6.1.1 Introdução
Diante da necessidade de execução de pavimentos econômicos, foram desenvolvidas novas alternativas para a execução de pavimentos flexíveis e introduzidos novos conceitos e materiais, utilizados e especificados, especialmente nos Estados de São Paulo, Paraná, Bahia, Mato Grosso do Sul e Goiás. Esses pavimentos foram denominados pavimentos econômicos ou de baixo custo.
O presente dimensionamento visa à utilização de solos lateríticos finos ou concrecionados locais, portanto materiais existentes na região, reduzindo, consideravelmente, as distâncias de transporte, além de aproveitar melhor o solo do subleito natural como integrante da estrutura do pavimento.
6.1.2 Métodos de Dimensionamento
Para o dimensionamento das estruturas dos pavimentos utiliza-se em função do tipo de tráfego atuante na via, geralmente o Método de Dimensionamento da Prefeitura Municipal de São Paulo IP-04/2004 (para tráfego de leve e médio, ou seja, vias locais e coletoras secundárias).
O procedimento baseia-se no método de projeto de pavimento flexível de 1966 do Engº Murilo Lopes de Souza, adotado pelo DNER, e no método
do DER/SP (Projeto de Pavimentação - IP-DE-P00/001)), porém com o uso do ábaco de dimensionamento proposto originalmente pelo Corpo de Engenheiros do Exército Americano (USACE).
6.1.3 Tráfego
Considera-se, para efeito de dimensionamento de novos pavimentos, a classificação de vias em: principais, secundárias e locais, com base nos critérios do modelo PAVIURB, utilizado pela Prefeitura Municipal de São Paulo, e na IP-02 da PMSP, conforme descrito a seguir e ilustrado na tabela 20.
- Vias Coletoras Secundárias: Tráfego médio, ruas de características residenciais, com função predominante de via coletora secundária, para as quais é prevista a passagem de caminhões ou ônibus em um número entre 21 (vinte e um) e 100 (cem) por dia, na faixa de tráfego mais solicitada, caracterizada por um número “N” típico de 5 x 105 solicitações do eixo simples padrão de (80kN) para o período de projeto de 10 anos, observando-se um provável aumento de demanda em função do desenvolvimento da região;
- Vias Locais Residenciais: Tráfego leve, ruas de características essencialmente residenciais, para as quais é previsto o tráfego de caminhão e ônibus, entre 4 (quatro) a 20 (vinte) por dia, por faixa de tráfego, caracterizada por um número “N” típico de 105 solicitações do eixo simples padrão (80kN) para o período de 10 anos.
VOLUME INICIAL DA FAIXA MAIS CARREGADA TIP O DE VIA FUNÇÃO PREDOMINANTE TRÁFEGO PREVISTO VIDA DE PROJETO (ANOS ) VEÍCULO LEVE CAMINHÕES E ÔNIBUS N N CARACTERÍSTICO V1 (Via Secundária) via local residencial
com passagem Leve 10 100 a 400 4 a 20 2,7 x 104 a 1,4 x 105 105 V2 (Via Principal) via coletora secundária Médio 10 401 a 1500 21 a 100 1,4 x 105 a 6,8 x 105 5 x 105 TABELA 20: Classificação das Vias e Parâmetros de Tráfego
Capítulo 6
No presente método de dimensionamento, considera-se que a carga máxima legal no Brasil é de 10 toneladas por eixo simples de rodagem dupla (100 kN/ESRD)
6.1.4 Considerações sobre o Subleito
A fim de orientar o projeto do pavimento são apresentadas algumas considerações sobre o subleito, a saber:
- A espessura do pavimento a ser construído sobre o subleito será calculada de acordo com o presente procedimento, em função do suporte (CBR ou Mini-CBR) como representativo de suas camadas.
- Nos casos em que as sondagens indicarem a necessidade de substituição do subleito, deverá ser considerado o valor do suporte do solo de empréstimo.
- Na determinação do suporte do subleito, emprega-se o Ensaio Normal de Compactação de Solos ou o Ensaio Mini-MCV. A moldagem dos corpos de prova deverá ser feita com a energia de compactação correspondente.
- No caso de vias com guias e sarjetas, reforços de pavimentos antigos ou de aproveitamento do leito existente, a determinação do suporte do subleito (CBR ou Mini-CBR), poderá ser realizada in situ.
