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PROJETOS DE ESTRADAS Aula 12 – Materiais e Patologias do Pavimento Flexível Profª: Maria Victória Leal de Almeida Nascimento • Materiais e métodos de execução para camadas de rolamento, base, sub-base e reforço de subleito para pavimentos flexíveis; análise comparativa dos métodos de execução das camadas constituintes do pavimento. • Patologias e suas origens em pavimentos flexíveis; Metodologia DNIT versus Metodologias internacionais; Manual de Restauração de Pavimentos e Novas Tecnologias de recuperação do pavimentos flexíveis 2 Tipos de Pavimento • Os pavimentos podem ser divididos basicamente em dois grupos: flexível e rígido. • Os pavimentos flexíveis são aqueles que são revestidos com materiais betuminosos ou asfálticos. • Estes podem ser aplicados como tratamentos da superfície do pavimento, tais como Tratamentos Superficiais Duplos ou Triplos (TSD ou TST) utilizados geralmente em estradas de volume mais baixo, ou camada(s) de misturas asfálticas, geralmente Concretos Betuminosos Usinados a Quente (CBUQ) em vias de volume mais elevado. 3 Tipos de Pavimento • Estes tipos de pavimentos são chamados "flexíveis", uma vez que a estrutura do pavimento "flete” devido às cargas do tráfego. • Uma estrutura de pavimento flexível é composta geralmente de diversas camadas de materiais que podem acomodar esta flexão da estrutura. • Por outro lado, os pavimentos rígidos são compostos de um revestimento constituído por placas de Concreto de Cimento Portland (CCP). 4 Tipos de Pavimento • Cada um destes tipos do pavimento distribui a carga para o subleito de uma forma diferente. • O pavimento rígido, tende a distribuir a carga sobre uma área relativamente maior do subleito. • A própria placa de concreto fornece a maior parte da capacidade estrutural de pavimento rígido. • O pavimento flexível utiliza um maior número de camadas e distribui cargas para uma área menor do subleito. 5 Tipos de Pavimento 6 Distribuição de cargas nos pavimentos rígido e flexível Tipos de Pavimento • Basicamente, os gerentes de vias devem selecionar o tipo do pavimento por aspectos técnicos e principalmente econômicos. • Os pavimentos flexíveis requerem geralmente alguma medida de reabilitação a cada 8 - 10 anos no Brasil. • Os pavimentos rígidos, por outro lado, podem frequentemente atender adequadamente de 20 a 40 anos. 7 Tipos de Pavimento • A escolha e emprego de cada um dos tipos de pavimento depende de uma série de fatores. • Os pavimentos rígidos são mais frequentes em áreas de tráfego urbanas e de maior intensidade. • Porém, na maior parte das aplicações o pavimento flexível tem menor custo inicial e são executados mais rapidamente. 8 Dúvidas 9 Pavimento Flexível • Os pavimentos flexíveis, em geral associados aos pavimentos asfálticos, são compostos por camada superficial asfáltica (revestimento), apoiada sobre camadas de base, de sub-base e de reforço do subleito, constituídas por materiais granulares, solos ou misturas de solos, sem adição de agentes cimentantes. • Dependendo do volume de tráfego, da capacidade de suporte do subleito, da rigidez e espessura das camadas, e condições ambientais, uma ou mais camadas podem ser suprimidas. 10 Pavimento Flexível • A Figura mostra uma estrutura-tipo e a foto de uma execução de pavimento asfáltico. 11 Pavimento Flexível • Diversos autores têm empregado a terminologia de pavimentos semi-rígidos para aqueles com revestimentos asfálticos que possuam em sua base ou sub-base materiais cimentados, que também são solicitados à tração. • No caso de pavimentos de concreto de cimento Portland, devido à elevada rigidez do revestimento em relação às demais camadas, as cargas de superfície são distribuídas por uma grande área em relação à área de contato pneu- pavimento, aliviando dessa forma as tensões transmitidas às camadas subjacentes. 12 Pavimento Flexível • Nos pavimentos asfálticos, a razão da rigidez do revestimento em relação às demais camadas granulares não é tão elevada como no caso do revestimento de concreto de cimento Portland, fazendo com que as tensões sejam compartilhadas entre as diversas camadas, proporcionalmente à rigidez (material e geometria). • Neste caso as cargas de superfície são distribuídas numa área mais restrita. • O pavimento deve ser dimensionado para o tráfego previsto no período de projeto e para as condições climáticas a que estará sujeito. 13 Pavimento Flexível • As diferentes camadas devem resistir aos esforços solicitantes e transferi-los, por sua vez, às camadas subjacentes. • As tensões e deformações as quais a estrutura está sujeita dependem principalmente da espessura das camadas e da rigidez dos materiais. • Se a estrutura estiver bem projetada para as cargas que atuarão e bem construída, essas cargas gerarão deslocamentos que não provocam ruptura ou deformação excessiva após uma única passada de roda ou algumas poucas solicitações. 