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Escola Superior de Tecnologia - UEA Curso: Engenharia Civil PAVIMENTAÇÃO PROF. RUBELMAR DE AZEVEDO FILHO, MSC MANAUS, JAN/2012 PAVIMENTAÇÃO Dimensionamento de Pavimento O dimensionamento do pavimento consiste na determinação das espessuras das diversas camadas que são colocadas sobre o solo existente no subleito. Sua finalidade básica é a seleção dos materiais existentes, de modo a haver um perfeito aproveitamento dos mesmos. As pressões transmitidas pelas rodas dos veículos diminuem com o aumento da profundidade das camadas. Assim, os melhores materiais devem ser colocados próximo à superfície dos pavimentos, pois é aí que as pressões são máximas. O pavimento deve ser projetado de tal modo que cada camada seja capaz de receber, distribuir e transmitir as pressões, sem sofrer deformações apreciáveis. METODOS EMPÍRICOS Método do Indice de Grupo; Método do “CBR” e suas derivações e o Método do Corpo de Engenheiros dos Estados Unidos. PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Os limites de peso bruto por eixo e por conjunto de eixos estabelecidos só prevalecem se todos os pneumáticos, de um mesmo conjunto de eixos, forem da mesma rodagem e calçarem rodas no mesmo diâmetro. Considerar-se-ão eixos em tandem dois ou mais eixos que constituam um conjunto integral de suspensão, podendo qualquer deles ser ou não motriz. Quando, em um conjunto de dois ou mais eixos, a distância entre os dois planos verticais paralelos, que contenham os centros das rodas for superior a 2,40m, cada eixo será considerado como se fosse distanciado. Em qualquer par de eixos ou conjunto de três eixos em tandem, com quatro pneumáticos em cada, com os respectivos limites legais de 17 e 25,5t, a diferença de peso bruto total entre os eixos mais próximos não deverá exceder a 1,700kg. PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Tipo de eixos Limite legal (por eje) Configuração Simples - pneus simples (exceto ônibus) 6,0 t Simples - todos duplos 10,0 t Tandem duplo ( ) todos duplos 17,0 t Tandem triplo 25,5 t Obs.: Tandem de automóvel (4,00t a 6,00t); Todos los limites e pegiva 1 PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Características dos Veículos O figura 01 apresenta um exemplo de classificação segundo o grau de divisibilidade. Veículo solido Veículo composto ou contentor Figura 01: Classificação de veículos de carga PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Nomenclatura do Peso de Veículos Rodo-Ferroviários: Peso útil: peso da carga; Lotação (L): peso útil máximo; Tara (T) ou Peso morto: peso do veículo sem carga, com tanque cheio e operadores a bordo; Peso Bruto Total (PBT): peso útil + tara de um veículo unitário; PBT máximo: lotação + tara; Peso Bruto Total Combinado (PBTC): peso útil + soma das taras das unidades da combinação; PBTC máximo: lotação + soma das taras. PAVIMENTAÇÃO 7 CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Exemplo: Caminhão Usual Trocado Tra = 16 Lado = 18 9 wc = 28 Tra = 13 Lado = 20 Tração + Reboque (Rodovia e Atena) 10 10 PRT = 43 PRT Aum = 43.5 Semi-reboque 2.5 Eixo Tpto = 15.5 Lado = 21 PAVIMENTAÇÃO 8 CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Exemplo: Rodo trem PTC = 74 Tra = 28 Lado = 42 PRT Aum = 74 B-tram PTC = 97 Tra = 28 Lado = 48 PRT = 99 3r-eee 2.5 x 2.5 Eixo MEC = 56 PAVIMENTAÇÃO 9 Parâmetros do tráfego Um dos fatores que influem no dimensionamento dos pavimentos flexíveis é o tráfego a que se submeterá determinada via durante sua vida útil de serviço. As cargas que incidem sobre a estrutura do pavimento ao longo de um período “P” para o qual é projetado o mesmo, são representadas pela ação do ciclo de carregamento e descarregamento em um determinado ponto fixo da superfície de rolamento quando da passagem das rodas dos veículos. O dano causado pela passagem de cada veículo é, usualmente, de pequena magnitude, mas o efeito acumulativo deste é que determina a resistência de vida à fadiga dos pavimentos. No Brasil, o fator preponderante que leva os pavimentos ao final de sua vida