- No caso de ocorrência de subleito com suporte < 2%, deverá ser feita sua substituição por solo com suporte
$
10% e expansão#
2%, na espessura indicada no projeto.- Para subleitos com solos que apresentam expansão superior a 2% e suporte CBR < 2%, e em locais em que o valor do CBRsl for inferior a 30% do valor do CBR estatístico, deverá ser feita a substituição do solo do subleito por uma camada de, no mínimo, 30cm, executada com solo selecionado com CBR
$
CBR estatístico do subleito em questão. Recomenda-se que, em ambos os casos o solo selecionado apresente CBR$
10% e expansão < 2%.6.1.5 Dimensionamento da Estrutura do Pavimento
- Tráfego
Para efeito de dimensionamento da estrutura do pavimento, o tráfego será caracterizado conforme indicado a seguir:
- Tráfego Leve: “N” típico = 105 solicitações
- Espessura Total do Pavimento
Definido o tipo de tráfego do pavimento e determinado o suporte representativo do subleito, a espessura total básica do pavimento, em termos de material granular, HSL, será fixada de acordo com o ábaco da figura 33.
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FIGURA 33: Ábaco de Dimensionamento
- Tipo e Espessura da Camada de Rolamento
O revestimento betuminoso será constituído por uma camada de Pré-Misturado a Quente (PMQ) ou Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ), com espessura mínima (R) apresentada na tabela 21.
Capítulo 6
TABELA 21: Espessuras Mínimas de Revestimento
Pode-se aceitar revestimentos de macadame betuminoso com capa selante ou tratamento superficial triplo, desde que as condições topográficas assim o permitam (rampas
#
6 %). A restrição aplica-se, especialmente, em função de dificuldades executivas com rampas superiores a 6%.- Espessura das Demais Camadas
Uma vez determinada a espessura total do pavimento (HSL), em termos de material granular, e fixada a espessura do revestimento (R), procede-se ao dimensionamento das espessuras das demais camadas, ou seja: da base, sub-base e do reforço do subleito, levando em conta os materiais disponíveis para cada uma delas, seus coeficientes de equivalência estrutural e suas capacidades de suporte, traduzidas pelos respectivos valores de CBR ou Mini-CBR.
As espessuras da base (B), sub-base (hSB) e do reforço do subleito (hREF) são obtidas pela resolução sucessiva das seguintes inequações:
R x KR + B x KB
$
HSB ... (1) R x KR + B x KB + hSB x KSB$
HREF ... (2) R x KR + B x KB + hSB x KSB + hREF x KREF$
HSL ... (3) em que:KR, KB, KSB, KREF representam os coeficientes estruturais do revestimento da base, da sub-base e do reforço do subleito, respectivamente.
HSB, HREF e HSL representam espessuras fornecidas pelo gráfico do Anexo IV, do Manual de Normas do DER/SP (seção 6.04) e ábaco de dimensionamento IP-04, para materiais com valores de CBRSB, CBRREF e CBRSL ou Mini-CBRSB, Mini-CBRREF e Mini-CBRSL, conforme exigências para as diversas camadas.
TRÁFEGO TIP O DE REVES TIMENTO ES P ES S URA (c m )
P MQ 4.0
Le ve
A estrutura do pavimento deverá conter, ou não, a sub-base, a critério do projetista, com exceção das camadas executadas com macadame hidráulico e/ou betuminoso.
A figura 34 ilustra um esquema elucidativo de uma estrutura de pavimento. CARACTERÍSTICAS CAMADAS TIPO CBR (%) EXP . (%) ESPESSURA (c m ) Reforço do
Subleito −Solos Selecionados CBRREF> CBRS L ≤ 2,0% ≥ 15,0 −Estabilizadas Granulometricamente ≥ 30 ≤ 1,0 ≥ 15,0 S ub-Bases
−Solos Lateríticos ≥ 20 ≤ 1,0 ≥ 15,0
−Estabilizadas Granulometricamente ≥ 80 ≤ 0,5 ≥ 10,0
−Argila Laterítica ≥ 12 ≤ 0,5 ≥ 15,0
−Solos Lateríticos in natura ≥ 40 ≤ 0,3 ≥ 15,0 −Solo Laterita Agregado (SLAD)
(Tráfego Leve) ≥ 50 ≤ 0,5 ≥ 15,0
Bases
−Solo Laterita Agregado (SLAD)
(Tráfego Médio) ≥ 80 ≤ 0,5 ≥ 15,0
FIGURA 34: Esquema Elucidativo
- Espessuras Mínimas e Materiais Recomendados para as Diversas Camadas do Pavimento
A tabela 22 ilustra os diferentes tipos de camadas de reforço do subleito, sub-base e base utilizadas em pavimentos de baixo custo, com suas espessuras mínimas e características de capacidade de suporte e expansão recomendadas.
Capítulo 6
- Coeficientes de Equivalência Estrutural
O coeficiente de equivalência estrutural de um material é definido como a relação entre as espessuras de uma base granular e de uma camada de material considerado que apresente o mesmo comportamento.
