CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
JAQUELINE WOLFART
PROPOSTA DE SUBSTITUIÇÃO DO PAVIMENTO EXISTENTE POR PAVIMENTO RÍGIDO NAS PARADAS DE ÔNIBUS DE PATO BRANCO-PR
PATO BRANCO 2017
PROPOSTA DE SUBSTITUIÇÃO DO PAVIMENTO EXISTENTE POR PAVIMENTO RÍGIDO NAS PARADAS DE ÔNIBUS DE PATO BRANCO-PR
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná para a obtenção do título de “Engenheiro Civil”.
Orientador Prof. Msc. Jairo Trombetta
PATO BRANCO 2017
WOLFART, Jaqueline. PROPOSTA DE SUBSITUIÇÃO DO PAVIMENTO
EXISTENTE POR PAVIMENTO RÍGIDO NAS PARADAS DE ÔNIBUS DE PATO BRANCO – PR. 2017. 122 páginas. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado
em Engenharia Civil) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Este trabalho teve por objetivo a elaboração de uma proposta para substituição do pavimento nos pontos de parada de ônibus da cidade de Pato Branco-PR. Para isto, foi realizado o dimensionamento de uma estrutura capaz de suportar os esforços solicitantes das cargas do tráfego atuante, sendo capaz de suportar também a frenagem e aceleração dos ônibus, veículos que mais solicitam o pavimento no ponto de parada. Para tanto, o dimensionamento proposto da estrutura de pavimento rígido compreende o uso da metodologia utilizada no Brasil, do Portland Cement Association (PCA) de 1984. O pavimento rígido pode ser utilizado em áreas destinadas a grandes esforços repetitivos, principalmente oriundos da ação de cargas pesadas estáticas, quando tomados os devidos cuidados quanto ao estudo do terreno de fundação e dos materiais subjacentes especificados. O estudo do terreno foi realizado por meio de caracterização de solo de um ponto específico da cidade, obtendo assim o coeficiente de recalque da sub-base através de correlação com o coeficiente de recalque do subleito, parâmetro fundamental para o dimensionamento. O estudo do tráfego, outro parâmetro também essencial para o dimensionamento da estrutura, foi realizado através de contagem volumétrica manual, feita pelo autor. Para a solução em pavimento rígido foi realizado um projeto de juntas, com seu respectivo detalhamento e especificação, compreendendo as disposições transversais com barras de transferência de carga, devido ao tráfego e às dimensões do pavimento. Por fim, foi realizada uma estimativa do custo unitário da proposta de substituição do pavimento flexível por pavimento rígido nos pontos de parada de ônibus da cidade de Pato Branco-PR. Esta proposta foi elaborada a fim de minimizar a incidência de defeitos nestes locais, bem como o número de intervenções realizadas no pavimento, que geralmente causam transtornos ao trânsito local.
This study aims to develop proposal to replace the pavement in the bus stops in Pato Branco – PR. In order to do so, it was designed a structure capable of supporting the applied forces from the maximum loads per active traffic axis, which was also able to support the braking and acceleration of the buses, the vehicles that request the bus stops pavement the most. That being the case, the proposed design of the rigid pavement structure comprehend the methodology used in Brazil, from Portland Cement Association (PCA) from 1984. It is possible to use rigid pavement in areas intended to large repetitive efforts, mainly originated from the action of static heavy loads, when taking due care to the foundation ground studies and to the specified underlying materials. The terrain investigation was performed by characterizing the soil in a specified point of the city, thus obtaining the sub-base coefficient of settlement due to correlation with the subgrade coefficient of settlement, a fundamental parameter to the design. The traffic study, another essential parameter to design the structure, was conducted through manual volumetric counting, performed by the author. A joint project was designed, to compose de proposal in rigid pavement, along with its respective detailing and specification, comprehending the transverse load transfer bars arrangement, necessary due to traffic and pavement dimensions. At the end, it was estimated the unitary cost of the proposal to replace the flexible pavement by the rigid pavement in the bus stops of Pato Branco – PR. This proposal was elaborated to mitigate the occurrence of apparent defects in these places, as well as the number of interventions realized in the existent pavement, which usually causes inconveniences to local traffic.
Figura 1: Ponto de parada de ônibus na UTFPR-PB ... 17
Figura 2: Composição do pavimento flexível ... 19
Figura 3: Resposta mecânica de pavimento flexível: pressões concentradas ... 20
Figura 4: Escala de classificação do PCI ... 24
Figura 5: Resposta mecânica de pavimento rígido: pressões distribuídas ... 26
Figura 6: Placas de pavimento de concreto simples ... 28
Figura 7: Junta longitudinal de articulação encaixe (a) e seção enfraquecida (b) ... 31
Figura 8: Junta longitudinal de articulação com barras de ligação e seção enfraquecida (a) e encaixe (b) ... 32
Figura 9: Juntas transversais de retração (a) serrada e (b) aberta no concreto fresco ... 33
Figura 10: Largura e comprimento recomendados para placas de pavimento rodoviário de concreto ... 34
Figura 11: Junta transversal de relação de barras de transferência ... 35
Figura 12: Junta de expansão com barra de transferência (a) e de encontro (b) ... 36
Figura 13: Junta longitudinal de construção, execução faixa por faixa (a) e execução na largura total (b) ... 38
Figura 14: Junta transversal de construção planejada (a) e de emergência (b) ... 39
Figura 15: Junta transversal de construção de emergência de topo (a) de encaixe (b), execução na largura total ... 39
Figura 16: Relação entre índice de suporte Califórnia (CBR) e coeficiente de recalque (K) do subleito ... 44
Figura 17: Paradas de ônibus em San Gabriel (EUA) ... 46
Figura 18: Parada de ônibus na Philadelphia (EUA) ... 47
Figura 19: Pavimento de concreto em ponto de parada de ônibus em Porto Alegre-RS ... 48
Figura 20: Esquema da parada de ônibus tipo implantada na Av. Juca Batista - Porto Alegre/RS ... 49
Figura 21: Projeto de espessamento da borda da placa de concreto ... 50
Figura 22: Diagrama de etapas para a obtenção da proposta de substituição ... 53
Figura 25: Defeitos de trincas transversais do ponto de parada de ônibus da
UTFPR-PB ... 58
Figura 26: Defeito tipo panela do ponto de parada da UTFPR-PB ... 59
Figura 27: Trinca tipo "Couro de Crocodilo" do ponto de parada de ônibus da UTFPR-PB ... 59
Figura 28: Escorregamento de revestimento betuminoso ... 60
Figura 29: Trincas interligadas tipo "Couro de Crocodilo", trincas por reflexão e formação de panela ... 61
Figura 30: Trincas interligadas tipo “Couro de Crocodilo” e afundamento ... 62
Figura 31: Desgastes, trincas, afundamentos e ondulações/corrugações ... 62
Figura 32: Trincas interligadas tipo “Couro de Crocodilo” ... 63
Figura 33: Ponto de retirada de solo para análise ... 67
Figura 34: Diagrama dos ensaios a serem realizados para obtenção do IS ... 67
Figura 35: Destorroamento da amostra ... 67
Figura 36: Ensaio limite de liquidez ... 68
Figura 37: Gráfico limite de liquidez ... 69
Figura 38: Ensaio de limite de plasticidade ... 70
Figura 39: Preparação do material para a compactação ... 73
Figura 40: Compactação com auxílio de soquete ... 74
