Pavimentos flexíveis

Os estados limite de ruína geralmente considerados no dimensionamento de pavimentos flexíveis são (Figura 2.15):

fendilhamento por fadiga das camadas betuminosas; deformações permanentes excessivas.

O fendilhamento por fadiga conduz a uma progressiva desagregação superficial do pavimento e ao enfraquecimento das camadas inferiores do pavimento e do solo de fundação devido à possível penetração da água pelas fendas.

As deformações permanentes (rodeiras) correspondem às deformações plásticas dos materiais, podendo ter origem nas camadas mais profundas (fundação ou base) ou nas camadas mais superficiais devido às elevadas tensões tangenciais na zona de passagem do tráfego [Azevedo, M.C.; 1993; Neves, J.M.; 2001; Freire, A.C.; 2002].

Fadiga por tracção

Deformações permanentes Camadas betuminosas εt εt εv εv Camadas granulares Fundação

B

DEFORMAÇÃO PERMANENTE

Na generalidade dos métodos de dimensionamento de pavimentos rodoviários e aeroportuários utilizam-se critérios de dimensionamento às deformações permanentes que limitam a contribuição do solo de fundação para o aparecimento de deformações permanentes, embora o aparecimento de deformações permanentes na superfície dos pavimentos seja resultante do somatório das deformações permanentes de todas as camadas que constituem o pavimento. Os critérios de dimensionamento às deformações permanentes são expressos através de relações entre o número de aplicações de carga e um valor da extensão vertical (elástica) de compressão no topo das camadas de solo induzidas por essa carga. Estes critérios são expressos, em geral, por uma relação do tipo:

b v

a N

ε = ×

(2.14)

Em que:

εv – é o valor máximo da extensão vertical de compressão induzida pela passagem de um eixo ou de um rodado;

N – é o número de passagens admissível correspondente àquele nível de extensão; a e b – são constantes que variam consoante o critério considerado.

Os critérios de dimensionamento às deformações permanentes foram definidos com base nos resultados obtidos na análise estrutural de pavimentos de trechos piloto, que serviram como base para o desenvolvimento de métodos de dimensionamento empíricos. A título de exemplo, apresentam-se alguns dos critérios que foram definidos desse modo:

os critérios de dimensionamento propostos pela Shell [Shell; 1978], foram estabelecidos com base na análise do comportamento de diversos trechos que fizeram parte do ensaio AASHO [AASHO; 1961];

os critérios estabelecidos pela Universidade de Nottingham [Brown, S.F., Pell, P.S.; 1972], basearam-se na análise estrutural de pavimentos que foram dimensionados de acordo com a Road Note 29 [Road Research Laboratory; 1970], desenvolvida a partir de resultados da observação de trechos piloto no Reino Unido;

Ö os critérios preconizados pelo Asphalt Institute [Shook, J.F. et al; 1982], basearam-se na análibasearam-se de resultados obtidos na obbasearam-servação de uma série de trechos de pavimentos na Califórnia.

Os critérios referidos anteriormente foram definidos para pavimentos rodoviários que, devido à sua especificidade (número de repetições de carga, cargas por eixo, pressão de enchimento dos pneus, etc), poderão apresentar limitações quando são aplicados aos pavimentos aeroportuários. Nestes casos é, pois, preferível utilizar critérios de dimensionamento às deformações permanentes, que foram desenvolvidos através da observação de pavimentos aeroportuários, tais como, o preconizado por Chou [Chou, Y.T.; 1982] e pela FAA [Garg, N. et al; 2004].

No Quadro 2.9 apresentam-se alguns dos critérios de dimensionamento de pavimentos visando a limitação da contribuição do solo de fundação para a formação de deformações permanentes excessivas.