Considera-se que uma camada de 10 centímetros de um material, com coeficiente de equivalência estrutural igual a 1,5, apresenta comportamento igual ao de uma camada de 15 cm de base granular.
Para as camadas de pavimentos executadas de acordo com as instruções de execução da PMSP, são adotados os coeficientes de equivalência estrutural apresentados na tabela 23.
CAMADA DO PAVIMENTO COEFICIENTE ESTRUTURAL
(K) Base ou Revestimento de Concre to Be tuminos o 2,00 Base ou Revestimento de Concre to Ma gro / P obre Rola do 2,00 Base ou Revestimento de P ré-Misturado a Quente, de Graduação Densa/BINDER 1,80 Base ou Revestimento de P ré-Misturado a Frio, de Graduação Densa 1,40 Base ou Revestimento Be tuminos o por P e ne tra çã o 1,20
Paralelepípedos 1,00
Ca ma da de Is ola me nto ou Bloque io 1,00 Base de Brita Graduada, Macadame Hidráulico e Estabilizada Granulometricamente 1,00 S ub-Ba s e s Gra nula re s ou Es ta bilizadas com Aditivos Va riá ve l
Re forço do S ubleito Va riá ve l
Ba s e de S olo-Cimento ou Brita com Cimento, com resistência à compressão aos sete dias,
superior a 4,5 MP a 1,70
Base de BGTC, com resistência à compressão aos 7 dias, entre 2,8 e 4,5 MPa
Ba s e de S olo-Cime nto, com re s is tê ncia à compre s s ã o a os 7 dia s , e ntre 2,1 e 2,8 MP a 1,20 Base de Solo melhorado c/ cimento, com resistência à compressão aos 7 dias, menor que 2,1 MPa 1,00
Areia 1,00
1,40
TABELA 23: Coeficientes de Equivalência Estrutural
Os coeficientes estruturais da sub-base granular e do reforço do subleito serão obtidos com as expressões:
SL SB SB
CBR
CBR
K = e
SL REF REFCBR
CBR
K =
em que:
CBRSB, CBRREF e CBRSL são os suportes da sub-base, reforço e subleito.
Dessas expressões, resultam os coeficientes estruturais, apresentados na tabela 24, em função das relações CBRSB/CBRSL e CBRREF/CBRSL.
Mesmo que o CBR do reforço ou da sub-base seja superior a 30%, deverá ser considerado como se fosse igual a 30%, para efeito de cálculo das relações anteriormente descritas.
Quando pavimentos antigos, de paralelepípedos, forem beneficiados com revestimentos betuminosos, o valor do coeficiente de equivalência estrutural do pavimento existente, poderá variar de 1,2 a 1,8, em função do comportamento, abaulamento e rejuntamento dos paralelepípedos.
TABELA 24: Coeficientes Estruturais em Função das Relações de CBR
6.1.6 Exemplos de Dimensionamento pelo IP-04 da PMSP/2004
EXEMPLO APLICATIVO Nº 01
Dimensionar o pavimento para uma via de tráfego leve, sabendo-se que o subleito apresenta um CBRSL = 7%, dispondo-se de material para reforço com CBRREF = 14%.
RELAÇÃO DE CBR K RELAÇÃO DE CBR K 1,1 0,72 2,1 0,90 1,2 0,75 2,2 0,91 1,3 0,76 2,3 0,92 1,4 0,78 2,4 0,94 1,5 0,80 2,5 0,95 1,6 0,82 2,6 0,96 1,7 0,83 2,7 0,97 1,8 0,85 2,8 0,98 1,9 0,86 2,9 0,99 2,0 0,88 ≥ 3,0 1,00
Capítulo 6
SOLUÇÃO TEÓRICA
O revestimento será de pré-misturado a quente com espessura de 3,0 cm e coeficiente estrutural kr = 1,8. A base será de tipo mista, constituída de macadame hidráulico (M. H.) e macadame betuminoso (M. B.).
Para CBRREF = 14% obtém-se pelo ábaco da Figura 33:
HREF = 19 cm
HREF = B x KB + R x KR
19 = B x KB + R x KR = B x 1 + 35 x 1,8 B = 12,7 cm
Utilizando-se de uma base mista, com a espessura mínima de 5,0 cm de macadame betuminoso (HMB = 5,0 cm), com coeficiente estrutural KMB = 1,2 e 7 cm de espessura de macadame hidráulico (HMH = 7,0 cm) com coeficiente estrutural HMH = 1,0, obtém-se a espessura de material granular para a base:
B = KMB x HMB x HMH x HMH
B = 5 x 1,2 + 7 x x 1,00 = 13,0 cm > 12,7 cm, atendendo, portanto, o valor mínimo.