útil, de forma prematura, é este efeito acumulado. Neste método de dimensionamento, para efeito de projeto, o tráfego que transitará sobre determinado pavimento ao longo de sua vida útil de serviço é convertido em um número de operações/solicitações de um eixo rodoviário padrão. Este número de solicitações é conhecido como número “N”. PAVIMENTAÇÃO • Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento • Fator de Equivalência de Operações • O tráfego rodoviário é bastante heterogêneo, apresentando variações relativas aos tipos de veículos e cargas transportadas. As variações das condições do tráfego refletem-se em dificuldades no dimensionamento de pavimentos. As dificuldades encontram-se na previsão da evolução do tráfego ao longo do tempo e na avaliação do poder de destruição, de modo comparativo, que exercem as várias cargas a diferentes níveis de repetição. PAVIMENTAÇÃO • Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento • Fator de Equivalência de Operações • Os fatores de equivalência utilizados pelo método do DNER permitem a conversão de aplicações de diferentes solicitações em um número equivalente de aplicações do eixo padrão (8,2 tf). Para cada configuração de eixo real há uma conversão para eixo padrão. Tipos de Eixos Faixas de Cargas Equações (P em tf) Eixo simples 0-8 FEO=2,0782x10^4xP^4,767 2-8 FEO=1,8320x10^4xP^4,632 Eixo tandem duplo 0-11 FEO=1,5920x10^4xP^4,471 2-11 FEO=1,5820x10^4xP^4,508 Eixo tandem triplo 0-18 FEO=0,8539x10^4xP^5,338 2-18 FEO=1,3229x10^4xP^5,155 P = Peso bruto total sobre o eixo Tabela 01 – Expressões matemáticas para obtenção dos fatores de equivalência de operações, para diferentes PAVIMENTAÇÃO • Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento • Fator de Equivalência de Operações Tipos de eixo Equações (P em tf) Simples de rodagem simples FEO=\( \frac{P}{7,77} \)^4,32 Simples de rodagem dupla FEO=\( \frac{P}{8,17} \)^4,32 Tandem duplo (rodagem dupla) FEO=\( \frac{P}{15,08} \)^4,34 Tandem triplo (rodagem dupla) FEO=\( \frac{P}{22,95} \)^4,32 P = Peso bruto total sobre o eixo • Tabela 02 – Expressões matemáticas para obtenção dos fatores de equivalência de operações, para diferentes tipos de eixos (AASHTO) PAVIMENTAÇÃO • Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento • Fator Climático Regional - FR Ou Fator de Chuva, as variações de umidade dos materiais do pavimento durante o ano afetam a capacidade de suporte. Para levar em conta as variações de umidade dos materiais do pavimento durante as diversas estações do ano (o que se traduz em variações de capacidade de suporte desses materiais), o número equivalente de operações do eixo tomado como referência ou padrão. Esse parâmetro de tráfego deve ser multiplicado por um coeficiente (FR) que varia de 0,20 onde predominam baixos teores de umidade, até 5,00 ocasiões em que os materiais estão praticamente saturados. São sugeridos para o Brasil os seguintes fatores climáticos regionais, em função da altura média anual de chuva em mm: Altura média anual de Fator Climático chuva Regional (FR) (mm) Até 800 0,7 De 800 a 1.500 1,2 Mais de 1.500 1,8 Tabela 03 – Fator Climático Regional - FR PAVIMENTAÇÃO 19 • Cálculo do Número “N” CÁLCULO DO VOLUME MÉDIO DIÁRIO (p/2) VDM 3500 veíc/dia Taxa de crescimento anual - i 8,00% Período de Projeto 10 anos VDM1 7573 veíc/dia VDM2 5682 veíc/dia Fator Climático Regional - FH 1,0 unid. CÁLCULO DO NÚMERO “N” N = 365 x VDM(m) x P x FE x FC x FR Número Equivalente de Operações - ”N” (EIXO 62) 4,11*10^7 unid. PAVIMENTAÇÃO 20 • Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis O método de dimensionamento de pavimentos flexíveis do DNER é um método empírico derivado do método CBR. Dimensionamento: compatibilizar carga com o suporte de carregamento do subleito. Carga: são dinâmicas — NÚMERO de PASSAGENS de eixos. Eixos: a passagem dos eixos provoca deformações, que são irrecuperáveis na vida útil do pavimento. A repetição das deformações leva a FADIGA e RUPTURA. Para cada veículo tipo (para cada eixo) calcula-se o fator de veículo (como o valor do veículo para um eixo padrão).
