AVALIAÇÃO DE TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS EM PAVIMENTOS INTERTRAVADOS DE BLOCOS DE CONCRETO. Rodrigo Menegaz Müller TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL. Aprovada por: __________________________________________________ Profª Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc. __________________________________________________ Prof. Jacques de Medina, L.D. __________________________________________________ Profª. Lídia da Conceição Domingues Shehata, Ph.D. __________________________________________________ Prof. Fernando José Pugliero Gonçalves, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL JUNHO DE 2005
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TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA …€¦ · Pêndulo Britânico, de permeabilidade e ensaios de deflexões com a viga Benkelman ... user conventional Benkelman bean and with an
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AVALIAÇÃO DE TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS EM PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS DE BLOCOS DE CONCRETO.
Rodrigo Menegaz Müller
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM
e todos que por falta de uma boa memória tenha me esquecido.
• Aos Professores da Universidade de Passo Fundo, que me passaram as noções
básicas sobre as atribuições de um engenheiro e ensinaram a conviver neste
v
meio, principalmente aos Professores Antonio Thomé, Vera, Mário, Adalberto
Pandolfo, Gilnei e Moacir
• Aos Professores da pós-graduação, Paulo Santa Maria, nosso eterno mestre Prof.
Dirceu Veloso, Francisco Lopes, Ian Martins, Francisco Casanova, Márcio
Almeida, Willy Lacerda, Maurício Erlich, pelos conhecimentos passados sobre
esta grande área da Eng. Civil,
• Ao Prof, Jacques de Medina, nosso grande mestre da pavimentação, pelas
conversas nos corredores e as “aulas” particulares dadas nas viagens e nas
caronas até o Leblon;
• Ao Prof. Fernando Pugliero Gonçalves, que me passou os primeiros
ensinamentos da engenharia rodoviária, profissão tão honrosa e necessária a
nosso país, e pela sua presença honrosa em minha banca examinadora;
• À Profa. Lídia Shehata, por tê-la como membro de minha banca examinadora;
• Ao CNPQ, pela bolsa de estudos que possibilitou minha estada no Rio de
Janeiro para a realização do Mestrado.
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Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
AVALIAÇÃO DE TRANSMISSÃO DE ESFORÇOS EM PAVIMENTOS
INTERTRAVADOS DE BLOCOS DE CONCRETO.
Rodrigo Menegaz Müller
Junho/2005
Orientadora: Laura Maria Goretti da Motta
Programa: Engenharia Civil
Este trabalho tem como objetivo principal avaliar as tensões transmitidas da camada de revestimento de pavimentos intertravados de peças pré-moldadas de concreto (PPC) para a camada de base, em um painel experimental, com a utilização de células de carga, bem como a medição de deslocamentos da superfície do pavimento com a utilização de LVDT. Para tanto foram utilizadas as dependências do Setor de Modelos Físicos do Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ, onde foram realizadas trinta e duas variações de estruturas do conjunto colchão de areia/PPCs, nas quais variaram-se a espessura dos blocos (40, 60, 80 e 100mm), a espessura do colchão de areia (50 e 75mm sem compactação), o modelo de assentamento (espinha de peixe, trama e linear) e o formato das peças (retangular e dentada). Realizaram-se, ainda, ensaios de transmissão de esforços da camada de revestimento de PPCs de um trecho experimental, de pavimentos intertravados, para o meio da camada de colchão de areia e para o topo da camada de base cimentada. Esse trecho experimental está localizado no acesso à fábrica de cimentos da HOLCIM S.A., localizado no município de Cantagalo - RJ, o qual foi dividido em quatro subtrechos em que variaram-se a espessura das peças de concreto (40, 60, 80 e 100mm). Acompanhou-se, também, o desempenho nos dois primeiros anos de utilização desse pavimento, por meio de ensaios de resistência à derrapagem, com o Pêndulo Britânico, de permeabilidade e ensaios de deflexões com a viga Benkelman convencional e a eletrônica; adotaram-se alguns procedimentos para a execução destes ensaios. As tensões transmitidas para a camada de base e as deformações devido a carregamentos aplicados no revestimento nos experimentos executados no trecho e no painel experimental foram comparadas com análise numérica utilizando-se o programa FEPAVE2. Foi comprovado que a modelagem de pavimentos intertravados pede ser realizada através de métodos utilizados para análise de tensões em pavimentos flexíveis e que os módulos das camadas de PPC variam com o arranjo e com a espessura das peças.
vii
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
EVALUATION OF LOAD SPREADING IN INTERLOCKING CONCRETE
BLOCKS PAVEMENTS
Rodrigo Menegaz Müller
June/2005
Advisor: Laura Maria Goretti da Motta
Department: Civil Engineering
The mair purpose of this dissertation is to evaluate the stress speeding from the loaded surface of interlocking precast concrete block pavements (“PPC” in Portuguese) to the granular base layer in a laboratory experimental panel using load cells, also measured surface displacement using LVDT. In the area of Physical Modeling of the COPPE/UFRJ’s Geotecnical Laboratory, studies contemplated thirty-two combinations of concrete blocks thickness (40, 60, 80 and 100mm) and sand mattress (50 and 75mm non compacted). Also varied the seating (fish spire, weared and linear) and the block geometry (plain rectangular blocks and tooth-like side blocks). Field loading tests were made to observe spreading down of efforts in an experimental block pavement, from the seating mattress to the tops of cemented base layer. This experimental panel at the entrance of a Portland cement plant (HOLCIM, Cantagalo City in State of Rio de Janeiro) was divided into four sections of different block thickness (40, 60,80 and 100mm). Measured surface friction using the British Pendulum and made deflectometry user conventional Benkelman bean and with an electronic bean. Stresses and displacement distribution measured in both laboratory panels a field sections were compared with calculated values determined using FEPAVE2 computer program. Is was shown that modeling of interlocked concrete blocks pavements is possible though stress analyses used for flexible pavements, and that deformability module of PPC layer vary with block laying pattern and block thickness.
Segundo dados da Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes (GEIPOT, 2000)
o Brasil possui uma rede de 160.000km de malha rodoviária pavimentada para um total
de 1.559.941km de estradas não pavimentadas, apresentando uma densidade de
rodovias pavimentadas por área territorial de 0,0187km/km2 muito aquém das
necessidades do país. Cerca de 92% da malha rodoviária não pavimentada encontra-se
sob responsabilidade do poder público municipal e atende à maior parte do escoamento
da produção agrícola e industrial de pequeno porte, que às vezes são inviabilizadas
devido a precariedade do sistema de transporte.
Com base neste panorama, deve-se realizar uma reflexão sobre novas técnicas de
pavimentação a serem utilizadas no meio rodoviário e urbano. Uma das opções é o
pavimento de peças pré-moldadas de concreto (que doravante será designado por PPC),
hoje denominado pavimento intertravado, em referência ao principal mecanismo de
atuação para a garantia do desempenho adequado dos mesmos. Pavimentos, como o
intertravado, que necessitam de mão de obra não especializada para a confecção de sua
estrutura e, principalmente, da sua camada de revestimento, devem começar a ser vistos
com outros olhos pelos órgãos públicos, responsáveis pela pavimentação de vias. Além
de proporcionarem melhorias estéticas, técnicas e de redução de custos para os
transportes, em vias não pavimentadas, geram a utilização intensa de mão de obra local,
proporcionando um aumento da receita familiar com a geração de novos empregos. Para
MADRI (2004), a construção de pavimentos intertravados pode vir a gerar empregos
medidos em torno de um dia-homem/m2 de via.
A industrialização dos blocos de concreto para a pavimentação, com a aquisição de
equipamentos de grande produtividade e elevado grau de precisão dimensional e
estrutural, registra grande crescimento nas últimas décadas. De acordo com SMITH
(2003), nos Estados Unidos, a cada cinco anos dobra-se a quantidade, em metros
quadrados, de aplicação desta técnica e projetava que para o ano de 2005 seriam
utilizados mais de 60 milhões de metros quadrados. Segundo CRUZ (2003), na cidade
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do Rio de Janeiro já foram assentados mais de um.milhão de metros quadrados de peças
pré-moldadas de concreto. Registra-se ainda um crescimento, no Brasil, de 35% da
utilização de pavimentos intertravados entre os anos de 2002 e 2003 e de mais de 66%
entre os anos de 2003 e 2004. O estado do Rio de Janeiro registrou um crescimento, da
utilização de PPC, em torno de 41% no ano de 2003.
À medida que este tipo de pavimento deixou de ser uma opção somente arquitetônica e
preferencialmente usada para calçadas e praças, foi necessário o desenvolvimento de
métodos de dimensionamento. Estes métodos são empíricos e baseados em métodos de
dimensionamento de pavimentos flexíveis. Atualmente há tendência mundial da
utilização de métodos mecanísticos que admitem que o modelo de comportamento seja
mais de pavimento flexível do que rígido (CRUZ & MOTTA, 2003). Nos Estados
Unidos, a NCA (National Concrete Masonry Associaion), realizou uma adaptação do
método de dimensionamento de pavimentos flexíveis da AASHTO (American
Association of State Highway and Transportation Officials) para a utilização em
pavimentos intertravados. Na Inglaterra um processo semelhante foi implementado
(CRUZ, 2003). SHACKEL (1990) descreve o método LOCKPAVE de
dimensionamento mecanístico de pavimentos intertravados, tanto para meios
rodoviários quanto para áreas industriais.
Diversos estudos estão sendo realizados com o intuito do aperfeiçoamento de métodos
de dimensionamentos que simulam o revestimento como uma camada elástica linear,
baseados em constatações de que um pavimento intertravado possui diferentes
mecanismos de distribuição de esforços e considerando-se que os pavimentos de peças
de concreto são menos sensíveis a sobrecargas do que os pavimentos flexíveis.
HALLACK (1998) relata que a grande dificuldade de dimensionamento ou de
verificação estrutural de pavimentos intertravados é a determinação do valor do módulo
de elasticidade do revestimento composto pelo colchão de areia e pelas peças de
concreto. Os valores obtidos em estudos realizados com simuladores de tráfego ou com
medições in situ apresentaram grandes dispersões.
CRUZ (2003) relata que a maioria dos métodos utilizados para o dimensionamento de
pavimentos intertravados se baseiam nos seguintes critérios:
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• O pavimento intertravado é tratado como um pavimento flexível, passando a
empregar métodos de cálculo de tensões originalmente desenvolvidos para
pavimentos asfálticos;
• Utiliza-se uma relação linear para representar o comportamento tensão-
deformação dos materiais das camadas e do subleito, inclusive admitindo que a
camada composta pelas PPCs e colchão de areia trabalha como uma camada
equivalente ao revestimento asfáltico composto de concreto betuminoso quanto
ao valor de módulo de resiliência;
• Admite-se que a existência das juntas entre as peças pré-moldadas dispensa a
consideração de tensões de tração quando se realiza o dimensionamento, ou seja,
a analogia com o revestimento asfáltico de uma camada contínua só é valida na
modelagem numérica da distribuição de tensões, mas o comportamento real
desta camada está longe de ser contínuo;
• As juntas funcionam como descontinuidades para as tensões de tração, ou seja,
não transmitem esforços de tração entre peças e as pequena dimensões das peças
em relação à área de contato das cargas não leva ao desenvolvimento de flexão
na própria peça;
• Considera-se que a utilização de base estabilizada com cimento é quase uma
imposição da maioria das considerações de carga;
• Considera-se a espessura e a forma das peças fixas em muitos dos métodos de
dimensionamento.
O entendimento do comportamento tensão x deformação de um sistema em camadas
tem sido facilitado com a realização de instrumentações de seções de pavimentos, que
se tornam de grande importância para o acompanhamento do desempenho de estruturas
de pavimentos ao longo de sua vida útil. Para tanto muitas pesquisas vêem sendo
realizadas em diversos países para avaliar o comportamento de diferentes estruturas de
pavimentos a partir de instrumentações em pistas experimentais. O foco principal é a
interpretação da degradação evolutiva dos pavimentos, em termos dos processos
principais de degradação que comumente condicionam o término de sua vida de serviço
(GONÇALVES, 2002).
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Para contribuir no entendimento do comportamento e da modelagem dos pavimentos de
PPC, esta tese tem como objetivo investigar o comportamento de estruturas de
pavimentos intertravados em relação à transmissão de esforços e de deslocamentos da
superfície, que é composta por peças de concreto, pela instrumentação de um trecho
experimental e de um painel experimental de laboratório.
A investigação das tensões transmitidas e dos deslocamentos devidos à aplicação de
carregamentos na superfície de um pavimento intertravado foi realizada a partir da
instrumentação de trinta e dois diferentes experimentos realizados no painel
experimental do Setor de Modelos Físicos da COPPE/UFRJ. Nestes ensaios variaram-se
a espessura dos blocos e do colchão de areia, bem como o modelo de assentamento e o
formato dos blocos.
Em continuidade às primeiras investigações acerca do desempenho da estrutura de um
trecho experimental, sob carga pesada que foram feitas por CRUZ (2003), no presente
trabalho são mostradas medidas do comportamento estrutural e funcional dos dois
primeiros anos de utilização do mesmo.
Portanto, esta pesquisa tem como objetivo geral a avaliação da transmissão de esforços
e dos deslocamentos decorrentes da aplicação de carregamentos no revestimento de
pavimentos intertravados, e a comparação entre as diferentes estruturas construídas
tanto no painel quanto no trecho experimental.
Para atingir este objetivo foram realizadas as seguintes atividades:
• Avaliação, analise e quantificação das tensões transmitidas da camada de
revestimento de PPCs para a camada de base do painel experimental;
• Avaliação, analise e quantificação dos deslocamentos devido às cargas aplicadas
ao pavimento intertravado montado no painel experimental;
• Comparar as diferentes estruturas montadas no painel experimental, quanto à
transmissão de esforços e deslocamentos;
• Instrumentação do trecho experimental de pavimentos intertravados, para avaliar
as tensões transmitidas pelas diferentes espessuras de peças para o colchão de
5
areia e para a camada de base cimentada com a aplicação de carregamentos
dinâmicos;
• Avaliação do desempenho dos dois primeiros anos de utilização do trecho
experimental.
Esta tese foi estruturada nos seguintes capítulos:
Capítulo 1: Introdução
Procurou-se apresentar a contextualização desta pesquisa e o objetivo da mesma.
Capítulo 2: Revisão Bibliográfica e Breve Histórico dos Pavimentos Intertravados
Faz-se um breve histórico da evolução dos pavimentos intertravados e uma revisão
bibliográfica, no sentido de inserir o presente trabalho no estado atual de
desenvolvimento das pesquisas envolvendo este tipo de pavimento. Abordam-se os
princípios fundamentais do conceito estrutural do pavimento, tipos e formas das peças e
recomendações de materiais a serem utilizados.
Capítulo 3: Instrumentação e Avaliação de Pavimentos
Apresenta-se uma abordagem sobre a instrumentação de camadas de pavimentos,
procedimentos para a realização de avaliações dos equipamentos utilizados e breves
relatos sobre a experiência brasileira nestes estudos. São descritas ainda técnicas de
avaliações estruturais e funcionais de pavimentos e alguns resultados da literatura de
pavimentos intertravados.
Capítulo 4: Construção do Trecho e do Painel Experimental
Apresentam-se às características dos materiais utilizados, as configurações geométricas
e o processo construtivo do painel e do trecho experimental.
Capítulo 5: Métodos e Materiais
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Apresentam-se as características dos equipamentos utilizados para a instrumentação do
painel e do trecho experimental, bem como os procedimentos adotados para a calibração
dos instrumentos utilizados nos experimentos de transmissão de esforços e de
deslocamentos. Discutem-se, também, os experimentos realizados para a determinação
da transmissão dos esforços e dos deslocamentos medidos no painel experimental.
Capítulo 6: Apresentação e Análise de Resultados do Painel Experimental
São apresentados e discutidos os resultados registrados durante os testes realizados a
partir da instrumentação do painel experimental. Fazem-se avaliações das distribuições
dos esforços e dos deslocamentos gerados pelos carregamentos impostos à superfície de
peças pré-moldadas e apresenta-se uma análise numérica com o programa
computacional FEPAV2 para cálculo de tensões e deformações em estruturas de
pavimentos.
Capítulo 7: Apresentação e Análise de Resultados do Trecho Experimental
São discutidos os resultados dos ensaios realizados para a avaliação estrutural e
funcional do trecho experimental. Apresentam-se os resultados da transmissão dos
esforços medidos com as células de carga instaladas nas camadas de colchão de areia e
na interface do colchão de areia com a base cimentada e realiza-se uma análise
numérica com o programa computacional FEPAV2 para cálculo de tensões e
deformações em estruturas de pavimentos.
Capítulo 8: Conclusões e sugestões para futuras pesquisas
São apresentados os principais resultados obtidos na presente tese e dadas sugestões
para o desenvolvimento de futuras pesquisas.
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E BREVE HISTÓRICO
DOS PAVIMENTOS INTERTRAVADOS.
2.1 O Pavimento
Pode-se afirmar que em obras de engenharia civil, como construções de rodovias,
aeroportos, ruas, entre outras, a superestrutura é constituída por um sistema de camadas
de espessuras finitas, assentadas sobre o terreno de fundação, considerado um semi-
espaço infinito e designado sub-leito, sendo esta superestrutura o pavimento.
O pavimento é uma estrutura construída sobre a superfície do leito, após os serviços de
terraplanagem, por meio de camadas de vários materiais de diferentes características de
resistência e deformabilidade, cuja principal função é fornecer segurança e conforto ao
usuário (SOUZA, 1980; SANTANA, 1993a).
As principais funções de um pavimento, segundo a NBR-7207 (ABNT, 1992), são:
• Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais provenientes do tráfego;
• Melhorar as condições de rolamento quanto a comodidade e segurança;
• Resistir aos esforços horizontais tornando mais durável possível a superfície de
rolamento.
Quando um pavimento é solicitado por uma carga de veículo Q, que se desloca sobre o
revestimento com uma velocidade V, fica sujeito a uma tensão normal na direção
vertical σo (de compressão) e uma tensão cisalhante na direção horizontal τ0 (de
cisalhamento), conforme mostra a Figura 2.1. As variadas camadas componentes da
estrutura do pavimento possuem a função de diluir a tensão vertical aplicada na
superfície para que o subleito receba uma parcela muito inferior desta tensão vertical. A
tensão horizontal aplicada na superfície exige que o revestimento possua uma coesão
mínima para suportar a parcela do esforço de cisalhamento (SANTANA, 1993a).
8
Figura 2.1 – Cargas aplicadas em um pavimento (SANTANA, 1993a)
2.2 Classificação dos Pavimentos
Tradicionalmente, por simplificação, pode-se classificar a estrutura dos pavimentos em:
• Pavimentos Flexíveis;
• Pavimentos Rígidos;
• Pavimentos Semi-Rígidos (Semi-Flexíveis);
Pavimentos Flexíveis:
São pavimentos constituídos por camadas que trabalham muito pouco à tração, quando
comparadas às dos pavimentos rígidos (MARQUES, 2002). Todas as camadas sofrem
deformações elásticas significativas, sob um carregamento aplicado, e a carga é
distribuída em parcelas equivalentes entre suas camadas (PINTO & PREUSSLER,
2002).
9
Normalmente são formados por um revestimento betuminoso sobre camadas puramente
granulares. Nesta categoria se incluem os pavimentos de blocos de concreto instalados
no revestimento. A capacidade de suporte é estabelecida em função das características
de distribuição de cargas por um sistema de camadas superpostas. Um exemplo de uma
seção típica de um pavimento flexível é apresentado na Figura 2.2.
Segundo SHACKEL (1990), os pavimentos intertravados constituídos de blocos de
concreto podem ser considerados pavimentos flexíveis, devido às suas características,
que se assemelham às dos pavimentos asfálticos, tais como de distribuição de cargas, de
deflexão, entre outras.
Figura 2.2 – Seção transversal típica de um pavimento flexível (MARQUES, 2002)
Escala em m (desenho esquemático sem escala)
10
Pavimentos Rígidos:
Pode-se definir um pavimento rígido como sendo aquele que apresenta uma camada de
revestimento com uma rigidez muito superior à das camadas inferiores, a qual absorve
praticamente todas as tensões provenientes da passagem do tráfego.
Segundo RODRIGUES (1995a), a placa de concreto de cimento portland é o principal
componente estrutural, aliviando as tensões nas camadas subjacentes devido à sua
elevada rigidez à flexão, quando são geradas tensões e deformações de tração na placa,
responsáveis pelos trincamentos por fadiga após um certo número de repetições de
carga.
São pavimentos poucos deformáveis, a determinação de sua espessura é feita em relação
à resistência a tração do concreto e são feitas considerações em relação à fadiga,
coeficiente de reação do subleito e cargas aplicadas. Um exemplo de uma seção
característica de um pavimento de concreto pode ser visto na Figura 2.3.
Figura 2.3 – Seção transversal típica de um pavimento rígido (MARQUES, 2002)
Pavimento Semi-rígido ou Semiflexível:
Pode ser considerado uma situação intermediária entre os pavimentos rígidos e
flexíveis. É o caso dos pavimentos constituídos, nas camadas de base e ou sub-base, por
misturas de solo-cimento, solo-cal, solo-betume entre outras, que venham a apresentar
uma razoável resistência à tração (MARQUES, 2002; PINTO & PREUSSLER, 2002).
(desenho esquemático sem escala)
11
Segundo MEDINA (1997), perdeu o sentido a definição das camadas quanto às suas
funções específicas e distintas umas das outras, à medida que se passou a analisar o
pavimento como um sistema de camadas e calcular as tensões e deformações do
conjunto.
Porém, pode-se afirmar que não existe um determinado tipo de pavimento que seja
considerado melhor solução técnica e econômica em todas as situações. Em um projeto,
é recomendável analisar-se todas as alternativas tecnicamente possíveis de seções de
pavimentos, deixando a escolha final para as análises econômicas e de viabilidade
operacional (RODRIGUES, 1995a).
2.3 Breve Histórico dos Pavimentos Intertravados
Sendo este um trabalho sobre pavimentos intertravados, em que a camada de
revestimento é constituída por peças pré-moldadas de concreto, torna-se relevante um
breve relato histórico sobre o desenvolvimento desta técnica de pavimentação. Esta é
uma técnica moderna que resulta de uma evolução de procedimentos dos quais
encontram-se relatos de 25 séculos atrás, com a colocação de pedras justapostas em seu
estado natural.
O que se relata a seguir é baseado nos estudos apresentados por CRUZ (2003), PREGO
(2001), KNAPTON (1996) e SHACKEL (1990). Estes autores apresentam, em seus
respectivos trabalhos, uma abordagem histórica descrevendo a evolução desta técnica de
pavimentação através dos séculos.
A invenção da roda ocorreu na Mesopotâmia, há mais de 5.000 anos e gerou a
necessidade da utilização de materiais mais resistentes para a construção de estradas,
devido ao aumento da carga transportada por estas. Uma das mais antigas de que ainda
se encontram vestígios está na Grécia, que foi revestida com pedra e construída,
provavelmente, a 1.500 anos antes de Cristo.
Os primeiros caminhos utilizados com fins de transporte de pessoas e cargas entre as
vilas e as colônias são creditados aos povos Etruscos (800 a 350 a.C). Estes povos
12
visavam vencer distâncias e tinham a preocupação de garantir conforto e resistência,
através de uma superfície mais plana possível, e da utilização de materiais disponíveis e
conhecidos na época. No revestimento destes caminhos, eram utilizadas pedras de mão
juntamente com um material mais fino para o preenchimento das juntas entre as pedras.
Os Romanos herdaram vários dos conhecimentos sobre a construção de caminhos dos
Etruscos. Com a necessidade de construir ligações entre todo o Império Romano e
principalmente permitir um rápido deslocamento das tropas militares, os caminhos
Romanos foram construídos de diversas formas, de acordo com a importância,
expectativa de utilização, disponibilidade de material, clima e topografia. Geralmente,
eram constituídos por solos arenosos misturados a pedras naturais do tipo seixo rolado,
já os caminhos mais utilizados eram revestidos por pedras talhadas manualmente em
forma retangular. O revestimento de pedras talhadas foi o preferido pelos Romanos,
quando era exigida grande resistência ao desgaste. Porém, sua utilização dependia
essencialmente da disponibilidade de materiais.
Durante o período que se estendeu entra 400a.C e 200a.C, os romanos intensificaram a
construção de um abrangente sistema de caminhos compreendendo uma extensão de
mais de 75.000 milhas (120.700km). Vinte e nove estradas irradiavam de Roma e se
conectavam a numerosas outras.
Um dos exemplos clássicos deste tipo de pavimentação é a Via Ápia, que foi um dos
caminhos mais importantes do Império Romano e ligava Roma ao sul da Itália, da qual
ainda são encontrados vestígios em algumas partes da Europa. Iniciada pelo censor
romano Appius Cláudios, ligava Roma a Brindisi, numa extensão de 584km, com o
objetivo de transportar provisões, tropas e armamentos da costa do Mediterrâneo à costa
Ádria. Infelizmente, um grande trecho desta histórica estrada foi recoberta por
pavimentos mais modernos, sob a alegação de que sua superfície original era tão
grosseira que os veículos apenas trafegavam com velocidade próxima a 16km/h
(GUIMARÃES, 2002). A Figura 2.4 apresenta um dos poucos locais em que se
mantiveram intactas partes da Via Ápia.