Quadro 2.9 – Critérios de dimensionamento para a limitação da contribuição do solo de fundação para a formação de deformações permanentes excessivas

Autor Expressão Shell

ε

_v

=k

₁

×N

^-0,25 Nottingham

ε

_v

=0,0216×N

^-0,28 Asphalt Institute

ε

_v

=0,0105×N

^-0,223 Chou⁴

ε

_v

=0,00539×N

^-0,1436 FAA⁴

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

>

×

=

≤

×

=

12100

N

para

N

0,002428

ε

12100

N

para

N

0,004

ε

0,070373 -v 0,123457 -v Legenda:

εv – Extensão vertical máxima de compressão no topo do solo de fundação N – Número máximo admissível de passagens de eixos⁵

k1 = 1,8 × 10^-2 para 5% de probabilidade de ruína k1 = 2,1 × 10^-2 para 15% de probabilidade de ruína k1 = 2,8 × 10^-2 para 50% de probabilidade de ruína

4 – Critério estabelecido para pavimentos aeroportuários

B

FENDILHAMENTO POR FADIGA

O fendilhamento por fadiga das camadas betuminosas resulta da repetida indução de tensões de tracção pela passagem dos rodados dos veículos, ainda que essas tensões sejam inferiores à resistência à tracção do material.

A grande maioria dos critérios de dimensionamento para a limitação do fendilhamento por fadiga dos materiais tratados com ligantes betuminosos, foi estabelecida com base em resultados obtidos em ensaios laboratoriais com cargas repetidas (nomeadamente de flexão ou de tracção-compressão), ajustados de acordo com os resultados obtidos através da observação de trechos piloto em serviço [Pinelo, A.; 1991; Antunes, M.L., 1993; Azevedo, M.C.; 1993; Neves, J.M.; 2001].

Os critérios de dimensionamento à fadiga das camadas betuminosas são dados por expressões do mesmo tipo da expressão que traduz os critérios de dimensionamento às deformações permanentes:

b t

a N

ε = ×

(2.15)

Em que:

ε_t – é o valor máximo da extensão horizontal de tracção induzida pela passagem de um eixo

N – é o número de passagens admissível correspondente àquele nível de extensão a e b – são constantes que variam consoante o critério adoptado e a composição e

módulo de deformabilidade da mistura betuminosa

No Quadro 2.10 apresentam-se alguns dos critérios de dimensionamento de pavimentos flexíveis, no que diz respeito à limitação do fendilhamento por fadiga das camadas betuminosas.

Quadro 2.10 – Critérios de dimensionamento para a limitação do fendilhamento por fadiga das camadas betuminosas

Autor Expressão

Shell

ε

_t

=(0,856× V

_b

+1,08)×E

^-0,36_m

×N

^-0,2

Nottingham -⁽5,13 log Vb 8,63 logRB-15,8⁾¹

6 t

ε N

ε = ×

× + × ⁻

Asphalt Institute

ε

_t

=0,0016×N

^-0,21

Legenda:

εt – Extensão horizontal máxima de tracção na base da camada betuminosa N – Número máximo admissível de passagens de eixos

Vb – Percentagem volumétrica de betume na mistura betuminosa (%) Em – Módulo de deformabilidade da mistura betuminosa (Pa)

ε6 – Extensão de tracção correspondente à aplicação de 106 ciclos de carga

RB – Temperatura do ponto de amolecimento determinado pelo método do “anel e bola” do betume

Recentemente, têm vindo a ser concebidas novas metodologias ou abordagens para a verificação do dimensionamento de pavimentos flexíveis, que passam por ter em conta a contribuição de todas as camadas constituintes do pavimento, para o aparecimento de deformações permanentes excessivas. Assim, no novo manual de dimensionamento da AASHTO [NCHRP; 2004], para a análise estrutural de pavimentos flexíveis preconiza-se a determinação dos seguintes valores de extensões e/ou tensões, de modo a verificar os critérios de dimensionamento:

Ö extensão horizontal de tracção máxima, na base das camadas betuminosas (limitação do fendilhamento por fadiga das camadas betuminosas);

Ö extensão e/ou tensão vertical de compressão máxima, nas camadas betuminosas (limitação da contribuição das camadas betuminosas para o aparecimento de deformações permanentes excessivas);

Ö extensão/tensão vertical de compressão máxima, nas camadas de base e sub– base (limitação da contribuição das camadas granulares não ligadas para o aparecimento de deformações permanentes excessivas);

Ö extensão vertical de compressão máxima, no topo da fundação (limitação da contribuição do solo de fundação para o aparecimento de deformações permanentes excessivas).

No documento REFORÇO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS:Modelação do Comportamento Estrutural (páginas 82-87)