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Escola Superior de Tecnologia - UEA Curso: Engenharia Civil PAVIMENTAÇÃO PROF. RUBELMAR DE AZEVEDO FILHO, MSC MANAUS, JAN/2012 PAVIMENTAÇÃO Dimensionamento de Pavimento O dimensionamento do pavimento consiste na determinação das espessuras das diversas camadas que são colocadas sobre o solo existente no subleito. Sua finalidade básica é a seleção dos materiais existentes, de modo a haver um perfeito aproveitamento dos mesmos. As pressões transmitidas pelas rodas dos veículos diminuem com o aumento da profundidade das camadas. Assim, os melhores materiais devem ser colocados próximo à superfície dos pavimentos, pois é aí que as pressões são máximas. O pavimento deve ser projetado de tal modo que cada camada seja capaz de receber, distribuir e transmitir as pressões, sem sofrer deformações apreciáveis. METODOS EMPÍRICOS Método do Indice de Grupo; Método do “CBR” e suas derivações e o Método do Corpo de Engenheiros dos Estados Unidos. PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Os limites de peso bruto por eixo e por conjunto de eixos estabelecidos só prevalecem se todos os pneumáticos, de um mesmo conjunto de eixos, forem da mesma rodagem e calçarem rodas no mesmo diâmetro. Considerar-se-ão eixos em tandem dois ou mais eixos que constituam um conjunto integral de suspensão, podendo qualquer deles ser ou não motriz. Quando, em um conjunto de dois ou mais eixos, a distância entre os dois planos verticais paralelos, que contenham os centros das rodas for superior a 2,40m, cada eixo será considerado como se fosse distanciado. Em qualquer par de eixos ou conjunto de três eixos em tandem, com quatro pneumáticos em cada, com os respectivos limites legais de 17 e 25,5t, a diferença de peso bruto total entre os eixos mais próximos não deverá exceder a 1,700kg. PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Tipo de eixos Limite legal (por eje) Configuração Simples - pneus simples (exceto ônibus) 6,0 t Simples - todos duplos 10,0 t Tandem duplo ( ) todos duplos 17,0 t Tandem triplo 25,5 t Obs.: Tandem de automóvel (4,00t a 6,00t); Todos los limites e pegiva 1 PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Características dos Veículos O figura 01 apresenta um exemplo de classificação segundo o grau de divisibilidade. Veículo solido Veículo composto ou contentor Figura 01: Classificação de veículos de carga PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Nomenclatura do Peso de Veículos Rodo-Ferroviários: Peso útil: peso da carga; Lotação (L): peso útil máximo; Tara (T) ou Peso morto: peso do veículo sem carga, com tanque cheio e operadores a bordo; Peso Bruto Total (PBT): peso útil + tara de um veículo unitário; PBT máximo: lotação + tara; Peso Bruto Total Combinado (PBTC): peso útil + soma das taras das unidades da combinação; PBTC máximo: lotação + soma das taras. PAVIMENTAÇÃO 7 CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Exemplo: Caminhão Usual Trocado Tra = 16 Lado = 18 9 wc = 28 Tra = 13 Lado = 20 Tração + Reboque (Rodovia e Atena) 10 10 PRT = 43 PRT Aum = 43.5 Semi-reboque 2.5 Eixo Tpto = 15.5 Lado = 21 PAVIMENTAÇÃO 8 CLASSIFICAÇÃO DE VEÍCULOS DE CARGA Exemplo: Rodo trem PTC = 74 Tra = 28 Lado = 42 PRT Aum = 74 B-tram PTC = 97 Tra = 28 Lado = 48 PRT = 99 3r-eee 2.5 x 2.5 Eixo MEC = 56 PAVIMENTAÇÃO 9 Parâmetros do tráfego Um dos fatores que influem no dimensionamento dos pavimentos flexíveis é o tráfego a que se submeterá determinada via durante sua vida útil de serviço. As cargas que incidem sobre a estrutura do pavimento ao longo de um período “P” para o qual é projetado o mesmo, são representadas pela ação do ciclo de carregamento e descarregamento em um determinado ponto fixo da superfície de rolamento quando da passagem das rodas dos veículos. O dano causado pela passagem de cada veículo é, usualmente, de pequena magnitude, mas o efeito acumulativo deste é que determina a resistência de vida à fadiga dos pavimentos. No Brasil, o fator preponderante que leva os pavimentos ao final de sua vida útil, de