorra em cortes e envergaduras (depressões), enfatizando a necessidade para atenção particular para a provisão de drenagem e manutenção em tais locais. 5.4 Sobrecarga de Veículos As incidências de sobrecarga de veículos podem ter um impacto negativo significante sobre o desempenho da estrada, e os efeitos são observados principalmente por falhas prematuras das camadas superficiais (sulco excessivo, drenagem, perda de textura da superfície, sendo predominantes como indicadores precoces). Naturalmente, cada esforço deve ser feito para limitar a quantidade de sobrecarga (carregamento ilegal), mas reconhece-se que controlos actuais podem não ser sempre suficientes. 5-4 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Considerações Práticas Enquanto o processo do projecto deve contar para a quantidade de cargas de veículos pesados na determinaçãodo carregamento do tráfego do projecto (Secção 2), os efeitos específicos das cargas dos eixos anormais muito pesados na pavimentação devem ser considerados na finalização do projecto. Em situações onde a sobrecarga é provável de ocorrer, uma atenção especial deve ser dada para a qualidade e resistência de todas as camadas de pavimentação durante a construção. Entre outras medidas, pode haver justificativa no aumento das exigências de especificação CBR para camadas granuladas, aumentando as espessuras da camada da base e a Sub-base e especificando binders betuminosos granulados e misturas de asfalto, tais como asfaltos de almécega, que são mais resistentes à deformação. As medidas específicas que o Engenheiro pode julgar necessário devem, idealmente, serem baseadas ou na prática local comprovada ou pelo menos nos conselhos / análises especialistas com o intuito de manter uma estrutura bem balanceada. 5.5 Subsolo CBR menor que dois por cento Nesses casos, que devem ser tratados de acordo com a situação específica, alguns das possíveis abordagens incluem: • Tratamento in loco com cal (para materiais argilosos) • Remoção ou substituição com material de melhor qualidade • Uso de empréstimos de solo • Construção de uma camada pioneira (para material altamente expansivo ou áreas pantanosas) ou aterro Essas condições são geralmente encontradas em áreas húmidas e pantanosas, e o tratamento deve ser idealmente baseado em práticas comprovadas passadas para condições similares. O uso de empréstimos de solos, normalmente de acordo com a informação específica do fabricante, pode ser extremamente eficaz nas situações onde outras abordagens são inapropriadas (por exemplo, onde os materiais de melhor qualidade não estão facilmente disponíveis, ou tendem a deslocar-se para baixo). Quando apropriadamente tratados, o projecto para a pavimentação pode então ser baseado na condição de apoio de subsolo reavaliado. 5.6 Tráfego do Projecto maior que 30 milhões de ESAs Para tais estradas de tráfego pesado, outros métodos de projecto estabelecidos devem ser usados e o projectista de pavimentação é aconselhado a observar as práticas do Reino Unido, Estados Unidos e Austrália, além do manual TRH42 da África do Sul. Em revisando esses documentos (bem como outros considerados apropriados), será normalmente franco derivar um projecto ajustado às necessidades particulares. 5.7 Reabilitação de Estradas Existentes Vários métodos existem para a determinação das necessidades para reabilitação e resistência de estradas existentes, e recomenda-se que o Código de Prática da SATCC para Reabilitação da Pavimentação seja usado em primeiro lugar. O catálogo nesse manual pode então ser usado, entre outros, para revisar as necessidades de reabilitação identificadas e ajudar a estabelecer um tratamento mais eficaz. 5-5 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Considerações Práticas 5.8 Uso do Penetrômetro de Cone Dinâmico (DCP) O DCP é provavelmente o único dispositivo de teste mais eficaz para a construção de estrada, sendo um indicador da condição do material simples, rápido e directo que pode ser usado desde uma pesquisa do local inicial até o controlo da construção. Seu uso dentro da região já está estabelecido, e sua secção tem o intuito apenas de realçar os principais aspectos de seu uso eficaz. Durante a pesquisa de campo inicial, o DCP pode ajudar na determinação da condição de subsolo existente, em conjunto com os testes e indicadores normais da CBR, e ainda na delineação de secções uniformes para o projecto. Similarmente, durante a construção, o DCP pode ser usado para monitorar a uniformidade de camadas, particularmente em termos de densidade in loco. Também pode ser usado como uma ferramenta de projecto e um método foi desenvolvido para tal aplicação. Enquanto o