14 Pavimento Flexível • As estruturas de pavimento são projetadas para resistirem a numerosas solicitações de carga, dentro do período de projeto, sem que ocorram danos estruturais fora do aceitável e previsto. • Os principais danos considerados são a deformação permanente e a fadiga. • Para se dimensionar adequadamente uma estrutura de pavimento, deve-se conhecer bem as propriedades dos materiais que a compõem, sua resistência à ruptura, permeabilidade e deformabilidade, frente à repetição de carga e ao efeito do clima. 15 Pavimento Flexível Propriedades dos Materiais • Para os materiais de base, sub-base e reforço do subleito, empregam-se métodos de seleção e de caracterização de propriedades. • A seleção é uma etapa preliminar que consiste em averiguar os materiais disponíveis quanto às características de natureza para serem empregados na estrutura dos pavimentos. • As características de natureza interferem nas propriedades geotécnicas no estado compactado. 16 Pavimento Flexível Propriedades dos Materiais • De maneira geral, os materiais de pavimentação compactados devem apresentar-se resistentes, pouco deformáveis e com permeabilidade compatível com sua função na estrutura. • Os materiais são basicamente constituídos por agregados, solos e, eventualmente, aditivos como cimento, cal, emulsão asfáltica, entre outros. 17 Pavimento Flexível Materiais de Base, Sub-base e Reforço do Subleito • Esses materiais de base, sub-base e reforço do subleito são ainda classificados segundo seu comportamento frente aos esforços em: materiais granulares e solos, materiais estabilizados quimicamente ou cimentados, e materiais asfálticos. 18 Pavimento Flexível Materiais de Base, Sub-base e Reforço do Subleito • Os materiais mais empregados em pavimentação da classe dos granulares e solos são: brita graduada simples (BGS) e brita corrida; macadame hidráulico; macadame a seco; misturas estabilizadas granulometricamente; solo-agregado; solo natural; solo melhorado com cimento ou cal. • Deve-se ressaltar ainda a existência de outros materiais de uso crescente em pavimentação, decorrentes de reutilização e reciclagem: escória de alto-forno; agregado reciclado de resíduo sólido de construção civil e demolições; rejeitos de extração de rochas ornamentais; mistura asfáltica fresada etc. 19 Pavimento Flexível Materiais de Base, Sub-base e Reforço do Subleito • Os materiais cimentados mais frequentes são: brita graduada tratada com cimento (BGTC); solo-cimento; solo- cal; solo-cal-cimento; concreto rolado (CCR – concreto compactado a rolo). • As misturas asfálticas são: solo-asfalto; solo-emulsão; macadame betuminoso e base asfáltica de módulo elevado. 20 21 22 23 24 25 26 Dúvidas 27 Concreto Asfáltico • Mistura executada a quente, em usina apropriada, com características específicas, composta de agregado graduado, material de enchimento (filer) se necessário e cimento asfáltico, espalhada e compactada a quente. 28 Concreto Asfáltico • Pode ser empregado como revestimento, camada de ligação(binder), base, regularização ou reforço do pavimento. • Não é permitida a execução dos serviços, objeto desta Especificação, em dias de chuva. • O concreto asfáltico somente deve ser fabricado, transportado e aplicado quando a temperatura ambiente for superior a 10ºC. 29 Concreto Asfáltico • Todo o carregamento de cimento asfáltico que chegar à obra deve apresentar por parte do fabricante/distribuidor certificado de resultados de análise dos ensaios de caracterização exigidos pela especificação, correspondente à data de fabricação ou ao dia de carregamento para transporte com destino ao canteiro de serviço, se o período entre os dois eventos ultrapassar de 10 dias. • Deve trazer também indicação clara da sua procedência, do tipo e quantidade do seu conteúdo e distância de transporte entre a refinaria e o canteiro de obra. 30 Concreto Asfáltico Materiais • Os materiais constituintes do concreto asfáltico são agregado graúdo, agregado miúdo, material de enchimento filer e ligante asfáltico, os quais devem satisfazer às Normas pertinentes, e às Especificações aprovadas pelo DNIT. 31 Concreto Asfáltico Materiais Cimento asfáltico • Podem ser empregados os seguintes tipos de cimento asfáltico de petróleo (DNER-EM 204): a) classificação por penetração – CAP-30/45 – CAP-50/60 – CAP-85/100 b) classificação por viscosidade – CAP-20 – CAP-40 32 Concreto Asfáltico Materiais Agregados • O agregado graúdo pode ser pedra britada, escória, seixo rolado preferencialmente britado ou outro material indicado nas Especificações Complementares. • O agregado miúdo pode ser areia, pó-de-pedra ou mistura de ambos ou outro material indicado nas Especificações Complementares. Suas partículas individuais devem ser resistentes, estando livres de torrões de argila e de substâncias nocivas. 