Figura 41: Ensaio de expansão ... 74
Figura 42: Ensaio de penetração ... 75
Figura 43: Corpo-de-prova após ensaio de penetração ... 76
Figura 44: Gráfico para obtenção do ISC ... 78
Figura 45: Ponto de contagem de tráfego ... 83
Figura 46: Gráfico do volume médio por dia de semana normal ... 83
Figura 47: Camadas dos pavimentos ... 94
Figura 48: Ficha técnica do ônibus de transporte coletivo ... 94
Figura 49: Dimensões do veículo de acordo com o chassi ... 95
Figura 50: Projeto em 3D do pavimento rígido ... 96
Quadro 1: Identificação de defeitos nos pavimentos ... 20 Quadro 2: Relação aproximada entre o tipo de solo de subleito e coeficiente de recalque ... 43 Quadro 3: Critérios para classificação dos fatores utilizados nas árvores de decisão ... 57 Quadro 4: Tamanho da amostra para o ensaio ... 72 Quadro 5: Fatores de segurança para as cargas (FSC) ... 86
Tabela 1: Resultados do ensaio de limite de plasticidade ... 71
Tabela 2: Resultados ensaio de expansão ... 76
Tabela 3: Resultados do ISC para cada Corpo-de-prova ... 76
Tabela 4: Resultados da massa específica aparente seca ... 77
Tabela 5: Classificação de Solos: Sugestão do Highway Research Board-HRB adotada por AASHTO ... 79
Tabela 6: Valores de ISig em função de IG ... 81
Tabela 7: Correlação (CBR %) x K (kgf/cm2/cm) ... 82
Tabela 8: Volume médio diário (VMD) ... 84
Tabela 9: Números de eixos por classe de carga ... 85
Tabela 10: Correlação entre k2 e k ... 87
Tabela 11: Volume total de eixos para o projeto ... 88
Tabela 12: Verificação para espessura de 16 cm ... 89
Tabela 13: Verificação para espessura de 18 cm ... 90
Tabela 14: Verificação para espessura de 17 cm ... 90
ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM - American Society for Testing and Materials CAD – Concreto de Alto Desempenho
CBR – California Bearing Ratio
CBUQ - Concreto Betuminoso Usinado à Quente CCP – Concreto de Cimento Portland
CCR – Concreto Compactado a Rolo CCV – Concreto Convencional
DEPATRAN – Departamento Municipal de Trânsito
DNIT - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes EUA - Estados Unidos da América
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IG – Índice de Grupo
IGG – Índice de Gravidade Global IS – Índice de Suporte
ISC – Índice de Suporte Califórnia NBR – Norma Brasileira
PB – Pato Branco
PCA - Portland Cement Association PCI - Pavement Condition Index
PCS – Pavimento de Concreto Simples PMF – Pré-Misturado a Frio
PMQ - Pré-Misturado a Quente
1.2 OBJETIVOS ... 15 1.2.1Objetivo geral ... 15 1.2.2Objetivos específicos ... 16 1.3 JUSTIFICATIVA ... 16 2 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO ... 18 2.1 PAVIMENTO FLEXÍVEL ... 19 2.1.1Tipos de defeitos ... 20
2.1.2Análise dos defeitos ... 23
2.1.2.1 Caracterização e avaliação dos defeitos do pavimento flexível – Método do Pavement Condition Index (PCI) ... 24
2.1.2.2 Avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos – DNIT 006/2003 ... 24
2.2 PAVIMENTO RÍGIDO ... 26
2.2.1Tipos de pavimentos de concreto ... 26
2.2.2Estrutura do pavimento de concreto simples ... 28
2.2.3Juntas longitudinais ... 30
2.2.3.1 Juntas longitudinais de articulação ... 30
2.2.3.2 Juntas longitudinais de articulação com barras de ligação ... 31
2.2.4Juntas transversais ... 32
2.2.4.1 Juntas transversais de retração ... 32
2.2.4.2 Juntas transversais de retração com barras de transferência ... 34
2.2.4.3 Juntas transversais de retração inclinadas ou oblíquas ... 35
2.2.5Juntas de Dilatação ... 36
2.2.6Juntas de Construção ... 37
2.2.6.1 Juntas de longitudinais de construção ... 37
2.2.6.2 Juntas transversais de construção ... 38
2.3 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES ... 40
2.3.1Teoria de Westergaard ... 40
2.3.5Estudo de tráfego ... 44
2.4 PAVIMENTO DE CONCRETO EM PONTOS DE PARADAS DE ÔNIBUS JÁ EXECUTADOS ... 46
3 METODOLOGIA ... 51
4 MATERIAIS, MÉTODOS E RESULTADOS ... 55
4.1 IDENTIFICAÇÃO DE DEFEITOS NO PAVIMENTO ... 57
4.1.1Defeitos ... 57
4.1.2Prováveis causas dos defeitos... 63
4.1.3Serviços de manutenção e restauração ... 65
4.2 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO ... 66
4.2.1Limite de liquidez ... 68
4.2.2Limite de plasticidade ... 69
4.2.3Porcentagem de material passante na peneira nº 200 ... 71
4.2.4CBR ... 73
4.2.5Cálculo do índice de suporte do subleito ... 79
4.2.6Definição do coeficiente de k do subleito ... 82
4.3 ESTUDO DE TRÁFEGO ... 82
4.4 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO RÍGIDO ... 85
4.4.1Dimensionamento do pavimento rígido conforme a metodologia do PCA-84 ... 85
4.4.2Definição das dimensões do pavimento ... 94
4.4.3Projeto de juntas ... 96
4.4.3.1 Juntas transversais ... 96
4.4.3.2 Juntas de encontro com o pavimento flexível e o meio fio ... 97
4.5 ESTIMATIVA DE CUSTO UNITÁRIO DO PAVIMENTO DA PARADA DE ÔNIBUS... 98
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ... 100
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 102
ANEXOS ... 106
ANEXO C – TENSÃO EQUIVALENTE PARA EIXOS TANDEM TRIPLOS (MPA) -
PCAC (PAVIMENTO COM ACOSTAMENTO DE CONCRETO) ... 113
ANEXO D – FATOR DE EROSÃO PARA EIXOS SIMPLES E TANDEM DUPLOS JSP - PCAC (JUNTA COM BARRAS DE TRANSFERÊNCIA E PAVIMENTO COM ACOSTAMENTO DE CONCRETO) ... 114
ANEXO E – FATOR DE EROSÃO PARA EIXOS TANDEM TRIPLOS JSP E PCAC (JUNTA COM BARRAS DE TRANSFERÊNCIA E PAVIMENTO COM ACOSTAMENTO DE CONCRETO) ... 115
ANEXO F – ANÁLISE DE FADIGA – NÚMERO DE REPETIÇÕES ADMISSÍVEIS EM FUNÇÃO DO FATOR DE FADIGA (COM OU SEM ACOSTAMENTO DE CONCRETO) ... 116
ANEXO G – ANÁLISE DE EROSÃO – NÚMERO ADMISSÍVEL DE REPETIÇÕES DE CARGA COM BASE NO FATOR DE EROSÃO (COM ACOSTAMENTO DE CONCRETO) ... 117
APÊNDICE ... 118
APÊNDICE A – FICHA DE CONTAGEM VOLUMÉTRICA PRIMEIRO DIA ... 118
APÊNDICE B – FICHA DE CONTAGEM VOLUMÉTRICA SEGUNDO DIA... 119
APÊNDICE C – FICHA DE CONTAGEM VOLUMÉTRICA TERCEIRO DIA ... 120
1 INTRODUÇÃO
A primeira execução de pavimento de concreto que se tem relatos ocorreu em 1891, o trecho é uma avenida chamada Main Street, localizada na cidade de Bellefontaine, no estado de Ohio, EUA. Na década de 90, tinha-se nos Estados Unidos, cerca de 20% da extensão de rodovias pavimentadas compostas por concreto, e na Alemanha esse percentual já era de 40% (BALBO, 2009). Já a malha rodoviária do Brasil é composta por cerca de 4% de pavimento de concreto (ABCP, 2012).
No Brasil predominantemente a execução do pavimento das estradas é realizada com a utilização do concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ), mais conhecido como asfalto, ou ainda pavimento flexível. Estima-se que 95% dos pavimentos existentes foram executados com pavimento flexível, de acordo com dados da Bernucci (2010). A utilização do pavimento rígido nas estradas brasileiras, ainda é menos usual em virtude dos custos iniciais altos, porém apresentam uma vida útil bem maior com relação ao flexível, em torno de 20 anos no mínimo, há no Brasil em serviço pavimentos de concreto com 50 anos (ABCP, 2012).
O concreto apresenta uma elevada resistência à compressão, isto é, suporta a aplicação de elevadas cargas sem se deformar, também possui uma elevada vida útil e evita o surgimento de deformações e buracos, comparado a outros pavimentos apresenta uma melhor relação custo/benefício. O emprego do concreto é mais comumente encontrado em pistas de aeroportos, corredores de ônibus, portos e rodovias (MEAN, 2011).