DCP é normalmente usado para estimar as CBRs in loco das taxas de penetração nominais (mm/sopro), essa técnica deve ser apenas usada quando as correlações foram especificamente desenvolvidas para os mecanismos da DCP usados. Sabe-se que diversos tipos diferentes de DCP são normalmente usados, tendo diferentes tipos de cones e entradas de energia dinâmicas. Se usado com as correlações da CBR erradas, estimativas incorrectas de CBR serão obtidas. Uma vez que mudanças no conteúdo de humidade influenciarão na taxa de penetração para uma determinada densidade, o Engenheiro deve assegurar que esse factor é levado em consideração se a DCP é usada para a estimativa da CBR. Alternativamente, e especialmente para monitorar o controlo, a taxa de penetração pode ser usada como uma verificação de concordância. Por exemplo, o Engenheiro pode determinar uma taxa máxima de penetração aceitável DCP directamente de medidas in loco nas áreas (de subsolo ou camadas granuladas construídas) considerando apresentar uma resistência de campo necessária e uma exigência de densidade. A DCP pode então ser usada como uma ferramenta de controlo do processo para verificar que a compactação do campo seja satisfatória para a profundidade especificada. Onde as taxas de penetração excedam o valor máximo especificado aceitável, uma compactação adicional é indicada. O DCP não deve ser usado especificamente, entretanto, como a base para a determinação da aceitação da construção (por exemplo, para mecanismos de densidade e resistência com as exigências de especificação): isso deve ainda ser incumbido usando os métodos de teste apropriados. Consequentemente o uso de DCP durante todo o processo de construção, desde a pesquisa de campo inicial através da verificação do mecanismo rápido, pode significantemente reduzir a necessidade para alguns dos mais onerosos testes e seu uso é fortemente recomendado. 6-1 6. SELECÇÃO DE POSSÍVEIS ESTRUTURAS DE PAVIMENTAÇÃO O catálogo do projecto é dado no Apêndice C, e abrange dois diferentes conjuntos de estruturas para condições nominalmente secas e nominalmente húmidas (Diagrama D1 ao D5, e W1 ao W5 respectivamente). O conjunto de estruturas considerado mais apropriado deve ser conforme determinados na Secção 4. Os diagramas são classificados como segue (Tabela 6.1): Tabela 6.1: Classificação de estruturas no catálogo do projecto Nome do diagrama Estrutura de pavimentação nominal* Comentário D1 e W1 Combinação de base granulada e Sub-base granulada Normalmente base de cascalho ou brita; pode ser macadame se considerada apropriada e qualidade custo/benefício não são um problema. D2 e W2 Combinação de base granulada e Sub-base cimentada Base: conforme acima. A Sub-base pode incluir cal tratada (para classe T2, menor que 0.75 milhões de ESAs) ou emulsão betuminosa tratada (para classe T4, até 3 milhões de ESAs) D3 e W3 Combinação de base e Sub-base cimentadas Normalmente base cimentada; base de emulsão de betume tratada admissível para a classe T3 (até 1.5 milhões de ESAs)**. A Sub-base pode incluir cal tratada (para a classe T2, menor que 0.75 milhões de ESAs) ou emulsão betuminosa tratada (para a classe T4, até 3 milhões de ESAs). D4 e W4 Combinação de base betuminosa e Sub-base granulada Base de mistura quente de asfalto D5 e W5 Combinação de base betuminosa e Sub-base cimentada Base: como acima. Sub-base poderia incluir cal tratada (para classe T2, menor que 0.75 milhões de ESAs) ou emulsão betuminosa tratada (para classe T4, até 3 milhões de ESAs) * Superfícies incluindo tratamentos de superfície e asfalto de mistura quente. ** Emulsão betuminosa tratada, cascalhos naturais, com betumem residual contendo até 1.5 por cento, e incluindo 1.0 por cento de OPC, têm dado um desempenhosatisfatório para níveis significantemente de alto tráfego na África do Sul (Directrizes para o uso de materiais de emulsão betuminosa tratada estão actualmente em tratamento pela CSIR, Pretória, África do Sul para a Associação de Betumem da África do Sul (Sabita). Estes devem estar disponíveis até Dezembro de 1998. Veja também o Apêndice A. O(s) conjunto(s) de projecto apropriado pode ser então visto com base na classe de tráfego do projecto (da Secção 2) e condição de subsolo do projecto (da Secção 3), e o projectista pode revisar as alternativas para finalizar a selecção (Veja Nota da Construção abaixo). Como observado na introdução, o projectista deve observar a estrutura seleccionada como sendo uma das várias possibilidades que são prováveis para fornecer serviço adequado para as condições de projecto fornecidas. É ainda recomendado que, quando possível, a estrutura sugerida seja revisada em termos de condições