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Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis Dimensionamento Estrutural de Pavimento O método de dimensionamento de pavimentos flexíveis do DER/SP tem como base o método de dimensionamento do DNER de 1966, com algumas reformulações. Determinação da Espessura Equivalente Equivalência Estrutural Dependendo dos materiais e espessuras das camadas, dois ou mais pavimentos podem ser estruturalmente equivalentes. 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, que é a relação entre a resistência do material que será utilizado com o material padrão. Cada camada ou as camadas deverá proteger a camada inferior. Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. Determinação da Espessura do Revestimento Os tipos e espessuras mínimas de revestimento asfáltico são dados em função do número “N” de equivalentes de operações de eixo simples padrão de rodas duplas de 80 kN, acumulado durante o período de projeto. A tabela indica as espessuras mínimas de revestimento asfáltico recomendadas em função da experiência do DER/SP. Determinação da Espessura da Base, Sub-base e Reforço do Subleito Determinada a espessura total do pavimento (H) com base de material granular e a espessura do revestimento (R), o dimensionamento das espessuras das demais camadas, base, sub- base e reforço do subleito será efetuado levando em conta os materiais disponíveis para a execução de cada uma delas, através dos coeficientes de equivalência estrutural e capacidades de suporte (CBR). As espessuras de base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito (href) poderão ser obtidas pela resolução sucessiva das seguintes equações: RKR + BKB = H2O (1) RKR + BKB + h2OKS = Hn (2) RKR + BKB + h2OKS+ hnKref = Hm (3) Onde KR, KB, KS e Kref representam os coeficientes estruturais do revestimento, base, sub-base e reforço do subleito, respectivamente; H20 a espessura fornecida pelo gráfico do Anexo 3 para material de CBR = 20% e Hn, idem, idem, para material de CBR = n. R = REVESTIMENTO B= BASE h2o=subbase hn=reforço do sub leito Camada de Pavimento Coeficiente Estrutural (K) Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,00 Base ou revestimento de pré-misturado a quente, de graduação densa 1,70 Base ou revestimento de pré-misturado a frio, de graduação densa 1,40 Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,20 Base de brita graduada e de macadame hidráulico 1,10 Bases estabilizadas granulometricamente e bases de solo arenoso fino 1,00 Sub-bases granulares Variável Reforço do subleito Variável Base de solo-cimento, com resistência a compressão, aos 7 dias, superior a 45 Km/cm2 1,70 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, entre 45 e 28 kg/cm2 1,40 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, menor que 28 e maior ou igual a 21 kg/cm2 1,20 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, inferior a 21 kg/cm2 1,00 A espessura total da base e revestimento necessária para proteção da sub-base deve ser determinada considerando a capacidade de suporte ISC igual a 20%, mesmo se o material apresentar capacidade de suporte superior a 20%. Se o CBR da sub-base for igual ou superior a 40 % e para N = 5 x 106 admite-se substituir, na equação (1), H20 por 0,80 H20. Para N = 5 x 107 recomenda-se substituir, na mesma equação, H20 por 1,20 H20. A espessura mínima a adotar para camadas granulares é de 10 (dez) centímetros. O coeficiente estrutural de reforço do subleito ou da sub-base granular será igual a 1,00 toda vez que o CBR do material de um ou outro for igual ou superior a 3 vezes o do subleito. Para relações inferiores, o coeficiente será: CBR SUB BASE 12% 12/6=2 <3 = ks =0,88 CBR SUB LEITO= 6% ks e o kref= cbr da camada/ cbr subleito CBR1 / CBR2 K 1,1 0,72 1,2 0,75 1,3 0,76 1,4 0,78 1,5 0,80 1,6 0,82 1,7 0,83 1,8 0,85 1,9 0,86 2,0 0,88 CBR1 / CBR2 K 2,1 0,90 2,2 0,91 2,3 0,92 2,4 0,94 2,5 0,95 2,6 0,96 2,7 0,97 2,8 0,98 2,9 0,99 3,0 1,00 Recomendações Gerais O emprego da mesma estrutura de pavimento para a pista de rolamento e para os acostamentos tem efeitos benéficos no comportamento da estrutura de pavimento da pista de rolamento, facilitando a drenagem e o procedimento construtivo. As camadas de reforço do subleito, sub-base e base podem ser idênticas para a pista de rolamento e para os acostamentos. Para a escolha da camada de revestimento dos acostamentos pode-se considerar o tráfego nos acostamentos como sendo da ordem de até 5% do tráfego na pista de rolamento. Recomendações Gerais Para rodovias de tráfego pesado com número “N” de equivalentes de operações de eixo simples padrão de rodas duplas de 80 kN superior ou igual a 5 x 107, recomenda-se considerar tráfego nos acostamentos da ordem de até 10% do tráfego da pista de rolamento para a escolha da camada de revestimento dos acostamentos. EXERCÍCIO Dimensionar um pavimento para N =2 x 107 , com revestimento em concreto betuminoso e base em BGS. O CBR sl é 5%, CBRref é 10%, CBRsbase é 20%. BASE =BGS ( BRITA GRADUADA SIMPLES) REVESTIMENTO =CONCRETO BETUMINOSO CBR SUBLEITO= 5% CBR REFORÇO DO SUB LEITO =10% CBR SUBBASE = 20% Determinação da Espessura Equivalente Etapas para resolução 1. Definição da espessura e material do revestimento R; 2. Definição das espessuras necessárias para proteção; das camadas inferiores: Hm, Hn e H20; 3. Definição dos coeficientes estruturais das camadas; 4. Utilização das equações; 5. Espessuras das camadas obtidas: R – espessura do revestimento B – espessura da base h20 – espessura da sub-base hs – espessura do reforço OBTENÇÃO DE R N como parâmetros. ETAPA 01 Etapas para resolução 1. Definição da espessura e material do revestimento R; R = 10 cm de Concreto Asfáltico 1. Definição das espessuras necessárias para proteção; das camadas inferiores: Hm, Hn e H20; 2. Definição dos coeficientes estruturais das camadas; 3. Utilização das equações; 4. Espessuras das camadas obtidas: R – espessura do revestimento B – espessura da base h20 – espessura da sub-base hs – espessura do reforço OBTENÇÃO DE Hm CBRsl e N como parâmetros. ETAPA 02 OBTENÇÃO DE Hn CBRref e N como parâmetros. ETAPA 02 OBTENÇÃO DE H20 CBRsbase e N como parâmetros. ETAPA 02 Etapas para resolução 1. Definição da espessura e material do revestimento R; 2. Definição das espessuras para proteção; das camadas inferiores: Hm, Hn e H20; Hm=70cm Hn = 45cm H20 = 30cm 1. Definição dos coeficientes estruturais das camadas; 2. Utilização das equações; 3. Espessuras das camadas obtidas: R – espessura do revestimento B – espessura da base h20 – espessura da