Um dos tipos de pavimento utilizado no Brasil, em concordância com a A.B.C.P. (2012), é o de concreto simples, sem adição de armaduras, com apenas colocação de barras de transferência. Nesse tipo de pavimento somente o concreto resiste aos esforços, com juntas transversais e longitudinais, as juntas transversais são dotadas de barras que realizam a transferência das cargas atuantes.
Conforme Vizzoni (2010), o concreto é empregado em áreas que possuem a aplicação de elevado tráfego, com grande repetição e intensidade. Consegue-se verificar isso nos pontos de paradas de ônibus, local onde há a presença de esforços devido à frenagem e aceleração dos veículos; muitas vezes lotados, isso ocorre várias vezes durante o dia, provocando danos ao pavimento de forma mais
acentuada do que o restante da via. Em função disto o pavimento no local das paradas de ônibus coletivo urbano necessita de serviços de restauração frequentes, com o dispêndio de significativos recursos por parte das prefeituras municipais e causando transtornos aos usuários.
A substituição do pavimento flexível por um pavimento rígido de concreto de cimento Portland pode trazer benefícios na redução do número de intervenções, promovendo conforto e segurança aos usuários por um período maior de tempo.
Na cidade de Pato Branco-PR, os ônibus transportam cerca de 13.487 passageiros por dia útil, segundo estudo feito pela Logitrans (2015). Com esse tráfego intensivo e pesado ocorrem várias deformações no pavimento localizado em frente às paradas de ônibus. Desse modo o pavimento de concreto de cimento Portland surge como uma opção, pois não sofre deformações plásticas, do tipo como buracos e afundamento nas trilhas de rodas dos veículos (ABCP, 2012).
Com isso, a proposta do trabalho é dimensionar para trechos de parada de ônibus, um pavimento composto por concreto simples com barras de transferência para substituir o pavimento atual. A ideia é possibilitar um maior intervalo entre as intervenções feitas nesse pavimento, pois sua durabilidade tende a ser maior devido sua melhor absorção dos esforços. Além da análise da viabilidade técnica, como a alternativa envolve gasto de recursos públicos, também será feito um levantamento do custo para implantação da solução em uma parada; proporcionando aos órgãos competentes a possibilidade de baseando-se neste estudo elaborar um cronograma de substituição de pavimento nas paradas em função de sua disponibilidade orçamentária.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral
Propor um programa de substituição do pavimento existente nas paradas de ônibus coletivo por pavimento rígido, na cidade de Pato Branco-PR, com o propósito de diminuir o aparecimento de defeitos nas pistas, otimizar a manutenção e obter um melhor custo-benefício e maior vida útil.
1.2.2 Objetivos específicos
Identificar as principais patologias que o pavimento existente apresenta;
Caracterizar o solo do subleito na parada selecionada e determinar o respectivo índice suporte do solo;
Fazer um estudo de tráfego de veículos pesados no local e a extensão da área de maior influência das cargas (aceleração e frenagem);
Dimensionar o pavimento rígido, conforme metodologia utilizada no Brasil (PCA-84);
Elaborar planilha com previsão do custo para execução do pavimento rígido nas paradas de ônibus.
1.3 JUSTIFICATIVA
Com o desenvolvimento da cidade de Pato Branco-PR, o número de habitantes cresceu, a necessidade por mais habitações também, fazendo com que as distâncias do centro para os bairros também aumentassem, consequentemente a movimentação nas vias públicas e a solicitação por transporte público coletivo, que conta hoje com uma frota de 28 ônibus (POLETTO, 2015), bem como com 32.804 automóveis e 2382 caminhões que circulam no perímetro urbano, segundo o censo do IBGE (2016).
A pavimentação predominante nas ruas pavimentadas de Pato Branco-PR é o pavimento flexível, e em alguns casos com pavimentação em pedras poliédricas. Também, nas principais vias urbanas da cidade, situam-se as paradas de ônibus para transporte coletivo. A solicitação nesses pavimentos de parada de ônibus diferencia-se do restante das vias pavimentadas devido as constantes frenagens e acelerações dos veículos no local. O pavimento tende a apresentar deterioração mais acelerada que o restante da via, como se pode constatar na Figura 1, notadamente, defeitos como trincas, panelas, escorregamentos, desgastes, etc. da massa asfáltica. Todos esses defeitos provocam a necessidade de manutenção constante, ocasionando interrupções das vias, custos ao erário público e também transtornos aos usuários.
Figura 1: Ponto de parada de ônibus na UTFPR-PB Fonte: AUTOR, 2017.
Este trabalho, portanto apresenta a possibilidade de dimensionar para esses trechos o Pavimento Rígido de Cimento Portland que possui maior resistência ao aparecimento desses defeitos. A PCA (Portland Cement Association) formulou o método de dimensionamento baseado na tensão de ruptura do concreto, onde os defeitos do pavimento tendem a surgir após a aplicação de certo número de solicitações, resistência à fadiga, as quais podem ser estimadas com certa precisão em campo, de modo a projetar-se um pavimento estável por um longo período de vida útil estabelecido em projeto (SENÇO, 2007).
A solução apresentada tem o intuito de analisar a possibilidade de diminuição do número de intervenções feitas no pavimento para reduzir os defeitos. Também apresentaria uma melhor relação custo-benefício, uma maior segurança e conforto para os passageiros desses ônibus e menor manutenção dos veículos, o que configura a importância deste trabalho.
A viabilidade do trabalho é a forma de desenvolvimento do mesmo, uma vez que a partir da utilização do transporte coletivo, foram identificados os pontos mais críticos, e em seguida realizou-se o dimensionamento do pavimento rígido, os dados necessários foram levantados através de observação da autora, e os dados já existentes foram conseguidos junto ao órgão administrador da malha viária da cidade.
2 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
O homem para obter fácil acesso a suas áreas cultiváveis, fontes de água e matéria prima inventou a estrada, cuja mais antiga que se tem relatos é na China. Com o decorrer dos anos os romanos aperfeiçoaram a técnica utilizando pavimentos e drenagem, com o objetivo de fazer com que se tornassem mais duradouras (BALBO, 2007).
O pavimento foi desenvolvido para melhorar a condição de trafegabilidade das estradas. Com uma superfície mais plana consegue-se ter mais conforto no movimento do veículo e também torna-se menos ruidosa, com uma superfície mais aderente nos dias de maior umidade e com precipitações garante-se a segurança dos usuários, pois mantém o veículo na pista (BALBO, 2007).
A camada de rolamento é uma estrutura construída sobre uma superfície plana. Sua atribuição é suportar e distribuir os esforços verticais provenientes do tráfego; aperfeiçoar as condições de rolamento, garantindo a segurança e o conforto dos usuários; e também resistir às solicitações horizontais que restabelecem a durabilidade da via (SENÇO, 2007).
O revestimento para tráfego no geral pode ser executado com Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) ou Concreto de Cimento Portland (C.C.P.). Já para o tráfego leve tem-se o Pré-Misturado a Frio (P.M.F.) e o Pré-Misturado a quente (P.M.Q.) (SILVA, 2008), e ainda em alguns casos ainda pode ser encontrado o pavimento realizado com pedras poliédricas.
Os pavimentos de pedra ou paralelepípedos, ou ainda popularmente chamados de calçamento são constituídos de pedras, geralmente pedras duras cortadas em formato de poliedros regulares e paralelepípedos irregulares. São executados em locais onde há tráfego leve e de pouca intensidade e subleito fraco como argilitos turfas. Também pode ser construído em locais de condições severas que podem ocorrer o derramamento de combustíveis, como postos de gasolina e terminais de ônibus (PELLENZ, 1983). Apesar de sua indicação para tráfego leve e de pouca intensidade, no presente estudo uma minoria de pontos de parada ainda apresenta este tipo de pavimento.
A seguir devido ao comportamento do pavimento de acordo com as solicitações impostas pode-se classificar o CBUQ como pavimento flexível, e o CCP,
como pavimento rígido. O Concreto Betuminoso Usinado a Quente que é o pavimento flexível existente na maioria dos pontos de parada de transporte coletivo, e o Concreto de Cimento Portland que é a proposta de substituição.