específicas e in light das práticas do local estabelecido (ou outra apropriada). Isso pode permitir um refinamento judicioso da estrutura para optimizar as condições prevalecentes. Antes da finalização do projecto estrutural, o Engenheiro deve confirmar que ele forneça a solução de maior custo/benefício para a aplicação particular. Isso será baseado primariamente sobre os custos iniciais, mas também deve levar em consideração as prováveis necessidades de manutenção periódicas futuras (tais como revenda durante a vida do projecto) baseado do desempenho esperado nas condições prevalecentes. Embora não encaminhado nesse documento, o projectista deve estar ciente que a estrada de maior custo/benefício, ou económica, devem ser definidas como a que minimiza o custo total da Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Selecção de possíveis estruturas de pavimentação 6-2 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Selecção de possíveis estruturas de pavimentação facilidade durante seu tempo de vida. Factores que poderiam ser incluídos em tal análise são o custo da construção inicial, os custos de manutenção, os custos de utilização da estrada, e qualquer valor residual adoptado no final da vida do projecto. Para propósitos práticos, onde os detalhes dessa natureza são indisponíveis, precários, ou então considerados desnecessários, supõe-se que a comparação dos custos iniciais (construção) fornecerão uma boa base para a selecção final para as estruturas nesse manual. Nota da Construção Em alguns casos, as estruturas do catálogo têm camadas de base, Sub-base ou capeamento de espessuras substanciais (mais que 200 mm). As espessuras de içamento da construção actual devem ser definidas pelo Engenheiro, e recomenda-se que as espessuras de içamento compactadas maiores que 200 mm ou menores que 100 mm sejam geralmente ser evitadas. O princípio latente, entretanto, é que a compactação uniforme completa seja alcançada dentro de uma camada e que uma boa chave entre camadas/içamentos individuais sejam alcançados. Ambos desses factores têm um efeito marcado no desempenho subsequente da estrada, e cada esforço deve ser feito para alcançar a melhor compactação e ligação. Boas práticas locais para materiais específicos e equipamentos de compactação devem ser seguidas onde considera-se apropriado. Verificação de monitorização e controlo devem ser instigadas que forneçam confirmação da construção de camada satisfatória. 7-0 7. REFERÊNCIAS 1. Um manual para o projecto estrutura de estradas de superfície betuminosa em países tropicais e subtropicais. 1993. Crowthome, Reino Unido: Laboratório de Pesquisa de Transporte. 2. Projecto estrutural de pavimentações flexíveis para estradas interurbanas e rurais. 1996. Pretória, África do Sul: Departamento de Transporte (Recomendações Técnicas para Esboço TRH4 de Estradas de Rodagem). 3. SEMMELINK, C.J. 1991. O efeito das propriedades do material sobre a compactação de alguns materiais da construção de estradas não tratados. Dissertação de PhD, Universidade de Pretória, África do Sul. 4. Código de Práticas para Reabilitação de Pavimentação. 1998, Maputo, Moçambique: Comissão de Transportes e Comunicações da África Austral. 5. DE BEER, M. 1991. Uso do penetrômetro de cone dinâmico no projecto das estruturas de estrada. Procedimentos da 10ª Conferência Regional para a África sobre Mecanismos de Solo e Engenharia de Fundação. Maseru, Lesoto. 6. Especificações padrão para obras de estrada e pontes. 1998. Maputo, Moçambique: Comissão de Transportes e Comunicações da África Austral (SATCC). 7. Esboço das directrizes para o uso de materiais tratados de emulsão betuminosa. 1998. Cidade do Cabo, África do Sul. Associação de Betumem da África Austral (Sabita). 8. Selos superficiais para estradas rurais e urbanas. 1998. Pretória, África do Sul: Departamento de Transporte. (Recomendações Técnicas para Esboço TRH3 de Estradas de Rodagem). 9. Drenagem sub superficial para estradas. 1994. Pretória, África do Sul: Departamento de Transporte (Recomendações Técnicas para Esboço TRH15 de Estradas de Rodagem). Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Referências APÊNDICE A MATERIAIS A-0 APÊNDICE A: MATERIAIS A.1 Introdução A especificação dos materiais a serem usados na pavimentação é dada em detalhe no documento separado das Especificações Padrão da SATCC para Obras de Estradas e Pontes. Esse Apêndice não tem a intenção de anular qualquer uma das exigências dadas nesse documento, mas é fornecer com o intuito de fornecer um projectista de pavimentação com determinados insights que podem não ser facilmente aparentes na especificação. A informação aqui fornecida deve ainda ser considerada como um guia geral, que pode também fornecer uma base para a consideração do uso de materiais que podem não obedecer as exigências da especificação. Esse Apêndice revisa os materiais por classe nas seguintes secções: ilimitados, cimentado e betuminoso. A.2 Materiais ilimitados A.2.1 Construção da Base Granular Uma vasta gama de materiais pode ser usada para bases ilimitadas. Estas incluem brita ou pedra, naturalmente ocorrendo como cascalhos ‘dug’, e várias combinações de trituração e peneiramento, estabilização mecânica ou outra modificação. Sua adequação para o uso depende primariamente da classe de tráfego do projecto da pavimentação, e clima, mas todos os materiais de base devem ter uma distribuição de tamanho particular e forma da partícula que fornece uma alta estabilidade mecânica. Particularmente, eles devem conter detalhes suficientes (material passando a peneira de 0.425mm) para produzir um material denso quando compactado. Em circunstâncias onde diversos tipos de base são apropriados, a escolha final deve levar em consideração o nível esperado de manutenção futura e o custo total sobre a expectativa de vida da pavimentação. O uso de materiais disponíveis locais é encorajado, particularmente em volumes de tráfego baixo (exemplo: categorias T1 e T2). Seleccionando e usando cascalhos naturais, sua variabilidade inerente deve ser levada em consideração no processo selectivo. Isso geralmente requer teste de caracterização completo para determinar propriedades representativas, e é recomendado que um acesso estatístico seja aplicado na interpretação dos resultados dostestes. Para estradas de tráfego leve, as exigências de especificação podem ser muito rigorosas e a referência deve ser feita para especificar estudos de casos, preferencialmente para estradas sob condições similares, ao decidir sobre a adopção de materiais que não cumpram completamente com as exigências da especificação. a) Brita Classificada A brita classificada pode ser derivada de um triturador, rocha tirada de uma pedreira (usado ou como um produto completo, normalmente denominado destruidor ou por peneiramento e recomposição para produzir uma distribuição de tamanho desejado da partícula), ou de um material granulado natural de trituração e peneiramento, rochas ou pedras, para que possa ser adicionada uma proporção de um agregado natural. Após trituração, o material deve ser angular, mas não excessivamente escamoso com o intuito de promover um bom encadeamento e desempenho. Se a quantia de agregado produzido durante a trituração for insuficiente, areia não plástica adicional pode ser usada para maquiar a deficiência. Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Apêndice A A-1 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Apêndice A Ao construir uma base de brita, o objectivo deve ser alcançar uma densidade máxima e alta estabilidade sob o tráfego. Durabilidade agregada é normalmente estimada por testes de trituração padrão, porém estes não são discriminativos como testes de durabilidade, que é o método preferencial. O material é geralmente mantido húmido durante o transporte e para reduzir a probabilidade de segregação da partícula. Esses materiais são normalmente jogados fora e espalhados por um classificador em vez de a opção mais cara de uso de um ladrilhador, que exige grande habilidade de construção para assegurar que a superfície completa seja lisa com um acabamento conciso. O Engenheiro deve prestar uma atenção particular a esse aspecto para garantir um melhor desempenho. Quando construído apropriadamente, entretanto, as bases de brita terão valores de CBR bem em excesso de 100 por cento. b) Materiais granulados correndo naturalmente Uma ampla gama de materiais incluindo cascalhos de laterite, calcário e quartzolite, cascalhos de rios e outros cascalhos transportados ou materiais granulados resultantes de rochas tenham sido usadas com sucesso para bases. A exigência excedida para o uso de tais materiais é a obtenção de um projecto mínimo saturado CBR de 80 por cento em uma densidade provável in loco e as condições do conteúdo de humidade, e a manutenção dessa resistência em serviço (durabilidade de longo prazo) sem mudanças indesejáveis de volume no material. Alguma discussão adicional é dada abaixo, na subsecção sobre os materiais problemáticos potenciais abaixo. O auxílio sobre a classificação de material que podem alcançar as exigências de desempenho é dada na forma de limites de classificação na especificação, para vários tamanhos máximos nominais de agregado. Deve ser observado que todas as análises de classificação devem ser feitas sobre os materiais