sub-base hs – espessura do reforço Camada de Pavimento Coeficiente Estrutural (K) Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,00 Base ou revestimento de pré-misturado a quente, de graduação densa 1,70 Base ou revestimento de pré-misturado a frio, de graduação densa 1,40 Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,20 Base de brita graduada e de macadame hidráulico 1,10 Bases estabilizadas granulometricamente e bases de solo arenoso fino 1,00 Sub-bases granulares Variável Reforço do subleito Variável Base de solo-cimento, com resistência a compressão, aos 7 dias, superior a 45 Km/cm2 1,70 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, entre 45 e 28 kg/cm2 1,40 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, menor que 28 e maior ou igual a 21 kg/cm2 1,20 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, inferior a 21 kg/cm2 1,00 ETAPA 03 OBTENÇÃO DOS COEFICIENTES ESTRUTURAIS Kr – REVESTIMENTO e Kb - BASE. O coeficiente estrutural de reforço do subleito ou da sub-base granular será igual a 1,00 toda vez que o CBR do material de um ou outro for igual ou superior a 3 vezes o do subleito. Para relações inferiores, o coeficienteserá: CBR1 / CBR2 K 2,1 0,90 2,2 0,91 2,3 0,92 2,4 0,94 2,5 0,95 2,6 0,96 2,7 0,97 2,8 0,98 2,9 0,99 3,0 1,00 OBTENÇÃO DOS COEFICIENTES ESTRUTURAIS Ks – SUB-BASE e Kref - REFORÇO. ETAPA CBR1 / CBR2 K 1,1 0,72 1,2 0,75 1,3 0,76 1,4 0,78 03 1,5 0,80 1,6 0,82 1,7 0,83 1,8 0,85 1,9 0,86 2,0 0,88 Etapas para resolução 1. Definição da espessura e material do revestimento R; 2. Definição das espessuras necessárias para proteção; das camadas inferiores: Hm, Hn e H20; 3.Definição dos coeficientes estruturais das camadas; Kr = 2 Kb = 1,1 Ks =1 Kref = 0,88 1. Utilização das equações; 2. Espessuras das camadas obtidas: R – espessura do revestimento B – espessura da base h20 – espessura da sub-base hs – espessura do reforço UTILIZAÇÃO DAS EQUAÇÕS PARA DEFINIR AS ESPESSURAS DAS CAMADAS B – BASE, h20 – SUB-BASE e hn - REFORÇO As espessuras de base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito (href) poderão ser obtidas pela resolução sucessiva das seguintes equações: • RKR + BKB = H2O (1) • RKR + BKB + h2OKS = Hn (2) • RKR + BKB + h2OKS+ hnKref = Hm (3) ETAPA 04 UTILIZAÇÃO DAS EQUAÇÕS PARA DEFINIR AS ESPESSURAS DAS CAMADAS B – BASE, RKR + BKB = H2O (1) 10*2 + B*1,1 = 30 cm B = 9 cm ADOTAR 10 cm espessura mínima de camadas granulares ETAPA 04 UTILIZAÇÃO DAS EQUAÇÕS PARA DEFINIR AS ESPESSURAS DAS CAMADAS h20 – SUB-BASE RKR + BKB + h2OKS= Hn (2) 10*2 + 10*1,1 + h20*1 = 45 cm h20 = 14 cm ETAPA 04 UTILIZAÇÃO DAS EQUAÇÕS PARA DEFINIR AS ESPESSURAS DAS CAMADAS hn - REFORÇO RKR + BKB + h2OKS + hnKref = Hm (3) 10*2 + 10*1,1 + 15*1 + hn*0,88= 70 cm 28 cm hn = 28 cm ETAPA 04 Etapas para resolução 1. Definição da espessura e material do revestimento R; 2. Definição das espessuras necessárias para proteção; das camadas inferiores: Hm, Hn e H20; 3. Definição dos coeficientes estruturais das camadas; 4. Utilização das equações; 5. Espessuras das camadas obtidas: R – espessura do revestimento = 10 cm B – espessura da base = 10 cm h20 – espessura da sub-base = 14 cm hs – espessura do reforço = 28 cm Dimensionar um pavimento para N =5 x 106, com revestimento em concreto betuminoso e base em BGS. O CBR sl é 7%, CBRref é 12%, CBRsbase é 20%. Kr =2,0 kb =1,1 ks=20/7= 2,85 +++++++++++++++++++ ks=0,99 k ref=12/7 = 1,70 +++++++++++++++++ kref=0,83 Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. 