33 Concreto Asfáltico Materiais Material de enchimento (filer) • Quando da aplicação deve estar seco e isento de grumos, e deve ser constituído por materiais minerais finamente divididos, tais como cimento Portland, cal extinta, pós- calcários, cinza volante, etc; de acordo com a Norma DNER- EM 367. 34 Concreto Asfáltico Materiais Melhorador de adesividade • Não havendo boa adesividade entre o ligante asfáltico e os agregados graúdos ou miúdos (DNER-ME 078 e DNER-ME 079), pode ser empregado melhorador de adesividade na quantidade fixada no projeto. • A determinação da adesividade do ligante com o melhorador de adesividade é definida pelos seguintes ensaios: 35 Concreto Asfáltico Materiais Melhorador de adesividade • a) Métodos DNER-ME 078 e DNER 079. • b) Método de ensaio para determinar a resistência de misturas asfálticas compactadas à degradação produzida pela umidade (AASHTO 283). 36 Concreto Asfáltico Equipamentos • Os equipamentos necessários à execução dos serviços serão adequados aos locais de instalação das obras, atendendo ao que dispõem as especificações para os serviços. • Devem ser utilizados, no mínimo, os seguintes equipamentos: a) Depósito para ligante asfáltico; b) Silos para agregados; c) Usina para misturas asfálticas; d) Caminhões basculantes para transporte da mistura; e) Equipamento para espalhamento e acabamento; f) Equipamento para compactação. 37 Concreto Asfáltico Execução Pintura de Ligação • Sendo decorridos mais de sete dias entre a execução da imprimação e a do revestimento, ou no caso de ter havido trânsito sobre a superfície imprimada, ou, ainda ter sido a imprimação recoberta com areia, pó-de-pedra, etc., deve ser feita uma pintura de ligação. 38 Concreto Asfáltico Execução Temperatura do Ligante • A temperatura do cimento asfáltico empregado na mistura deve ser determinada para cada tipo de ligante, em função da relação temperatura-viscosidade. • A temperatura conveniente é aquela na qual o cimento asfáltico apresenta uma viscosidade situada dentro da faixa de 75 a 150 SSF, “Saybolt-Furol” (DNER-ME 004), indicando- se, preferencialmente, a viscosidade de 75 a 95 SSF. • A temperatura do ligante não deve ser inferior a 107°C nem exceder a 177°C. 39 Concreto Asfáltico Execução Aquecimento dos Agregados • Os agregados devem ser aquecidos a temperaturas de 10°C a 15°C acima da temperatura do ligante asfáltico, sem ultrapassar 177°C. Produção do Concreto Asfáltico • A produção do concreto asfáltico é efetuada em usinas apropriadas, conforme anteriormente especificado. 40 Concreto Asfáltico Execução Transporte do Concreto Asfáltico • O concreto asfáltico produzido deve ser transportado, da usina ao ponto de aplicação, para que a mistura seja colocada na pista à temperatura especificada. • Cada carregamento deve ser coberto com lona ou outro material aceitável, com tamanho suficiente para proteger a mistura. 41 Concreto Asfáltico Execução Distribuição e Compactação da Mistura • A distribuição do concreto asfáltico deve ser feita por equipamentos adequados. • Caso ocorram irregularidades na superfície da camada, estas devem ser sanadas pela adição manual de concreto asfáltico, sendo esse espalhamento efetuado por meio de ancinhos e rodos metálicos. • Após a distribuição do concreto asfáltico, tem início a rolagem. • Como norma geral, a temperatura de rolagem é a mais elevada que a mistura asfáltica possa suportar, temperatura essa fixada, experimentalmente, para cada caso. 42 Concreto Asfáltico Execução Distribuição e Compactação da Mistura • Caso sejam empregados rolos de pneus, de pressão variável, inicia-se a rolagem com baixa pressão, a qual deve ser aumentada à medida que a mistura seja compactada, e, consequentemente, suportando pressões mais elevadas. • A compactação deve ser iniciada pelos bordos, longitudinalmente, continuando em direção ao eixo da pista. • Nas curvas, de acordo com a superelevação, a compactação deve começar sempre do ponto mais baixo para o ponto mais alto. 43 Concreto Asfáltico Execução Distribuição e Compactação da Mistura • Cada passada do rolo deve ser recoberta na seguinte de, pelo menos, metade da largura rolada. • Em qualquer caso, a operação de rolagem perdurará até o momento em que seja atingida a compactação especificada. • Durante a rolagem não são permitidas mudanças de direção e inversões bruscas da marcha, nem estacionamento do equipamento sobre o revestimento recém – rolado. • As rodas do rolo devem ser umedecidas adequadamente, de modo a evitar a aderência da mistura. 