2.1 PAVIMENTOFLEXÍVEL
O pavimento asfáltico é composto principalmente por ligantes asfálticos e agregados. É constituído por quatro camadas, primeiramente tem-se o revestimento que é responsável por resistir às ações do tráfego e distribuí-las às camadas inferiores, em seguida temos a base, sub-base e o subleito que desempenham a função estrutural do pavimento, conforme Figura 2 em seguida. Dependendo do número de tráfego do local e de materiais disponíveis poderá haver a inexistência de algumas camadas (BERNUCCI, 2010).
Figura 2: Composição do pavimento flexível Autor: TÉCHNE, 2006.
O pavimento flexível é caracterizado pela grande deformação ao sofrer certo limite de solicitações, mas essas deformações não chegam ao rompimento do revestimento. São constituídos principalmente de misturas asfálticas. Com deformações permanentes este pavimento rompe por fadiga (SENÇO, 2007).
Figura 3: Resposta mecânica de pavimento flexível: pressões concentradas Autor: BALBO, 2007.
Como pode ser observada na Figura 3 a carga que atua no pavimento flexível gera um campo de tensões concentrado em torno do ponto de aplicação da carga. Isso quer dizer que um pavimento flexível causa concentradas pressões ao subleito para uma mesma carga que é aplicada sobre um pavimento rígido (BALBO, 2007).
2.1.1 Tipos de defeitos
O Quadro1 em seguida contém um resumo dos principais defeitos ocorrentes em pavimentos flexíveis, as características deles para melhor identificação e os níveis de severidade:
Quadro 1: Identificação de defeitos nos pavimentos Defeito Característica Níveis de Severidade
1. Trincas por fadiga do revestimento Áreas submetidas a cargas repetidas de tráfego. Forma: couro de crocodilo ou tela de galinheiro. Espaçamento inferior a 30 cm.
Baixa: poucas trincas conectadas, sem erosão nos bordos e sem evidência de bombeamento.
Média: trincas conectadas e bordos levemente erodidos, mas sem evidência de bombeamento.
Alta: trincas erodidas nos bordos, movimentação dos blocos quando submetidos ao tráfego e com evidências de bombeamento.
2. Trincas em blocos
Trincas que dividem o pavimento em
pedaços
aproximadamente regulares.
Tamanho dos blocos: 0,1 a 10m².
Baixa: trincas com aberturas médias inferior a 6 mm ou seladas com material selante em boas condições.
Média: trincas com abertura média entre 6 e 19 mm ou com trincas aleatórias adjacentes com severidade baixa.
Alta: trincas com abertura média superior a 19 mm ou trincas aleatórias adjacentes com severidade média a alta. 3. Trincas nos bordos P/pavimento c/ acostamento não pavimentado.
Dentro de uma faixa de 60 cm a partir da extremidade do pavimento
Baixa: sem perda do material ou
despedaçamento.
Média: perda de material e despedaçamento em até 10% da extensão afetada.
Alta: perda de material e despedaçamento em mais de 10% da extensão afetada. 4. Trincas longitudinais Trincas predominantemente paralelas ao eixo, podendo se localizar dentro ou fora das trilhas de roda.
Baixa: trincas com abertura média inferior a 6 mm ou seladas com material selante em boas condições.
Média: trincas com abertura média entre 6 e 19 mm ou com trincas aleatórias adjacentes com severidade baixa.
Alta: trincas com abertura média superior a 19 mm ou trincas com abertura média inferior a 19 mm, mas com trincas aleatórias adjacentes com severidade média alta.
5. Trincas por reflexão Reflexão de trincas ou juntas de camadas inferiores. Recapeamento ou pavimentos novos (contração da base).
Baixa: trincas com abertura média inferior a 6 mm ou seladas com material selante em boas condições.
Média: trincas com abertura média entre 6 e 19 mm ou com trincas
aleatórias adjacentes com
,,,,severidade baixa.
Alta: trincas com abertura média superior a 19 mm ou trincas com abertura média inferior a 19 mm, mas com trincas aleatórias adjacentes com severidade média alta.
6. Trincas transversais Trincas predominantemente perpendicular ao eixo Severidade de uma trinca: adotar a mais elevada, desde que represente pelo menos 10% da extensão.
Baixa: trincas com abertura média inferior a 6 mm ou seladas com material selante em boas condições.
Média: trincas com abertura média entre 6 e 19 mm ou com trincas aleatórias adjacentes com severidade baixa.
Alta: trincas com abertura média superior a 19 mm ou trincas com abertura média inferior a 19 mm, mas com trincas aleatórias adjacentes com severidade média alta.
7. Remendos Porção da superfície do pavimento, maior que 0,1 m², removida e substituída ou material aplicado ao pavimento após a construção inicial.
Função de severidade dos defeitos apresentados pelo remendo.
8. Panelas
Buracos resultantes da desintegração
localizada, sob a ação do tráfego em
presença de água.
Fragmentação, causada por trincas, por fadiga ou
desgaste, e remoção localizada de partes do revestimento.
Baixa: profundidade menor que 25 mm.
Média: profundidade entre 25 e 50 mm.
Alta: profundidade maior que 50 mm.
9. Deformação permanente
Depressão longitudinal nas trilhas de roda, em razão de densificação dos materiais ou ruptura por cisalhamento Substituídos pelas medições da deformação permanente a cada 15 m. 10. Corrugação Deformação plástica caracterizada pela formação de ondulações transversais na superfície do pavimento.
Causada por esforços tangenciais (frenagem ou aceleração).
Associados ao efeito sobre a qualidade do rolamento. 11. Exsudação Excesso de ligante betuminoso na superfície do pavimento. Baixa: mudança de coloração em relação ao restante do pavimento devido ao excesso de asfalto.
Média: perda da textura superficial.
Alta: aparência brilhante; marcas de pneu evidentes em tempo quente; agregado
cobertos pelo asfalto. 12. Agregado polido Polimento (desgaste) dos agregados e do ligante betuminoso e exposição dos agregados graúdos. Comprometimento da segurança: redução do coeficiente de atrito pneu-pavimento.
Níveis de polimento poder ser associados à redução no coeficiente de atrito pneu-pavimento. 13. Desgaste Perda de adesividade do ligante betuminoso e desalojamento dos agregados. Envelhecimento, endurecimento, oxidação, volatilização, intemperização.
Baixa: início do desgaste, com perda de agregados miúdos.
Média: textura superficial torna-se áspera, com perda de agregados miúdos e alguns graúdos.
Alta: textura superficial muito áspera, com perda de agregados graúdos.
14. Desnível entre pista e acostamento
Diferença de elevação entre a faixa de tráfego e o acostamento: camadas sucessivas de revestimento asfáltico; erosão do acostamento não pavimentado; consolidação diferencial. Substituídos pelas medições do desnível. 15. Bombeamento
Saída de água pelos trincos do pavimento sob a ação das cargas do tráfego. Identificado pela deposição à superfície, de material carreado das camadas inferiores. Não aplicáveis, bombeamento depende do teor de umidade das camadas inferiores do pavimento.
Fonte: Adaptado de SHRP (1993) apud TROMBETTA, 2013.
2.1.2 Análise dos defeitos
Para análise dos defeitos alguns métodos podem ser utilizados a fim de embasar a tomada de decisão no momento de necessidade ou não de manutenção. Os principais são descritos a seguir.
2.1.2.1 Caracterização e avaliação dos defeitos do pavimento flexível – Método do Pavement Condition Index (PCI)
O Método do Pavement Condition Index - PCI é um indicador originalmente desenvolvido pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos, é um teste padrão para avaliar a condição do pavimento flexível. O PCI é um valor numérico entre 0 e 100 que é determinado a partir de um levantamento visual do pavimento de um trecho. Várias combinações de defeitos resultam em pontos deduzidos do valor inicial de 100. Esse valor inicial de 100 corresponde a uma via em perfeitas condições, ou seja, sem defeitos (PIERCE, 2013).
Na Figura 4 pode-se visualizar a classificação de acordo com a pontuação atribuída.
Figura 4: Escala de classificação do PCI Autor: DURÁN; FERNANDES JÚNIOR, 2015.