53 Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. 39 Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. 28 UTILIZAÇÃO DAS EQUAÇÕS PARA DEFINIR AS ESPESSURAS DAS CAMADAS B – BASE, RKR + BKB = 0,80 x H2O (1) 5*2 + B*1,1 = 0,80 x 28 cm B = 11 cm espessura mínima de camadas granulares ETAPA 04 UTILIZAÇÃO DAS EQUAÇÕS PARA DEFINIR AS ESPESSURAS DAS CAMADAS h20 – SUB-BASE RKR + BKB + h2OKS= Hn (2) 5*2 + 11*1,1 + h20*0,99 = 39 cm h20 = 17 cm ETAPA 04 UTILIZAÇÃO DAS EQUAÇÕS PARA DEFINIR AS ESPESSURAS DAS CAMADAS hn - REFORÇO RKR + BKB + h2OKS + hnKref = Hm (3) 5*2 + 11*1,1 + 17*1 + hn*0,85= 53 cm hn = 16 cm ETAPA 04 Etapas para resolução 1. Definição da espessura e material do revestimento R; 2. Definição das espessuras necessárias para proteção; das camadas inferiores: Hm, Hn e H20; 3. Definição dos coeficientes estruturais das camadas; 4. Utilização das equações; 5. Espessuras das camadas obtidas: R – espessura do revestimento = 05 cm B – espessura da base = 11 cm h20 – espessura da sub-base = 17 cm hs – espessura do reforço = 16 cm EXERCÍCIO continuação Determinação da Espessura Equivalente Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. Camada de Pavimento Coeficiente Estrutural (K) Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,00 Base ou revestimento de pré-misturado a quente, de graduação densa 1,70 Base ou revestimento de pré-misturado a frio, de graduação densa 1,40 Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,20 Base de brita graduada e de macadame hidráulico 1,10 Bases estabilizadas granulometricamente e bases de solo arenoso fino 1,00 Sub-bases granulares Variável Reforço do subleito Variável Base de solo-cimento, com resistência a compressão, aos 7 dias, superior a 45 Km/cm2 1,70 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, entre 45 e 28 kg/cm2 1,40 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, menor que 28 e maior ou igual a 21 kg/cm2 1,20 Idem, com resistência a compressão, aos 7 dias, inferior a 21 kg/cm2 1,00 ETAPA 03 OBTENÇÃO DOS COEFICIENTES ESTRUTURAIS Kr – REVESTIMENTO e Kb - BASE. O coeficiente estrutural de reforço do subleito ou da sub-base granular será igual a 1,00 toda vez que o CBR do material de um ou outro for igual ou superior a 3 vezes o do subleito. Para relações inferiores, o coeficiente será: CBR1 / CBR2 K 2,1 0,90 2,2 0,91 2,3 0,92 2,4 0,94 2,5 0,95 2,6 0,96 2,7 0,97 2,8 0,98 2,9 0,99 3,0 1,00 OBTENÇÃO DOS COEFICIENTES ESTRUTURAIS Ks – SUB-BASE e Kref - REFORÇO. ETAPA CBR1 / CBR2 K 1,1 0,72 1,2 0,75 1,3 0,76 1,4 0,78 03 1,5 0,80 1,6 0,82 1,7 0,83 1,8 0,85 1,9 0,86 2,0 0,88 As espessuras de base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito (href) poderão ser obtidas pela resolução sucessiva das seguintes equações: RKR + BKB = H2O (1) RKR + BKB + h2OKS = Hn (2) RKR + BKB + h2OKS+ hnKref = Hm (3) Onde KR, KB, KS e Kref representam os coeficientes estruturais do revestimento, base, sub-base e reforço do subleito, respectivamente; H20 a espessura fornecida pelo gráfico do Anexo 3 para material de CBR = 20% e Hn, idem, idem, para material de CBR = n. R = REVESTIMENTO B= BASE h2o=subbase hn=reforço do sub leito 1)Calcular o numero N para dimensionar um pavimento para 10 anos, 02 faixas, com TX de incremento anual de 1,50 %, cujo o revestimento será composto pré misturado a quente, com graduação densa e com base em BGS. O CBR sl é 6%, CBRref é 12%, CBRsbase é 20% . VDM=800+200+150+200+50=1400 VDM1=800+200+150+200+50=1400 VDM2=1400 +1,50%=1421 VDM3=1442 VDM4=1463 VDM5=1486 VDM6=1508 VDM7=1531 VDM8=1554 VDM9=1577 VDM10=1601 VT=VDMi X 365 X D X FP VT1=1400 X 365 X 0,50 X 0,428 =109354 VT2=1421 X 365 X 0,50 X 0,428=110994 VT3=1442X 365 X 0,50 X 0,428=112659 VT4=114349 VT5=116064 VT 6=117805 VT 7=119572 VT 8=121366 VT9=123186 VT10=125034 SOMATORIA=1170385 CALCULO DE FP 1400-------- 100% 600--------- X X =(600 X100)/1400=42,86% VEICULOS COMERCIAIS N = VT X FV X FR N=1170383 X 5,2783 X 1,0= N= 6,17 X10 ^6 OBTENÇÃO DE R N como parâmetros. ETAPA 01 Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. REVESTIMENTO R =7,5 CM HM: 57 CM HN: 38CM H20: 27 CM KR:1,70 ( PRE MISTURADO A QUENTE) KB:1,10 ( BASE DE BRITA GRADUADA) KS:Cbr subbase:20/cbr subleito:6= 3,33 = ks=1,0 KREF: Cbr reforço:12/cbr subleito:6 =2,0 = Kref=0,88 ACHAR A BASE: RKR + BKB = H2O 7,50 x 1,70 +B x 1,10= 27 B= 13 cm ACHAR A SUB BASE: RKR + BKB + h2OKS = Hn 7,50 x1,70 +13 x 1,1+ h20 x1,0 =38 h20=11 cm ACHAR A REFORÇO DO SUB LEITO: RKR + BKB + h2OKS + hnKref = Hm 7,50 X 1,70+13 X 1,1+11 X 1,0+ hn x0,88= 57 hn= 21 cm 2) Dimensionar um pavimento para 10 anos, cujo o valor de N= 5 x10^7, 02 faixas, cujo o revestimento será concreto betuminoso e com base em solo cimento. O CBR sl é 5%, CBRref é 12%, CBRsbase é 20% . REVESTIMENTO R =12,5 CM HM: 72 HN: 42 H20: 30 KR:2,0 ( revestimento em concreto betuminoso) KB:1,70 ( BASE DE solo cimento) KS:Cbr subbase:20/cbr subleito:5= 4,0 = ks=1,0 KREF: Cbr reforço:12/cbr subleito:5=2,4 = Kref=0,94 Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. Para o cálculo da espessura equivalente, será utilizado o ábaco a seguir com os valores de CBR e N como parâmetros. ACHAR A BASE: RKR + BKB = H2O 12,50 x 2,0 +B x 1,70= 30 x1,20 ( devido ao N ser 5 x10^7) B= 6,50 cm (adotar 10 cm) ACHAR A SUB BASE: RKR + BKB + h2OKS = Hn 12,50 x2,0 +10 x 1,7+ h20 x1,0 =42 h20=0 cm (não temos camadas de subbase) ACHAR A REFORÇO DO SUB LEITO: RKR + BKB + h2OKS + hnKref = Hm 12,50 X 2,0+10 X 1,7+0 X 1,0+ hn x0,94= 72 hn= 32 cm 3)Calcular o numero N para um VDM de 1100 e dimensionar um pavimento para 10 anos, cujo o revestimento será composto concreto betuminoso e com base em BGS. O CBR sl é 5%, CBRref é 10%, CBRsbase é 20%, TX de crescimento de 1,75%, 2 faixa. TIPO DE VEÍCULOS (%) PORCENTAGE M FVI AUTOMOVEIS 38 - ONIBUS 10 0,76 CAMINHOES LEVES 12 - CAMINHOES MEDIOS 26 1,67 CAMINHOES PESADOS 8 13,17 REBOQUE E SEMI REBOQUE 6 10,12 TIPO DE VEÍCULOS (%) PORCENTAGE M FVI AUTOMOVEIS 38 - ONIBUS 10 0,76 CAMINHOES LEVES 12 - CAMINHOES MEDIOS 26 1,67 CAMINHOES PESADOS 8 13,17 REBOQUE E SEMI REBOQUE 6 10,12 FV= 0,10 X0,76+ 0,26 X 1,67+ 0,08 X13,17+ 0,06 X 10,12=2,17 4) Dimensionar um pavimento para 10 anos, cujo o valor de N= 2 x10^7, 02 faixas, cujo o revestimento será concreto betuminoso e com base em macadame hidraulico. O CBR sl é 5%, CBRref é 12%, CBRsbase é 20% .
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