13
Figura 2.4 – Vila Ápia em Roma (MADRI, 2004)
Já no século XVI, quando os espanhóis invadiram o Império Inca, seus expedicionários
ficaram maravilhados com o sistema de estradas que encontraram, ao qual é creditado
um total de 40.000km de estradas construídas. Estas se estendiam entre a Colômbia até
o Chile e Argentina e eram apoiadas por outros dois caminhos longitudinais, o Caminho
Andino e o Costeiro. Os revestimentos destes caminhos variavam entre o de pedra, para
locais muito chuvosos, e o de terra batida em locais com clima seco (PREGO, 2001).
Com o passar dos anos, cada vez mais os caminhos eram utilizados para fins comerciais
e as composições das cargas transportadas se modificaram e começaram a exigir cada
vez mais do revestimento. A natureza das peças utilizadas no revestimento variava em
função da oferta dos materiais locais. O processo evolutivo das peças utilizadas no
revestimento pode ser representado basicamente por quatro tipos de materiais; blocos de
tijolos, pedra talhada, blocos de madeira e peças de concreto.
Blocos de Tijolos de Argila
Existem evidências de uso de tijolos de argila em revestimento na Mesopotâmia há
5.000 anos. Os primeiros relatos da utilização do betume em pavimentação foram desta
mesma época. Neste processo, os tijolos eram aplicados sobre uma camada de betume
objetivando garantir a aderência dos tijolos ao leito do terreno. Porém a durabilidade
dos blocos era pequena, devido ao desgaste gerado pela ação do tráfego. Sua utilização
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era restrita a regiões que não dispunham de outro material com maior resistência. Ao
final do século XIX, apareceram os primeiros fornos para a queima da argila em altas
temperaturas com isto, os tijolos de argila passaram a ser muito utilizados na Europa e
na América, pois a queima da argila aumentava sua resistência mecânica.
Historicamente, a cidade brasileira de Rio Branco, capital do Acre, vem utilizando o
processo dos blocos de tijolos de argila nos revestimentos de pavimentos de suas ruas
desde 1940. A inexistência de pedra naquela região do país, aliada à grande
disponibilidade de material para a produção de tijolo cerâmico contribuiu de forma
decisiva para este fato. O assentamento é feito diretamente sobre o aterro previamente
preparado oferecendo uma superfície que confere segurança ao rolamento, além de
oferecer resistência à infiltração de água. A matéria prima para a fabricação dos blocos
de tijolos de argila, deve apresentar alto índice de resistência à compressão, para que,
quando convenientemente preparada e queimada, dê origem a blocos que apresentem
boa resistência à compressão e ao desgaste (FUNTAC, 1999). A Figura 2.5 apresenta
um trecho de pavimento com a utilização de blocos de tijolos de argila na cidade de Rio
Branco – Acre (NASCIMENTO, 2005).
Figura 2.5 – Pavimento de Blocos de Argila na cidade de Rio Branco – Acre
(NASCIMENTO, 2005)
15
Pedras Talhadas e Aparadas Manualmente
No século XVIII, surgiam os primeiros modelos de assentamento de pedras talhadas em
fileiras ou tipo espinha de peixe. Naquela época já existia grande preocupação em
manter as juntas estreitas entre as peças, exigindo grandes esforços para homogeneizar
as dimensões das peças. As espessuras variavam entre 90 e 180mm. No século XX, foi
instituída a prática de selar as juntas com argamassa de cimento ou com mistura de
asfalto e areia. No Brasil, este tipo de revestimento é usualmente conhecido como
pavimento de paralelepípedos ou paralelos e pé-de-moleque.
Nos pavimentos de paralelepípedos, as peças possuem dimensões aproximadas de
120mm de largura, 200mm de comprimento e 200mm de altura. Este tipo de pavimento
é muito utilizado nos dias de hoje nas cidades do interior do país e áreas como baias de
ônibus das grandes cidades. O seu assentamento é realizado sobre uma espessa camada
de areia e as juntas entre peças possuem dimensões de até 20mm.
A utilização do revestimento pé-de-moleque é mais antiga que o paralelo, foi trazida
pelos portugueses para o Brasil a partir de 1600. As pedras têm formatos irregulares e
dimensões de até 50 cm e são arrumadas sobre o terreno natural. Exemplos de aplicação
dos pavimentos de pedras pé-de-moleque podem se vistos em cidades históricas do Rio
de Janeiro, como Paraty, e de Minas Gerais, como Tiradentes. Nas Figuras 2.6 e 2.7
estão representados estes tipos de pavimento instalado nos caminhos entre Paraty-RJ e
as cidades mineiras e na área urbana da cidade de Paraty, no chamado “Caminho do
Ouro”. Os portugueses construíram este pavimento para facilitar o transporte do ouro
que era explorado nas cidades mineiras de Tiradentes, São João Del Rei e Ouro Preto e
trazido até a cidade de Paraty no Rio de Janeiro para embarque nos navios que o
levavam a Portugal.
16
Figura 2.6 - Pavimento de pé-de-moleque situado em São João Del Rei
Figura 2.7 - Rua de pavimento de pé-de-moleque localizada na Cidade de Paraty – RJ
17
Blocos de Madeira
No início do século XIX, os revestimentos de peças de madeira eram utilizados com o
objetivo de diminuir o nível de ruído, principalmente onde o tráfego era composto de
carruagens equipadas com rodas de ferro. Os blocos de madeiras tinham, em média,
dimensões entre 125mm e 250mm de comprimento e 75 e 100mm de largura. As peças
eram envolvidas por uma camada de mastique betuminoso onde se colocavam pequenos
grãos de pedra para auxiliar sua ancoragem à base do pavimento.
Embora os pisos de madeira reduzissem o barulho durante a passagem do tráfego,
tornavam-se escorregadios quando molhados. Com o aparecimento do automóvel
dotado de pneus de borracha, este tipo de revestimento foi definitivamente abandonado
(CRUZ, 2003).
Peças Pré-moldadas de Concreto (PPC)
Passar dos tipos de soluções descritas anteriormente para as PPC parece ser uma
evolução natural. As primeiras PPCs foram fabricadas no final do século XIX e algumas
patentes foram registradas antes da primeira Guerra Mundial. Rapidamente foi
reconhecido que as PPC forneciam melhor uniformidade que as peças aparadas e
obviamente não necessitavam re-aparamento antes do assentamento final como
acontecia com as pedras naturais.
Os primeiros avanços no desenvolvimento da utilização da pavimentação com PPC
ocorreram na Holanda e Alemanha no período de reconstrução destes países após a
Segunda Guerra Mundial. A partir de 1950, houve uma evolução dos modelos de
fôrmas existentes para a sua fabricação. Primeiramente as peças imitavam os tijolos e
pedras aparadas da época, objetivando obter sua substituição gradual. Nesta fase, as
únicas vantagens de utilização eram os custos mais baixos e a homogeneidade
dimensional.
Passado este período, foi incorporado um maior refinamento nas formas das peças,
disponibilizando outros modelos, como as de formatos dentados principalmente. O
conceito de intertravamento e melhor controle de espessuras das juntas começava a ser
18
implantados. Benefícios práticos para o assentamento das peças eram facilmente
detectados, permitindo a utilização correta de mão de obra pouco especializada. Por fim,
o desenvolvimento da pavimentação de PPC permitiu relacionar a escolha da forma
geométrica com o desempenho do pavimento.
No final da década de 1970, proliferaram os sistemas de fabricação de PPC em todo o
mundo e pelo menos 200 tipos de formas e diversos tipos de equipamentos de
fabricação eram comercializados. No início da década de 1980, a produção anual já
ultrapassava 45 milhões de metros quadrados, sendo 66% deste total aplicado em vias
de tráfego urbano. A indústria mundial de fabricação de PPC, no final da década de
1990 chegou à impressionante marca de produção de 100m² por segundo durante os dias
úteis de trabalho (SMITH, 2003).
Desde a década de 1980, com a disponibilidade de equipamentos de grande
produtividade, a indústria de pavimentos intertravados de concreto vem crescendo em
grandes proporções em todo o mundo. O que era um material utilizado apenas em áreas
para proporcionar melhores efeitos arquitetônicos ou paisagísticos, começou a dar lugar
a um material versátil que possibilita a harmonização com qualquer tipo de ambiente,
inclusive o rodoviário e o industrial, tanto esteticamente quanto estruturalmente. Nos
Estados Unidos, a cada cinco anos dobra-se a quantidade, em metros quadrados, de
pavimentos que aplicam esta técnica, e projeta-se que em 2005 serão utilizados mais de
60 milhões de metros quadrados nesse país (SMITH, 2003).
2.4 Estrutura Típica de um Pavimento de PPC
A estrutura típica de um pavimento formada pelas camadas constituintes de um
pavimento de PPC está mostrada na Figura 2.8.
A camada de rolamento é formada por PPCs que compõem um revestimento de grande
durabilidade e resistência, assentadas sobre uma camada delgada de areia. Esta
revestimento deve ser capaz de suportar as cargas e as tensões provocadas pelo tráfego
protegendo a camada de base do desgaste por abrasão e a mantendo com baixos níveis
de umidade permitindo melhor estabilidade do material constituinte (HALLACK, 1998;
ABCP, 1999).
19
Figura 2.8 – Estrutura típica de um pavimento de PPC (HALLACK, 1998)
A camada de base recebe as tensões distribuídas pela camada de revestimento. Sua
principal função é a de resistir e distribuir os esforços ao subleito, evitando assim as
deformações permanentes e a conseqüente deterioração do pavimento. Os estudos
realizados por KNAPTON (1976) demonstram que a camada de base deve ser uma
camada pouco permeável, ou impermeável, para evitar a penetração da água e a
prematura deterioração do subleito.
SHACKEL (1990) admite que o dimensionamento poderá requerer, ainda, uma camada
de sub-base, suplementar à base, executada diretamente sobre o leito regularizado ou
sobre o reforço de subleito dependendo da magnitude das cargas geradas pelo tráfego e
das características mecânicas e dos módulos de elasticidade da base e do leito.
Então, pode-se dizer que as camadas constituintes da estrutura de um pavimento
intertravado possuem a função de distribuir a tensão normal vertical aplicada na
superfície, de tal maneira que o subleito receba uma parcela muito inferior desta tensão,
o que caracteriza um pavimento flexível.
20
Alguns outros materiais começam a ser empregados no projeto e na execução de
pavimentos de PPC, como os geotêxteis. Eles possuem a finalidade de proteger as
camadas inferiores da infiltração de água, evitar o bombeamento de finos e conter a
fuga de materiais em áreas próximas às contenções laterais, tais como: meio-fios,
drenos, caixas de serventia, etc. (CRUZ, 2003).
As espessuras das camadas constituintes do Pavimento Intertravado, como nos
pavimentos asfálticos, irão depender das seguintes características (ABCP, 1999):
• Intensidade do tráfego que circulará sobre o pavimento;
• Características do terreno de fundação;
• Qualidade dos materiais constituintes das demais camadas.
2.4.1 Camada de Revestimento de PPC
A camada de revestimento composta por PPC é a superfície de desgaste e cumpre,
ainda, uma importante função estrutural. Ela estabelece a condição de rolamento
(conforto ao usuário), durabilidade do pavimento e contribui decisivamente para a
função estrutural do pavimento (distribuição de tensões) por meio de suas características
de intertravamento, além de suportar as tensões cisalhantes superficiais de contato das
rodas dos veículos.
A capacidade de distribuição dos esforços da camada de revestimento depende
essencialmente de sua espessura, formato e arranjo. Pode-se dizer que a resistência à
compressão individual das peças possui pouca influência neste aspecto (HALLACK,
1998).
2.4.1.1 Arranjos ou Modelos de Assentamento das PPC
O tipo de arranjo tem influência tanto na aparência estética quanto no desempenho do
pavimento, pois ambos são afetados significativamente conforme a escolha do tipo de
assentamento. Porém não existe um consenso entre os pesquisadores sobre a
interferência do tipo de arranjo em sua durabilidade. A Figura 2.9 apresenta os
principais tipos de arranjo existentes (HALLACK, 1998).
21
SHACKEL (1990) relata que os pavimentos com arranjo do tipo “espinha-de-peixe”
possuem melhores níveis de desempenho, apresentando menores valores de deformação
permanente associados ao tráfego, enquanto observaram-se maiores deformações
permanentes em pavimentos com modelos de assentamento do tipo fileira,
principalmente quando o assentamento for paralelo ao sentido do tráfego. A Figura 2.10
ilustra o efeito do tipo de assentamento no desempenho dos pavimentos de PPC, obtido
na pesquisa relatada na referência citada.
O Boletim Técnico da ICPI no 4 (ICPI, 2002b) recomenda a utilização do arranjo do
tipo “espinha-de-peixe” em áreas de tráfego veicular.
Figura 2.9 – Principais tipos de assentamento das PPC (HALLACK, 1998)
2.4.1.2 Formato das PPC
Diversos estudos vêm demonstrando que as PPC de lados segmentados possuem melhor
comportamento do que aquelas que apresentam lados retos ou suavemente curvados. As
peças segmentadas apresentam menores deformações na trilha de roda e menores
deformações horizontais (ondulações) (SHACKEL, 1990). A Figura 2.11 apresenta
valores de deformação horizontal para alguns tipos ou formatos de peças.
22
Figura 2.10 - Efeito do arranjo de assentamento das peças de concreto no desempenho
do pavimento sob solicitação do tráfego (SHACKEL, 1990)
Não existe consenso entre os pesquisadores sobre qual o melhor formato da PPC. De
um lado, SHACKEL (1990) aponta que as peças segmentadas proporcionam melhor
distribuição dos esforços devido a um melhor intertravamento proporcionado pelo
desenho da peça. De outro lado, KNAPTON & COOK (1992) e ABCP (1999) afirmam
que o formato das PPC não exerce uma significativa influência no desempenho e no
mecanismo funcional dos pavimentos. Assim, conclui-se que, no estágio atual de
conhecimento torna-se impossível tomar algum partido, e que o único requisito
recomendado com relação ao formato das peças é que ele seja capaz de permitir o
assentamento em combinação bidirecional. A Figura 2.12 apresenta os formatos típicos
das PPC mais atuais (HALLACK, 1998).
23
Figura 2.11 – Efeito do arranjo e formato das PPC na deformação sobre a ação do
número de solicitações (SHACKEL, 1990)
24
Figura 2.12 – Formatos típicos das PPC (HALLACK, 1998)
2.4.1.3 Espessura das PPC
KNAPTON (1976) relata que as espessuras das peças não são significativas no
comportamento estrutural e funcional dos pavimentos.
No entanto, com a evolução dos estudos, SHACKEL (1990) demonstra que um
aumento na espessura das peças, dentro de um intervalo de 60mm a 100mm, é benéfico
ao desempenho do pavimento. Mostra que ensaios efetuados com o Simulador de
Veículos Pesados, na África do Sul, indicaram que as deformações permanentes no
pavimento eram consideravelmente menores com peças pré-moldadas de concreto de
80mm do que com as peças de 60mm, num mesmo nível de solicitação. O teste com
PPC de 100mm mostrou deformações permanentes inferiores e uma variação muito
acentuada em relação às peças de 80mm, conforme mostra a Figura 2.13.
25
Figura 2.12 - Efeito da espessura das peças de concreto no desempenho do pavimento
sob solicitação do tráfego (SHACKEL, 1990)
2.4.2 Influência do Colchão de Areia
O principal objetivo do colchão de areia é de servir de base para o assentamento das
PPC. Também, espera-se que ele venha a proporcionar uma superfície regular onde se
possa colocar as peças e acomodar suas eventuais tolerâncias dimensionais (CRUZ,
2003).
A camada de areia, ainda, destina-se a ser uma barreira para impedir que eventuais
trincas surgidas na camada de base, quando cimentada, venham surgir na camada de
revestimento. Ela também atua como fonte de preenchimento das partes mais baixas das
juntas. Ressalta-se que a espessura e a qualidade da areia utilizada influi diretamente no
desempenho final do pavimento. O comportamento estrutural está diretamente ligado à
espessura da camada, bem como à granulometria e ao índice de forma dos grãos.
26
A Figura 2.13 (SHACKEL, 1990) mostra a deformação permanente em pavimentos de
PPC com diferentes espessuras da camada de areia. Nela pode-se observar que, para
espessuras de colchão de areia entre 40 e 70mm, as deformações são pequenas e muito
parecidas e, para uma espessura de 100mm, o valor da deformação permanente
quadruplica em relação à espessura de 70mm.
Figura 2.13 – Efeito da espessura da camada de areia de assentamento no desempenho
do pavimento (SHACKEL, 1990)
2.4.2.1 Características do Colchão de Areia
É consenso entre alguns autores (SHACKEL, 1990; BEATY, 1996; YAGINUMA et al,
2000) que a forma dos grãos de areia usada no colchão de assentamento interfere
diretamente no comportamento e na deformação do pavimento intertravado, sendo que
as partículas angulares possuem maior coeficiente de atrito, o que vem a provocar
melhor distribuição dos esforços.
27
Uma característica que influencia negativamente o desempenho do colchão é a presença
de silte e argila na areia. Trabalhos, como o de YAGINUMA et al (2000), confirmam
que a presença de partículas com diâmetro abaixo de 75µm provoca perda de
rejuntamento e desnível entre as peças, além de acarretar um endurecimento
(“Hardening”) excessivo nesta camada. Para se evitar a presença deste material deve-se
realizar uma lavagem da areia com água e evitar o contato desta com o solo (ABCP,
1999).
BEATY (1996) relata que em países como Inglaterra, Austrália, Canadá e Estados
Unidos é comum especificar agregados com dimensão máxima de 5mm e material
passante na peneira nº 200 (75µm) igual ou inferior a 3,0%, e, em locais de tráfego
pesado, não admitir nenhum material passante na peneira de nº 200. No Brasil é
recomendado o peneiramento com malhas de 10mm de abertura com o objetivo de
retirar os grãos de maior dimensão, tornando-a mais fofa (ABCP, 1999).
Grande parte dos pesquisadores consideram que os defeitos prematuros do pavimento
intertravado estão direta ou indiretamente relacionados com a qualidade ou má
execução do colchão de areia e rejuntamento das PPC.
A Tabela 2.1 (CRUZ, 2003) apresenta as recomendações técnicas utilizadas em alguns
países para as areias das camadas de assentamento e rejuntamento das PPC. Relata-se
que nos Estados Unidos e no Canadá as especificações não fazem referência à forma
dos grãos da areia utilizada, apesar de ser recomendada a utilização de grãos angulares
ou pontiagudos por vários pesquisadores e institutos técnicos desses países. As
especificações granulométricas para os materiais a serem utilizados no rejuntamento das
peças são mostradas na Tabela 2.2 (HALLACK, 1998).
No Brasil, segundo CARVALHO (1998), recomenda-se que a areia utilizada no colchão
apresente no máximo 5% de silte e argila (em massa) e no máximo 10% de material
retido na peneira de 4,8mm e recomenda-se que a areia a ser utilizada deve se enquadrar
na faixa granulométrica apresentada na Tabela 2.3 (ABCP, 1999).
28
Tabela 2.1 – Recomendações técnicas da granulometria da areia a ser utilizada no
colchão de areia em alguns países (CRUZ, 2003)
Granulometria a ser utilizada no colchão de areia
Austrália Inglaterra África do Sul U.S.A Canadá Peneiras
(mm) % passante
9,52 100 100 100 100 100
4,75 95 a 100 90 a 100 90 a 100 95 a 100 95 a 100
2,36 80 a 100 75 a 100 75 a 100 85 a 100 80 a 100
1,18 50 a 85 55 a 90 55 a 90 50 a 85 50 a 90
0,60 25 a 60 35 a 59 35 a 70 25 a 60 25 a 65
0,30 10 a 30 8 a 30 8 a 35 10 a 30 10 a 35
0,150 5 a 15 0 a 10 1 a 10 2 a 10 2 a 10
0,075 0 0 a 3 0 a 3 0 0
Tabela 2.2 – Especificações granulométricas para os materiais a serem utilizados no
rejuntamento das peças do revestimento (HALLACK, 1998)
Granulometria Para Rejuntamento das PPC
Areia
Natural
Areia
ArtificialCanadá Austrália África do Sul Peneiras
(mm) % passante
4,75 100 100 100 100 100
2,36 95 a 100 95 a 100 95 a 100 100 100
1,18 70 a 100 70 a 100 90 a 100 90 a 100 90 a 100
0,60 40 a 75 40 a 100 35 a 80 60 a 100 60 a 100
0,30 10 a 35 20 a 40 15 a 50 30 a 60 30 a 60
0,150 2 a 15 10 a 25 2 a 15 15 a 30 15 a 30
0,075 0 a 1 0 a 1 0 5 a 10 5 a 10
29
Tabela 2.3 – Granulometria da areia a ser utilizada no colchão (CARVALHO, 1998)
Abertura da
Peneira (mm)
% passante
em massa
9,5 100
4,8 95 a 100
1,2 50 a 85
0,6 25 a 60
0,3 10 a 30
0,15 5 a 15
0,075 0 a 10
Nos pavimentos de PPC que recebem tráfego pesado, alguns pesquisadores
recomendam considerar, nas especificações do projeto, a realização de ensaios de
degradação ou durabilidade das areias que serão utilizadas no colchão e no
rejuntamento. Alguns destes ensaios são comentados a seguir.
2.4.2.2 Ensaios de Durabilidade da Areia
a) Ensaio de Durabilidade Lilley and Dowson
Este ensaio é o mais utilizado e especificado internacionalmente. Foi desenvolvido na
Inglaterra como resultado da colaboração conjunta da “Cement and Concrete
Association” e uma das maiores produtoras de PPC daquele país. Foi desenvolvido
especificamente para aplicações na camada de colchão de areia utilizado nos
pavimentos intertravados (KNAPTON, 1997).
A metodologia deste ensaio inclui os seguintes passos (CRUZ, 2003):
1. Coletar uma amostra representativa de areia de aproximadamente 5kg;
2. Homogeneizar a amostra convenientemente;
3. Utilizando um quarteador, separar 1200 gramas da amostra principal;
4. Secar a amostra em estufa, a temperatura constante de 100 – 105ºC, por um
período de 24 horas;
30
5. Da amostra seca, quartear novamente 3 sub-amostras de 200g;
6. Realizar o ensaio de granulometria com as 3 sub-amostras;
7. Após o ensaio de granulometria, remisturar as 3 amostras, colocando-as em um
jarro de porcelana ou material inerte e resistente, juntamente com uma esfera de
aço com 25mm de diâmetro e com uma massa de 135 ± 3g;
8. O jarro é devidamente tampado e colocado em movimento giratório com uma
rotação de 50rpm durante 6 horas (aproximadamente 18.000 revoluções);
9. As amostras são removidas cuidadosamente da jarra de porcelana e um novo
ensaio de granulometria é executado;
10. A média dos 3 valores obtidos na porcentagem passante em cada peneira é
registrada;
11. A diferença aritmética encontrada entre as duas percentagens passantes de cada
peneira antes e depois do ensaio é denominado o valor da degradação da areia.
Os limites mínimo e máximo recomendados para os resultados do ensaio de
durabilidade Lilley and Dowson são reproduzidos na Tabela 2.4, conforme KNAPTON
(1997).
Tabela 2.4 - Limites aceitáveis da areia após o ensaio de durabilidade Lilley and
Dowson (KNAPTON, 1997)
Peneiras (%
passante)
Variação da % passante
da areia antes e depois do
ensaio.
% passante máxima
antes e depois do
ensaio
N° 200
(0,075mm) 2 2
N° 100
(0,150mm) 5 15
Nº 50
(0,300mm) 5 35
31
b) Ensaio de Degradação Micro-Deval
O ensaio de degradação Micro-Deval foi originalmente desenvolvido na França para
agregado graúdo. Foi adaptado pelo Ministério do Transporte de Ontário, Canadá, para
avaliação da qualidade do agregado miúdo para concreto e asfalto, como substituto do
ensaio de sanidade a sulfatos (CRUZ, 2003).
As etapas da realização deste ensaio são (CRUZ, 2003):
1. Preparar uma amostra representativa de agregado fino, com granulometria
passando na peneira 4,75mm;
2. Utilizando um quarteador, separar 2 amostras com 700g;
3. Lavar com água corrente as amostras selecionadas, sobre uma peneira 0,075mm,
desprezando as partículas passantes nesta peneira;
4. Secar as amostras em estufa à temperatura constante de 100 – 105ºC até a
constância de massa;
5. Da amostra que contém 700g, separar 500g, saturando-a em água por 24 ± 4
horas, eliminando o excesso de água;
6. Colocar a amostra saturada em um recipiente cilíndrico de aço inoxidável de
capacidade de 5 litros, com 750ml de água;
7. Uma carga de bolas de aço inoxidável, com diâmetro de 9,5 ± 0,5mm e com
massa total de 1250 ± 5g, é colocada no interior do cilindro que é fechado
adequadamente;
8. O cilindro é posto em rotação com 100 ± 5rpm por 15 minutos ± 10 segundos;
9. Remover as bolas de aço através de lavagem nas peneiras de 6,7mm e proceder
granulometria por lavagem na peneira 0,075mm do material ensaiado;
10. O material retido é seco em estufa até atingir massa constante;
11. O resultado do ensaio é calculado como a perda de massa, expressa como a
percentagem da massa inicial (Massa seca após o teste/Massa seca antes do
teste*100), com precisão de 0,1%.
c) Ensaio de Degradação por Atrito Modificado
O ensaio de atrito para determinação da resistência ao desgaste por atrito está
normalizado na Inglaterra desde 1960 e na norma Americana ASTM D2-1698 desde
32
1972. Este ensaio continua sendo utilizado até hoje na Inglaterra em lastro de ferrovia
para o material passante na peneira de 50mm e retido na peneira de 37,5mm, tendo sido
adaptado para o colchão de areia dos pavimentos intertravados, reduzindo o volume do
cilindro de atrito e mudando a malha das peneiras para 10 vezes menor (CRUZ, 2003).