2.1.2.2 Avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos – DNIT 006/2003
A normativa 006 de 2003 do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes- DNIT estabelece as exigências para avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos para levantamento, contagem e classificação de defeitos. Explica as ferramentas necessárias, determina o Índice de Gravidade Global, introduz conceitos de deterioração de pavimentos com sustentação em
cálculos de frequências absolutas, ou seja, o número de vezes em que a ocorrência foi verificada e frequências relativas das ocorrências listadas.
A norma deve ser empregada quando se quer uma caracterização das condições do pavimento, uma listagem de ocorrência e possíveis causas, além do mais, quando poderá haver alguma necessidade de uma possível avaliação estrutural do pavimento (DNIT, 2003).
O pavimento de avaliação deve ser delimitado por uma área de superfície, com o auxílio de pintura. A demarcação deve ter uma delimitação de área de 0,30m por 0,025m, sua extremidade externa terá que estar distante 0,06m da borda da pista de rolamento, deverá ser feitas outras duas demarcações no pavimento, um a 3,00m a frente da primeira e outra 3,00m atrás. Nessas demarcações será medida a flecha na trilha de roda e será verificada a existência de defeitos para a elaboração de inventário (DNIT, 2003).
Com as ocorrências listadas, deve-se calcular para cada uma delas um Índice de Gravidade Individual, a somatória desse índice resulta no Índice de Gravidade Global (IGG), que nada mais é que o índice de degradação do pavimento (DNIT, 2003). Conforme se pode observar no Quadro 2 a seguir:
Quadro 2: Conceitos de degradação do pavimento em função do IGG Conceitos Limites Ótimo 0 < IGG ≤ 20 Bom 20 < IGG ≤ 40 Regular 40 < IGG ≤ 80 Ruim 80 < IGG ≤ 160 Péssimo IGG > 160 Fonte: DNIT, 2003.
De acordo com o quadro, quanto maior o IGG, piores serão as condições do pavimento, e quanto menor o índice, melhores serão as condições do pavimento (DNIT, 2003).
Mas para este estudo não serão realizadas estas análises. O objetivo apenas é a identificação dos defeitos.
2.2 PAVIMENTORÍGIDO
O pavimento rígido é aquele caracterizado por sofrer poucas deformações, pois é constituído principalmente de concreto de Cimento Portland. O seu rompimento ocorre por tração na flexão, quando fica submetido a deformações (SENÇO, 2007).
Na Figura 5 pode ser observada a distribuição de tensões da carga aplicada sobre a superfície do pavimento rígido, como pode-se perceber tem-se um campo de tensões mais disperso, com cargas bem distribuídas ao longo de toda a placa, resultando menor magnitude dos esforços verticais no subleito. Isso quer dizer que um pavimento rígido causa reduzidas pressões ao subleito para uma mesma carga que é aplicada sobre um pavimento flexível (BALBO, 2007).
Figura 5: Resposta mecânica de pavimento rígido: pressões distribuídas Autor: BALBO, 2007.
2.2.1 Tipos de pavimentos de concreto
Conforme DNIT (2005) os pavimentos rígidos podem ser executados de cinco maneiras diferentes: em concreto simples; pavimento tipo Whitetopping; pavimento estruturalmente armado; em concreto rolado e pavimento com peças pré-moldadas de concreto. Todas estas técnicas estão descritas a seguir.
O pavimento rígido em concreto simples é definido pela NBR 7583 (1986) como sendo um pavimento no qual as tensões solicitantes são combatidas apenas
pelo concreto, o qual não contém nenhum tipo de armadura distribuída, nem mesmo armaduras para combater a retração do concreto (DNIT, 2005).
O pavimento tipo whitetopping também é feito em concreto simples e se destina ao recapeamento de pavimentos flexíveis, ampliando a vida de serviço dos mesmos. Sua execução e controle obedecem à norma DNIT 068/2004-PRO, sendo que sua execução pode se dar por meio de três métodos. A primeira é por colocação direta sobre o pavimento construído, sendo necessário apenas umedecer a superfície. O uso é indicado quando as trilhas-de-roda existentes no revestimento asfáltico tenham profundidade inferior a 50mm. A segunda se dá por fresagem, com profundidade de 25 a 75mm. Este método é indicado quando há ondulações acentuadas ou as trilhas-de-roda possuem profundidade maior que 50mm. O terceiro se dá pela aplicação de uma camada de nivelamento, uma mistura betuminosa usinada a quente de espessura que varia de 25 a 50mm. Seu uso se dá em situações em que as distorções superficiais são iguais ou superiores a 50mm (DNIT, 2005).
O pavimento estruturalmente armado se difere do pavimento de concreto simples apenas pelo uso de armaduras, que são posicionadas em função do desempenho esperado. Armaduras destinadas a combater a fissuração por retração do concreto devem ficar a no máximo 1/3 da espessura da placa ou a 50 mm da superfície. A armadura principal deve ser posicionada de modo adequado com o auxilio de espaçadores (DNIT, 2005).
O pavimento em concreto rolado consiste em um concreto seco de consistência rija. Sua trabalhabilidade deve ser tal que permita seu adensamento por compactação, que é feita por rolos compressores, que podem ou não ser vibratórios. Tem como característica um menor consumo de cimento do que o usual em demais pavimentos de concreto e possui menor rigor quanto à granulometria e qualidade de seu agregado graúdo (DNIT, 2005).
O pavimento feito com peças pré-moldadas de concreto tem sua qualidade dada em função da resistência de suas peças, que devem estar em conformidade com a norma NBR 9781 (2013). As peças são colocadas lado a lado sobre uma base de pó de pedra ou areia. Estas peças são dispostas perpendicularmente ao eixo da pista, com assentamento conforme o projeto e com juntas longitudinais alternadas. Entre as juntas das peças é feito um rejuntamento com pedrisco, sendo
posteriormente realizada a compressão da pista com rolo compressor. Ao fim é derramado asfalto aquecido nas juntas (DNIT, 2005).
Para efeito deste trabalho será apresentado apenas o pavimento de concreto simples com barras de transferência, que é a proposta de substituição.
2.2.2 Estrutura do pavimento de concreto simples
Os pavimentos de concreto simples (PCS) são compostos de placas de concreto moldadas in loco, não possuem armadura. As placas ficam posicionadas sobre uma base, subsequente sobre uma sub-base e um subleito (BALBO, 2009). Na Figura 6 tem-se um esquema da constituição do pavimento.
Figura 6: Placas de pavimento de concreto simples Fonte: BALBO, 2009.
Os concretos geralmente empregados para compor a placa são o concreto convencional (CCV), o concreto compactado a rolo (CCR) e também o concreto de alto desempenho (CAD) (BALBO, 2009).
A NBR 7583 de 1986 – Execução de pavimentos de concreto simples por meio mecânico, da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), define o pavimento de concreto simples como composto basicamente de concreto sem colocação de armaduras, sendo assim somente o concreto resiste aos esforços de solicitantes.
A placa do pavimento de concreto simples (PCS) é formada por concreto de alta resistência se comparado aos concretos utilizados em estruturas de edifícios, isso para combater os esforços de tração na flexão sem o acréscimo de armaduras. Pode haver também a existência de juntas serradas pouco espaçadas de contração para controlar a retração do concreto (BALBO, 2009).
Conforme a NBR 7583/1986 os tipos adequados de cimento Portland destinados à pavimentação são o cimento Portland comum, cimento Portland de alta resistência inicial, cimento Portland de alto-forno e o cimento Portland pozolânico.
Nos pavimentos rígidos, a espessura da placa está diretamente ligada às cargas solicitantes, ou melhor, às tensões de tração na flexão produzidas por essas cargas. Uma placa de concreto sujeita a repetidos carregamentos pode chegar ao colapso após certas repetições de cargas, mesmo que não tenha sido atingida a tensão máxima de resistência do concreto. Esse fenômeno é denominado fadiga e é considerado no dimensionamento de pavimentos de concreto submetidos ao tráfego de veículos (PITTA, 1998).