44 Concreto Asfáltico Execução Abertura ao Tráfego • Os revestimentos recém–acabados devem ser mantidos sem tráfego, até o seu completo resfriamento. 45 Concreto Asfáltico Manejo Ambiental • Para execução do concreto asfáltico são necessários trabalhos envolvendo a utilização de asfalto e agregados, além da instalação de usina misturadora. • Os cuidados observados para fins de preservação do meio ambiente envolvem a produção, a estocagem e a aplicação de agregados, assim como a operação da usina. NOTA: Devem ser observadas as prescrições estabelecidas nos Programas Ambientais que integram o Projeto Básico Ambiental – PBA. 46 Concreto Asfáltico Inspeção • Todos os materiais utilizados na fabricação de Concreto Asfáltico (Insumos) devem ser examinados em laboratório, obedecendo a metodologia indicada pelo DNIT, e satisfazer às especificações em vigor. • O controle da produção (Execução) do Concreto Asfáltico deve ser exercido através de coleta de amostras, ensaios e determinações feitas de maneira aleatória de acordo com o Plano de Amostragem Aleatória. 47 Dúvidas 48 Pavimento Flexível Estruturas Típicas • Com o objetivo de mostrar algumas soluções típicas de combinações de materiais e de camadas que vêm sendo empregadas em pavimentação asfáltica no país, são apresentadas algumas seções de estruturas de pavimento como ilustração, tanto para tráfego muito pesado como para vias de baixo volume de tráfego. • As espessuras das camadas não são apresentadas pois dependem de dimensionamento estrutural que deve ser feito caso a caso. 4950 51 52 53 Dúvidas 54 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos • As patologias em pavimentos asfálticos podem surgir por causa de um projeto deficiente, pela técnica de construção inadequada ou ainda pela falta de manutenção (fundamental para que atinja a vida útil estimada). • A melhor forma de prevenir o aparecimento dos defeitos é observar a qualidade nos três pilares citados, com um bom projeto, uma execução conforme a boa técnica e a constante e periódica manutenção preventiva e corretiva. 55 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Os erros de projeto decorrem de diferentes fatores, muitos comumente relacionados à dificuldade de prever o tráfego real que atuará no período de projeto ou problemas no dimensionamento estrutural, tais como: • a incompatibilidade estrutural entre as camadas, gerando fadiga precoce dos revestimentos, • falhas no sistema de drenagem ou até um subdimensionamento estrutural do projeto em relação a capacidade de suporte dos materiais. 56 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos • A execução da pavimentação requer a constante supervisão e orientação do engenheiro civil responsável, além de um suficiente treinamento dos colaboradores (mão-de-obra qualificada é sinônimo de execução bem-feita). • Por outro lado, após a execução, é necessária a manutenção, pois quando o limite de vida útil do pavimento se aproxima, surgem defeitos que são ocasionados pela perda de propriedades físicas e químicas dos agregados e dos ligantes betuminosos. 57 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Os defeitos podem ser classificados como: estruturais e funcionais. • Os estruturais estão associados à diminuição da capacidade do pavimento de suportar cargas, em perder sua integridade estrutural. • Os funcionais estão relacionados às condições de segurança e trafegabilidade do pavimento em termos de rolamento. 58 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Fenda • Qualquer descontinuidade na superfície do pavimento, que conduza a aberturas de menor ou maior porte, apresentando-se sob diversas formas, conforme adiante descrito. Fissura Trinca 59 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Fenda Fissura • Fenda de largura capilar existente no revestimento, posicionada longitudinal, transversal ou obliquamente ao eixo da via, somente perceptível a vista desarmada de uma distância inferior a 1,50 m. Trinca • Fenda existente no revestimento, facilmente visível a vista desarmada, com abertura superior à da fissura, podendo apresentar-se sob a forma de trinca isolada ou trinca interligada. 60 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Fenda Trinca Isolada – Transversal • Trinca isolada que apresenta direção predominantemente ortogonal ao eixo da via. Quando apresentar extensão de até 100 cm é denominada trinca transversal curta. Quando a extensão for superior a 100 cm denomina-se trinca transversal longa. 