Os procedimentos deste ensaio são (CRUZ, 2003):
1. Preparar 3 amostras de areia com 500g (passando nas peneiras de 5mm);
2. Cada amostra é colocada junto com a mesma massa de água em um cilindro de
aço inoxidável de 150mm de altura com 100mm de diâmetro;
3. Os cilindros são montados em um eixo inclinado a 30°, com rotação sobre o seu
próprio eixo, e colocado em rotação de 30 a 33rpm por 10.000 revoluções;
4. O desgaste acontece com o próprio movimento dos grãos uns sobre os outros e,
como o cilindro encontra-se inclinado, os grãos das amostras se movimentam
em toda a extensão do cilindro;
5. A amostra é seca e nova granulometria é realizada em algumas peneiras (entre a
4,75mm até a 0,075mm) e verificada a diferença de massa da amostra antes e
depois do ensaio;
6. O resultado é a quantidade de material passante na peneira 0,075mm.
d) Ensaio de Degradação por Viscosidade Seca
O ensaio de Viscosidade Seca serve para avaliar a qualidade da areia através da forma
de seus grãos. MORI & KARASAHARA (2000) e YAGINUMA et al (2000) utilizaram
este ensaio correlacionando o tempo de escoamento da areia em um funil padrão com a
forma de seus grãos. Quanto mais angular é a forma dos grãos maior é o tempo de
escoamento (CRUZ, 2003).
A metodologia de execução deste ensaio é a seguinte (CRUZ, 2003):
1. Preliminarmente, é realizada uma granulometria com as peneiras 0,6mm e
0,3mm;
2. Separar o material retido na peneira 0,3mm até obter uma massa de 500g ou
680cm³;
3. A amostra preparada é colocada no funil com capacidade suficiente para
armazenar 500g de amostra. O bico do funil deverá ter diâmetro de 10mm;
33
4. Utilizando um cronômetro, mede-se o tempo de escoamento de toda a amostra;
5. O tempo de escoamento, expresso em segundos, é a viscosidade.
e) Ensaio de Degradação por Trituração
O ensaio de Trituração é um ensaio complementar que segue a mesma linha do ensaio
de Impacto. Também é indicado por MORI & KARASAHARA (2000), e seu resultado
é referido à porcentagem de areia passante na peneira de 0,075mm após a trituração
(CRUZ, 2003).
O ensaio de trituração é realizado no cilindro do ensaio de CBR de 150mm de diâmetro,
que é preenchido com areia com umidade natural até 1/3 de sua altura. Utilizando um
soquete de compactação de 4,5kg e 45cm de altura de queda, aplicam-se 67 golpes por
camada na amostra moldada no cilindro. Após a aplicação dos golpes, efetua-se a
granulometria por lavagem na peneira 0,075mm. O resultado é expresso como o
percentual passante na peneira 0,075mm antes e depois do ensaio ou como o percentual
passante antes e depois em cada peneira.
2.5 Características de Intertravamento de um Pavimento de PPC
Pode-se definir intertravamento como sendo a característica que o pavimento de peças
pré-moldadas de concreto tem de resistir aos esforços de deslocamentos individuais das
peças, sendo estes verticais, horizontais, de rotação e giração em torno das peças
vizinhas (HALLACK, 1998).
Segundo SHACKEL (1990), KNAPTON & ALGIN (1996), HALLACK (1998), e ICPI
(2002a), o pavimento de PPC deve ter quatro tipos de intertravamento (horizontal,
vertical, rotacional e de giração), que atuem simultaneamente ao longo de sua vida de
serviço e estão descritos a seguir.
Para alcançar o travamento adequado indispensável ao seu desempenho, os pavimentos
de peças pré-moldadas de concreto necessitam de algum tipo de contenção lateral,
comumente meios-fios. Um bom travamento confere às peças de concreto a capacidade
de transmitir as cargas superficiais aplicadas em pequenas áreas, para áreas mais
34
extensas nas camadas de base, mantendo as tensões no subleito dentro de limites
admissíveis (HALLACK, 1998).
A propriedade de distribuição das cargas vai melhorando com o tempo de utilização do
pavimento. Chega-se progressivamente a um estado de travamento total chamado
intertravamento, a camada de rolamento vai adquirindo maior rigidez, e as peças pré-
moldadas de concreto deixam de constituir uma mera camada de rolamento e
transformam-se numa camada estrutural.
Intertravamento Horizontal
É a capacidade que as peças adquirem de não se deslocarem horizontalmente em relação
às vizinhas. Está diretamente relacionado com o formato e arranjo de assentamento das
PPC sobre a camada de areia. Contribui na distribuição dos esforços de cisalhamento
horizontal principalmente em áreas de aceleração e frenagem. Pode-se dizer que as
juntas são as principais responsáveis pelo intertravamento horizontal, quando
convenientemente preenchidas com material adequado. A Figura 2.14 (c) representa um
esquema do intertravamento horizontal (ICPI, 2002a).
Intertravamento Vertical
É a capacidade que as peças adquirem de não se moverem verticalmente em relação às
vizinhas. É conseguido através dos esforços de cisalhamento absorvidos pelo
rejuntamento entre as peças e a capacidade estrutural das camadas inferiores do
pavimento. Os desenhos de peças que melhor impedem este tipo de movimento são as
de encaixes reentrantes, pois quando é aplicado um carregamento vertical o contato
macho-fêmea distribui os esforços para as peças vizinhas. A Figura 2.14 (a) representa
um esquema do intertravamento vertical (ICPI, 2002a).
Intertravamento Rotacional
É a capacidade que as peças adquirem de não girar em torno de seu próprio eixo
vertical. Pode ser melhorado aumentando a espessura das peças e o conseqüente
confinamento oferecido pelas peças vizinhas. Esse movimento pode ser provocado pela
35
freqüência e o tipo do tráfego, principalmente em áreas de frenagem, aceleração e em
curvas onde existe um aumento da tensão radial provocada pelo arrasto dos pneus. A
Figura 2.14 (b) representa esquematicamente o intertravamento rotacional (ICPI,
2002a).
(a) (b) (c)
Figura 2.14 – Tipos de intertravamento: vertical, rotacional e horizontal (ICPI, 2002a)
Intertravamento de Giração
É a capacidade que os blocos adquirem de não girarem em torno de seu próprio eixo
horizontal, isto é, eventualmente, uma ou mais peças poderão girar, ainda que mantendo
a planicidade da superfície do pavimento, conforme mostra a Figura 2.15 (HALLACK,
1998).
Este fenômeno é de rara ocorrência e pode ser evitado com um bom confinamento
lateral da camada e das peças pré-moldadas, construindo-se as juntas entre as peças com
larguras adequadas (2,5 - 3mm) e mantendo-as preenchidas com material de
rejuntamento.
2.6 Critérios de Aceitação dos Blocos de Concreto para Pavimentação
Como já dito anteriormente, os blocos de concreto colocados justapostos irão formar a
camada de revestimento ou de rolamento dos pavimentos intertravados, e estes blocos
36
devem passar por alguns ensaios para o controle de qualidade dos mesmos. A normas
brasileiras para os blocos de concreto destinados à pavimentação são a NBR 9781
(ABNT, 1987b)– “Peças de concreto para pavimentação. Especificação” e a NBR
9780 (ABNT, 1987a) – “Peças de concreto para pavimentação. Determinação da
resistência à Compressão”.
Figura 2.15 - Movimento de giração das PPC (HALLACK, 1998)
As variações nas peças, mesmo quando moldadas em um mesmo equipamento, com o
mesmo processo de cura, estocagem e transporte podem ocorrer tanto nas dimensões
quanto na superfície, nas arestas, nas quinas e em suas resistências.
Primeiramente, realiza-se inspeção visual das PPC, que objetiva a identificação de peças
com defeitos que possam vir a prejudicar o assentamento, o desempenho estrutural ou a
estética do pavimento.
A variação entre as dimensões fornecidas pelo fabricante e as reais não devem
ultrapassar as seguintes valores (ABREU & KATTAR, 2000):
• 3mm no comprimento e na largura;
• 5mm na espessura;
• Além disso, os cantos vivos (bordas, quinas e chanfros) não devem apresentar
defeitos ou perdas de material e nem rebarbas.
37
As características mecânicas dos blocos deverão ser verificadas em laboratório, de
maneira que atendam às normas brasileiras. Segundo a NBR 9781 (ABNT, 1987b),
deve-se ter:
• Resistência à compressão característica maior ou igual a 35MPa, para
solicitação de veículos comerciais de linha;
• Resistência à compressão característica maior ou igual a 50MPa, quando
houver tráfego de veículos especiais ou solicitações capazes de produzir
acentuados efeitos de abrasão.
Deve-se destacar que os diferentes requisitos de resistência que as PPC devem atender
em diversos países dependem também das condições climáticas. Em países de climas
frios, como o Canadá, a resistência dos blocos deve ser muito alta para resistir ao
congelamento da água no inverno; em outros onde não existe a problemática do
congelamento, a resistência pode ser menor, apenas para resistir ao desgaste à abrasão
provocada pela passagem das cargas de tráfego. Os blocos podem ser avaliados quanto à
sua resistência por diversos ensaios como: compressão, flexotração, tração indireta e
outros, conforme relatado em CRUZ (2003).
Para a aceitação dos lotes, todas as peças devem ser separadas em lotes constituídos a
critério do comprador e submetidos ao controle de aceitação, satisfazendo às seguintes
condições conforme NBR 9781 (ABNT, 1987b):
• O lote deve ser formado por peças com as mesmas características, produzidas
sob as mesmas condições e os mesmos materiais;
• O lote deve ser formado por no máximo 1600m2 de pavimento a ser executado;
• A amostra deve ter no mínimo 6 peças, para lotes de até 300m2, e uma peça
adicional para cada 50m2 suplementar, até o máximo de 32 blocos.
O ensaio de resistência deve ser executado de acordo com a NBR 9780 (ABNT, 1987a).
O valor característico da resistência à compressão, admitindo que esta grandeza tenha
uma à distribuição normal, pode ser estimado pela seguinte expressão:
fpk = fp – t.s
38
onde:
• Fpk = resistência característica à compressão;
• fp = resistência média das peças ensaiadas;
• s = desvio padrão da amostra em MPa;
fpi = resistência individual das peças ensaiadas;
n = número de peças ensaiadas na amostra;
• t = coeficiente de Student, fornecido na Tabela 2.5 de acordo com o tamanho da
amostra.
Tabela 2.5 – Coeficientes de Student, para um nível de segurança de 80% a ser usado
no cálculo da resistência característica das PPC (ABNT, 1987a)
n t n t
6 0,92 18 0,863
7 0,906 20 0,861
8 0,896 22 0,859
9 0,889 24 0,858
10 0,883 26 0,856
12 0,876 28 0,855
14 0,870 30 0,854
16 0,866 32 0,842
CRUZ (2003) relacionou a resistência à compressão das PPCs a algumas variáveis
relacionadas ao tipo de materiais utilizados, como mostra a Figura 2.16, e ao tipo de
cura recomendado. O objetivo foi de determinar uma metodologia de dosagem para a
fabricação de blocos de concreto para pavimentação e avaliar o desempenho das PPC,
fabricadas segundo a metodologia proposta, dentro dos critérios estabelecidos pela
normas brasileiras e européias. O método de dosagem proposto está detalhado em
CRUZ (2003).
Os tipos de cura utilizados na pesquisa de CRUZ (2003) foram:
39
• TIPO A - Imediatamente após a moldagem das PPC, as mesmas foram
acondicionadas em câmara fechada com ciclos de aspersão de água contínua, por
período de 24 horas. Após este período, as PPC foram levadas para ambiente
natural;
• TIPO B - Imediatamente após a moldagem das PPC, as mesmas foram
acondicionadas em câmara fechada com ciclos de aspersão de água contínua, por
período de 24 horas. Após este período as peças foram transferidas para paletes,
foi aspergida água sobre todo o lote de PPC e, finalmente, as peças foram
envolvidas por um plástico preto, impedindo a evaporação de água diretamente
para o ambiente, e protegendo as PPC do ataque de vento e sol. As amostras
ficaram neste ambiente até sete dias. Após este período, foram levadas para
ambiente natural;
• TIPO C - Imediatamente após a moldagem das PPC, estas foram transportadas
diretamente para o estoque, sem preocupação de qualquer tipo de cura.
Figura 2.16 – Diagrama da dosagem elaborada por CRUZ (2003) em função dos
materiais e da vibroprensa utilizada
40
Dentre os inúmeros resultados alcançados por CRUZ (2003) podem-se destacar os
listados na Figura 2.17.
Figura 2.17 – Resultados dos ensaios de resistência à compressão encontrados por
CRUZ (2003)
CRUZ (2003) relata as seguintes conclusões de seus estudos sobre a resistência à
compressão simples, obtidas de ensaios realizados de acordo com a NBR 9780, (ABNT,
1987a) das peças de concreto confeccionadas:
A resistência da peça não é função direta do consumo de cimento, como nos
concretos plásticos;
As peças que foram armazenadas em câmara de cura por 24 horas e após este
período recolhidas à área de estoque (cura TIPO A) apresentaram os maiores
resultados, seguidos, com pequena diferença, pelas peças que após as 24 horas
na câmara de cura ficaram acondicionadas sete dias em ambiente coberto com
lona preta (cura TIPO B). As PPC que não sofreram nenhum tipo de cura
tiveram valores de resistência, em média, 20% menores que as que tiveram cura;
41
A relação existente entre o MFC (Módulo de Finura do Concreto) e a umidade
do concreto fresco e a resistência à compressão. Analisando os resultados de
mesma umidade variando o MFC, os resultados de resistência são menores
quando é fixada uma umidade abaixo da considerada ótima e aumentado o MFC,
porém quando se aumenta o MFC em conjunto com a umidade um novo ponto
de compacidade é determinado, influenciando positivamente na resistência à
compressão.
Para os traços de mesmo MFC, aumentando o percentual de umidade de 5,0 para
7,0%, observa-se, em geral, um aumento de resistência, particularmente para
maiores valores de consumo de cimento;
Os resultados comprovaram que a umidade influi na resistência à compressão
para uma mesma energia de vibração e granulometria do traço;
Para os dois tipos de vibroprensas utilizados, notou-se que ocorreu uma variação
de resistência à compressão de 25 a 50%.
2.7 Utilização de Pavimentos Intertravados em Rodovias
São apresentadas a seguir informações de obras recentes que mostram a utilização de
pavimentos intertravados em rodovias, não em vias urbanas já bastante conhecidas em
nosso meio, mas aquelas que ligam pontos fora das cidades e possuem características
próprias de tráfego comercial, tanto no volume quanto no tipo.
O pavimento intertravado de PPC vem se desenvolvendo a tal ponto que se pode
afirmar não existir um nicho sequer da engenharia de pavimentos que não tenha sido
permeado por este tipo de revestimento: calçadas, ruas, caminhos, pisos industriais,
portos, aeroportos e em rodovias, por todos os lugares do mundo em maior ou menor
quantidade (MADRI, 2004).
MADRI (2004) relata que, a partir dos anos 1990, a África do Sul iniciou um extenso
programa de construção de rodovias com PPC que foram financiadas pelo BSDA –
Banco de Desenvolvimento do Sul da África. Entre diversas obras, destacam-se:
• Rodovia Principal 127, Boston – Impedele, em Kwazulu Natal, com 12km de
extensão;
• Rodovia em Bnabela, Warmbaths, com 14km;
42
• Nova rodovia em Wadela;
• Nova rodovia em projeto no norte do país com mais de 20km de extensão.
Dentre estas, cabe ressaltar a estrada que liga várias cidades ao centro industrial de
Phuthditijhaba, em Qwa-Qwa, cerca de 300km ao sul de Johannesburgo. A estrada, em
formato de “T”, possui dois trechos com extensão total de 10,9km e largura de 8m. Esta
obra foi executada inteiramente com pavimento intertravado e foi concebida a partir de
uma proposta alternativa ao projeto original que previa pavimento de concreto asfáltico.
Na fase de projeto, o pavimento intertravado custava cerca de 13% a mais que a opção
mais barata em concreto asfáltico, porém foi possível reduzir o custo no
desenvolvimento do projeto e da obra. O projeto oferecia, também, uma alta geração de
empregos, maior durabilidade e a possibilidade de produção dos blocos ao longo da
rodovia, por meio de fabricantes locais. Passados 8,5 anos da finalização da obra, o
pavimento não apresentava afundamentos ou vazios. A espessura não se reduzira e o
conforto ao rolamento continuava excelente. A Figura 2.18 mostra o aspecto de dois
trechos da estrada em Qwa-Qwa (MADRID, 2004).
Na América do Sul, alguns países vêm se destacando na construção de rodovias com a
utilização de PPC no revestimento de pavimentos, como a Costa Rica e a Colômbia.
As rodovias com pavimento intertravado na Costa Rica merecem atenção pela área de
implementação e pelo papel de suporte ao projeto de Eco-desenvolvimento de
Papagayo, na província de Guanacaste, no meio da Floresta Tropical Semi-úmida
costarriquenha. Seu revestimento é composto por PPC de 80mm de espessura,
retangulares com três formatos diferentes: 100mm x 100mm, 100mm x 200mm e
200mm x 200mm, em um padrão aparentemente aleatório, variando do espinha-de-
peixe ao formato de fileiras. O revestimento está assente sobre uma camada de 600mm
de espessura de base granular e 40mm de colchão de areia. A Figura 2.19 apresenta
aspectos deste pavimento.
No inicio de 2004, na Colômbia, foi concluída a construção de 680m de uma estrada na
montanha, na parte alta de Envigado, cidade a sudeste de Medelin. A estrada tem
largura de 7m e foi executada com PPC de 80mm de espessura, assentes sobre uma base
granular de 360mm e um colchão de areia de 40mm. O formato das PPC foi o
43
retangular de 200mm x 200mm, montadas em um padrão espinha-de-peixe. A Figura
2.20 mostra dois trechos deste pavimento.
A virtude principal de se construir estradas com pavimentos intertravados reside na
possibilidade de ter, pelo menos durante as obras, um uso intensivo de mão-de-obra,
algo em torno de um dia-homem/m2 de via. Adicionalmente, ganha-se a capacitação de
pessoas para este trabalho e a possibilidade de melhorar a renda das comunidades em
vários serviços. Ganha-se, também, qualidade de vida, com o estímulo para uma
sensação de orgulho e participação da comunidade, além, é claro, da melhoria da
própria estrada.
Para a engenharia, os pavimentos de blocos são de fácil execução e exigem pouca
manutenção, que pode ser feita pela própria comunidade local, sem a necessidade de
equipamentos sofisticados. E as rodovias podem ser projetadas para qualquer nível de
tráfego (desde muito leve até muito pesado), usando o mesmo tipo de revestimento:
blocos, camada de areia para assentamento e areia de rejuntamento. Todos os insumos
são de produção nacional, com grande vida útil e recicláveis, caso necessário.
São países em desenvolvimento os que lideram o uso de pavimentos intertravados em
estradas: Nicarágua, Costa Rica, Colômbia e, muito possivelmente, o Brasil, dado o
interesse do Estado de São Paulo em construir uma via com mais de 40km nas reservas
ecológicas localizadas na região Sul do Estado, que seria a mais longa rodovia
construída com esta tecnologia no mundo. O mais importante não é ressaltar que o
pavimento de blocos de concreto pode ser usado em estradas, mas sim que a técnica
pode ser ajustada para qualquer esquema de engenharia, organização e trabalho
(MADRI, 2004).
44
Figura 2.18 – Rodovia de PPC em Qwa-Qwa, África do Sul (MADRI, 2004)
Figura 2.19 – Rodovia construída com PPC na Costa Rica (MADRI, 2004)
Figura 2.20 – Rodovia construída com PPC na Colômbia (MADRI, 2004)
45
3 INSTRUMENTAÇÃO E AVALIAÇÃO DE
PAVIMENTOS
3.1 Instrumentação de Pavimentos
Segundo WERNECK (1996), os termos instrumentos e instrumentação podem ser
definidos da seguinte maneira:
• Instrumento: é geralmente um equipamento eletrônico que manipula sinais
elétricos que representam grandezas físicas, normalmente possuem uma entrada
de leitura de dados, a interface entre o meio e o instrumento, o processamento
do sinal e uma saída de dados. A variável física a ser medida pode ser, por
exemplo: temperatura, pressão, carga, etc. Os instrumentos medem, controlam,
atuam, monitoram, transferem ou registram informações úteis relativas a
eventos naturais ou tecnológicos. Por instrumentos podemos entender desde
voltímetros até analisadores digitais de espectro, de computadores até robôs;
• Instrumentação: pode ser definida como um conjunto de técnicas para o
projeto de desenvolvimento e construção de equipamentos eletrônicos.
Diversos estudos (VAN DEUSEM et al, 1992; SILVA, 2001; GONÇALVES, 2002)
vêem destacando a importância da instrumentação como elemento auxiliar na
interpretação do desempenho de estruturas de pavimentos. Pode-se destacar que,
atualmente, existem diversos tipos de instrumentos disponíveis para serem instalados
em estruturas de pavimentos. Estes equipamentos permitem a determinação de
parâmetros tais como: tensão e deformação horizontal, tensão e deformação vertical,
afundamentos na superfície do pavimento, sucção, temperatura e pluviometria.
Entretanto, alguns autores apontam dificuldades para a determinação de medidas
confiáveis de tensão vertical e horizontal no interior das camadas que constituem o
pavimento. Estas dificuldades devem-se aos seguintes aspectos (Hadala, 1967;
Hvorslev, 1976; Dunnicliff, 1998 apud GONÇALVES 2002):
• Relação existente entre a rigidez da célula instalada e a rigidez relativa do
material constituinte da camada;
• Uso de técnicas inadequadas de instalação dos equipamentos.
46
Pode-se dizer que a instalação de instrumentos para o registro de dados da distribuição
de cargas ou tensões pode ser realizado durante ou após o período de construção do
trecho. Os locais mais comuns para as instalações são: no fundo da camada de
rolamento e no topo do subleito. Um aspecto importante de ser observado na escolha
dos sensores a serem utilizados para instrumentar estruturas de pavimentos, é que sua
instalação no interior das camadas da estrutura pode vir a distorcer a distribuição de
tensões e de deformações esperadas. Tentando evitar isto, é necessário que o sensor
tenha, na medida do possível, as características de rigidez do material da camada
(GONÇALVES, 2002).
Para a escolha dos equipamentos a serem utilizados, deve-se levar em conta o seu
desempenho, com base em determinadas características do instrumento aceitas
universalmente. Estas características são utilizadas para caracterizar tais instrumentos,
de um modo geral, e possibilitar a comparação entre suas performances. As
características mais comuns dos equipamentos são: (WERNECK, 1996):
• Faixa: ou range (do inglês), representa todos os níveis de amplitudes do sinal de
entrada nos quais se supõe que o instrumento opere;
• Resolução: é o menor incremento do sinal de entrada que é sensível ou pode ser
medido pelo instrumento;
• Sensibilidade: é a função de transferência do equipamento, isto é, a relação
entre o estimulo de entrada e o sinal de saída por ele produzido;
• Linearidade: quando se mede com o instrumento um valor padrão conhecido
que varia de maneira conhecida, se o instrumento for perfeito ou ocorrer um erro
desprezível, a “curva” obtida é uma reta; no entanto, como sempre ocorre um
erro, a curva obtida “foge” em alguns pontos da “curva” ideal (reta). A distância
máxima observada entre uma medida feita pelo instrumento e o valor padrão
dividido pela faixa e multiplicada por 100 fornece a linearidade (%);
• Histerese: se o estímulo de entrada, que existe em um instrumento, crescer até
um determinado ponto o instrumento irá acusar um certo valor, mas se o
estimulo começar de um ponto mais elevado e decrescer até o mesmo valor
anterior, o equipamento poderá acusar um valor diferente daquele acusado
anteriormente. Pode ocorrer histerese por diversas razões, como, por exemplo:
47
atrito mecânico dos ponteiros de um instrumento de medida, resposta de
freqüência, inércia molecular, etc;
• Exatidão ou erro: é a diferença absoluta entre o valor real e o valor medido
pelo instrumento. Pode ser dada em porcentagem ou em partes por milhão
(PPM) quando este valor for muito pequeno;
• Precisão ou repetibilidade: é a capacidade de se obter um mesmo valor em
diversas medidas; pode ser dada pelo desvio padrão das medidas efetuadas de
um mesmo valor ou pelo maior erro em qualquer medida;
• Estabilidade: é a capacidade de um instrumento voltar a situação de regime
permanente (steady state) depois de receber um sinal transitório, como um
degrau ou um pulso, por exemplo. Depende principalmente do ganho de
representação e da freqüência da ressonância do sistema.