A resistência a tração na flexão do concreto é determinada pelo módulo de ruptura de corpos-de-prova prismáticos. O ensaio deve ser feito dos dois cutelos, pois dessa maneira os resultados obtidos serão mais representativos, do que a aplicação de uma carga em um único ponto. Essa resistência obtida é a resistência mínima da terça parte central do corpo-de-prova, avaliada no mínimo aos 28 dias do concreto, ou no máximo aos 90 dias. O concreto continua ganhando resistência mesmo depois dos 90 dias, portanto no período considerado, as solicitações de cargas que podem ocorrer são pequenas comparadas às solicitações de um período de projeto de mais de 90 dias (PITTA, 1998).
Para a escolha das resistências tem-se que levar em consideração que valores muito baixos com 4 Mpa ou menores, condizem com concretos de baixa impermeabilidade, baixa consistência e durabilidade inadequada, além de requerer uma espessura de placa de concreto muito elevada. Já concretos com valores muito altos como 5MPA ou maiores, correspondem a concretos de grande impermeabilidade, consistência rija, altos teores de cimento, durabilidade adequada e consequentemente menor espessura de placa de concreto, com isso seria necessário controle de vibração da placa o que precisaria de auxílio tecnológico rigoroso, demandando um custo inicial elevado. A experiência aconselha que sejam utilizados valores de resistência aos 28 dias de tração na flexão iguais de 4,5 Mpa, que corresponde a um concreto de comportamento condizente as finalidades do pavimento. Quando for optada a resistência aos 90 dias, é recomendado no mínimo à resistência característica a 1,1 da correspondente aos 28 dias (PITTA, 1998).
A base do pavimento é a camada atribuída a suportar e distribuir os esforços verticais do tráfego. O seu material constituinte deve ter características superiores, ou seja, de melhor qualidade do que o material da sub-base (SENÇO, 2007).
A sub-base é a camada que complementa a base quando não é recomendável executar a base diretamente sobre o subleito, geralmente isso ocorre por condições técnicas e econômicas. O material que compõe a camada deve ter características superiores ao que compõe o subleito (SENÇO, 2007).
O subleito é a fundação do pavimento, ou seja, o terreno encontrado no local. É considerado subleito a camada mais próxima da superfície. As sondagens para caracterizar o material do subleito de um pavimento ocorrem até três metros para baixo da superfície, mas a fundação efetiva é aquela que compreende a camada de um metro a um metro e meio de profundidade (SENÇO, 2007).
2.2.3 Juntas longitudinais
As juntas longitudinais são utilizadas para controlar as fissuras longitudinais, caudas pela distorção da placa de concreto (DNIT, 2005).
2.2.3.1 Juntas longitudinais de articulação
O espaçamento das juntas é determinado conforme a amplitude das tensões geradas pela distorção das placas. Devido ao acompanhamento de pavimentos de concretos realizados com juntas longitudinais, observou-se o aparecimento de fissuras longitudinais em placas de largura compreendida ente 3,65m e 4,90m, o que acarreta a uma recomendação de espaçamento de juntas em no máximo de 3,75 m. Espaçamentos adequados são aqueles entre 3,5m e 3,6 m, para pavimentos de rodovias (DNIT, 2005).
Na Figura 7 pode-se observar o esquema das juntas de articulação na qual pode ser observada a abertura da junta entre 3 a 8 mm para depósito de selante.
Figura 7: Junta longitudinal de articulação encaixe (a) e seção enfraquecida (b) Fonte: DNIT, 2005.
2.2.3.2 Juntas longitudinais de articulação com barras de ligação
Essa junta possui a disposição de barras de ligação, para condicionar que as faixas de tráfego não tenham deslocamentos laterais, desta forma estarão unidas e permitindo a transmissão das cargas, que pode ser por meio do encaixe “macho e fêmea” e também pela entrosagem entre agregados. Com relação ao espaçamento dessas juntas, as considerações são as mesmas que as de juntas transversais, que serão explicadas no próximo item (DNIT, 2005).
Na Figura 8 (a) pode ser verificado o esquema de junta longitudinal de articulação com barra de ligação e seção enfraquecida já na parte (b) da Figura que representa o mesmo tipo de junta somente com seção tipo encaixe.
Figura 8: Junta longitudinal de articulação com barras de ligação e seção enfraquecida (a) e encaixe (b)
Fonte: DNIT, 2005.
2.2.4 Juntas transversais
As juntas transversais serradas pouco espaçadas de contração são executadas principalmente para controlar a retração hidráulica do concreto fresco, pois se tem uma grande quantidade de área desprotegida de condições climáticas desfavoráveis como sol, vento, chuva, frio, etc. Isso induz que ocorra a fissuração bem na junta enfraquecida (BALBO, 2009).
2.2.4.1 Juntas transversais de retração
A atribuição das juntas de retração é limitar a fissuração do concreto devido à sua contração. A junta é construída através de um corte na superfície da placa, até certa profundidade. A ranhura é executada através da introdução de perfil metálico ou perfil rígido de plástico no concreto no estado fresco, já no concreto em estado endurecido inicial o processo é efetuado com o auxílio de uma serra circular de disco diamantado (DNIT, 2005).
A altura do corte para junta serrada e moldada, deve estar compreendida entre 1/4 e 1/6 da espessura da placa de concreto e obedecer ao mínimo de 4 cm.
As placas com grande espessura precisam de valores superiores de profundidade de ranhura. Toda vez que se utiliza a junta serrada a profundidade mínima da ranhura deve ser correspondente ao diâmetro máximo do agregado. A abertura do corte varia entre 3 mm e 10 mm, um valor comumente utilizado é 6 mm, como pode ser observado na Figura 9 a seguir (DNIT, 2005).
Figura 9: Juntas transversais de retração (a) serrada e (b) aberta no concreto fresco Fonte: DNIT, 2005.
O espaçamento entre as juntas transversais tem que ser fixado considerando: o tipo de agregado graúdo utilizado na fabricação do concreto; as condições ambientais; o tipo de tráfego e o atrito entre a placa e sua camada subjacente. As regiões com variação de temperatura ou umidade são as que requerem menores distâncias para as juntas. Para o agregado graúdo britado o seu índice de expansão térmica deve ser levado em consideração para a fixação do espaçamento. Já com relação ao atrito que ocorre entre a placa de concreto e a sua camada subjacente, o espaçamento das juntas transversais é inversamente proporcional (DNIT, 2005).
No Quadro 3 tem-se o espaçamento recomendado entre juntas transversais em função do tipo do agregado. Conforme experiência brasileira tem-se que o espaçamento máximo de 6m das juntas para as condições gerais do Brasil é perfeitamente apropriado. Já na Figura 10 tem-se representado esquematicamente o espaçamento das juntas e as larguras das pistas (DNIT, 2005).
Quadro 3: Espaçamento recomendado entre as juntas transversais Tipo de Agregado Graúdo Espaçamento Recomendado
entre Juntas Trasversais (m)
Pedra britada granítica até 7,5 Pedra britada calcárica, sílico-calcária ou
pedregulho de calcário até 6,0 Seixo rolado, pedreulho silicoso, pedregulo
com dimensão máxima menor que 19 mm, escória
até 4,5
Fonte: DNIT, 2005.
Figura 10: Largura e comprimento recomendados para placas de pavimento rodoviário de concreto
Fonte: DNIT, 2005.
2.2.4.2 Juntas transversais de retração com barras de transferência
Este tipo de junta além de controlar fissuração devido à retração do concreto também faz a transmissão das cargas de uma placa à outra, pois contém barras de transferência (DNIT, 2005).
Em locais onde há a concentração de tráfego pesado aliado à ausência de regularidade de suporte da fundação, a placa de concreto poderá sofrer um recalque diferencial, causando desconforto ao usuário e possível ruína da superfície da placa perto da junta. Portanto, para diminuir a solicitação e o deslocamento vertical das placas, coloca-se as barras de aço de transferência, que transmitem uma porcentagem da carga aplicada em um lado da junta para a placa próxima (DNIT, 2005).
O Quadro 4 a seguir fornece os comprimentos, diâmetros, e os espaçamentos das barras de transferência levado em consideração a espessura da placa de concreto (DNIT, 2005).
Quadro 4: Bitola, comprimento e espaçamento de barras de transferência (Barras lisas – Aço CA-25) Espessura da Placa (cm) Bitola (Ø) Comprimento (mm) Espaçamento (mm) Até 17,0 20 460 300 17,5 – 22,0 25 460 300 22,5 – 30,0 32 460 300 > 30,0 40 460 300
Fonte: Adaptado de DNIT, 2005.