que tenham sido compactados, desde que um colapso de materiais possa ocorrer durante o processo. Também deve estar claramente compreendido que as classificações são para auxílio e não para obediência: materiais fora dos limites de classificação que é suposto atingir a resistência da CBR e as exigências de durabilidade de longo prazo devem ser supostamente aceitáveis. Em outras palavras, os critérios de desempenho são o parâmetro crítico na selecção de materiais. Onde o desempenho exigido não pode ser consistentemente alcançado por um particular como material ‘dug’, a mistura de materiais de fontes diferentes é permitida com o intuito de alcançar as propriedades exigidas, que podem incluir adicionar agregados ou materiais ou a combinação dos dois. Onde a mistura de materiais diferentes é necessário, foi encontrado que uma alta proporção de partículas não refinadas (mais de 10 mm de diâmetro) deve ter faces angulares, irregulares ou esmagadas, desde que isso ajude no encadeamento das partículas e estabilidade. Na mesma moeda, a quantia de partículas agregadas lisas, arredondadas deve ser mantida o mais baixo possível, e preferencialmente não mais que 50 por cento do volume da partícula. Os fines devem preferencialmente ser não plásticos, mas devem normalmente nunca exceder ao PI de 6, ou uma retracção linear de 3. Se as dificuldades são encontradas nesse critério, a soma de uma pequena percentagem de cal hidratado ou cimento deve ser tentada. (i) Materiais Problemáticos Potenciais • Materiais de origem ígnea, incluindo basaltos e dolerites e outros (materiais frouxos). A-2 Código de práticas para o projecto de pavimentação de estrada Apêndice A O estado de decomposição ou alteração metamórfica pode levar a uma falha rápida e prematura com o ingresso de humidade, e afectar sua durabilidade de longo prazo mesmo quando estabilizado. Identificar esses materiais pode ser difícil com testes de classificação agregada normal e outros métodos devem ser usados (incluindo análises petrográfica, e testes de validade tais como imersão em glicol etileno). Onde houver qualquer dúvida sobre a validade dos materiais ou adequabilidade, é aconselhável procurar um conselho de um especialista onde o conhecimento local é insuficiente. • Materiais de qualidade marginal Existem muitos exemplos onde cascalhos ‘dug’, que não amoldam-se Às especificações normais para bases, têm sido usadas com sucesso. Geralmente, seu uso deve ser confinado às categorias de tráfego inferior (por exemplo, T e T2) a menos que as evidências locais indiquem que eles poderiam desempenhar satisfatoriamente em níveis superiores. O Engenheiro é aconselhado a ser devidamente cauteloso se alguma extrapolação de desempenho aparecer confirmado, e para assegurar que a base de um bom comportamento é razoavelmente compreendida. Na maioria dos casos, a presença ou ausência de humidade irá alterar o comportamento in loco de tais materiais, que é o porquê da CBR ser normalmente avaliadas sob imersão (pior caso). c) Macadames húmidos e secos Essa é uma forma tradicional de construção, considerada como comparável no desempenho com uma brita classificada, que tem sido usada com sucesso nos trópicos. Dois tipos nominais são usados: secos e húmidos. Eles são frequentemente construídos num processo de trabalho intensivo pelo qual rochas grandes são organizadas com as mãos. Os materiais consistem em britas de tamanho único e agregados não plásticos (ultrapassando a peneira de 5.0 mm). O material deve preferencialmente ser bem classificado e consistir de fines de brita ou areia de natural angular. Ambos os processos envolvem camadas de brita (frequentemente de tamanho nominal de 37.5 mm ou 50 mm) em uma série de camadas para alcançar a espessura do projecto. Cada camada do agregado não refinado deve ser moldado e compactado e então o agregado não refinado espalhado sobre a superfície. A espessura compactada de cada camada não deve exceder a duas vezes o tamanho nominal da rocha. Para secas, os agregados são vibrados no vácuo para produzir uma camada densa. Nos húmidos (macadame túmido), os agregados são rolantes e lavados para dentro da superfície para produzir um material denso. Qualquer material folgado permanecendo removido e a compactação final é realizado geralmente com um rolante. Essa sequência (rocha grande, compactação, aterro) é então repetida até que a espessura do projecto seja alcançada. A economia na produção pode ser obtida se as camadas que consistem de uma rocha de tamanho nominal de 50mm e camadas de 37.5 mm de rochas de tamanho nominal são ambos usados, para permitir que a espessura
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