VAN DEUSEN et al (1992) sugerem, ainda, alguns outros fatores a serem considerados
para a seleção de instrumentos a serem utilizados em pistas experimentais, que são eles:
• Durabilidade;
• Resistência Mecânica;
• Configuração Geométrica;
• Vida de Fadiga;
• Locais de Instalação.
3.1.1 Identificação dos Pontos de Instalação das Células
Para a identificação dos pontos de instalação, deve-se ter claro onde se localizam os
pontos críticos de tensões. Faz-se necessário inicialmente a identificação da estrutura do
pavimento a ser instrumentada. Para pavimentos flexíveis (como são considerados os
pavimentos intertravados), a distribuição das tensões geradas pela passagem das cargas
do trafego se dá de modo que as camadas de revestimento e de base aliviem as tensões
normais verticais de compressão no subleito por meio de absorção de tensões
horizontais e verticais.
48
Devido à ocorrência de tensões de tração no limite inferior da camada de revestimento
flexível, o que no caso dos pavimentos asfálticos proporciona seu rompimento por
fadiga e nos pavimentos intertravados o deslocamento do colchão de areia e das peças
de PPC quando não se tem uma boa contenção lateral, nestes locais são encontradas as
tensões críticas provenientes da passagem do tráfego. Na Figura 3.1 é representada
esquematicamente a zona de tração abaixo da camada de revestimento, enquanto na
Figura 3.2 está o esquema de distribuição de tensões na estrutura de um pavimento
intertravado (HALLACK, 1998).
Segundo HUANG (1993), a verificação das tensões verticais de compressão são
necessárias para o controle das deformações permanentes, devido ao fato das
deformações plásticas serem proporcionais às deformações elásticas nos materiais de
pavimentação.
Figura 3.1 – Representação esquemática de zona de tração abaixo da camada de
revestimento (MEDINA, 1997)
49
Figura 3.2 – Distribuição de tensões no interior de um pavimento intertravado
(HALLACK, 1998)
3.1.2 Instrumentação em Estruturas de Pavimentos
A finalidade principal da instrumentação em estruturas de pavimentos in situ é a
obtenção de subsídios que possibilitem uma explicação racional do desempenho
oferecida ao longo de sua vida de serviço (GONÇALVES, 2002).
Para SHACKEL (1990), devido à simplicidade e aos baixos custos muitas, organizações
vêem conduzindo ensaios de distribuição de tensões em pavimentos intertravados
utilizando discos rígidos para a aplicação do carregamento no revestimento. Estes
estudos possuem pouca correlação com o desempenho dos pavimentos sob a ação do
tráfego. Entretanto, tornam-se úteis quando são utilizados para medir a equivalência
estrutural entre pavimentos com diferentes estruturas e também para verificar a
distribuição de tensões normais verticais e cisalhantes horizontais.
C A R G A D A R O D A
C A R G A SO B R E A B A SE
C A R G A SO B R E O SU B L E IT O
C A R G A S O B R E A S PE Ç A S
50
SANTANA (1993b) e SHACKEL (1990) citam os estudos realizados por KNAPTON
(1976), onde realizou-se um estudo laboratorial no chamado “Poço de Prova”, no qual,
foram ensaiadas PPCs de seis formatos diferentes, assentadas sobre uma camada de
colchão de areia de 6cm (após compactação 5cm) espalhada sobre uma placa de
concreto armado. Os blocos foram montados sob o arranjo espinha de peixe e linear. Na
placa de concreto foram dispostas vinte e seis células de carga para determinar as
tensões normais verticais transmitidas pelo conjunto PPCs/colchão de areia, devido a
um carregamento na superfície sobre placa rígida (diâmetro da placa rígida de 25cm). O
Poço de Prova possuía 4m2 de área superficial. CLARK (1981) estendeu este trabalho,
analisando também os efeitos do carregamento em uma camada de base.
WELLNER & GLEITZ (1996) estudaram as deformações permanentes e elásticas da
superfície de pavimentos intertravados com o auxílio de LVDTs (“Linear Variable
Diferencial Transducer”), posicionados a distâncias fixas do centro de aplicação do
carregamento. Neste experimento, foram medidas as deformações elásticas, após uma
série de repetições de ciclos de carregamentos dinâmicos, (10.000, 125.000, 500.000 e
1.000.000 de ciclos). Foram testados três tipos de blocos (retangular, dentado e uma
peça especial dentada em formato de “L”) de 80mm de espessura. Alguns resultados
encontrados por WELLNER & GLEITZ (1996) podem ser observados na Figura 3.3 e
Figura 3.4.
A experiência brasileira em instrumentação ainda é pequena, merecendo ênfase os
seguintes experimentos: o trecho experimental construído em 1976, em Santa Catarina,
na BR101, na localidade de Nova Brasília, município de Imbituba (PINTO et al., 1977);
a instrumentação do painel de pavimento flexível, construído na COPPE/UFRJ em 1979
(MOTTA, 1979); a Pista Experimental Circular do IPR/DNER instrumentada em 1993
para a pesquisa de concreto rolado (DNER,1993); a construção e instrumentação de
uma pista experimental com 9,8m de comprimento por 3m de largura no campus da
USP na cidade de São Paulo, para estudar o comportamento de placas de WTUD
(“Whitetopping Ultra Delgado”) quando submetidas ao efeito do empenamento térmico
(PEREIRA et al., 2000).
51
SILVA (2001) descreve a instrumentação, realizada em 1998, da Pista Circular
Experimental do IPR/DNER com seis extensômetros e duas células de carga, para a
pesquisa de whitetopping – WT. Relata ainda que em outubro de 2000 foram instalados
onze termopares nessa pista para monitorar a temperatura das placas de whitetopping .
GONÇALVES (2002) relata a instrumentação de seis Pistas Experimentais na
Universidade Federal do Rio Grande do Sul para estudar o desempenho de misturas
asfálticas convencionais e modificadas com polímeros, nas quais foram instalados
medidores de tensões e deformações em toda a estrutura dos pavimentos pesquisados.
As cargas de tráfego eram aplicadas pelo Simulador de Tráfego UFRGS-DAER, onde
variaram-se os níveis, as formas de carregamento e a pressão de inflação dos pneus.
Figura 3.3 – Deformações elásticas encontradas por WELLNER & GLEITZ (1996)
para pavimentos intertravados
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0 75
Distância do Centro de Aplicação do Carregamento (cm)
Def
orm
ação
Elá
stic
a (m
m)
1000000 500000 125000 10000
0 15 30 50 75
52
Figura 3.4 – Deformações elásticas no centro de aplicação do carregamento
(WELLNER & GLEITZ, 1996)
3.2 Avaliação de Pavimentos
A avaliação de pavimentos destina-se ao levantamento de informações e parâmetros,
que irão permitir uma tomada de decisões relativas ao que fazer com o pavimento
avaliado (RODRIGUES, 1995a). A avaliação visará, portanto, a determinação dos
seguintes parâmetros:
• Determinar as necessidades atuais e futuras de manutenção dos pavimentos ao
longo da rede viária;
• Estimar a vida restante dos pavimentos;
• Calcular o custo operacional dos veículos;
• Determinar índices de condição ou aptidão dos pavimentos, que possam vir a ser
úteis para efeito de priorização em obras de restauração.
Para o DNER (1983), a medição das características do pavimento e a avaliação dos
dados obtidos têm três principais objetivos:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1.000.000
Nº de CiclosD
efor
maç
ão E
lást
ica
(mm
) no
Cen
tro
de A
plic
ação
do
Car
rega
men
to
Retangular Dentada Especial "L"
500.000125.00050.000 250.000 1.000.0001.000
53
• Verificar se a função pretendida ou o desempenho esperado está sendo
alcançado;
• Fornecer informações para o planejamento da restauração do pavimento
existente;
• Fornecer informações para melhorar a tecnologia de projeto, construção e
manutenção.
A avaliação de pavimentos constitui-se nas seguintes categorias:
• Avaliação da Condição Estrutural
• Avaliação da Condição Funcional
3.2.1 Avaliação Estrutural
A avaliação da condição estrutural de um pavimento implica em avaliar sua capacidade
de resistir aos esforços e a deterioração provocada pela passagem das cargas de tráfego.
Pode-se dizer que, para uma adequada análise desta condição, é necessária a obtenção
dos seguintes elementos (GONÇALVES, 1999):
• Parâmetros que descrevam a deformabilidade elástica ou viscoelástica dos
materiais das camadas, para a obtenção das tensões e deformações induzidas
pelas cargas de tráfego nas estruturas dos pavimentos;
• Parâmetros que descrevam a resistência dos materiais ao acúmulo de
deformações plásticas sob cargas repetidas, os quais são funções da natureza do
material, de suas condições de umidade e densidade, entre outras;
• Integridade das camadas asfálticas e cimentadas.
Em um sentido mais amplo, a avaliação estrutural de um pavimento consiste no cálculo
das respostas da estrutura à passagem das cargas de tráfego, na forma de tensões,
deformações e deflexões nos pontos críticos da estrutura, de modo que se possa avaliar
sua capacidade de resistir aos mecanismos de degradação provocada pela ação repetida
das cargas de tráfego (RODRIGUES, 1995b).
A avaliação estrutural de pavimentos, nos últimos anos, tem merecido uma atenção
especial dos engenheiros rodoviários, pois uma correta determinação da condição
estrutural é de grande e fundamental importância para a aplicação de métodos
54
mecanísticos-empíricos de projeto de pavimentos novos ou de reforços. Os
procedimentos mecanísticos, nos quais o pavimento é tratado como uma estrutura
dividida em camadas de comportamento elástico ou visco-elástico, permite cálculos das
tensões e deformações geradas pela passagem das cargas de tráfego, cujos valores
podem ser correlacionados com o desempenho destes pavimentos.
Para a obtenção destes parâmetros pode-se lançar mão de duas alternativas
complementares entre si para a obtenção de dados que irão permitir a realização da
análise tensão versus deformação:
• Avaliação Estrutural por Ensaios Destrutivos;
• Avaliação Estrutural por Ensaios Não Destrutivos.
3.2.1.1 Ensaios Destrutivos
Pode-se dizer que as avaliações estruturais por ensaios destrutivos consistem na abertura
de poços de sondagem para a identificação da natureza e da espessura das camadas do
pavimento, bem como a coleta de amostras dos materiais constituintes das mesmas, para
futuros ensaios laboratoriais. Inclui-se em ensaios destrutivos a determinação em
laboratório de índices de caracterização (CBR, LL, LP), propriedades físicas
(granulometria, densidade, umidade, entre outros) ou propriedades fundamentais aos
procedimentos mecanísticos (módulo de resiliência, resistência à tração ou a
compressão, fadiga e deformação permanente sob cargas repetidas).
Entretanto, pode-se dizer que as propriedades citadas anteriormente, medidas em
laboratório, não refletem, de maneira total, o desempenho do material no campo
somando-se ainda, que os métodos de laboratório não representam com exatidão as
mudanças das características mecânicas dos materiais sob a ação de cargas combinadas
com o clima, que ocorre no campo com o passar do tempo (MACÊDO, 1996).
Ensaio Triaxial Sob Cargas Repetidas
55
Nos últimos anos, ensaios triaxiais sob cargas repetidas – ou ensaios triaxiais
dinâmicos, vêem sendo amplamente utilizados para a investigação do comportamento
de materiais granulares e finos, para a utilização em camadas inferiores do pavimento.
As deformações resilientes são deformações elásticas, no sentido de que são
recuperáveis, entretanto, não variam necessariamente de modo linear com as tensões
aplicadas e dependem de vários fatores que não são considerados no conceito
convencional de elasticidade (DNER, 1996).
Os ensaios triaxiais dinâmicos são compostos, basicamente, por duas fases. A primeira
fase, chamada de fase de condicionamento, tem por objetivo reduzir a influência das
deformações plásticas permanentes que ocorrem nos primeiros estágios e reduzir ao
máximo o efeito da história das tensões no valor do módulo de resiliência. Pode ser
descrito como uma seqüência de carregamentos dinâmicos que permite ao material uma
condição de pré-adensamento (FERREIRA, 2002). Na segunda fase do ensaio, são
obtidos os valores de MR. Para cada par de tensões σd e σ3 aplicadas, é realizada a
medição da deformação resiliente. Então, é calculado o módulo de resiliência, obtendo-
se, por regressão linear, os valores de k1, k2 e k3 dos modelos correspondentes ao
comportamento resiliente adotado.
No Brasil, a partir do convênio entre a COPPE/UFRJ e o IPR, no ano de 1977, iniciou-
se a realização de ensaios dinâmicos que permitiram quantificar o módulo de resiliência
de materiais utilizados em pavimentos. Nesta época, o equipamento montado era
semelhante ao desenvolvido na Universidade de Berkeley, onde se ensaiavam amostras
de 5cm de diâmetro e de 10cm de altura. Atualmente, pode-se ensaiar corpos de prova
de 10cm x 20cm e de 15cm x 30cm no Laboratório de Geotecnia da COPPE. O avanço
computacional das últimas décadas proporcionou a automação deste ensaio e uma
redução significativa dos erros laboratoriais; no caso da COPPE, a automação foi
elaborada por VIANNA (2002).
Os ensaios triaxiais dinâmicos são cada vez mais utilizados no Brasil e no mundo para a
caracterização mecânica dos materiais empregados em projetos rodoviários.
56
Para a realização do ensaio, aplica-se uma tensão desvio (σd) e uma horizontal (σ3) e
medem-se as deformações específicas verticais recuperáveis (εr).
Segundo MACÊDO (1996), pode-se dizer que primeiramente, ocorre uma compressão
volumétrica devido à aplicação de uma pressão confinante (σ3). A aplicação da tensão
desvio (σd) resulta em uma redução da altura do corpo de prova. Parte desta redução, no
descarregamento, é recuperada – deformação elástica ou resiliente, e parte é absorvida
pela amostra –deformação plástica.
O módulo de resiliência (MR), que é uma estimativa do módulo secante de Young,
porém dinâmico, é determinado pela seguinte relação:
MR = σd / εr
Onde:
• MR = módulo de resiliência;
• σd = tensão desvio aplicada ciclicamente;
• εr = deformação específica axial recuperável.
Como o MR não é linear com o estado de tensões, utilizam-se modelos para expressar a
relação do MR com as tensões confinantes e desvio. Um modelo genérico para qualquer
tipo de solo é o chamado de Modelo Composto, que foi proposto por MACÊDO (1996).
O Modelo Composto é expresso por:
MR = k1 . σ3 k2 . σd
k3
Onde:
• k1, k2 e k3= parâmetros de resiliência determinados em ensaios triaxiais;
• σ3 = tensão de confinamento;
• σd = tensão desvio axial.
57
3.2.1.2 Ensaios Não Destrutivos
A avaliação estrutural por ensaios não destrutivos (NDT) consiste na realização de
provas de carga “insitu” para a medida de parâmetros de resposta da estrutura às cargas
de roda em movimento. As respostas medidas são as deflexões (deslocamentos verticais
de superfície) cuja medida é obtida de maneira simples e confiável, razão pela qual a
totalidade dos equipamentos utilizados para a realização de ensaios não destrutivos são
deflectômetros (GONÇALVES, 1999).
Os ensaios NDT provocam menores interrupções no tráfego, fornecendo assim maior
flexibilidade para a avaliação quantitativa da condição do pavimento em qualquer
estágio de sua vida de serviço e possibilita o retorno no mesmo ponto a cada avaliação.
Dentre as principais vantagens da utilização deste ensaio pode-se citar (MACÊDO,
1996):
• Determinação dos módulos das camadas do pavimento, que possibilitam realizar
melhor julgamento acerca da integridade estrutural das camadas de um
pavimento;
• Formação de uma base de dados para os métodos mecanísticos de projeto de
reforço estrutural do pavimento;
• Formação de uma base de dados para a utilização em Sistemas de Gerência de
Pavimentos;
• Mede-se a resposta real do pavimento ao carregamento aplicado, sem submeter
os materiais aos distúrbios causados pela retirada de amostras.
WITCZAK (1989) agrupou o histórico dos ensaios deflectométricos em três fases de
sua evolução, úteis a diferentes níveis de exigência de um projeto de engenharia. Com o
reconhecimento destas fases distintas, passa-se a evitar interpretações errôneas sobre o
comportamento das camadas constituintes da estrutura de um pavimento em situações
específicas, onde se torna inevitável o uso de tecnologias limitadas. Estas fases, de
acordo com a referência acima citada, são:
58
1a FASE: Relação deflexão máxima x Vida dos pavimentos
Nesta fase, media-se apenas a deflexão máxima obtida sob a condição de cargas
conhecidas e através de um critério de ruptura empírico se estimava a vida restante do
pavimento.
2a FASE: Curvas múltiplas de deflexão x Vida dos pavimentos
Nesta fase, reconheceu-se que, embora a deflexão máxima sob a atuação de uma
determinada carga representasse a condição estrutural de um pavimento, em alguns
casos não conseguia explicar o comportamento global da estrutura. Foi detectado que,
em certos casos, altas deflexões eram medidas em locais com um bom conceito de
serventia e, em outros locais, em que o pavimento apresentava baixas condições de
serventia, as deflexões obtidas eram menores. Com isto, tornou-se necessária a
definição de outros parâmetros que, em conjunto com a deflexão máxima, fornecessem
informações mais adequadas acerca do estado estrutural do pavimento.
Dentre as características desta fase, pode-se apontar as seguintes:
• O reconhecimento de que os pavimentos rompem-se por mais de um mecanismo
de ruptura: fadiga do revestimento asfáltico e deformação plástica da camada de
subleito;
• Uso da deflexão máxima (D0) e do raio de curvatura (RC) como indicadores da
capacidade estrutural do pavimento.
3a FASE: Análise das bacias de deflexão
Esta é a fase atual, que se caracteriza não apenas pela obtenção da bacia de deflexão,
mas também pela utilização de teorias que visam a avaliação do comportamento
mecânico dos materiais “insitu”, a chamada retroanálise das bacias de deflexões.
Sobre as vantagens e limitações dos ensaios deflectométricos pode-se destacar entre as
suas diversas aplicações, associadas a equipamentos modernos e a técnicas apropriadas
(WITCZAK, 1989):
59
• Delineamento e análise das seções homogêneas, levando em consideração a
distribuição estatística das propriedades em campo;
• Variabilidade e confiabilidade no projeto;
• Efeitos sazonais e anuais devido ao ambiente;
• O papel das deflexões nos Sistemas de Gerência de Pavimentos;
• Controle de qualidade no campo, comparando os módulos obtidos para as
camadas com os requeridos em projeto;
• Usos especializados em pavimentos rígidos, como, por exemplo, no estudo da
eficiência da transferência de cargas nas juntas de placas de concreto.
Além destas, pode-se destacar que os ensaios deflectométricos são relativamente
baratos, permitindo que sejam ensaiados muitos mais pontos sem maiores
conseqüências para a normalidade do tráfego (MACÊDO, 1996). Dentre os
equipamentos desenvolvidos para a medida de deflexões dois se destacam a Viga
Benkelman e o FWD, que serão descritos a seguir.
Viga Benkelman
A viga Benkelman (vB) pode ser descrita como um equipamento simples e barato
utilizado para determinar as deflexões de um pavimento. Foi desenvolvida, na década de
1950, na WASHO Road Test, pelo engenheiro A. C. Benkelman e seu uso, desde então,
tem sido crescente e de grande importância para trabalhos, pesquisas e projetos de
reforços de pavimentos em todo o mundo (HAAS et al, 1994).
Sua utilização, no Brasil, de forma sistemática para a avaliação estrutural de pavimentos
flexíveis, pode ser considerada uma prática estabelecida desde a década de 1960.
Segundo MACÊDO (1996) os primeiros trabalhos publicados sobre o assunto devem-se
a Aratangy1, Lobo Carneiro2,3 e Parreira4.
1. ARATANGY,N. J., (1962). “Medidas de Deformações dos Pavimentos” 3a RAP’v, ABPV, Rio de Janeiro/RJ.
2. LOBO CARNEIRO, F. B., (1963). “Viga Benkelman, Instrumento Auxiliar ao Engenheiro de Concervaçao”.
6aRAP’v 3. LOBO CARNEIRO, F. B., (1965). “ ”Record No 128 HRB 4. PARREIRA, O. A., (1969).”Determinação das Características Estruturais de Pavimentos a partir da Linha de
influência Obtida em Ensaios de Cargas com Pneus”. Tese de Especialista, LNEC.
60
A viga Benkelman foi desenvolvida com a finalidade de medir-se a Deflexão Máxima
(D0) e, posteriormente, o Raio de Curvatura (RC). Estes, porém, são os únicos
parâmetros confiáveis que podem ser medidos com a mesma. Como estes dados são
insuficientes para o cálculo dos módulos de resiliência das camadas devem ser coletadas
amostras de alguns, ou de todos, os materiais das camadas constituintes para a
determinação de seus respectivos módulos em laboratório (DNER, 1996). Ao contar
com esta complementação, pode-se dizer que os resultados encontrados, com a viga
Benkelman, são tão confiáveis quanto os determinados com o auxílio do Falling Weith
Defletometer (FWD) em uma avaliação estrutural (RODRIGUES, 1995).
A viga Benkelman é considerada um deflectômetro quase-estático, isto é, as cargas
aplicadas ao pavimento movem-se a baixas velocidades (da ordem de 3km/h) e as
cargas são em verdadeiras grandezas aplicadas em eixos de caminhões (DNER, 1996).
A viga Benkelman é formada por um conjunto de sustentação em que se articula uma
haste metálica interfixa, dividindo a barra em duas partes proporcionais, cujos
comprimentos a e b seguem as relações de 2/1, 3/1 ou 4/1, como o indicado na Figura
3.5
Figura 3.5 – Esquema da viga Benkelman (DNER, 1994)
A extremidade do braço maior contém a ponta de prova. Na extremidade de braço
menor é fixado um extensômetro com precisão de centésimos de milímetro (10-2mm) e,
61
com a finalidade de evitar eventuais inibições do ponteiro do extensômetro, é colocado
um pequeno vibrador no mesmo (DNER, 1994).
As medições são feitas inserindo a ponta de prova entre as rodas de um caminhão com
8,2tf de carga no eixo traseiro, simetricamente distribuídas em relação às rodas.
Posicionado o caminhão e ajustada a viga, são feitas as leituras nos pontos pré-
estabelecidos, quando se quer medir toda a bacia de deflexão. A Figura 3.6 mostra, de
maneira esquemática, o sistema de referência da viga e do caminhão (DNER, 1994).
Figura 3.6 – Esquema do sistema de referência na viga e no caminhão (DNER, 1994)
Para a determinação da bacia de deformação por intermédio da viga Benkelman, as
estações devem ser convenientemente marcadas e estar localizadas nas trilhas de rodas,
de maneira que as rodas traseiras do veículo mantenha-se a uma distância fixada da
borda do revestimento, de acordo com a Tabela 3.1.
Segundo ROCHA FILHO e RODRIGUES (1996), este ensaio pode ser feito de duas
formas:
• Com o caminhão sendo deslocado à frente, a baixa velocidade constante e, ao
passar sobre cada ponto pré-determinado, é feita a leitura, método conhecido
como Creep Speed Normal Deflection;
62
• Com o caminhão se deslocando e parando em cada ponto de medição, método
conhecido como Creep Speed Rebound Deflection (método mais utilizado no
Brasil).
Tabela 3.1 – Localização dos pontos de leitura de deflexão (DNER, 1994b)
Largura da Faixa
de Tráfego (m)
Distância à Borda do
Revestimento (m)
2,70 0,45
3,00 0,60
3,30 0,75
3,50 ou mais 0,90
ROCHA FILHO e RODRIGUES (1996) fazem os seguintes comentários em relação à
avaliação estrutural feita com a viga Benkelman tradicional:
• Apresentam elevada dispersão nas deflexões medidas;
• A dispersão aumenta quanto mais distante do ponto de aplicação da carga a
medição for feita;
• A dispersão das leituras é um pouco menor quando realizadas com o caminhão
parando em cada ponto;
• A precisão dos resultados é função de vários fatores, como: habilidade do
motorista; condições mecânicas do veículo (embreagem e freios); experiência,
habilidade e coordenação da equipe responsável pelas leituras.
Porém, a partir da automação das leituras da viga Benkelman, é possível melhorar muito
a confiabilidade das medidas. A viga Benkelman automatizada é operada segundo o
mesmo princípio da viga Benkelman comum. A diferença consiste no fato que a viga
automatiza mede e grava automaticamente as deflexões ponto a ponto enquanto o
operador dirige o veículo de teste (HAAS et. al., 1994). CERATTI et. al. (2000) usaram
um equipamento automatizado que permite que sejam feitas leituras de deflexão a cada
5cm, desde o ponto de aplicação do carregamento até quando não há mais influência do
próprio, o que possibilita a obtenção de uma bacia deflectométrica mais acurada.