De acordo com o que pode ser observado na Figura 11, as barras de transferência são em sua metade engraxadas e pintadas, garantindo proteção contra a oxidação e a não aderência ao concreto em um dos lados da junta, possibilitando a movimentação da junta na ocorrência da contração da placa de concreto (DNIT, 2005).
Figura 11: Junta transversal de relação de barras de transferência Fonte: DNIT, 2005
2.2.4.3 Juntas transversais de retração inclinadas ou oblíquas
Para diminuir as tensões localizadas nas bordas das placas podem ser executadas juntas inclinadas, na qual os veículos terão apenas um pneu em cada lado tangenciando o canto transversal, tornando assim também o rolamento mais confortável. O ângulo obtuso contido entre a junta e a borda livre longitudinal deve ser considerado à frente do tráfego. A altura para o corte das juntas deve ser de no mínimo 1 cm a mais que das juntas perpendiculares (DNIT, 2005).
2.2.5 Juntas de Dilatação
Os projetos que são executados ultimamente, não consideram as juntas de dilatação ou também chamada, juntas de expansão, somente são considerados em locais onde há cruzamentos assimétricos, na qual as vias são de larguras diferentes, e também onde há encontros do pavimento com algum tipo de estrutura, como por exemplo, pontes e prédios (DNIT, 2005).
Para que seja feita a correta projeção dessas juntas, as placas devem estar compreendidas dentro do comprimento máximo estipulado, devem receber uma selagem apropriada, de maneira a evitar a infiltração de água e outros componentes nas juntas (DNIT, 2005).
Figura 12: Junta de expansão com barra de transferência (a) e de encontro (b) Autor: DNIT, 2005.
Como pode ser observado na Figura 12, em juntas de encontro localizadas antes de pontes e também de cruzamentos, tem-se a colocação de um capuz que é geralmente composto de um material duro como plástico ou outro, esse elemento
promove um espaço livre para a barra de transferência poder se movimentar-se quando ocorre a expansão das placas (DNIT, 2005).
2.2.6 Juntas de Construção
As juntas de construção são executadas de maneira que não ocorre a indução da fissuração a separação ocorre naturalmente, na prática é feito uma serragem da placa para que se torne possível o depósito de selante, ocorrendo somente a selagem superficial da junta (BALBO, 2009).
2.2.6.1 Juntas de longitudinais de construção
As juntas longitudinais de construção são muito parecidas com as juntas longitudinais de articulação, no que se refere ao espaçamento (DNIT, pg 165, 2004). No momento em que se é possível a construção simultânea de duas faixas de tráfego, a junta longitudinal de construção torna-se a própria junta longitudinal de articulação composta também de barras de ligação. A junta consiste em uma seção aberta no concreto após o processo de acabamento, essa abertura de seção pode ser realizada através de auxílio de serra de disco ou através de introdução de um perfil metálico Pode ser observada na Figura 13(b) a execução de duas faixas de tráfego de uma única vez e a composição da junta (DNIT, 2005).
Na figura 13(a) tem-se a junta longitudinal de construção está coincidindo com a junta longitudinal de articulação, isso por que somente foi possível a construção de uma faixa de tráfego por vez. Neste caso tem-se uma junta de encaixe (macho e fêmea), com o auxílio de uma barra de ligação para assegurar a conexão entre as duas faixas próximas (DNIT, 2005).
Figura 13: Junta longitudinal de construção, execução faixa por faixa (a) e execução na largura total (b)
Fonte: DNIT, 2005.
2.2.6.2 Juntas transversais de construção
Juntas transversais de construção precisam ser empregadas quando precisamente terminar o ciclo de trabalho bem onde incidiria uma junta de retração e quando por algum contratempo ocorrer a interrupção da concretagem, seja por quebra de equipamento, falta de material ou até condições climáticas como a chuva. Na primeira condição abordada é executada a junta transversal de construção planejada ou junta de topo, essa junta dispõe de ótima transferência de carga por meio de barras. Na Figura 14(a) pode ser constatado exatamente a sua descrição. Já na Figura 14(b) tem-se uma junta transversal de construção de emergência, composta por encaixe e barras de ligação. Como a execução está sendo faixa por faixa, este tipo de ligação atua como uma barreira de fissuras, impedindo que a fissura passe ao painel próximo, também garante a transmissão de cargas (DNIT, 2005).
Figura 14: Junta transversal de construção planejada (a) e de emergência (b) Fonte: DNIT, 2005.
Conforme pode ser observado na Figura 15, na execução da largura total do pavimento, é recomendado o uso de juntas de encaixe com ligadores ou existe a opção de junta de topo com a utilização de passadores, a última financeiramente mais alta. (DNIT, 2005).
Figura 15: Junta transversal de construção de emergência de topo (a) de encaixe (b), execução na largura total
2.3 DIMENSIONAMENTODOPAVIMENTODECONCRETOSIMPLES
Nas últimas décadas houve vários conhecimentos assimilados a respeito de pavimentação rígida, possibilitando o aperfeiçoamento das técnicas já existentes de dimensionamento de espessura de placas e projeto de juntas. Foram prescritos novos modelos de desempenho dos pavimentos rígidos, como o modelo de Erosão da fundação e o Escalonamento das Juntas, trazendo assim uma visão mais realista do que pode induzir o pavimento a ruína. A introdução da ideia de confiabilidade estatística no dimensionamento também foi um passo importante, no que diz respeito a certificar a segurança dos projetos, pois se está considerando a probabilidade com que um pavimento conseguirá desempenhar as atribuições definidas em projeto (DNIT, 2005).
Neste trabalho decidiu-se falar sobre dois métodos principais de dimensionamento de concreto simples, PCA (1966) e PCA (1984), e também falar sobre a Teoria de Westergaard que foi utilizado como base do PCA na versão de 1966. Conforme o DNIT (2005) os dois métodos devem ser utilizados conforme a disponibilidade de dados e a experiência na região.
2.3.1 Teoria de Westergaard
Ao longo do período de projeto o pavimento deve desempenhar a sua função. Com isso deve ser projetada de modo a atender ao tráfego, os tipos de veículos, a resistência do solo da região, a resistência da placa de concreto e também atender ao clima. (SENÇO, 2007).
As estruturas planas para Westergaard eram classificadas em quatro tipos: as placas espessas, as placas medianamente espessas, placas finas e as membranas com excessivas deformações. Uma placa é considerada espessa quando se tem grande energia de tensões transversais cisalhantes para evitar a distribuição sequencial das tensões de flexão perpendiculares longitudinalmente a espessura da placa. Placa medianamente espessa é aquela que a exclusiva energia de tensões considerada é a de torção e flexão. Uma placa fina é aquela que as deflexões fornecem tensões consideráveis na superfície média, requerendo a avaliação da flexão e da tração, portanto também se torna imprescindível a verificação ao
cisalhamento. Já a membrana a flexão é menosprezável e a tração inevitável (BALBO, 2009).
Westergaard então obtém a conclusão de modelos de cálculos simplificados através da suposição da Teoria Clássica das Placas Isótropas, para a determinação de em placas de concreto de momentos fletores e deflexões. De acordo com a teoria, o conjunto (placa) é de composição uniforme, possui as mesmas características físicas e o sólido elástico está em equilíbrio estático, ou seja, o sólido elástico é aquele em que submetida a uma carga e retirada-a ele pode voltar a sua posição original, sem ocorrer deformação. Com isso Westergaard, como já havia presumido Hertz, reconheceu que o subleito, que é uma forma de apoio da placa, é uniforme e corresponde aos carregamentos verticais. Desta maneira, o subleito é tido como um conjunto de molas idênticas posicionadas verticalmente que reagem as ações externas sem transmitir o efeito cisalhamento entre elas. Está é uma teoria simplificadora bem difundida, porém um pouco distante da realidade da conduta do solo de fundação, de bases granulares ou cimentadas (BALBO, 2009).