Cálculo da espessura de reforço:
Para CBRSL = 7% obtém-se com o ábaco da Figura 33: HSL = 33 cm
Substituindo-se os valores na inequação (3): R x KR + B x KS + HREF x KREF ≥ HSL (3)
Em que:
Obtem-se a espessura da camada de reforço (HREF):
HREF = 15,7 cm
Adota-se como HREF = 16 cm.
Portanto a estrutura proposta será: SL REF REF CBR CBR K = = = 0,87 3,5 x 1,8 + (5 x 1,2 + 7 x 1,00) + HREFx 0,87 ≥33,0cm CAMADA ES P ES S URA P . M. Q. 3,5 cm Macadame Betuminoso 5,0 cm Macadame Hidráulico 7,0 cm Reforço do Subleito (CBR = 11% ) 16,0 cm Subleito CBR = 7% EXEMPLO APLICATIVO Nº 2
Dimensionar a estrutura do pavimento para uma via de tráfego leve, sabendo-se que o subleito apresenta um CBRSL = 4% e que se dispõe de dois materiais para reforço com as seguintes características:
Mistura solo-brita com CBRREF1 = 15%
Solo selecionado argila vermelha com CBRREF2 = 8%
Capítulo 6
SOLUÇÃO TEÓRICA
Será adotado um reforço do subleito composto dos dois materiais disponíveis REF REF REF CBR CBR K = KREF = = SL REF REF CBR CBR K = KREF = = Em que:
Com o ábaco da figura 33 e com os valores da capacidade de suporte das camadas de reforço CBRREF1 e CBRREF2, obtêm-se os valores das espessuras das camadas de reforço HREF1 e H REF2, respectivamente.
R x KR + B x KB ≥ H REF1 (1) R x KR + B x KB ≥ H REF2 (2)
Da mesma forma, determina-se a espessura total do pavimento HSL:
R x KR + B x KB + HREF1 x KREF1 + HREF2 ≥ H SL (3)
Em que:
R, B, HREF1 e HREF2 são, respectivamente, as espessuras do revestimento, base, reforço superior e reforço inferior;
KR, KB, k REF1 e k REF2 são, respectivamente, os coeficientes estruturais das referidas camadas.
DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO
O revestimento será de pré-misturado a quente com espessura de 3cm com KR= 1,8 e a base adotada será mista, de macadame betuminoso (MB) e macadame hidráulico (MH).
Para CBR REF1 = 15% obtém-se pelo ábaco da figura 33: HREF1 = 18 cm
Substituindo-se os dados na inequação (1):
R x KR + B x KB ≥ H REF1 (1)
3 x 1,8 + B x 1 ≥ 18 cm
6
B ≥ 12,6 cm em material granular Usando a espessura de 5 cm de macadame betuminoso (HMB) e sendo seu coeficiente estrutural KMB = 1,2, tem-se a seguinte espessura do macadame hidráulico (HMH), com coeficiente estrutural KMH = 1:B = 12,6 ≤ HMB x KMB + HMH x KMH 12,6 ≤ 5 x 1,2 + HMH x 1 HMH ≥ 12,6 - 6 HMH ≥ 6,6 cm Adotando HMH = 7 cm: B = 6 + 7 = 13 cm em material granular
Para a obtenção da espessura do reforço HREF1, utiliza-se a equação (2): R x KR + B x KB + HREF1 x KREF1 ≥ HREF2 (2)
Para CBR REF2 = 8%, obtém-se com o ábaco da Figura 33: HREF2 = 29,0 cm
Substituindo-se na inequação (2):
3 x 1,8 + 13 x 1 + HREF1 x 0,85 ≥ 29,0 Adota-se HREF1 = 13 cm
Para a obtenção da espessura do reforço H REF2 utiliza-se a equação (3):
R x K R + B x KB + H REF1 x k REF1 + H REF2 x k REF2 ≥ H SL Para CBRBL = 4%, obtém-se com o ábaco da figura 34:
HSL = 48 cm
Substituindo-se na inequação (3):
3 x 1,8 + 13 x 1 + 13 x 0,85 + HREF2 x 0,87 ≥ 48,0 cm
Capítulo 6
Portanto, a estrutura proposta será:
CAMADA ES P ES S URA
Pré-misturado a Quente (P. M. Q.) 3 cm
Macadame Betuminoso (M. B.) 5 cm
Macadame Hidráulico (M. H.) 7 cm
Reforço do Subleito de Solo-Brita
CBR = 15% 13 cm
Reforço do Subleito de Argila Vermelha
CBR = 8% 22 cm
Subleito com CBRBL= 4%