63
Desde 1969, é utilizada no LNEC de Lisboa a viga Benkelman automatizada, para o
levantamento das bacias de deflexão (MEDINA et al, 1994). No Brasil, passou-se a
contar com a viga Benkelman automatizada somente a partir de 1999, portanto com 30
anos de atraso.
Dentre as principais vantagens deste equipamento, destacam-se:
• A sensibilidade das medições, uma vez que a viga Benkelman automatizada
utiliza em geral sensores do tipo LVDT;
• Obtenção mais precisa da bacia deflectométrica;
• Registro automático das deflexões e da distância radial em relação ao ponto de
aplicação do carregamento.
São exemplos deste tipo de equipamento:
• O Defletógrafo Lacroix, desenvolvido na França;
• O British Pavement Deflection, desenvolvido no Reino Unido, segundo o mesmo
princípio do Defletógrafo Lacroix;
• O California Traveling Deflectometer, desenvolvido no Estados Unidos;
• Os Defletógrafos Digital Solotest e SIGEO, desenvolvidos no Brasil.
MALYSZ (2004) construiu um trecho experimental de pavimento intertravado de
blocos de concreto vazados, para comparação de desempenho com um pavimento
asfáltico permeável de PMF (pré-misturado a frio). Em sua pesquisa, realizou uma
campanha de ensaios deflectométricos com a viga eletrônica de ambas as estruturas,
compostas por uma base de 30cm de brita permeável envolta em uma manta de geotextil
impermeável. Os resultados das avaliações realizadas por MALYSZ (2004) podem ser
observadas na Tabela 3.2 e na Figura 3.7. MALYSZ (2004) relata uma sensível
melhoria na condição estrutural do pavimento, que as deflexões máximas (D0)
diminuíram após quatro meses de uso, e os raios de curvatura aumentaram, nota-se
também que as deflexões no blocos de concreto vazados foram menores que no
pavimento com PMF e aponta que estes resultados resultam de um bom intertravamento
entre os blocos.
64
Tabela 3.2 – Parâmetros calculados a partir das bacias de deflexão (MALYSZ, 2004)
PMF Blocos Vazados Data do
Levantamento D0
(10-2mm)
σ
(10-2mm)
Rc
(m)
D0
(10-2mm)
σ
(10-2mm)
Rc
(m)
8/10/2003 250 37 19 201 37 30
11/02/2004 187 40 40 167 20 58
Figura 3.7 – Bacias de deflexão medidas no pavimento com PMF e com blocos
vazados (MALYSZ, 2004)
Bacias de deflexão medidas no pavimento de PMF
Bacias de deflexão medidas nos blocos vazados
65
FWD
Os equipamentos de carregamento por impulso geralmente transmitem o esforço ao
pavimento através de um conjunto de pesos que caem sobre uma placa de carga. Estes
equipamentos são tipicamente conhecidos como Falling Weight Deflectometer (FWD)
(HAAS et al, 1994).
Os equipamentos tipo FWD simulam o efeito da passagem de uma roda em movimento
sobre o pavimento. Tal simulação é feita por meio da queda de um conjunto de massas,
de uma determinada altura, sobre um sistema de amortecedores capazes de transmitir ao
pavimento um pulso de carga com formato aproximadamente igual a uma senóide. A
força de pico imposta ao pavimento pode ser determinada através da seguinte expressão:
F = (2.m.g.h.k.)1/2
Onde:
• F é a força de pico;
• m é a massa que cai;
• g é a aceleração da gravidade;
• h é a altura de queda;
• k é a constante de mola do sistema amortecedor.
Esta equação acima é obtida igualando-se a energia potencial da massa antes de sua
queda ao trabalho desenvolvido pelos amortecedores após a queda (CARDOSO, 1995).
O carregamento é transmitido ao pavimento através de uma placa de 30cm de diâmetro.
A carga é medida através de uma célula de carga e aplicada durante de 25 a 30ms,
tempo correspondente ao da passagem de um veículo com velocidade de 60 a 80km/h.
Na realidade, o FWD aplica pulsos de carga no pavimento em forma de ondas, que se
propagam no interior da estrutura a velocidades finitas e são registradas em diferentes
instantes pelos sensores. As deflexões são medidas através de sete sensores: geofones,
66
no caso do FWD da marca Dynatest e LVDTs, no caso do FWD da marca KUAB. Estes
sensores estão dispostos da seguinte forma: um no centro da placa e os outros em
distâncias pré-estabelecidas, ao longo de uma barra metálica de até 4,5m de
comprimento (CARDOSO, 1995).
As deflexões são medidas e armazenadas em um computador, que está ligado ao FWD
através de um cabo. Simultaneamente, são registrados os valores de temperatura da
superfície do revestimento e do ar, a força aplicada ao pavimento e a distância
percorrida.
No Brasil, existem dois modelos de deflectômetros de impacto FWD: o Dynatest versão
norte-americana e o KUAB, sueco, sendo hoje nove equipamentos em uso. As
principais diferenças entre os dois tipos de deflectômetro de impacto existentes no país
são em relação à placa de aplicação do carregamento e ao número de elementos usados
para simular a ação do tráfego. Enquanto o modelo da Dynatest possui uma placa rígida
e um conjunto de massas, o modelo KUAB possui placa segmentada em 4 (quatro)
partes unidas por êmbolos e dois conjuntos de massa.
HACHIYA & TAKAHASHI (1998) utilizaram o FWD para determinar as deflexões em
duas séries de pavimentos intertravados experimentais: na primeira série com
pavimentos intertravados novos e na segunda com pavimentos de blocos de concreto
destinados a reabilitação. Desta forma, o planejamento e a implementação iriam utilizar
métodos de pavimentos flexíveis para projetar os pavimentos intertravados; e
finalmente desenvolver métodos e procedimentos para projetos de pavimentos
intertravados.
KARASAWA et al. (2000) relatam que o problema da ruptura nos blocos de concreto
dos pavimentos intertravados está intimamente ligado aos efeitos causados pelas altas
deflexões da superfície e das juntas entre os blocos. Pode-se dizer, também, que as
deflexões diminuem substancialmente após um ano de utilização do pavimento, período
este, necessário para a estabilização da movimentação do colchão de areia e das juntas
entre os blocos (HATA & YAGINUMA, 1992).
67
3.2.2 Avaliação Funcional
A avaliação funcional se correlaciona com o conforto ao rolamento do pavimento e
engloba o conceito dos usuários quanto ao nível de serviço fornecido pelo pavimento,
bem como se correlaciona com estimativas quanto a custos operacionais dos veículos.
Normalmente, pode ser composta por uma avaliação subjetiva, quando é atribuída uma
nota de 0 a 5 às condições gerais da via, e por uma avaliação objetiva, que pode ser
exemplificada pela medida da irregularidade longitudinal.
Alguns outros componentes de uma avaliação funcional são os indicadores de segurança
de uma determinada via. A resistência à derrapagem em pista molhada pode ser medida
por alguns dos inúmeros equipamentos que os engenheiros tem à disposição. O perfil
transversal da via pode ser medido por perfilômetros transversais, que permitem a
medida de afundamentos de trilha de roda os quais influem diretamente no potencial de
ocorrência de hidroplanagem.
3.2.2.1 Irregularidade
Pode-se conceituar irregularidade longitudinal, ou simplesmente irregularidade de um
pavimento, como sendo um conjunto de desvios da superfície em relação a um plano de
referência ou ao greide de projeto. Desvios estes que podem afetar a qualidade do
rolamento, a dinâmica dos veículos e a ação dinâmica das cargas sobre a via. Em outras
palavras, a irregularidade longitudinal é a diferença entre cotas reais e teóricas do perfil
longitudinal de uma via (SOUZA et al., 2002).
As irregularidades podem ter origem em problemas no processo construtivo, assim
como no uso do pavimento após a execução, resultando do tráfego e do clima. A
irregularidade pode influir na interação da superfície dos pavimentos com os veículos
que utilizam uma determinada via, gerando efeitos sobre os veículos, sobre os
passageiros e motorista e sobre a carga transportada.
A importância da determinação da irregularidade longitudinal na percepção do conforto
dos usuários começou a ser pesquisada desde 1960. Alguns estudos demonstraram que
95% da avaliação relativa à serventia dos pavimentos da AASHO estava ligada
68
exclusivamente à irregularidade do perfil. O conhecimento da irregularidade de uma via
tem correlação com a qualidade ao rolamento, bem como com vários componentes dos
custos operacionais dos veículos. Portanto, a determinação da irregularidade pode ser
considerada como uma boa medida da serventia do pavimento (PINTO e PREUSSLER,
2002).
Diversos países já utilizam índices de serventia baseados exclusivamente em medições
de irregularidade. A sua importância têm sido também reconhecida como forma de
controle de execução de pavimentos novos.
Entre as diversas utilizações das medições das irregularidades longitudinais podem ser
destacadas as seguintes:
• Parâmetros utilizados na avaliação de pavimentos como subsídio ao diagnóstico
da situação existente;
• Definição de soluções de restauração ou manutenção de pavimentos;
• Auxílio ao cálculo de custos de operações de veículos;
• Controle na qualidade de execução de pavimentos novos;
• Auxílio às decisões de Sistemas de Gerência de Pavimentos;
• Atualização de modelos de previsão de desempenho;
• Estimativa da vida de serventia de uma via.
Medição da Irregularidade Longitudinal
A medição da irregularidade pode se dar em diversas escalas padronizadas, na
dependência do equipamento de medição.
No Brasil, a escala padrão de medição é o chamado QI (“Coeficiente de Irregularidade”
- ou “Índice Quarto de Carro”), reconhecido internacionalmente a partir do uso do
perfilômetro dinâmico de superfície, simplesmente chamado de GMR. O modelo quarto
de carro é um sistema formado por uma massa, uma roda, um amortecedor e uma mola.
A resposta à irregularidade pode ser obtida pela simulação de movimentos no quarto de
carro, e é aceita como medida padrão da irregularidade expressa em contagens por
quilômetro (cont./km).
69
Os dados de QI utilizados na Pesquisa de Inter-relacionamento de Custos Rodoviários
(PICR), obtidos de 1975 a 1981, foram feitos basicamente com o auxílio de
equipamentos tipo resposta. Os equipamentos utilizados foram o Perfilômetro Dinâmico
e o Maysmeter, que se baseiam na reação do equipamento às condições de superfície da
via (PINTO e PREUSSLER, 2002).
Como resultados de uma pesquisa internacional de medição de irregularidades
longitudinais, realizada em Brasília no ano de 1982, foi estabelecida a escala IRI
(“Internacional Roughness Index”). O IRI é considerado uma escala de referência
transferível para todos os sistemas de medição.
O IRI pode ser definido a partir de um perfil levantado por nível e mira ou um
equipamento similar, realizado em trilhas de rodas, com a finalidade de simular os
deslocamentos verticais induzidos dos deslocamentos de um quarto de carro. Este índice
é expresso pela relação entre os movimentos acumulados pela suspensão do veículo e a
distância percorrida por ele, a unidade do IRI é metros por quilometro (m/km).
Os conceitos de QI e IRI são bastante similares e, na prática, eles são altamente
correlacionados. Uma expressão aproximada entre QI e IRI á dada por:
QI(cont/km) = 13 IRI(m/km)
No Brasil, no que diz respeito às estradas pavimentadas, os valores de IRI são
classificados em faixas de qualidade, desde 1m/km, para estradas excelentes, até valores
superiores a 5m/Km, para vias muito ruins. Porém, existem diferentes classificações
quanto aos valores limites destinados a avaliar um determinado pavimento a partir da
irregularidade longitudinal, conforme mostrado na Tabela 3.3 (SOUZA et al., 2002).
70
Tabela 3.3 – Faixas de classificação de irregularidade com base no IRI (SOUZA et al
Figura 5.4– Exemplo dos ciclos de carga e descarga observados para a célula no
10549
Figura 5.5– Exemplo da curva média dos ciclos de carregamento e descarregamento
para a conversão das leituras de mV para kg para a célula no 10549
0,0
500,0
1000,0
1500,0
2000,0
2500,0
3000,0
3500,0
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0
Leituras (mV)
Car
rega
men
to (k
g)
Carregamento 1 Carregamento 2 Carregamento 3
y = 152,59x - 196,77R2 = 0,9999
-500,0
0,0
500,0
1000,0
1500,0
2000,0
2500,0
3000,0
3500,0
0,0000 5,0000 10,0000 15,0000 20,0000 25,0000
Leitura (mV)
Car
ga (k
g)
Leitura Média (mV) Linear (Leitura Média (mV))
99
Figura 5.6– Exemplo da dispersão dos resultados do carregamento da célula no 10549
Cabe aqui fazer um comentário sobre o comportamento das células instaladas no trecho
experimental de pavimentos intertravados. Todas as células, dois meses após a
instalação começaram a apresentar um comportamento irregular na medida das tensões.
Optou-se, então, pela abertura do pavimento e retirada das células. Constatou-se que
todas as células apresentavam-se enferrujadas no anel superior e no contato entre os
dois anéis que compõe as células. Devido a estes problemas os ensaios de transmissão
de tensões no trecho experimental foram suspensos e os instrumentos trazidos
novamente ao laboratório para limpeza e nova calibração. Na nova calibração notou-se
que todas as células tiveram uma grande diferença entre a primeira e segunda calibração
no anel dinamométrico. Relata-se, ainda, que as células de carga 10818 e 10822 foram
danificadas neste experimento, porém a célula 10822 foi recuperada pelos técnicos do
laboratório de Geotecnia da COPPE. A Figura 5.7 mostra os detalhes das células de
carga após a retirada do trecho experimental.
Outro comentário sobre a calibração dos instrumentos deve ser feito devido aos
experimentos realizados no painel experimental, que era submetido a uma compactação
dinâmica por, aproximadamente, uma hora em cada montagem do pavimento. Temia-se
que algumas das células utilizadas apresentassem um comportamento não satisfatório
entre a realização de ensaios consecutivos. Portanto, procedeu-se à realização de novas
calibrações dos instrumentos após alguns ensaios. Foram realizadas mais duas
-50,0000
-40,0000
-30,0000
-20,0000
-10,0000
0,0000
10,0000
20,0000
30,0000
40,0000
50,0000
0 5 10 15 20 25
100
calibrações dos equipamentos em uso, que mostraram um bom comportamento quanto à
aplicação de cargas dinâmicas em laboratório. A Tabela 5.3 apresenta os valores
encontrados para as constantes de calibração dos instrumentos utilizados no painel e no
trecho experimental. Valores estes, obtidos através da calibração das células de carga
para a conversão das medidas obtidas dos instrumentos (mV) para as leituras desejadas
(kg).
Figura 5.7– Aspecto das células de carga após a sua retirada do trecho experimental
Tabela 5.3– Constantes de calibração das células de carga em laboratório
Célula de Carga 1a Calibração 2a Calibração 3a Calibração 4aCalibração
10548 937,90 153,48 143,64
10549 962,10 147,05 152,59 146,81
10550 961,40 148,77 152,62 150,05
10815 940,00 152,38 154,44 153,01
10816 927,10 149,71 147,00 147,00
10817 967,90 180,34
10818 967,80
10821 973,10 147,65 151,64 148,03
10822 958,50 149,27 148,04
10823 978,50 153 159,39 154,35
101
5.2.1.1 Teste Realizado no Setor de Modelos Físicos
Foi realizada a montagem do painel de solos reforçados com 1,5m de altura da areia
padrão e instaladas as 10 células de carga em locais aleatórios no interior da última
camada da areia de quartzo. Foi montado o sistema de carregamento, com os colchões
de ar, e o sistema de reação. Aplicavam-se carregamentos no topo de até 100kPa, em
incrementos constantes e com intervalos de 10kPa. Através do equipamento de
aquisição de dados, realizavam-se as leituras das células de carga. A Figura 5.10(a)
representa a distribuição das células na camada de areia antes do preenchimento e da
montagem do sistema de carregamento.
Notou-se uma boa repetibilidade dos dados dos instrumentos instalados no painel de
solos reforçados, quando submetidos às tensões provenientes dos colchões de ar, mesmo
a baixos carregamentos de 10kPa (0,1kgf/cm2), a Figura 5.8 apresenta o resultado
obtido de uma das células de carga instaladas no painel experimental.
Figura 5.8– Célula de carga 10549, quando submetida ao teste de carga distribuída
realizado no painel de solos reforçados
-7,00E-05
-6,00E-05
-5,00E-05
-4,00E-05
-3,00E-05
-2,00E-05
-1,00E-05
0,00E+00
1,00E-05
2,00E-05
2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Tempo de Coleta de Dados (s)
Lei
tura
s Pro
veni
ente
s da
Cél
ula
de C
arga
(mV
)
102
5.2.1.2 Teste realizado com o cilindro de CBR
Para verificar o comportamento das células de carga em um meio com densidade
diferente daquela da areia de quartzo, foi utilizado um cilindro de CBR com solo
compactado em cujo interior foi instalado uma célula. Procedeu-se da seguinte maneira
para realizar a compactação do solo e a colocação do instrumento:
• Preencheu-se uma parte de um cilindro de CBR com solo argiloso e no interior
do cilindro, instalou-se uma das células;
• Completou-se a altura do cilindro com o mesmo solo;
• Foi adotada a compactação estática, para que a compactação dinâmica não
viesse a danificar o instrumento durante a compactação do solo;
• Foram aplicados carregamentos na superfície do solo pela mesma prensa na
qual foi realizada a calibração das células de carga, e medidas as respostas da
célula.
Apesar do solo estar confinado em um ambiente de pequenas dimensões, este foi apenas
um teste para verificar o comportamento do equipamento em um meio sólido, não sendo
considerados os efeitos resultantes das paredes do cilindro, da compactação e da fiação.
As respostas verificadas neste teste mostraram um bom comportamento da célula. A
Figura 5.9 apresenta a resposta da célula de carga 10818 quando submetida a
carregamentos no interior do cilindro CBR.
Figura 5.9 – Teste realizado no cilindro CBR na célula de carga 10818
103
A Figura 5.10(b) mostra a célula de carga sendo colocada no cilindro de CBR e a prensa
utilizada para a compactação do solo.
Figura 5.10– Esquema da colocação dos sensores nos testes realizados com as células
de carga no interior dos solos
5.2.2 Calibração do LVDT
O LVDT utilizado foi da marca WH (“Wykehan Farrance”) fabricado na Inglaterra, a
Figura 5.11 mostra o LVDT utilizado, este possui a capacidade de deslocamentos de
10mm, foi calibrado no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ com um
micrômetro com capacidade de medidas de 0,1mm. Notou-se uma boa repetibilidade
das leituras. Para a calibração foi construída a Tabela 5.4, com os valores obtidos da
leitura do LVDT, e a Figura 5.12 com os valores médios medidos das leituras.
Figura 5.11 – LVDT utilizado na pesquisa
(a) Esquema do teste realizado no Setor de Modelos Físicos
(b) Esquema do teste realizado no
cilindro CBR
104
Tabela 5.4- Exemplos dos ciclos de deformação e as leituras obtidas pelo LVDT
Figura 5.12– Valores médios da deformação medidos com o LVDT
5.3 Aquisição de Dados Provenientes dos Instrumentos Utilizados na Pesquisa
Para a aquisição dos sinais provenientes dos instrumentos utilizados, foi adquirido um
equipamento da marca HP (“Hewlet-Packard”), chamado “Agilient 34970A” que foi
responsável pela aquisição dos dados provenientes das células de carga e do LVDT. O
cartão de memória do equipamento tem capacidade para adquirir os sinais de até
y = 0,1894x - 0,5814R2 = 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,000 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000
Leitura (mV)
Def
orm
ação
(mm
)
Média Linear (Média)
105
dezesseis instrumentos simultaneamente, possuindo ainda cartões de memória
adicionais de até trinta e dois sinais.
Os sinais captados pelo equipamento foram transferidos, após a leitura, para um
computador Pentium 200Mhz, equipado com o Software “BenchLinck Data Logger”,
fornecido pelo fabricante do equipamento, responsável pelo arquivamento dos sinais;
podia-se acompanhar o incremento de tensões na tela do computador por meio de
gráficos e tabelas que o programa disponibiliza. A Figura 5.13 apresenta uma das telas
do programa.
Figura 5.13– Tela do programa de aquisição de sinais provenientes dos instrumentos
A alimentação dos instrumentos era feita por uma fonte estabilizada, que permitia o
controle da voltagem de alimentação dos instrumentos, instantaneamente, na face da
fonte. A Figura 5.14 apresenta os equipamentos utilizados para a recepção dos dados
coletados dos instrumentos.
106
Figura 5.14– Equipamentos utilizados para coleta de sinais dos instrumentos utilizados
O tratamento dos dados foi realizado no Software “Excel”, pois o programa
“BenchLinck Data Logger” cria uma porta direta para este, ficando assim mais fácil o
tratamento dos dados adquiridos dos instrumentos.
5.4 Experimentos Realizados no Setor de Modelos Físicos
5.4.1 Aplicação do Carregamento
Para a aplicação do carregamento na superfície do pavimento, utilizou-se um macaco
hidráulico com capacidade de 10 toneladas força. Para a simulação ficar o mais próximo
possível do real, colocou-se entre o macaco hidráulico e a superfície do pavimento uma
placa metálica de aço com 9cm de raio e área de 254,34cm2, tentando simular o contato
do pneu com o pavimento. Embora a rigidez da placa seja muito maior que a do pneu,
foi escolhida a placa metálica, pois esta já estava disponível no Laboratório de
Geotecnia.
107
O sistema de reação adotado foi o mesmo utilizado para os ensaios de solos reforçados,
ou seja, uma viga de aço de aproximadamente 300kg presa na parte superior do local
onde eram realizados o carregamento com o macaco. Com este sistema de reação, as
cargas aplicadas poderiam chegar até 8 toneladas força, caso fosse necessário.
A carga aplicada pelo macaco na placa era verificada através de uma célula de carga
posicionada entre a placa e o macaco. A célula utilizada para a verificação do
carregamento aplicado era do mesmo modelo das que foram utilizadas para o registro
das tensões transmitidas. O carregamento foi levado até a carga que submeteu o
pavimento a uma pressão de aproximadamente 0,56MPa (5,6kgf/cm2). Porém, devido à
aplicação manual do carregamento, esta pressão, na maioria dos casos, ultrapassou a
planejada chegando, em alguns ensaios, até 0,8 MPa (8kgf/cm2). A montagem do
sistema de aplicação do carregamento e do sistema de reação é apresentado na Figura
5.15.
Figura 5.15– Vista do sistema de aplicação do carregamento nas PPC e do sistema de
reação nos arranjos realizados no Painel de Modelos Físicos
5.4.2 Instalação das Células de Carga
As células de carga foram instaladas na interface do colchão de areia e da areia de
quartzo, utilizada normalmente nos ensaios de solos reforçados, que nestes
Viga de Reação
Macaco Hidráulico
Célula de Carga
108
experimentos funcionou como camada adjacente ao revestimento de blocos de concreto.
Foi instalado um conjunto de três células de carga para cada uma das simulações
apresentadas na Tabela 5.1.
As células foram dispostas a distâncias iguais entre si, partindo do centro de aplicação
do carregamento e variando 10cm de distância entre seus centros, resultando na seguinte
configuração: uma célula no centro de aplicação do carregamento, uma a 10cm do
centro e a terceira a 20cm do centro de aplicação do carregamento. Assim sendo, optou-
se por denominá-las, respectivamente, de “centro”, “10” e “20”, fazendo assim uma
referência ao local onde se encontravam. Todas as células foram niveladas entre si e
alinhadas em cada uma das montagens realizadas. A Figura 5.16 apresenta um exemplo
de uma das etapas de colocação das células.
Figura 5.16– Exemplo da instalação das células de carga no painel experimental
5.4.3 Montagem do Pavimento Intertravado
Para a montagem do revestimento para os experimentos no painel, primeiramente
realizou-se o nivelamento e a compactação da areia de quartzo, Figura 5.17(a), e após,
para evitar a contaminação desta com a areia do colchão colocou-se uma lona plástica
preta entre estas duas camadas.
109
Colocada a lona plástica, realizava-se a distribuição e o nivelamento da areia destinada
ao colchão, conforme as espessuras previstas para o experimento, (Figura 5.17(b)),
tomando o cuidado para esta não ser tocada após o nivelamento. Realizada esta etapa, as
PPC eram assentadas conforme o modelo pré-estabelecido pela ordem dos ensaios,
(Figura 5.17(c)), e a colocação das peças era sempre iniciada por um dos cantos vivos.
Como descrito no capítulo 4, o painel experimental possui uma área superficial de 6m2 e
devido ao grande número de montagens decidiu-se dividir a área superficial em duas e
confeccionar o revestimento de PPC com os dois formatos de peças que se tinha à
disposição (retangular e dentada) para cada experimento em apenas uma montagem.
Com esta formação podia-se estudar a influência do formato das peças para um mesmo
modelo de assentamento e espessura do colchão de areia (Figura 5.17(d)).