2.3.2 Método da Portland Cement Association (PCA) - 1966
O método do PCA é baseado na teoria de Westergaard, leva em conta o dimensionamento da espessura da placa a resistência à tração na flexão do concreto. O cálculo é realizado utilizando o CRF (consumo de resistência à fadiga) quando a placa é sujeita repetidamente a ações de tráfego, durante o período de projeto. O CRF é determinado considerando as tensões críticas de tração na flexão que atuam na placa, essas tensões então são associadas com o módulo de ruptura do concreto (SENÇO, 2007).
A correlação de tração ou módulo de ruptura diminui e cresce o número de solicitações necessárias para que ocasione o rompimento por fadiga. Portanto, uma carga de roda quando passa sobre a placa gera tensões de tração, essa aplicação de esforço não ocasionará a ruptura, a não ser quando aplicada repetidamente inúmeras centenas de vezes, assim ocorrerá o rompimento por fadiga. Esse fato, observado em inúmeras experiências, permitiu a estimativa, para cada tipo de carga de roda, do número de repetições que provocaria aquele rompimento por fadiga. Os veículos que compõe o tráfego são classificados pelas cargas que transferem ao pavimento, estas cargas serão as que ocasionarão as tensões de tração, que podem
ocasionar no rompimento da placa, alcançando o limite máximo na resistência à fadiga (SENÇO, 2007).
Os veículos que estimulam esforços de tração inferiores à metade do módulo de ruptura do concreto, não fornecem, nem uma pequena parcela, no consumo de resistência à fadiga (SENÇO, 2007).
2.3.3 Método da Portland Cement Association (PCA) - 1984
O Método da Portland Cement Association (PCA) de 1984 é empregado em pavimentos de concreto simples com a utilização de barras de transferência como em pavimentos compostos de armadura distribuída sem função estrutural (DNIT, 2005).
Para o dimensionamento da placa, como já explicado anteriormente, é necessário a obtenção do consumo de resistência à fadiga, todavia o método do PCA de 1984 acrescentou também os danos ocasionados pela erosão, esse dois dados tem que atingir um valor máximo de 100%. O primeiro dado que atingir os 100%, ou um valor muito próximo, será relacionado com a espessura da placa de concreto, com isso tem-se a espessura definitiva para ser adotada no projeto (SENÇO, 2007).
O método do PCA, trazido em contato público em 1984, incorpora dois modelos, o de fadiga e o modelo de erosão, neste último, foram inseridas condições de escalonamento e análise estrutural através de elementos finitos (DNIT, 2005).
Esse método leva em consideração o tipo de transmissão de carga nas juntas transversais e a sua intensidade, as consequências da existência ou não de acostamentos em concreto, a contribuição estrutural das sub-bases com tratamento de cimentos, das sub-bases de concreto rolado ou convencional, a influência dos eixos tandem triplos e a consideração do modelo de ruína por erosão da fundação do pavimento juntamente com o modelo de fadiga alterado (DNIT, 2005).
2.3.4 Caracterização do solo
Para projetos de pavimentos rígidos deve se ter cuidado com a ocorrência no subleito de variâncias bruscas de solo, principalmente a presença de solos expansivos como a argila mole (DNIT, pg 73, 2004). Para isso, tem-se o California
Bearing Ratio, comumente conhecido por C.B.R., ou por tradução Índice Suporte
Califórnia (ISC), que é um dos parâmetros mais aceitos para avaliar o comportamento de um solo como fundação do pavimento, ou ainda, como parte componente das camadas do pavimento (SENÇO, 2007).
O método do CBR consiste em ensaios laboratoriais de resistência a penetração de um pistão numa amostra de solo da camada do subleito, na qual se compara esse resultado a resistência à penetração apresentada por um material padrão, a esse material se concede um CBR=100% (SENÇO, 2007).
No dimensionamento da espessura da placa do pavimento rígido, tem-se um parâmetro que se refere ao suporte do subleito é o Módulo de Westergaard ou Módulo de Reação, mais comumente chamado de Coeficiente de Recalque (K). Ele é obtido através de uma prova de carga estática, de acordo com a norma do DNIT 055/2004, que é baseada nas diretrizes específicas do United States Army Corps of Engineers e também na norma ASTM-D 1196 (1977). Na prova de carga as pressões verticais transmitidas ao subleito por intermédio de placa rígida de 76 cm de diâmetro são correlacionadas com os deslocamentos correspondentes. No Quadro 4 a seguir pode-se perceber a relação dos diversos tipos de solo com os valores de coeficientes de recalque (DNIT, 2005).
Quadro 2: Relação aproximada entre o tipo de solo de subleito e coeficiente de recalque Tipo de Solo (AASHTMO M 145) Coeficiente de Recalque MPa kgf/cm²/cm A1-a >110 >11,0 A1-b 70 – 165 7,0 – 16,5 A2-4, A2-5 >80 >8,0 A2-6, A2-7 50 – 90 5,0 – 9,0 A3 55 – 90 5,0 – 9,0 A4 25 – 80 2,5 – 8,0 A5 <50 5,0 A6 <60 6,0 A7-5, A7-6 <60 6,0
Fonte: Adaptado de DNIT, 2005.
Para a determinação do coeficiente tem-se uma correlação entre o índice de suporte Califórnia (CBR) do subleito e o coeficiente de recalque (k). Na Figura 16 tem-se a representação da correlação existente entre o índice de suporte Califórnia (CBR) e o coeficiente K de recalque do subleito.
Figura 16: Relação entre índice de suporte Califórnia (CBR) e coeficiente de recalque (K) do subleito
Fonte: DNIT, 2005.
2.3.5 Estudo de tráfego
Conforme o Manual de Estudos de Tráfego (DNIT, 2006), as pesquisas de tráfego são procedimentos utilizados na engenharia para realizar levantamentos de dados de campo, sendo que elas podem ser feitas por meio de observação direta ou por entrevistas. Nas entrevistas, são obtidas informações orais ou escritas dos usuários das vias, sendo posteriormente classificadas conforme padrões estabelecidos. Na observação direta, os fenômenos são registrados como são, sem que se ocorra interferência do observador.
Dentre as pesquisas e técnicas de levantamento que são mais empregadas no estudo do tráfego estão às contagens volumétricas, que tem por objetivo determinar a quantidade, sentido e composição do fluxo de veículos que passam por determinados pontos do sistema viário em uma determinada unidade de tempo. Os locais mais usuais para a sua realização são os trechos entre interseções e nas intersecções. Estes dados são importantes para analisar a capacidade, as causas de congestionamento e índices de acidentes, sendo também utilizadas no dimensionamento do pavimento e demais melhorias (DNIT, 2006).
Estas contagens se classificam em Contagens Globais, onde é registrado o número total de veículos que circulam por um trecho (ambos os sentidos); Contagens Direcionais, onde se registram o número de veículos por sentido do fluxo; e Contagem Classificatória, onde se registram os volumes para as várias classes e tipos de veículos (DNIT, 2006).
As contagens volumétricas podem ser feitas por meio de quatro métodos, por Contagens Manuais, Contagens Automáticas, Videoteipe e por Observador Móvel, sendo a contagem manual o método de mais fácil operação e que apresenta os menores custos (DNIT, 2006).
As contagens manuais são realizadas por pesquisadores, que utilizam contadores manuais e fichas. Este método é ideal para análise de movimentos em interseções, classificação de veículos e para se realizar a contagem em rodovias com muitas faixas; sendo que para vias urbanas geralmente se adotam critérios de grupamento de veículos com base em suas características de operação (caminhões, automóveis, ônibus). A coleta de dados é feita utilizando-se contadores manuais mecânicos, os quais estão presos em uma prancheta, que também possui a ficha para transcrever os dados. Há dois modelos de fichas, sendo que em uma são feitas marcações para cada veículo, para cada intervalo de tempo, e na outra são preenchidos apenas os totais de veículos cada intervalo (DNIT, 2006).
Nas contagens automáticas são utilizados contadores automáticos, onde os veículos são detectados por dispositivos magnéticos; na contagem por videoteipe é utilizado procedimento de filmagem com câmaras de vídeo para observação, e por fim, na observação móvel, a quantidade de veículos pode ser determinada em um trecho da via, e não apenas em um ponto, empregando-se para isto um veículo-teste que percorre por diversas vezes todo trecho em estudo (DNIT, 2006).