61 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Fenda Trinca Isolada – Longitudinal • Trinca isolada que apresenta direção predominantemente paralela ao eixo da via. Quando apresentar extensão de até 100 cm é denominada trinca longitudinal curta. Quando a extensão for superior a 100 cm denomina-se trinca longitudinal longa. 62 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Fenda Trinca Isolada – De retração • Trinca isolada não atribuída aos fenômenos de fadiga e sim aos fenômenos de retração térmica ou do material do revestimento ou do material de base rígida ou semi-rígida subjacentes ao revestimento trincado. 63 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Fenda Trinca Interligada – Tipo “Couro de Jacaré” • Conjunto de trincas interligadas sem direções preferenciais, assemelhando-se ao aspecto de couro de jacaré. Essas trincas podem apresentar, ou não, erosão acentuada nas bordas. 64 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Fenda Trinca Interligada – Tipo “Bloco” • Conjunto de trincas interligadas caracterizadas pela configuração de blocos formados por lados bem definidos, podendo, ou não, apresentar erosão acentuada nas bordas. 65 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Afundamento • Deformação permanente caracterizada por depressão da superfície do pavimento, acompanhada, ou não, de solevamento, podendo apresentar-se sob a forma de afundamento plástico ou de consolidação. Afundamento plástico Afundamento de Consolidação 66 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Afundamento Afundamento plástico • Afundamento causado pela fluência plástica de uma ou mais camadas do pavimento ou do subleito, acompanhado de solevamento. Quando ocorre em extensão de até 6 m é denominado afundamento plástico local; quando a extensão for superior a 6 m e estiver localizado ao longo da trilha de roda é denominado afundamento plástico da trilha de roda. 67 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Afundamento Afundamento de Consolidação • Afundamento de consolidação é causado pela consolidação diferencial de uma ou mais camadas do pavimento ou subleito sem estar acompanhado de solevamento. Quando ocorre em extensão de até 6 m é denominado afundamento de consolidação local; quando a extensão for superior a 6m e estiver localizado ao longo da trilha de roda é denominado afundamento de consolidação da trilha de roda. 68 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Ondulação ou Corrugação • Deformação caracterizada por ondulações ou corrugações transversais na superfície do pavimento. 69 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Escorregamento • Deslocamento do revestimento em relação à camada subjacente do pavimento, com aparecimento de fendas em forma de meia-lua. 70 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Exsudação • Excesso de ligante betuminoso na superfície do pavimento, causado pela migração do ligante através do revestimento. 71 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Desgaste • Efeito do arrancamento progressivo do agregado do pavimento, caracterizado por aspereza superficial do revestimento e provocado por esforços tangenciais causados pelo tráfego. 72 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Panela ou Buraco • Cavidade que se forma no revestimento por diversas causas (inclusive por falta de aderência entre camadas superpostas, causando o desplacamento das camadas), podendo alcançar as camadas inferiores do pavimento, provocando a desagregação dessas camadas. 73 Defeitos nos Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos Remendo • Panela preenchida com uma ou mais camadas de pavimento na operação denominada de “tapa-buraco”. Remendo profundo • Aquele em que há substituição do revestimento e, eventualmente, de uma ou mais camadas inferiores do pavimento. Usualmente, apresenta forma retangular. Remendo superficial • Correção, em área localizada, da superfície do revestimento, pela aplicação de uma camada betuminosa. 74 Dúvidas 75 Atividade Complementar (AV2) 76 • 20% da nota da AV2 TURMA NT2 (Quarta-feira) • 5 grupos de 7 integrantes e 2 grupo de 6 integrantes; • Serão 7 grupos no total (47 matriculados). TURMA NT3 (Quinta-feira) • 3 grupos de 7 integrantes e 1 grupo de 8 integrantes; • Serão 4 grupos no total (29 matriculados). Atividade Complementar (AV2) 77 • O grupo deve identificar e apresentar problemas e/ou curiosidades encontradas no pavimento das rodovias em que transita. • A pontuação será apenas referente a apresentação, que acontecerá na aula anterior a aplicação da AV2. • O tempo de apresentação será de 10 minutos. TURMA NT2 (Quarta-feira) • A apresentação será no dia 18/11. TURMA NT3 (Quinta-feira) • A apresentação será no dia 19/11. Dúvidas 78 Obrigada! Profª: Maria Victória Leal de Almeida Nascimento E mail: maria.lanascimento@professores.unifavip.edu.br 79