Concluída a operação de assentamento dos blocos, o pavimento era submetido à
compactação, ou vibração, com a ação de uma placa vibratória. Segundo CARVALHO
(1993) a compactação deve ser realizada em duas fases descritas a seguir:
• Compactação Inicial: realizada após a colocação dos blocos, possuindo como
principais funções: rasar os blocos, dar inicio ao adensamento da camada de
areia sob os blocos e induzir a penetração dos blocos na camada inferior,
fazendo com que a areia penetre nas juntas laterais dos blocos de modo a
produzir o intertravamento. Nesta, deve-se passar a placa vibratória no mínimo
duas vezes em cada direção;
• Compactação Final: realizada após a selagem das juntas, possuindo a função
de dar firmeza ao pavimento. Deve ser realizada com o mesmo equipamento e
da mesma forma da anterior, com a diferença que a placa vibratória deve ser
passada no mínimo quatro vezes em cada direção.
110
Figura 5.17– Aspectos da montagem dos arranjos testados no Painel Experimental
Segundo CARVALHO (1993) e SHACKEL, (1990), a passagem do tráfego contribui
para completar a selagem das juntas e para estabilizar as deformações permanentes.
Portanto, optou-se por uma seqüência de compactação diferente da descrita acima,
procurando simular também o efeito da passagem do tráfego sobre o pavimento,
acrescentando uma energia maior na compactação final. A Figura 5.18 apresenta um
exemplo da fase de distribuição da areia de selagem e da compactação sendo realizada.
Assim, a seqüência de compactação realizada no experimento foi a seguinte:
• Compactação Inicial: realizada após o assentamento dos blocos, por um
período de 15 minutos, passando a placa vibratória em todas as direções e
sentidos;
(a) Compactação da Areia de
Quartzo
(b) Distribuição e Nivelamento do
Colchão de Areia
(c) Colocação das PPCs no Modelo
Pré-definido
(d) Aspecto do revestimento com os
dois formatos de peças
111
• Compactação e Selagem das Juntas: realizada em três etapas de 5 minutos,
totalizando 15 minutos. Antes de cada uma das três etapas, foi distribuída sobre
o pavimento a areia destinada à selagem das juntas, procurando-se, também,
efetuar a passagem da placa vibratória em todas as direções e sentidos;
• Compactação Final: etapa realizada em um período de 30 minutos, podendo
ser dividida em duas etapas de 15 minutos, as quais destinavam-se única e
exclusivamente a estabilizar as deformações permanentes e simular, ainda que
em um processo não usual, a passagem do tráfego.
Figura 5.18– Aspectos da fase de compactação e selagem das juntas
A Figura 5.19 mostra, esquematicamente, uma seção transversal do painel de Modelos
Físicos com a montagem dos arranjos para o experimento com as PPC desta pesquisa,
após as etapas descritas anteriormente.
112
Figura 5.19– Painel de solos reforçados após todas as etapas construtivas
5.4.4 Os Blocos de Concreto Utilizados nos Ensaios Realizados no Setor de
Modelos Físicos
Como dito anteriormente, foram utilizados dois formatos de blocos (retangular e
dentado) em quatro espessuras no formato dentado (40, 60, 80 e 100mm) e duas
espessuras no formato retangular (60 e 80mm). No formato retangular as peças de
espessura 40mm e 100mm, segundo informações do fabricante, não são fabricadas
comercialmente, portanto não foram utilizadas na presente pesquisa. A Figura 5.20
mostra um detalhe dos blocos utilizados na pesquisa.
Os blocos de concreto foram doados para a pesquisa pela empresa PAVIBLOCO Pré-
Moldados de Concreto S.A, localizada no Bairro de Santa Cruz, no município do Rio de
Janeiro, que, além da produção de peças de concreto para pavimentação, fabrica blocos
de concreto para a construção civil (blocos de vedação e blocos estruturais), blocos
vazados (pavigrama ou eco-pave) e meios-fios.
VIGA DE REAÇÃO
AREIA DE QUARTZO
170
130
10
5
ATUADOR HIDRÁULICOCÉLULA DE CARGA
PLACA METÁLICA
CÉLULAS DE CARGA
COLCHÃO DE AREIA
200
10 10
REVESTIMENTO DE PPC
desenho esquemáticosem escala-cotas em cm
113
Figura 5.20– Blocos de concreto utilizados nesta pesquisa
Segundo a PAVIBLOCO, os blocos foram produzidos conforme as normas NBR 9780 e
9781/87, porém atendendo à resistência mínima de 25MPa de resistência à compressão.
Eles foram inspecionados na chegada ao laboratório e os lotes de 3,5m2 foram
aprovados quanto às suas dimensões e não se apresentavam quebrados ou com qualquer
outra falha perceptível a olho nu. Foram realizados outros ensaios nas peças que não
estão especificados pelas normas brasileiras: ensaio de desgaste e de resistência à
derrapagem com o Pêndulo Britânico.
Após os ensaios no Setor de Modelos Físicos, foram separados alguns blocos para
novos ensaios de compressão e de Pêndulo Britânico. Não foram realizados ensaios de
compressão nos blocos virgens.
5.4.4.1 Ensaios de Compressão Axial
Foram realizados ensaios de compressão, pela empresa HOLCIM S.A, no laboratório de
caracterização de materiais em sua sede no município do Rio de Janeiro, nos blocos de
concreto após os experimentos no painel experimental. Deve-se ressaltar a perda de
resistência de alguns blocos, o que pode ter sido ocasionado pela presença de micro-
fissuras em seu interior, resultado da intensa compactação a que foram submetidos.
Observa-se que os blocos de 60mm e 80mm apresentaram os resultados de resistência
mais baixos nestes ensaios, talvez devido ao número maior de carregamentos a que estes
foram submetidos, já que, durante a execução de alguns experimentos ocorreram
Peças Retangulares Peças Dentadas
114
problemas com a fonte de alimentação das células e foi necessário repetir os ensaios nos
arranjos com o colchão de areia de 50mm e a com utilização dos blocos de 60 e 80mm.
A Tabela 5.5 apresenta o resumo dos valores de resistência à compressão dos blocos
após os experimentos, estes ensaios foram realizados na empresa HOLCIM S.A.
Tabela 5.5– Valores de resistência à compressão simples dos blocos de concreto após a
execução dos ensaios no painel experimental
Peças de Concreto
(mm)
Resistência
Característica - fck
(MPa)
40 32,80
60 22,70
80 36,70 Dentada
100 32,90
60 25,80 Retangular
80 28,10
5.4.4.2 Ensaios de Desgaste
Os ensaios de desgaste podem ser realizados com a máquina de desgaste Amsler-Laffon
do Instituto Militar de Engenharia (IME), com o que foi relatado por CRUZ (2003). A
Figura 5.21 mostra a máquina de desgaste, composta basicamente por disco horizontal
de ferro fundido que gira em torno do seu eixo vertical, composta de:
• Dispositivos que mantêm os corpos de prova apoiados sobre a face superior do
disco, sob uma força de 334 N, e os obriga a uma velocidade angular de ¾ de
volta por minuto;
• Dispositivo que deixa cair sobre o disco, junto a cada corpo de prova, água e
areia (partículas com dimensões compreendidas entre 0,2mm e 0,6mm) com
uma vazão de 150g/minuto;
• A carga abrasiva utilizada é a areia normalizada, conforme NBR 7214, de
dimensão dos grãos de 0,3mm;
115
• O ensaio é realizado via seca. Após 250 voltas do disco, é feita a primeira
medição, correspondendo a 250 metros de percurso, e a 500 voltas a segunda
medição correspondendo a 1.000 metros de percurso.
Figura 5.21 - Máquina de desgaste Amsler-Laffon do IME (CRUZ, 2003)
A Tabela 5.6 apresenta alguns resultados de desgaste encontrados por CRUZ (2003) na
máquina Amsler-Laffon. Os resultados expressos estão em função de perda de altura
dos corpos de prova. No presente trabalho foram inseridos os valores de perda de altura
em porcentagem.
HUMPOLA (1996) comenta que o aspecto de cura é um dos fatores de maior influência
na resistência à abrasão das PPC. Relata que é comum estabelecer relações entre a
resistência à compressão e a abrasão sem, contudo, fornecer informações sobre o
processo de cura utilizado. Segundo este autor, os aspectos mais importantes que
influenciam a abrasão das PPC são:
• Inadequada resistência à compressão;
• Agregado de baixa resistência;
• Processo de cura inadequado;
• Período de cura insuficiente.
116
Tabela 5.6 – Valores de desgaste em PPCs com diferentes resistências à compressão
(modificado de CRUZ, 2003)
Desgaste Série
Resistência à
Compressão a 28
dias (MPa)
Amostra Altura
do C.P (mm) (%)
Desgaste
Médio (%)
1 2,531 0,847 33,45
2 3,924 0,251 6,40 1C 21,2
3 2,875 1,262 43,90
27,92
1 3,614 1,084 29,99
2 4,226 0,735 17,40 2C 27,8
3 4,062 0,448 11,03
19,47
1 4,137 0,725 17,52
2 4,104 0,622 15,15 3C 26,3
3 4,467 1,757 39,33
24,00
1 3,907 0,636 16,28
2 5ª 33,1
3
16,28
1 4,559 0,920 20,19
2 5B 29,8
3
20,19
1 4,264 1,086 25,47
2 5C 28,3
3
25,47
BULLEN (1992), em seu estudo de correlação de durabilidade das PPC dentro de uma
produção controlada de PPC, utilizando o mesmo processo de cura, aponta apenas uma
linha de tendência entre abrasão e resistência à compressão, mostrando que com o
aumento da resistência à compressão há de fato uma tendência de aumento da
resistência à abrasão.
CRUZ (2003) ressalta em seu estudo, os resultados de resistência à compressão tiveram
variação relativamente pequena entre os valores máximos e mínimos o que provocou
117
uma concentração de pontos em uma faixa de resistência entre 26,0 a 45 MPa, em
média, para valores dispersos de abrasão. A Figura 5.22 mostra o gráfico que relaciona
as resistências à compressão e à abrasão obtidas, (CRUZ, 2003). Ela indica baixa
correlação entre estas grandezas, ao contrário do que se espera normalmente.
Figura 5.22- Relação entre a resistência à compressão e à abrasão obtida por CRUZ
(2003)
Talvez, por este motivo justifica-se a não inclusão do ensaio de abrasão na norma
brasileira, com a alegação de que o desgaste não teria relação direta com a resistência à
compressão. Por este motivo, também, seria recomendável a investigação de outros
ensaios que viessem, de alguma maneira, a se correlacionar com o desgaste das peças
devido à passagem de cargas ou a inclusão do ensaio de abrasão nas normas brasileiras.
Também foi analisado o desgaste das peças com a atuação da placa vibratória durante a
compactação dos ensaios realizados no painel experimental. Para tanto, foram marcadas
um total de dezoito PPC de 100mm e de 60mm (dentada e retangular), e ao final do
ciclo de compactação foram retiradas seis peças e levadas para o setor de Recepção de
amostras onde foram pesados e comparado o peso dos blocos antes e depois da
compactação. Eram realizados os seguintes passos para determinar o desgaste dos
blocos:
• Foram separados, aleatoriamente, dezoito blocos, de cada formato e espessura;
118
• Destes, nove foram lavados e pesados e os outros nove eram lavados e
submersos em água por 48h Após este tempo suas superfícies foram secas e
pesava-se os blocos;
• Todos os dezoito blocos foram instalados para a realização dos experimentos, e
a cada final de ensaio foram retirados seis e levados ao laboratório, três foram
lavados e pesados e três lavados e submersos em água por 48h, para após
secagem das superfícies serem secados e pesados;
• Foi realizada a comparação dos pesos das amostras, das peças que não foram
submersas e das que foram submersas, antes e depois dos ensaios.
Como eram separadas, inicialmente, dezoito peças e somente foram retiradas seis por
ensaio, verificou-se-se a perda de massa por desgaste devido à placa vibratória após o
final de três ensaios consecutivos. A Figura 5.23 retrata a condição de superfície de dois
blocos, antes e depois dos ensaios, utilizados nos ensaios de desgaste. A Figura 5.24
apresenta os valores de desgaste com a atuação da placa vibratória para os blocos
utilizados na pesquisa realizada no painel experimental.
Figura 5.23 – Superfície de dois blocos utilizados nos ensaios do painel experimental
119
Figura 5.24 – Valores de desgaste dos blocos após a atuação da placa vibratória e carregamento com macaco hidráulico
120
5.4.4.3 Ensaios de Pêndulo Britânico
Os ensaios de Pêndulo Britânico realizados em peças individuais tiveram o objetivo de
determinar a resistência ao escorregamento das PPC utilizadas nos ensaios do painel
experimental. As peças utilizadas para os ensaios não foram submetidas aos ensaios do
painel experimental, portanto não possuíam a superfície desgastada. Foram realizados
ensaios nos blocos, segundo descrito por CRUZ (2003). Os ensaios foram realizados
com a presença de lâmina de água na superfície das peças. A Figura 5.25 mostra a
execução do ensaio e a Tabela 5.7 os resultados obtidos.
Figura 5.25 – Ensaio de Pêndulo Britânico realizado em peças individuais
Os resultados dos ensaios realizados com o Pêndulo Britânico nas peças individuais
estão acima do índice BPN considerado como muito bom recomendado por CRUZ
(2003) (BPN > 0,65). As peças que tiveram os menores valores de BPN foram os blocos
de 40mm de espessura, pois, devido às suas reduzidas dimensões, não comportavam a
largura total do “patim” de borracha.
121
Tabela 5.7 – Resultados dos ensaios de Pêndulo Britânico realizados nas peças
individuais utilizadas no painel experimental
Formato das
Peças
Espessura das
PPC (mm)
Nº das Peças
Ensaiadas BPN Média BPN
1 0,68
2 0,68 Dentada* 40
3 0,66
0,67
1 0,77
2 0,69 Dentada 60
3 0,75
0,74
1 0,71
2 0,70 Dentada 80
3 0,78
0,73
1 0,73
2 0,76 Retangular 80
3 0,70
0,73
5.4.5 Areia Utilizada no Colchão e no Rejunte dos Ensaios Realizados no Setor de
Modelos Físicos
Foram realizados alguns ensaios para a classificação da areia que foi utilizada no
colchão e no rejunte entre os blocos do painel de pavimento intertravado do setor de
Modelos Físicos. Foram realizados ensaios de granulometria e de degradação conforme
descrito no capítulo 2 desta tese.
A mesma areia foi utilizada na confecção do colchão e na selagem das juntas entre as
peças, tomando o cuidado para que a areia fosse passada por um peneiramento na malha
de 4,8mm antes de sua colocação como areia de rejunte e pela peneira de abertura
9,5mm antes de sua colocação na camada inferior das peças. As granulometrias da areia
utilizada para o colchão e para o rejunte podem ser observadas na Tabela 5.8.
122
O ensaio de degradação utilizado para verificar o comportamento da areia quanto à
durabilidade foi o de trituração apresentado por MORI & KARASAHARA (2000), cujo
resultado foi expresso em % passante antes e depois do ensaio na peneira 0,075mm.
Optou-se pela realização deste ensaio pela sua facilidade e pela disponibilidade de todos
os equipamentos necessários para sua execução, o que não acontece para os outros
ensaios que necessitam de materiais especiais para sua execução. Os resultados deste
ensaio estão apresentados na Tabela 5.9.
Tabela 5.8 – Granulometria da areia utilizada para o colchão e para o rejunte nos
experimentos realizados no Setor de Modelos Físicos
Colchão de Areia Areia do Rejunte Abertura das
Peneiras (mm) % Passante Recomendado
pela ABCP % Passante
9,5 100 100 100
4,8 99 95 a 100 100
1,2 80,69 50 a 85 80,69
0,6 48,05 25 a 60 48,05
0,3 16,88 10 a 30 16,88
0,15 5,01 5 a 15 5,01
0,075 1,17 0 a 10 1,17
Tabela 5.9 – Resultado do ensaio de degradação para a areia utilizada nos ensaios
realizados no painel experimental
Antes do Ensaio Após o Ensaio Amostra % Passante na Peneira
0,075
% Passante na Peneira
0,075
Diferença
Entre os
Ensaios (%)
1 1,09 2,97 1,88
2 1,25 3,01 1,76
Comparando os resultados obtidos na análise da degradação da areia utilizada nos
experimentos do painel experimental e os valores recomendados por KNAPTON (1997)
123
para os limites aceitáveis para o ensaio de degradação Lilley and Dowson,verifica-se
que a areia utilizada passaria no critério de % máxima passante após o ensaio (15%) e
na % máxima de diferença antes e depois do ensaio (5%), apresentadas na Tabela 2.4.
5.4.6 Transmissão de esforços da superfície do pavimento de PPC para a camada
de base
Primeiramente, montou-se o sistema de reação para a aplicação do carregamento e
colocou-se, na seguinte ordem: a placa circular de aço, a célula de carga e o macaco
hidráulico, conforme mostrado na Figura 5.9. Depois dos passos descritos, partiu-se
para a realização dos ensaios propriamente ditos. As tensões foram verificadas
diretamente no sistema de aquisição de dados e aplicaram-se incrementos de tensões até
atingir-se aproximadamente 5,6kgf/cm2 (0,56MPa), na superfície do pavimento. No
mesmo instante, foram registrados os dados das três células de cargas, instaladas na
interface da areia do colchão e da areia de quartzo, nas distâncias já descritas. Os
resultados destes ensaios estão apresentados no capítulo 6.
5.4.7 Determinação dos Deslocamentos Verticais e Horizontais
Para a determinação dos deslocamentos entre os blocos do pavimento intertravado, foi
utilizado um dispositivo tipo “Crack Activity Meter” (medidor de atividade de trincas -
CAM), representado na Figura 5.26, desenvolvido pelo Instituto Nacional de
Transportes da África do Sul, que é um medidor de deslocamentos que permite efetuar
medições dos movimentos verticais e horizontais entre as paredes de uma trinca. Os
movimentos são medidos por LVDTs. O primeiro LVDT instalado na posição
horizontal, mede o deslocamento relativo na direção horizontal e o segundo na posição
vertical mede o movimento relativo na direção vertical entre as paredes da trinca
(VILCHEZ, 2002).
No caso da utilização do CAM para a medição dos deslocamentos entre dois blocos
justapostos os LVDTs foram posicionados sobre a placa circular, responsável pela
aplicação de tensões sobre a superfície do pavimento, e o equipamento foi apoiado
sobre um bloco lateral que não recebia diretamente os esforços gerados pela placa. Os
124
ensaios de deslocamento vertical e horizontal foram realizados individualmente. A
Figura 5.27(a) apresenta o ensaio de deslocamento vertical sendo realizado e a Figura
5.27(b) o ensaio de deslocamento horizontal. Os ensaios de deslocamento vertical e o de
deslocamento horizontal estão descritos a seguir.
Figura 5.26 – Medidor de deslocamentos CAM (modificado de VILCHEZ, 2002).
Deslocamento Vertical:
• Monta-se o sistema de reação e de aplicação do carregamento;
• Ajusta-se a placa circular de modo que um bloco lateral a esta não esteja
sofrendo nenhum tipo de solicitação de superfície;
• Posiciona-se o CAM, com o LVDT ajustado na posição vertical, sobre o bloco
que não esteja sofrendo carregamento;
• Posiciona-se o LVDT sobre a placa circular;
• Aplica-se o carregamento e realizam-se as leituras.
Deslocamento horizontal:
• Monta-se o sistema de reação e de aplicação do carregamento;
• Ajusta-se a placa circular de modo que um bloco lateral a esta não esteja
sofrendo nenhum tipo de solicitação de superfície;
125
• Posiciona-se o CAM, com o LVDT ajustado na posição horizontal, sobre o
bloco que não esteja sofrendo carregamento;
• Posiciona-se o LVDT sobre a placa circular;
• Aplica-se o carregamento e realizam-se as leituras.
Figura 5.27 – Ensaios de Deslocamento Realizados
5.4.8 Determinação do esforço de compressão entre os blocos
Para a tentativa de determinação da tensão de compressão entre dois blocos, onde um
era submetido a uma carga externa e outro não, foram realizados os seguintes passos:
• Após a realização de todas as etapas de compactação, retirava-se um bloco do
pavimento (em geral, com dificuldade, devido ao intertravamento);
• Cortou-se o bloco, para o encaixe da célula de carga entre os blocos;
• Recolocou-se o bloco cortado e instalava-se a célula de carga entre os dois
blocos;
• Preencheu-se o espaço vazio com a areia utilizada no colchão, para a
acomodação da areia aplicavam-se alguns golpes manualmente com um martelo
de borracha;
• Montou-se o sistema de reação e de aplicação do carregamento;
• Aplicou-se o carregamento e realizavam-se as leituras.
A Figura 5.28 apresenta os passos para a montagem do experimento para esta medição.
Os resultados destes experimentos estão apresentados no capítulo 6.
(a) Ensaio de Deslocamento Vertical (b) Ensaio de deslocamento horizontal
126
Figura 5.28 – Etapas do ensaio para a determinação dos esforços de compressão entre
os blocos de um pavimento intertravado
127
5.4.9 Ensaio de Drenabilidade ou Permeabilidade Realizados no Painel
Experimental
Com o objetivo de se realizar a comparação da permeabilidade dos revestimentos
criados pelas PPC de várias espessuras de pavimentos intertravados, realizaram-se
algumas medições da permeabilidade no painel experimental. Foram ensaiadas as
quatro espessuras de peças (40, 60, 80 e 100mm) com espessura do colchão de areia de
7,5cm. Também foi ensaiada a permeabilidade do colchão de areia após a retirada das
peças. A Figura 5.29 mostra o esquema do ensaio de drenabilidade sendo realizado no
painel experimental.
Os ensaios foram realizados com uma proveta com capacidade de 1000ml de
armazenamento de água, com área de contato entre a base da proveta e o pavimento de
31,16cm2. Apesar da recomendação da utilização de uma cola de silicone (COOLEY,
1999), para evitar a saída de água entre o contato da base da proveta e a superfície do
pavimento, foi empregada uma graxa de uso automotivo do tipo GMA-2, não solúvel
em água, pois assim evitou-se a espera do tempo de secagem da cola de silicone. Foram
adotados os seguintes procedimentos para a realização do ensaio:
• Limpou-se o local em que seria realizado o ensaio;
• A graxa foi colocada em toda base da proveta, em uma espessura de
aproximadamente 0,5cm;
• Marcou-se o local, no pavimento, onde a proveta ficaria em contato com as
juntas entre os blocos;
• Foi colocada uma camada de graxa nas juntas que estivessem em contato com a
base da proveta;
• Colocou-se a proveta em contato com o pavimento, no local pré-estabelecido;
• Na parte superior da proveta, colocou-se um peso para melhor fixação e
preenchimento dos vazios entre a base da proveta e o pavimento;
• Encheu-se a proveta até uma altura determinada e manteve-se a altura de água
na proveta, por um minuto;
• Completou-se a proveta com água;
• Anotou-se o tempo que a água escoava entre duas alturas pré-definidas;
• Mediram-se as alturas pré-definidas da proveta até o pavimento.
128
Foi adotada a colocação da graxa das juntas, entre os blocos, pois, em alguns casos,
somente a graxa colocada na base da proveta não conseguia penetrar nas juntas e assim
a água expulsava a areia da parte superior das juntas, tendo que reiniciar o ensaio.
A área de contato entre a proveta e o pavimento adotada para o cálculo da
permeabilidade não era toda a área molhada, mas somente a parte pertencente às juntas,
pois se considerou o bloco de concreto impermeável.
Foi realizado, também, o ensaio de permeabilidade da areia do colchão em laboratório,
para a verificação de sua influência na drenabilidade dos pavimentos intertravados. Para
tanto, foram retiradas amostras indeformadas do colchão de areia, com auxilio de um
anel de dimensões conhecidas, para se determinar a densidade da areia após
compactação com a placa vibratória. A partir do valor de densidade medida tentou-se
reproduzir a mesma em laboratório e realizar o ensaio de permeabilidade de carga
constante. Foram realizadas aindavariações do índice de vazios da areia para se tentar
correlacionar a permeabilidade encontrada no painel com a encontrada no laboratório.
Figura 5.29 – Ensaio de permeabilidade realizado no painel experimental
129
Os resultados obtidos no painel experimental estão apresentadas na Tabela 5.10 e os
valores de permeabilidade da areia utilizada no colchão de areia do painel estão na
Tabela 5.11.
Tabela 5.10 – Valores de coeficiente de permeabilidade encontrados no painel
experimental
Espessura da Camada Permeável (mm) Coeficiente de Permeabilidade (cm/s)
PPC 40 3,43x10-1
PPC 60 5,31x10-1
PPC 80 3,50x10-1
PPC 100 1,97x10-1
Colchão de Areia de 65mm (após
compactação) (γ = 1.65) 1,34x10-2
Tabela 5.11 – Valores de coeficiente de permeabilidade para a areia utilizada no
colchão do painel experimental
Massa Especifica
Aparente Seca (g/cm3) Índice de Vazios.
Coeficiente de Permeabilidade
(cm/s)
1,63 0,626 2x10-2
1,67 0,586 1,35x10-2
1,70 0,559 1,03x10-2
130
6 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS DO
PAINEL EXPERIMENTAL
Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos no painel do Setor de
Modelos Físicos. As observações são divididas em itens, nos quais procura-se
identificar quais as melhores configurações dentre as testadas, que foram apresentadas
no capítulo cinco desta tese, no que diz respeito à transmissão de tensões e deformações
encontradas no painel experimental.