forma prematura, é este efeito acumulado. Neste método de dimensionamento, para efeito de projeto, o tráfego que transitará sobre determinado pavimento ao longo de sua vida útil de serviço é convertido em um número de operações/solicitações de um eixo rodoviário padrão. Este número de solicitações é conhecido como número “N”. PAVIMENTAÇÃO • Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento • Fator de Equivalência de Operações • O tráfego rodoviário é bastante heterogêneo, apresentando variações relativas aos tipos de veículos e cargas transportadas. As variações das condições do tráfego refletem-se em dificuldades no dimensionamento de pavimentos. As dificuldades encontram-se na previsão da evolução do tráfego ao longo do tempo e na avaliação do poder de destruição, de modo comparativo, que exercem as várias cargas a diferentes níveis de repetição. PAVIMENTAÇÃO • Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento • Fator de Equivalência de Operações • Os fatores de equivalência utilizados pelo método do DNER permitem a conversão de aplicações de diferentes solicitações em um número equivalente de aplicações do eixo padrão (8,2 tf). Para cada configuração de eixo real há uma conversão para eixo padrão. Tipos de Eixos Faixas de Cargas Equações (P em tf) Eixo simples 0-8 FEO=2,0782x10^4xP^4,767 2-8 FEO=1,8320x10^4xP^4,632 Eixo tandem duplo 0-11 FEO=1,5920x10^4xP^4,471 2-11 FEO=1,5820x10^4xP^4,508 Eixo tandem triplo 0-18 FEO=0,8539x10^4xP^5,338 2-18 FEO=1,3229x10^4xP^5,155 P = Peso bruto total sobre o eixo Tabela 01 – Expressões matemáticas para obtenção dos fatores de equivalência de operações, para diferentes PAVIMENTAÇÃO • Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento • Fator de Equivalência de Operações Tipos de eixo Equações (P em tf) Simples de rodagem simples FEO=\( \frac{P}{7,77} \)^4,32 Simples de rodagem dupla FEO=\( \frac{P}{8,17} \)^4,32 Tandem duplo (rodagem dupla) FEO=\( \frac{P}{15,08} \)^4,34 Tandem triplo (rodagem dupla) FEO=\( \frac{P}{22,95} \)^4,32 P = Peso bruto total sobre o eixo • Tabela 02 – Expressões matemáticas para obtenção dos fatores de equivalência de operações, para diferentes tipos de eixos (AASHTO) PAVIMENTAÇÃO • Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento • Fator Climático Regional - FR Ou Fator de Chuva, as variações de umidade dos materiais do pavimento durante o ano afetam a capacidade de suporte. Para levar em conta as variações de umidade dos materiais do pavimento durante as diversas estações do ano (o que se traduz em variações de capacidade de suporte desses materiais), o número equivalente de operações do eixo tomado como referência ou padrão. Esse parâmetro de tráfego deve ser multiplicado por um coeficiente (FR) que varia de 0,20 onde predominam baixos teores de umidade, até 5,00 ocasiões em que os materiais estão praticamente saturados. São sugeridos para o Brasil os seguintes fatores climáticos regionais, em função da altura média anual de chuva em mm: Altura média anual de Fator Climático chuva Regional (FR) (mm) Até 800 0,7 De 800 a 1.500 1,2 Mais de 1.500 1,8 Tabela 03 – Fator Climático Regional - FR PAVIMENTAÇÃO 19 • Cálculo do Número “N” CÁLCULO DO VOLUME MÉDIO DIÁRIO (p/2) VDM 3500 veíc/dia Taxa de crescimento anual - i 8,00% Período de Projeto 10 anos VDM1 7573 veíc/dia VDM2 5682 veíc/dia Fator Climático Regional - FH 1,0 unid. CÁLCULO DO NÚMERO “N” N = 365 x VDM(m) x P x FE x FC x FR Número Equivalente de Operações - ”N” (EIXO 62) 4,11*10^7 unid. PAVIMENTAÇÃO 20 • Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis O método de dimensionamento de pavimentos flexíveis do DNER é um método empírico derivado do método CBR. Dimensionamento: compatibilizar carga com o suporte de carregamento do subleito. Carga: são dinâmicas — NÚMERO de PASSAGENS de eixos. Eixos: a passagem dos eixos provoca deformações, que são irrecuperáveis na vida útil do pavimento. A repetição das deformações leva a FADIGA e RUPTURA. Para cada veículo tipo (para cada eixo) calcula-se o fator de veículo (como o valor do veículo para um eixo padrão).