Para a análise dos resultados encontrados no painel experimental, dividiram-se os
ensaios realizados (tensão vertical e horizontal e deformação vertical) em diversas
configurações, analisando-se assim, separadamente, as espessuras das PPCs, os arranjos
ou modelos de assentamento, a espessura do colchão de areia e o desenho das peças
correlacionando cada uma destas com as demais. Através destas comparações
pretendeu-se obter, para cada uma das análises, qual configuração teria o melhor
desempenho. As comparações realizadas estão apresentadas na Tabela 6.1.
6.1 Análise da Tensão Normal Vertical
Para a análise da tensão normal vertical foram realizados 32 ensaios de transmissão de
esforços verticais para a camada de base, com as células de carga instaladas nas
posições relatadas anteriormente (“centro”, “10” e “20”). Os detalhamentos destes
ensaios estão apresentados no capítulo cinco.
131
Tabela 6.1– Comparações realizadas entre os ensaios de transmissão de esforços
Modelos de Assentamento Espessura da PPC
Espessura do
Colchão de
Areia
Desenho da PPC
Espinha de Peixe Trama Linear 40mm 60mm 80mm 100mm 50mm 75mm Dentada Retangular
Espinha de Peixe
Trama Modelos de
Assentamento Linear
Ensaios Realizados Ensaios
Realizados
Ensaios
Realizados 40mm
60mm
80mm
Espessura das
PPC
100mm
Ensaios Realizados Ensaios
Realizados
Ensaios
Realizados 50mm Espessura do
Colchão de Areia 75mm Ensaios Realizados Ensaios Realizados Ensaios
Realizados Retangular
Desenho das PPC Dentada
Ensaios Realizados Ensaios Realizados Ensaios
Realizados
132
A Tabela 6.2 apresenta os valores de tensões transmitidas da superfície do pavimento
intertravado, sob a pressão aplicada de 6kgf/cm2 (0,6MPa) por placa rígida de 18cm de
diâmetro, para as células de carga instaladas na interface da base de areia de quartzo
com o colchão de areia. A partir desta tabela, foram montadas as figuras comparativas
descritas a seguir e feitas as comparações referidas na Tabela 6.1.
Como descrito no capítulo cinco, a aplicação de carga com o macaco manual fez com
que os valores máximos atingidos em cada experimento fossem variados. Portanto para
a análise deste capítulo foi escolhida a pressão de 6kgf/cm2 (0,6MPa), que foi atingida
em todos os arranjos e foi possível tomar os valores lidos numa mesma base de
comparação.
Foram realizados apenas dois ensaios de transmissão de esforços utilizando PPCs de
40mm de espessura, sendo ambos com peças dentadas e utilizando dois modelos de
assentamento (espinha de peixe e trama), os resultados observados destes dois
experimentos estão descritos a seguir. A Figura 6.1 apresenta os resultados das pressões
lidas na base com PPCs de espessura de 40mm.
Nas PPCs de 60mm foram realizados doze ensaios de transmissão de esforços da
camada de revestimento de blocos intertravados para a camada de base, estes ensaios
foram realizados variando-se o modelo de assentamento (espinha de peixe, trama e
linear), o formato das peças (dentada e retangular) e espessura do colchão de areia (50 e
75mm). A Figura 6.2 apresenta as pressões lidas na base com arranjos de PPCs com
espessura de 60mm.
Para a determinação das tensões transmitidas nas PPCs de 80mm foram realizados doze
experimentos de transmissão de esforços da camada de revestimento de peças
intertravados para a camada de base, estes experimentos foram realizados variando-se o
modelo de assentamento (espinha de peixe, trama e linear), o formato das peças
(dentada e retangular) e espessura do colchão de areia (50 e 75mm). A Figura 6.3
apresenta as pressões lidas na base das PPCs com espessura de 80mm.
133
Tabela 6.2 - Tensões transmitidas da superfície do pavimento carregado com 6kgf/cm2 para as células de carga instaladas na interface da base
com o colchão de areia
134
Figura 6.1– Pressões Lidas na base dos arranjos das PPCs de Espessura 40mm
Comentários sobre a utilização de PPC de 40mm:
• Foi observado um melhor comportamento do modelo de assentamento espinha
de peixe na posição de leitura “centro”, porém na posição “10” o modelo de
assentamento trama teve melhor desempenho;
• O modelo de assentamento espinha de peixe transmitiu para a camada de base
83,3%, 70% e 6,7% do carregamento aplicado na superfície para as células
instaladas na camada de base no centro, a 10cm e a 20cm, respectivamente, do
centro da aplicação do carregamento;
• O modelo de assentamento trama transmitiu para a camada de base 90%, 45% e
5% do carregamento aplicado na superfície para as células instaladas na camada
de base no centro, a 10cm e a 20cm, respectivamente, do centro da aplicação do
carregamento;
0
1
2
3
4
5
6
Espinha de Peixe - Dentada Trama - Dentada
Modelo de Assentamento e Formato da Peças
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mm
135
Figura 6.2- Pressões Lidas na base das PPCs com Espessura de 60mm
Comentários sobre a utilização de PPC de 60mm:
• Para todos os modelos de assentamento e formato das peças, a espessura do
colchão de areia que levou o melhor comportamento foi o de 50mm;
• Para o formato de peças dentadas e com colchão de areia de 50mm o arranjo de
assentamento que teve melhor comportamento foi o fileira, que transmitiu 60%,
13,3% e 3,3% para as células instalada nas posições “centro”, “10” e “20”
respectivamente, seguido pelo de espinha de peixe (53,3%; 40% e 5%) e pelo de
trama (56,7%; 40% e 6,7%);
• Para o formato de bloco retangular e com colchão de areia de 75mm,
observaram-se comportamentos semelhantes para o modelo de assentamento
espinha de peixe 58,3%, 21,7% e 3,3%, para o modelo trama 58,3% 20% e 5%
e para o modelo fileira 60% 16,75 e 5%. Em comparação com as tensões
transmitidas pelo colchão de areia de 50mm, esses valores tendem a ser maiores
–para o arranjo espinha de peixe 40%, 13,3% e 3,3%, para o arranjo trama
38,3% 25% e 11,7% e para o arranjo fileira 55%, 33,3% e 16,7%;
0
1
2
3
4
5
6
Espinha de Peixe- Dentada
Trama - Dentada Fileira - Dentada Espinha de Peixe- Retangular
Trama -Retangular
Fileira -Retangular
Modelo de Assentamento e Formato da Peças
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mmCentro, colchão de areia 75mm 10, colchão de areia 75mm 20, colchão de areia 75mm
136
• Nota-se uma grande diferença nas tensões transmitidas para a camada de base a
20cm do centro de aplicação do carregamento nas PPCs retangulares com
colchão de areia de 50mm nos modelos trama e fileira (11,7% e 16,7%) em
relação aos outros arranjos testados;
• O melhor comportamento referente à absorção de esforços das PPC de 60mm
foi observado para o formato de peças dentado e modelo de assentamento
trama;
• O menos favorável para as PPC de 60mm foi observado nas peças de formato
dentado no modelo de assentamento espinha de peixe.
Figura 6.3- Pressões Lidas nas PPCs com Espessura de 80mm
Comentários sobre a utilização de PPCs de 80mm:
• As peças de 80mm de espessura tiveram, aproximadamente, o mesmo
comportamento de transmissão de esforços para a camada de base, na célula de
carga denominada “centro” para o formato de peça dentada nos modelos de
assentamento espinha de peixe (53,3%) e linear (55%). No modelo trama
(61,7%) a transmissão foi um pouco maior que as demais, com colchão de areia
de 50mm, notando-se, porém, poucas diferenças para a célula “10” (28,3%
0
1
2
3
4
5
6
Espinha de Peixe- Dentada
Trama - Dentada Fileira - Dentada Espinha de Peixe- Retangular
Trama -Retangular
Fileira -Retangular
Modelo de Assentamento e Formato da Peças
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mmCentro, colchão de areia 75mm 10, colchão de areia 75mm 20, colchão de areia 75mm
137
espinha de peixe; 20% trama e 25% linear) e para a célula “20” (10% espinha de
peixe; 6,7% trama e 8,3% linear);
• Com a utilização de peças retangulares, as tensões transmitidas não ocorreram
de forma proporcional, tendo uma grande discrepância de resultados
principalmente quando da utilização do modelo de assentamento espinha de
peixe. Nos resultados destes experimentos, nota-se uma grande diferença entre a
célula “centro” e a célula “10” (66,7% e 20%; respectivamente) com colchão de
areia de 50mm;
• O melhor comportamento das PPCs de 80mm foi com a utilização do colchão de
areia de 75mm, exceto para o modelo de assentamento trama, onde com o
colchão de areia de 50mm teve-se melhor desempenho;
• O melhor comportamento referente à transmissão de tensões foi notado com a
utilização de peças retangulares, no modelo de assentamento linear e com
colchão de areia de 75mm (20%; 13,3% e 3,3%); com o colchão de areia de
50mm o melhor comportamento foi notado com a utilização do modelo de
assentamento trama (25%; 5% e 3,3%).
Para a análise de tensões transmitidas com a utilização de blocos de 100mm, as
variáveis foram: modelo de assentamento (espinha de peixe, trama e linear), espessura
do colchão de areia (50 e 75mm) e formato das peças utilizado foi apenas o dentado. As
respostas obtidas a partir destes experimentos estão descritas a seguir. A Figura 6.4
representa as tensões transmitidas a partir das PPC de 100mm.
138
Figura 6.4- Pressões Lidas base dos arranjos com PPCs de espessura de 100mm
Comentários sobre a utilização de PPC de 100mm:
• Nos modelos de assentamento espinha de peixe e fileira o colchão de areia de
50mm levou ao melhor desempenho, tendo-se maiores tensões (20%; 11,7% e
5% -espinha de peixe; 25%; 15% e 5% -fileira), do que com colchão de areia de
75mm (28.3%; 20% e 5% -espinha de peixe; 43.3%; 21.7% e 10% -fileira);
• No arranjo trama, ao contrário dos demais, houve melhor comportamento de
absorção de tensões com colchão de areia de 75mm (30%) do que com colchão
de areia de 50mm (35%), para a célula no centro de aplicação do carregamento,
porém nas outras duas posições, “10” e “20”, o colchão de areia de 50mm
absorveu maiores tensões (21.7% e 8.3% -colchão de areia de 75mm; 15% e 5%
-colchão de areia de 50mm);
• O melhor resultado observado entre os ensaios foi o com modelo de
assentamento espinha de peixe com colchão de areia de 50mm.
Foram realizados onze ensaios utilizando o modelo de assentamento espinha de peixe,
sendo apenas um experimento foi realizado com PPC de 40mm, quatro com PPC de
60mm, quatro com PPC de 80mm e dois com PPC de 100mm. Variou-se, também, o
0
1
2
3
4
5
6
Espinha de Peixe - Dentada Trama - Dentada Fileira - Dentada
Modelo de Assentamento e Formato da Peças
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mmCentro, colchão de areia 75mm 10, colchão de areia 75mm 20, colchão de areia 75mm
139
colchão de areia: de 50mm, para seis experimentos, e 75mm em cinco ensaios.
Realizaram-se ainda variações de formato de peças, utilizando blocos retangulares em
quatro ensaios e blocos dentados em outros sete. As observações resultantes destes
experimentos são relatadas a seguir. A Figura 6.5 apresenta os resultados obtidos a
partir dos experimentos realizados no modelo de assentamento espinha de peixe
Figura 6.5– Pressões lidas com o modelo de assentamento espinha de peixe
Observações sobre a utilização do Modelo espinha de peixe:
• As PPC de 40mm com colchão de areia de 50mm apresentaram os resultados
menos satisfatórios como esperado devido a pequena espessura, transmitindo
83,3%; 70% e 6,7% para os três pontos de coleta de dados, juntamente com as
PPC de 60mm de formato dentada e colchão de areia de 75mm, cujos resultados
não foram muito diferentes dos blocos de 40mm, absorvendo 83,3%; 58,3% e
8,3%, resultados não esperados;
• Os blocos de 60mm apresentaram melhor desempenho com colchão de areia de
50mm e com peças retangulares (53,3%; 40% e 5% -peças dentadas; 40%;
13,3% e 3,3% -peças retangulares), com colchão de areia de 75mm as peças
retangulares tiveram, também, melhor comportamento (83,3%; 58,3% e 8,3% -
peças dentadas; 58,3%; 21,7% e 3,3% -peças retangulares);
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mmCentro, colchão de areia 75mm 10, colchão de areia 75mm 20, colchão de areia 75mm
140
• Nas peças de 80mm, o melhor comportamento foi verificado com a utilização de
colchão de areia de 75mm e blocos retangulares (41,7%; 33,3% e 3,3% -blocos
dentados; 28,3%; 13,3% e 3,3% -blocos retangulares), com a utilização de
colchão de areia de 50mm as peças dentadas obtiveram um comportamento
melhor que as peças retangulares (53,3%; 28,3% e 10% -blocos dentados;
66.7%; 20% e 6,7% -blocos retangulares);
• O melhor desempenho das peças de 100mm foi verificado com a utilização de
um colchão de areia com 50mm de espessura (20%; 11,7% e 5%), com colchão
de areia de 75mm, apesar de terem um comportamento menos favorável,
apresentou resultados mais favoráveis que os demais ensaios das outras peças
(28,3%; 20% e 5%);
Para os ensaios com modelo de assentamento trama, foram realizados onze
experimentos de transmissão de esforços da camada de revestimento de blocos de
concreto para a camada de base, destes apenas um foi realizado com PPC de 40mm de
espessura, quatro com PPC de 60mm, quatro com PPC de 80mm e dois com PPC de
100mm, ainda realizaram-se variações com o colchão de areia, cinco experimentos com
75mm e seis com colchão de 50mm de espessura. As observações dos resultados destes
ensaios estão descritas a seguir. A Figura 6.6 apresenta os valores de tensões
transmitidas pelo modelo de assentamento trama.
Observações sobre a utilização do Modelo de assentamento trama:
• As peças de 40mm com colchão de areia de 50mm e as peças dentadas de 60mm
com colchão de areia de 75mm obtiveram os resultados menos satisfatórios,
transmitindo, respectivamente em cada um dos pontos selecionados, 90%; 45% e
5% -PPC de 40mm e 75%; 41,7% e 8,3% -PPC 60, pode-se ainda relatar que no
ponto “10” as PPC de 60mm transmitiram menores tensões, e no ponto “20” as
peças de 60mm transmitiram maiores tensões que as peças de 40mm;
• Nas peças de 60mm os blocos retangulares apresentaram melhor desempenho
que os blocos dentados nos pontos de medição de tensões na camada de base,
assim como o colchão de areia de 50mm apresentou melhor desempenho que o
colchão de 75mm;
141
Figura 6.6– Pressões Lidas no Modelo de Assentamento Trama
• As peças de 80mm apresentaram um comportamento irregular, pois no formato
retangular o colchão de areia de 50mm teve melhor comportamento (25%; 5% e
3%), já com a utilização de peças dentadas o melhor desempenho foi observado
no colchão de areia de 75mm (26,7%; 20% e 5%);
• Nas PPC de 100mm o colchão de areia de 75mm teve melhor distribuição no
centro das tensões aplicadas na superfície (30% 21,7% e 8,3%), quando
comparadas com o colchão de areia de 50mm (35%; 15% e 5%); apesar de se
observar menores tensões nos pontos “10” e “20” no colchão de areia de 50mm
a distribuição no colchão de areia de 75mm foi mais proporcional nos três
pontos de leituras.
No arranjo de assentamento linear, ou fileira, foram realizados dez experimentos de
transmissão de tensões, estes foram divididos em quatro ensaios com PPC de 60mm,
quatro com PPC de 80mm e dois com PPC de 100mm, variando-se, também, o colchão
de areia de 50mm, em cinco ensaios, e 75mm, em outros cinco ensaios, com o formato
das peças retangular foram quatro ensaios, e o formato dentada em cinco experimentos.
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mmCentro, colchão de areia 75mm 10, colchão de areia 75mm 20, colchão de areia 75mm
142
As respostas observadas destes ensaios estão descritas a seguir. A Figura 6.7 representa
os resultados dos experimentos realizados no arranjo linear.
Figura 6.7– Pressões Lidas no Modelo de Assentamento Linear
Observações sobre a utilização do Arranjo de assentamento linear ou fileira:
• Os blocos de 60mm apresentaram melhor desempenho no formato dentada do
que no retangular com colchão de areia de 50mm (25%; 13,3% e 3,3% -formato
dentada; 55%; 33,3% e 16,7% -formato retangular), no colchão de areia de
75mm os comportamentos dos formatos foi muito parecido para o primeiro
ponto de coleta de dados, ocorrendo uma diferença muito significativa para os
demais pontos (55%; 33,3% e 16,7% -colchão de 50mm; 60% 16,7% e 5% -
colchão de 75mm);
• Nos blocos de 80mm foi observado melhor comportamento, em ambos os
formatos de peças, do colchão de areia de 75mm do que o colchão de areia de
50mm;
• Nos blocos de 80mm, o arranjo com peças retangulares e colchão de areia de
75mm, apresentou melhor distribuição de tensões nos três pontos (20%; 13,3% e
3,3%) apesar do colchão de areia de 50mm apresentar no ponto “10” maior
absorção e nos outros pontos, “centro” e “20”, menor (41,7%; 10% e 6,7%);
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mmCentro, colchão de areia 75mm 10, colchão de areia 75mm 20, colchão de areia 75mm
143
• As PPC de 100mm, apresentaram melhor comportamento com colchão de areia
de 50mm, realizando, também, uma melhor distribuição (25%; 15% e 5%), já
com colchão de areia de 75mm as tensões foram maiores em todos os pontos
analisados (43,3%; 21,7% e 10%);
Com a utilização do colchão de areia de 50mm, foram realizados dezessete
experimentos de transmissão de esforços do revestimento de blocos de concreto para a
camada de base, sendo destes, onze com a utilização de peças dentadas, seis com peças
retangulares, três com PPC de 100mm, seis com PPC de 80mm, seis com PPC de 60mm
e dois com PPC de 40mm; ainda foram ensaiados variações do modelo de assentamento,
cinco experimentos no modelo linear, seis no modelo trama e seis no arranjo espinha de
peixe A Figura 6.8 apresenta os valores de pressão transmitidas do revestimento de
blocos de concreto para a camada de base com a utilização de um colchão de areia de
50mm. Os resultados observados destes experimentos estão comentados a seguir.
Figura 6.8– Pressões Lidas com Colchão de Areia de 50mm
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Espessura das PPC (mm) - Modelo de Assentamento - Formato do Bloco
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
Centro 10 20
144
Observações sobre a utilização do Colchão de areia de 50mm:
• Foi observado um melhor comportamento do modelo de assentamento espinha
de peixe na posição de leitura “centro”, porém na posição “10” o modelo de
assentamento trama teve melhor desempenho. O modelo de assentamento
espinha de peixe transmitiu para a camada de base 83,3%, 70% e 6,7% do
carregamento aplicado na superfície para as células instaladas na camada de
base no centro, a 10cm e a 20cm, respectivamente, do centro da aplicação do
carregamento. O modelo de assentamento trama transmitiu para a camada de
base 90%, 45% e 5% do carregamento aplicado na superfície para as células
instaladas na camada de base no centro, a 10cm e a 20cm, respectivamente, do
centro da aplicação do carregamento;
• Nas PPC de 60mm no formato de peças dentadas o arranjo de assentamento que
teve melhor comportamento foi o linear, que absorveu 60%, 13,3% e 3,3% para
as células instalada nas posições “centro”, “10” e “20” respectivamente, seguido
pelo espinha de peixe (53,3%; 40% e 5%) e pelo trama (56,7%; 40% e 6,7%);
quando os experimentos foram realizados com peças retangulares, os valores
observados para o arranjo espinha de peixe foram de 40%, 13,3% e 3,3%, para
o arranjo trama foram de 38,3% 25% e 11,7% e para o arranjo fileira foram de
55%, 33,3% e 16,7%;
• As peças de 80mm de espessura com formato dentado obtiveram,
aproximadamente, o mesmo comportamento de transmissão de esforços para a
camada de base, na célula de carga denominada “centro” para o formato de peça
dentada nos modelos de assentamento espinha de peixe (53,3%) e linear (55%)
já no modelo de assentamento trama (61,7%) a tensão transmitida foi um pouco
superior, porém, notando-se algumas diferenças significativas para a célula “10”
(28,3% -espinha de peixe; 25% -trama e 25% -linear) e para a célula “20” (10%
-espinha de peixe; 6,7% -trama e 8,3% -linear), com a utilização de peças
retangulares as tensões transmitidas não ocorreram de forma proporcional, tendo
uma grande discrepância de resultados principalmente quando se tem a
utilização do modelo de assentamento espinha de peixe (nos resultados destes
experimentos, nota-se uma grande diferença entre os resultados de 66,7% e 20%
e 6,7%), já o modelo linear (41,7%; 10% e 6,7%) e o trama (25%; 5% e 3,3%)
não tiveram uma diferença tão significativa entre os pontos de coletas dos dados;
145
• Para as PPC de 100mm, o modelo de assentamento que obteve os melhores
resultados foi o espinha de peixe (20%; 11,7% e 5%) seguido pelo linear (35%;
15% e 5%) e o arranjo de assentamento menos favorável foi o trama (35%; 15%
e 5%), nota-se, também, que a tensão transmitida para o ponto “20” em todos os
modelos de assentamento foram os mesmos;
• Os resultados mais satisfatórios foram obtidos com a utilização de PPC dentadas
de 100mm no formato espinha de peixe, para PPC de 80mm o modelo de
assentamento trama com peças retangulares, para os blocos de 60mm o modelo
de assentamento linear com peças dentadas e para PPC de 40mm o arranjo
trama.
Para se realizar a análise de transmissão de tensões, da camada de revestimento do
pavimento intertravado para a camada de base, com a utilização de um colchão de areia
de 75mm foram realizados quinze experimentos, sendo estes divididos em três ensaios
com PPC de 100mm, seis com PPC de 80mm, seis com PPC de 60mm, cinco ensaios
com cada um dos modelos de assentamento (espinha de peixe, trama e linear), nove
ensaios com peças dentadas e sete experimentos com peças retangulares. A Figura 6.9
retrata as pressões lidas nas células de carga instaladas na base para um colchão de areia
de 75mm. Foram obtidas as respostas, a partir destes experimentos, citadas a seguir.
Observações sobre a utilização do Colchão de areia de 75mm:
• Os resultados menos satisfatórios foram obtidos com as PPC de 60mm no
formato de blocos retangular, sendo que o modelo com o menor desempenho foi
o espinha de peixe (83,3%; 58,3% e 8,3%) seguido pelo trama (75%; 41,7% e
8,3%) e como melhor desempenho entre as peças dentadas o linear (58,3%; 25%
e 5,8%). No formato de bloco retangular, todos os experimentos apresentaram
comportamentos semelhantes -para o modelo de assentamento espinha de peixe
58,3%, 21,7% e 3,3%, para o modelo trama 58,3% 20% e 5% e para o modelo
fileira 60% 16,75% e 5%;
• Nas PPC de 80mm no formato dentada, conclui-se que o melhor comportamento
está relacionado ao modelo de assentamento trama (26,7%; 20% e 5%) seguido
pelo linear (35%; 25,25% e 8,3%) e por último o espinha de peixe que
apresentou os resultados menos satisfatórios (41,7%; 33,3% e 3,3%). No
146
formato de bloco retangular, o resultado mais satisfatório foi observado para o
modelo de assentamento linear (20%; 13,3% e 3,3%), que também apresentou o
melhor desempenho entre todos os ensaios realizados, seguida pelo espinha de
peixe (28,3%; 13,3% e 3,3%) e pelo trama (35%; 13,3% e 3,3%);
Figura 6.9– Pressões Lidas com Colchão de Areia de 75mm
• Com a utilização de PPC de 100mm o resultado com melhor absorção de
esforços foi o com a utilização do modelo de assentamento espinha de peixe
(28,3%; 20% e 5%) seguido pelo trama (30%; 21,7% e 8,3%) e linear (43,3%;
21,7% e 10%).
Para realizar-se a comparação da utilização de peças dentadas no que se refere à análise
de tensões transmitidas da camada de revestimento de um pavimento intertravado para a
camada de base foram realizados dezoito experimentos destes dois ensaios foram
realizados com PPC de 40mm, seis com PPC de 60mm, seis com PPC de 80mm, três
com PPC de 100mm, sete no modelo de assentamento espinha de peixe, sete no arranjo
trama, seis no modelo de assentamento linear, onze experimentos com colchão de areia
de 50mm e nove com a utilização de um colchão de areia de 75mm. Os resultados
obtidos destes experimentos estão descritos a seguir. A Figura 6.10 apresenta as
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Espessura das PPC (mm) - Modelo de Assentamento - Formato do Bloco
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
Centro 10 20
147
pressões lidas nos pontos de instalação dos instrumentos com a utilização de peças
dentadas.
Figura 6.10– Pressões Lidas nas Peças de Formato Dentada
Observações sobre a utilização de Peças dentadas:
• As PPC de 40mm tiveram os resultados menos satisfatórios (83,3%; 70% e 6,7%
-para o modelo de assentamento espinha de peixe e 90%; 45% e 5% -para o
arranjo trama) juntamente com os ensaios realizados nas PPC de 60mm com
colchão de areia de 75mm no arranjo espinha de peixe (83,3%; 58,3% e 8,3%) e
no arranjo trama (75%; 41,7% e 8,3%);
• Nas peças de 60mm foi observado melhor comportamento com a utilização de
colchão de areia de 50mm em todos os ensaios realizados;
• O melhor comportamento das peças de 60mm foi o modelo de assentamento
linear com colchão de areia de 50mm (25%; 13,3% e 3,3%);
• Os blocos de 80mm apresentaram comportamento mais satisfatórios com a
utilização do colchão de areia de 75mm; sendo que o melhor comportamento
entre estes ensaios foi o modelo trama (26,7%; 20% e 5%);
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Espessura das PPC (mm) - Modelo de Assentamento
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mmCentro, colchão de areia 75mm 10, colchão de areia 75mm 20, colchão de areia de 75mm
148
• Quando da utilização do colchão de areia de 50mm e blocos de 80mm de
espessura obtiveram, aproximadamente, o mesmo comportamento de
transmissão de esforços para a camada de base, na célula de carga denominada
“centro” para o formato de peça dentada nos modelos de assentamento espinha
de peixe (53,3%) e linear (55%) já no modelo de assentamento trama (55%) a
pressão transmitida foi um pouco maior, porém, nota-se algumas diferenças
significativas para a célula “10” (28,3% espinha de peixe; 25% trama e 25%
linear) e para a célula “20” (10% espinha de peixe; 6,7% trama e 8,3% linear);
• Com a utilização de PPC de 100mm, nos modelos de assentamento espinha de
peixe e fileira o colchão de areia de 50mm obteve melhor desempenho
transmitindo menores tensões (20%; 11,7% e 5% -espinha de peixe; 25%; 15% e
5% -fileira), do que com colchão de areia de 75mm (28.3%; 20% e 5% -espinha
de peixe; 43.3%; 21,7% e 10%-fileira). No arranjo trama, ao contrário dos
demais, teve melhor comportamento de transmissão de tensões com colchão de
areia de 75mm (30%), do que com colchão de areia de 50mm (35%), para a
célula no centro de aplicação do carregamento, porém nas outras duas, “10” e
“20” o colchão de areia de 50mm absorveu mais tensões (21.7% e 8.3% -
colchão de areia de 75mm; 15% e 5% -colchão de areia de 50mm);
Com a utilização de peças retangulares foram realizados doze ensaios de transmissão de
esforços, destes foram realizados oito experimentos com PPC de 60mm, oito com PPC
de 80mm, seis com colchão de areia de 50mm, seis com colchão de areia de 75mm,
quatro com o modelo de assentamento espinha de peixe, quatro com o arranjo trama e
quatro com arranjo de assentamento linear. A Figura 6.11 apresenta os resultados
obtidos destes experimentos. Os resultados observados destes experimentos estão
comentados a seguir.
149
Figura 6.11– Pressões Lidas nas Peças de Formato Retangular
Observações sobre a utilização de Peças retangulares:
• Com a utilização de PPC de 60mm, pode-se notar melhor desempenho com o
colchão de areia de 50mm, o modelo de assentamento trama foi o que teve o
comportamento mais satisfatório seguido pelo espinha de peixe e linear, sendo
que o espinha de peixe fica muito próximo ao trama;
• Quando se compara as PPC de 60mm com colchão de areia de 75mm nota-se um
comportamento muito próximo em todos os modelos de assentamento (para o
modelo de assentamento espinha de peixe 58,3%, 21,7% e 3,3%, para o modelo
trama 58,3% 20% e 5% e para o modelo fileira 60% 16,75 e 5%);
• Nas PPC de 80mm as tensões transmitidas não ocorreram de forma
proporcional, tendo uma grande discrepância de resultados principalmente
quando se tem a utilização do modelo de assentamento espinha de peixe. Nos
resultados destes experimentos, nota-se uma grande diferença entre a célula
“centro” e a célula “10” (66,7% e 20%; respectivamente) com colchão de areia
de 50mm;
• O melhor comportamento das PPCs de 80mm, foram com a utilização do
colchão de areia de 75mm, exceto para o modelo de assentamento trama, onde o
colchão de areia de 50mm teve melhor desempenho;
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1
2
3
4
5
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60 - Espinha dePeixe
60 - Trama 60 - Linear 80 - Espinha dePeixe
80 - Trama 80 - Linear
Espessura das PPC (mm) - Modelo de Assentamento
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
Centro, colchão de areia 50mm 10, colchão de areia 50mm 20, colchão de areia 50mmCentro, colchão de areia 75mm 10, colchão de areia 75mm 20, colchão de areia de 75mm
150
• O melhor comportamento foi notado com a utilização de peças de 80mm, no
modelo de assentamento linear e com colchão de areia de 75mm (20%; 13,3% e
3,3%), com o colchão de areia de 50mm o melhor comportamento foi notado
com a utilização do modelo de assentamento trama (25%; 5% e 3,3%);
6.1.1 Influência da Compactação na Transmissão de Esforços
Para analisar a influência da compactação, realizada nas peças de concreto do
revestimento do painel experimental de pavimentos intertravados, foram realizados
alguns ensaios de transmissão de esforços antes da realização das compactações e após
cada uma das fases de compactação a que o pavimento foi submetido (compactação
inicial, compactação e selagem das juntas e compactação final), conforme detalhado no
capítulo 5.
Para tanto, foram realizados vinte e quatro experimentos, para casos de blocos de 60 e
80mm de espessura e com a utilização do colchão de areia de 75mm. Os casos de peças
de 100 e de 40mm, bem como a utilização do colchão de areia de 50mm, para todas as
espessuras de blocos, não foram submetidos a estes experimentos. Os blocos de 80mm
de espessura foram ensaiados no modelo de assentamento espinha de peixe e linear,
com formato de peças retangular e dentada, já os blocos de 60mm foram ensaiados
apenas no arranjo de assentamento fileira com peças dentadas e retangulares.
Os experimentos referidos anteriormente estão apresentados nas Tabelas 6.3 a 6.5 e seus
respectivos gráficos estão apresentados nas Figuras 6.12 a 6.14, respectivamente.
151
Tabela 6.3– Avaliação das tensões transmitidas pelo revestimento de PPC de 60mm, com colchão de areia de 75mm e modelo de
assentamento linear, ou fileira, para os pontos de análise nas diferentes compactações realizadas
Espessura das PPC (mm) – Formato dos Blocos – Modelo de Assentamento
60mm – Dentada – Linear 60mm – Retangular – Linear Posição
das
Células
de Carga
Sem Comp.
(kgf/cm2)
Comp. Inicial
(kgf/cm2)
Comp. e Selagem das Juntas
(kgf/cm2)
Comp. Final
(kgf/cm2)
Sem Comp.
(kgf/cm2)
Comp.Inicial
(kgf/cm2)
Comp. e Selagem das Juntas
(kgf/cm2)
Comp. Final
(kgf/cm2)
“centro” 3,75 4,50 4,00 3,5 4,75 5,80 3,00 3,60
“10” 2,50 3,00 2,30 1,50 0,70 1,60 1,00 1,00
“20” 0,35 0,55 0,50 0,35 0,20 0,40 0,30 0,30
Tabela 6.4– Avaliação das tensões transmitidas pelo revestimento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e modelo de
assentamento linear, ou fileira, para os pontos de análise nas diferentes compactações realizadas
Espessura das PPC (mm) – Formato dos Blocos – Modelo de Assentamento
80mm – Dentada – Linear 80mm – Retangular – Linear Posição
das
Células
de Carga
Sem Comp.
(kgf/cm2)
Comp. Inicial
(kgf/cm2)
Comp. e Selagem das Juntas
(kgf/cm2)
Comp. Final
(kgf/cm2)
Sem Comp.
(kgf/cm2)
Comp. Inicial
(kgf/cm2)
Comp.e Selagem das Juntas
(kgf/cm2)
Comp. Final
(kgf/cm2)
“centro” 3,60 4,25 2,60 2,10 3,00 1,00 1,35 1,20
“10” 3,45 0,80 1,00 1,50 1,60 0,70 0,95 0,80
“20” 1,00 0,20 0,45 0,50 0,40 0,15 0,20 0,20
152
Tabela 6.5– Avaliação das tensões transmitidas pelo revestimento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e modelo de
assentamento espinha de peixe, para os pontos de análise nas diferentes compactações realizadas
Espessura das PPC (mm) – Formato dos Blocos – Modelo de Assentamento
80mm – Dentada –Espinha de Peixe 80mm – Dentada –Espinha de Peixe Posição
das
Células
de Carga
Sem Comp.
(kgf/cm2)
Comp. Inicial
(kgf/cm2)
Comp. e Selagem das Juntas
(kgf/cm2)
Compa. Final
(kgf/cm2)
Sem Comp.
(kgf/cm2)
Comp. Inicial
(kgf/cm2)
Comp. e Selagem das Juntas
(kgf/cm2)
Comp. Final
(kgf/cm2)
“centro” 4,50 4,50 2,30 2,50 7,75 2,50 2,00 1,70
“10” 2,70 3,00 1,85 2,00 1,75 1,75 1,45 0,80
“20” 0,50 0,45 0,30 0,20 0,40 0,40 0,40 0,20
153
Figura 6.12– Influência da compactação na transmissão de esforços nos blocos de
60mm com modelo de assentamento fileira ou linear
Observações sobre as PPC de 60mm com modelo de assentamento linear:
• Neste caso, nota-se que a compactação não exerce uma significativa influência
na transmissão de esforços para as peças dentadas no ponto denominado
“centro” (62,50%; 75%; 66,67% e 58,33%) o mesmo comentário cabe para o
ponto “20” (5,83%; 9,17%; 8,33% e 5,83%), entretanto para o ponto “10” a
diferença é bem mais significativa (41,67%; 50%, 38,33% e 25%);
• Nas peças de formato retangular, também observa-se que a compactação exerce
uma significativa influência na transmissão de esforços. Vê-se que para o ponto
“centro” a compactação apresenta maior importância que para as demais
apresentando valores de transmissão de esforços, que variaram para cada etapa
de compactação, de: 79,17%; 96,67%; 50% e 60%. Para o ponto denominado
“10”: 12%, 26,6%; 16,6% e 16,6%, para o ponto “20”: 3,5%; 6,67%; 5% e 5%.
Para todos os pontos de tomada de dados a compactação final não teve
significância e ainda elevou a transmissão de esforços, em alguns casos.
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2
3
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5
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Experimentos de Transmissão de Esforços
Pres
são
(kgf
/cm
^2)
"centro" "10" "20"
Peças de Formato Dentada Peças de Formato Retangular
154
• Pode-se comentar também, que para os dois formatos de peças (dentadas e
retangular) o comportamento da transmissão de esforços ocorreu de maneira
semelhante. Primeiramente, ocorreu um acréscimo de tensões com a
compactação inicial, e posteriormente uma diminuição de transmissão de
esforços, com as compactações posteriores. Porém, para o ponto “centro” das
peças retangulares ocorreu um aumento significativo de tensões quando se
realizou a compactação final.
Figura 6.13- Influência da compactação na transmissão de esforços nos blocos de
80mm com modelo de assentamento fileira ou linear
Observações sobre as PPC de 80mm com modelo de assentamento linear:
• Nas peças de formato dentada observa-se que ocorreu o mesmo comportamento
encontrado nas peças de 60mm com arranjo linear, ou seja com a compactação
inicial ocorreu um acréscimo das tensões transmitidas no “centro” de coleta de
dados, diminuindo progressivamente até a compactação final (60%; 70,8%;
43,33% e 35%). Nos pontos “10” e “20” não se verifica o mesmo efeito, as
tensões diminuem significativamente com a compactação inicial e após ocorre
0
1
2
3
4
5
6
Sem
Com
pact
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Com
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ação
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asJu
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Com
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Peças de Formato Dentada Peças de Formato Retangular
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um aumento destas com as demais compactações (57,5%; 13,3%; 16,7% e 25% -
para o ponto “10” e 16,6% 3,3% 7,5% e 8,3% -para o ponto “20”);
• Nas peças de formato retangular, a compactação inicial é a que possui maior
influência para todos os pontos de coleta de dados, já as demais, não alteram
significativamente os resultados, acontecendo ainda um aumento, na
compactação e selagem das juntas, e novamente uma diminuição com a
compactação final (50%; 16%; 22,5% e 20% -para o “centro”; 26,7%; 11,7%;
15,8% e 13,3% -para “10” e 6,7%; 2,5%; 3,3% e 3,3% - para “20”).
Figura 6.14- Influência da compactação na transmissão de esforços nos blocos de
80mm com modelo de assentamento espinha de peixe
Observações sobre as PPC de 80mm com modelo de assentamento espinha de peixe:
• Com a utilização das peças de formato dentada, a compactação inicial não tem
influência significativa na transmissão de esforços, porém, com a compactação e
selagem das junta os esforços transmitidos diminuíram, ocorrendo um pequeno
aumento na compactação final. Para o ponto de coleta de dados “20” a
diminuição da transmissão dos esforços diminui progressivamente com a
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Experimentos de Transmissão de Esforços
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"centro" "10" "20"
Peças de Formato Dentada Peças de Formato Retangular
156
atuação das compactações (75%; 75%; 38,3% e 41,6% -“centro”; 45%; 50%;
30,8% e 33% -“10” e 8,3%; 7,5%; 5% e 3,3% -“20”);
• Nas peças de formato retangular, as tensões vão diminuindo a cada etapa de
compactação, mostrando que com a utilização de peças retangulares a
compactação é de fundamental importância, para os pontos “centro” e “10”, para
o ponto “20” as tensões mantêm-se constantes até a compactação final, onde
ocorre uma minoração destas (79,2%; 41,7%; 33,3% e 28,3% -“centro”; 29,2%;
29,2%, 24,17% e 13,3% -“10” e 6,7%; 6,7%; 6,7% e 3,3% -“20”);
6.1.2 Influência da Espessura das Juntas na Transmissão de Esforços
Para verificação do comportamento da transmissão de tensões da camada de
revestimento para a camada de base de um pavimento intertravado, com espessura de
juntas, entre duas PPCs, variando de 2mm para 5mm, espessura utilizada para a
comparação referida, foram realizados oito experimentos, verificando, ainda, a
influência da compactação, nas peças de 80mm de espessura, no modelo de
assentamento linear, ou fileira, e nos formatos de blocos retangular e dentada.
Foram utilizados espaçadores plásticos de cerâmica para garantir a espessura proposta
para a realização destes experimentos. A Figura 6.15 mostra os espaçadores colocados
entre as peças para garantir o espaçamento requerido e a espessura das juntas após a
colocação dos blocos.
Pôde-se notar, nestes experimentos, que o intertravamento entre as peças ficou
prejudicado. Notava-se claramente o deslocamento entre os blocos vizinhos,
prejudicando principalmente o intertravamento rotacional, horizontal e o de giração. A
Figura 6.16 mostra o deslocamento entre as PPCs.
Os resultados de transmissão de esforços estão mostrados na Tabela 6.6, e as Figuras
6.17 e 6.18 apresentam as comparações realizadas entre as Tabelas 6.6 e 6.5.
157
Figura 6.15– Aspectos do pavimento intertravado com a utilização de juntas de 5mm
Figura 6.16– Deslocamento das peças do pavimento intertravado com a utilização de
juntas de 5mm, após a realização de todas as etapas de compactação
(a) Espaçadores plásticos utilizados
entre as peças
(b) Aspecto das juntas após a
distribuição das PPCs
158
Tabela 6.6– Avaliação das tensões transmitidas pelo revestimento de PPC de 80mm, com colchão de areia de 75mm e modelo de
assentamento linear, para os pontos de análise nas diferentes compactações com a utilização de juntas de 5mm
Espessura das PPC (mm) – Formato dos Blocos – Modelo de Assentamento – Com Juntas de 5mm
80mm – Dentada –Espinha de Peixe 80mm – Dentada –Espinha de Peixe Posição
das
Células
de Carga
Sem Comp.
(kgf/cm2)
Comp. Inicial
(kgf/cm2)
Comp. e Selagem das Juntas
(kgf/cm2)
Compa. Final
(kgf/cm2)
Sem Comp.
(kgf/cm2)
Comp. Inicial
(kgf/cm2)
Comp. e Selagem das Juntas
(kgf/cm2)
Comp. Final
(kgf/cm2)
“centro” 4,50 4,50 2,30 2,50 7,75 2,50 2,00 1,70
“10” 2,70 3,00 1,85 2,00 1,75 1,75 1,45 0,80
“20” 0,50 0,45 0,30 0,20 0,40 0,40 0,40 0,20
159
Figura 6.17– Comparação da transmissão de esforços com espessuras de juntas de 2mm
e 5mm com peças de 80mm dentadas no modelo de assentamento linear
Observações sobre as PPC de 80mm, com formato dentada, no modelo de assentamento
linear:
• Através deste experimento, comprova-se que o intertravamento e o espaçamento
das juntas são de fundamental importância para a transmissão de esforços. Não
ocorrendo o intertravamento, as tensões não são transmitidas de maneira
proporcional para os pontos de análise e ocorre uma concentração de esforços no
ponto abaixo do carregamento;
• Nota-se, também, uma grande influência na espessura das juntas para a
transmissão de esforços no ponto de coleta denominado “centro”, que está
localizado na linha vertical da placa metálica abaixo das peças e do colchão de
areia. Os blocos de 80mm no arranjo linear com a utilização de juntas de 5mm
transmitiram para a base 100%; 95%; 66,7% e 50% dos esforços aplicados no
revestimento, em cada uma das compactações realizadas, enquanto a utilização
da juntas de 2mm transmitiram 60%; 70,8%; 43,33% e 35%.
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"centro" "10" "20"
Juntas de 5mm entre as PPC Juntas de 2mm entre as PPC
160
• Na célula de carga nos pontos “10” e “20” as tensões registradas foram menores
e aconteceu um decréscimo acentuado, o que vem a comprovar que a
transmissão de esforços ficou prejudicada, ocorrendo quase exclusivamente pelo
colchão de areia (25%; 16,7%; 16,7% e 16,7% - “10” e 6,7%; 6,7%; 8,3% e
8,3% - “20”);
• Com a utilização das juntas de 2mm a transmissão de esforços ocorre de maneira
mais proporcional entre os pontos de análise para as diferentes compactações,
comprovando, assim, a eficácia do intertravamento das peças de concreto do
revestimento.
Figura 6.18– Comparação da transmissão de esforços com espessuras de juntas de 2mm
e 5mm com peças de 80mm retangulares no modelo de assentamento linear
Observações sobre as PPC de 80mm, com formato retangular, no modelo de
assentamento linear:
• Através deste experimento, comprova-se, também, que o intertravamento e o
espaçamento das juntas é de fundamental importância para a transmissão de
esforços. Pois não ocorrendo o intertravamento, as tensões não são transmitidas
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"centro" "10" "20"
Juntas de 5mm entre as PPC Juntas de 2mm entre as PPC
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de maneira proporcional para os pontos de análise e ocorre uma concentração de
esforços no ponto abaixo do carregamento;
• Verifica-se que a espessura das juntas possui grande influência para a
transmissão de esforços no ponto de coleta denominado “centro”. Os blocos de
80mm retangulares no arranjo linear com a utilização de juntas de 5mm
transmitiram para a base 93,3%; 75%; 58,3% e 50% dos esforços aplicados no
revestimento, em cada uma das compactações realizadas, enquanto a utilização
da juntas de 2mm transmitiram 79,2%; 41,7%; 33,3% e 28,3%;
• Na célula de carga nos pontos “10” e “20” as tensões registradas foram menores
e aconteceu um decréscimo acentuado, o que vem a comprovar que a
transmissão de esforços ficou prejudicada, ocorrendo quase exclusivamente pelo
colchão de areia, não ocorrendo ainda uma variação significativa entre as
compactações exercidas ao pavimento mantendo-se quase que constantes
(21,7%; 21,7%; 23,33% e 21,7% - “10” e 6,7%; 6,7%; 6,7% e 5,8% - “20”);
• Faz-se aqui o mesmo comentário feito anteriormente, com a utilização das juntas
de 2mm a transmissão de esforços ocorre de maneira mais proporcional entre os
pontos de análise para as diferentes compactações, comprovando, assim, a
eficácia do intertravamento das peças de concreto do revestimento.
6.1.3 Análise das tensões verticais transmitidas com o carregamento aplicado no
colchão de areia
Para a análise das tensões transmitidas pelo colchão de areia para a camada de base, foi
montado o experimento, conforme mostrado no capítulo 5, e após os ensaios realizados,
foram retiradas as peças de concreto e realizou-se o ensaio de transmissão de tensões
com o carregamento aplicado diretamente sobre o colchão de areia.
A Tabela 6.7 apresenta o resultado da transmissão de esforços com o carregamento
aplicado sobre o colchão de areia.
Pode-se notar que a tensão aplicada sobre o colchão de areia é totalmente transmitida
para a camada de base na célula “centro”, tendendo a diminuir conforme se afasta do
162
centro de aplicação do carregamento e chegando praticamente a zero quanto a leitura é
realizada a 20cm do centro de aplicação do carregamento.
Tabela 6.7- Avaliação das tensões transmitidas com o carregamento aplicado
diretamente sobre o colchão de areia
Posição de
Célula de
Carga
Tensão
Registrada
(kgf/cm2)
“centro” 6
“10” 4,55
“20” 0,05
Com isto, pode-se concluir que o colchão de areia não representa uma camada estrutural
para alivio de esforços, destinando-se somente ao assentamento das peças, para
nivelamento do revestimento e para o intertravamento dos blocos do revestimento do
pavimento intertravado.
6.2 Análise da Tensão Horizontal
Foram realizados alguns experimentos de transmissão de tensão horizontal entre duas
peças justapostas. Porém, devido ao tamanho da célula de carga e à dificuldade para se
retirar as peças após a compactação realizada, aliado a dificuldade da recolocação das
peças após o corte das mesmas, mantendo a compactação e a espessura das juntas antes
da realização dos ensaios, estas medidas foram suspensas.
Poucos resultados foram obtidos e estão apresentados na Tabela 6.8.
Não foi possível tirar conclusões satisfatórias dos ensaios realizados com o objetivo de
analisar a transmissão de tensões horizontais entre as peças. Porém, no caso da
continuidade desta pesquisa, deve-se tentar reproduzir estes ensaios, contudo deve-se
utilizar células de carga de menor dimensão e instalá-las antes da realização das
compactações, para que não seja necessário a retirada dos blocos para as leituras, e,
163
assim, não perder a compactação e nem a espessura das juntas, que são de fundamental
importância para a transmissão de esforços entre as PPCs.
Tabela 6.8– Tensões horizontais (kgf/cm2) transmitidas entre peças justapostas com
colchão de areia de 50mm
Espessura das PPC (mm) e Formato das Peças Modelo de
Assentamento 60 –
Dentada
60 -
Retangular80 - Dentada
80 –
Retangular
Espinha de Peixe 0,10 0,09
Fileira, ou Linear 0,013 0,018 0,08 0,24
Trama 0,17 0,018 0,24 0,08
6.3 Análise dos Dados de Deslocamento Vertical
Para a realização da investigação do comportamento dos deslocamentos do revestimento
de pavimentos intertravados, composto pelos arranjos, utilizou-se um LVDT acoplado
na posição vertical do CAM (“Crack Activity Meter”), apresentado no capítulo quatro, e
mediu-se o deslocamento da placa metálica em relação a um bloco lateral que não
estava sujeito ao carregamento. As medições foram realizadas em cinco aplicações
seguidas do carregamento na superfície do pavimento e foram determinados:
• O deslocamento total após o primeiro carregamento;
• O deslocamento elástico do primeiro carregamento;
• O Deslocamento plástico total após o quinto carregamento;
• O deslocamento elástico no quinto carregamento.
Os incrementos de carregamento aplicados sobre a placa metálica foram medidos por
uma célula de carga e eram levados até aproximadamente 6kgf/cm2, porém estes valores
nem sempre foram mantidos devido à aplicação manual do carregamento, o que
dificultou que a carga fosse exatamente a pretendida e em alguns casos esta foi
ultrapassada. As Tabelas 6.9. a 6.14 apresentam os valores de deslocamento analisados
no revestimento de PPC. As Figuras 6.19 a 6.24 apresentam graficamente os valores de
deslocamento medidos nos experimentos realizados.
164
Tabela 6.9 – Deslocamentos verticais da placa metálica em PPCs com formato dentado no arranjo espinha de peixe
Colchão de 50mm Colchão de 75mm
Desl. Total no
1º Carreg.
(mm)
Desl. Elástico
no 1º Carreg.
(mm)
Desl. Plástico
Total (mm)
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
(mm)
Desl. Total no
1º Carreg.
(mm)
Desl. Elástico
no 1º Carreg.
(mm)
Desl. Plástico
Total (mm)
Desl. Elástico
no 5° Carreg.
(mm)
40 0,83 0,33 0,68 0,32
60 0,57 0,23 0,43 0,25 0,44 0,21 0,30 0,18
80 0,35 0,18 0,26 0,18 Esp
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ra d
as P
PC (m
m)
100 0,55 0,29 0,40 0,23 0,45 0,23 0,30 0,20
165
Tabela 6.10 – Deslocamentos verticais da placa metálica em PPCs com formato dentado no arranjo trama