Pavimentação

Pavimentação

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ESTRADAS - PAVIMENTO

NOTAS DE AULA

Prof. Luís Márcio Faleiros

Franca, julho 2005

1 PAVIMENTO

Assim como a necessidade de deslocamento periódico entre dois pontos gerou a construção dos caminhos e das estradas, a necessidade de que esses caminhos, ou essas estradas, permitissem o tráfego em qualquer época do ano gerou os revestimentos do leito, evoluindo até o que hoje se conhece como pavimento.

A estrutura que se constrói sobre o leito de terra pode variar, quer no que e refere à espessura quer no que se refere aos materiais utilizados, em consonância não só com as solicitações, como também com a própria função que a estrada está exercendo, ou deverá exercer.

1.1 PAVIMENTOS DE BAIXO CUSTO

  • É de baixo custo o pavimento cuja vida útil, no dimensionamento, for considerada como perfazendo de metade a um terço da vida útil normal dos pavimentos;

  • É de baixo custo o pavimento executado a fim de garantir tráfego permanente na estrada, sem qualquer outra exigência que levaria a um dispêndio de dinheiro.

1.2 DEFINIÇÃO

Pavimento é a estrutura construída sobre a terraplenagem e destinada, economicamente, técnica e simultaneamente a:

a) resistir e distribuir os esforços verticais oriundos do tráfego;

b) melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto e segurança;

c) resistir aos esforços horizontais (desgaste), tornando mais durável a superficie de rolamento.

A figura 1 mostra a disposição normal de um pavimento completo, ou um pavimento em que as condições da fundação não permitiram a eliminação de nenhuma camada. De cima para baixo, os materiais utilizados nas camadas são mais nobres, sendo o revestimento ou capa de rolamento a camada mais nobre de um pavimento.

fig. 1 - Pavimento

LARGURA DAS CAMADAS

Classe

Região

Plana

Ondulada

Montanhosa

Escarpada

Rev.

Base

Sub-base

Rev.

Base

Sub-base

Rev.

Base

Sub-base

Rev.

Base

Sub-base

Especial

7.50

9.00

11.00

7.50

9.00

10.00

7.50

9.00

9.50

7.50

9.00

9.00

I

7.00

9.00

12.00

7.00

9.00

11.00

7.00

9.00

10.00

7.00

9.00

9.00

II e III

6.00

a

7.00

8.00

a

9.00

10.00

a

1.00

6.00

a

7.00

8.00

a

9.00

9.00

a

10.00

6.00

a

7.00

8.00

a

9.00

8.40

a

9.40

6.00

a

7.00

8.00

a

9.00

8.00

a

9.00

tab. 1

1.3 CAMADAS QUE COMPÕEM O PAVIMENTO

Num pavimento rodoviário, distinguimos as seguintes camadas:

  • Sub-leito: É o terreno de fundação do pavimento. No caso mais comum, isto é, estrada já em tráfego já há algum tempo, e a qual se pretende pavimentar, apresenta-se com a superfície irregular, exigindo a regularização.

  • Regularização: É a camada de espessura irregular, construída sobre o sub-leito e destinada a conformá-lo, transversal e longitudinalmente, com o projeto. Deve ser executada sempre em aterro, evitando-se:

— sejam executados cortes difíceis no material da “casca”, já compactada pelo tráfego;

— seja substituida uma camada, já compactada, por uma camada a ser compactada, nem sempre atingindo a porcentagem de compactação existente.

  • Reforço do sub-leito: Sua definição é ainda motivo de discussões mais ou menos acadêmicas. É uma camada de espessura constante, construída, se necessário, acima da regularização, com características técnicas inferiores ao material usado na camada que lhe for superior, porém superiores às do material do sub-jeito.

Se o reforço do sub-leito deve ser considerado camada do pavimento ou da fundação, é um problema que não afeta a espessura total do pavimento, pois as diversas camadas devem ter capacidade de suporte para receber os esforços transmitidos através das camadas superiores.

  • Sub-base: É a camada complementar à base, quando, por circunstâncias tecno-econômicas, não for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do sub-leito.

  • Base: É a camada destinada a receber e distribuir os esforços oríundos do tráfego, e sobre a qual se constrói o revestimento.

  • Revestimento (capa de rolamento): É a camada, tanto quanto possível impermeável, que recebe diretamente a ação do tráfego, é destinada a melhorar a superfície de rolamento quanto às condições de conforto e segurança, além de resistir ao desgaste (durabilidade).

1.4 CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS

A classificação de pavimentos adotada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas é consubstanciada na “Terminologia Brasileira TB-7”.

Sendo o pavimento constituído de diversas camadas, é muito difícil chegar-se a um termo que defina toda a estrutura.

  • Pavimento rígido

Pavimento rígido é aquele pouco deformável, constituido principalmente de concreto de cimento.

  • Pavimento flexível

Pavimento flexivel é aquele em que as deformações, até um certo limite, não levam ao rompimento. São os pavimentos não rígidos.

Os exemplos seguintes mostram as dificuldades que decorrem das definições acima:

Vias /Anchíeta e Anhangüera (até Jundiaí)

Base: macadame hidráulico (flexivel)

Revestimento: lajes de concreto de cimento (rígido)

Recapeamento executado: concreto betuminoso (flexível).

Na maioria de sua extensão, a rede rodoviária do Estado de São Paulo, apresenta o seguinte pavimento:

Base: solo cimento (rígido)

Revestimento: pré-misturado a quente (flexivel)

Podemos encontrar também outros tipos de pavimentos, como:

Base: macadame hidráulico (flexível)

Revestimento concreto betuminoso (flexível)

E assim por diante. Vê-se, assim, que não há restrições quanto utilização de uma base rígida superposta por revestimento flexivel, e vice-versa, tornando difícil estabelecer um critério único de classificação.

Assim, a TB-7 e a maioria dos, que se preocupam com classificação de pavimentos preferem dar terminologia às bases e, independentemente, aos revestimentos.

Teriamos, então:

Terminologia dos pavimentos

tab. 2

2 MATERIAIS

A construção de um pavimento exige não só o conhecimento dos materiais constituintes das camadas desse pavimento, mas também dos materiais constituintes do sub-leito e dos materiais que possam interferir na construção dos drenos, acostamentos, cortes e aterros.

Entre os materiais destaca-se o solo, que interfere em todos os estudos de um pavimento, pois mesmo não sendo eventualmente utilizado nas camadas previstas, será sempre o suporte da estrutura.

Nos pavimentos betuminosos, a análise dos agregados e dos asfaltos será sempre considerada, pois serão utilizados necessariamente na construção da capa de rolamento, podendo ainda ser utilizados nas outras camadas.

O cimento, independente de sua utilização obrigatória nos pavimentos de concreto de cimento, tem sido material de vasta aplicação na execução das bases de solo-cimento, que constituem no estado de São Paulo o tipo mais usado de pavimento.

A cal pode ter sua utilização intensificada, pois não só permite a estabilização dos solos para sub-base e base de pavimentos, como também tem aplicação como agente de melhoria das características de um solo, possibilitando sua estabilização por meio de um outro aglutinante.

Outros tipos de materiais podem permitir a estabilização de solos, mas ainda aparecem, em nosso meio, de maior experimentação, exigindo que sejam realizados testes que possibilitem uma avaliação de suas reais propriedades, além de um confronto, em termos econômicos, com os materiais tradicionais.

    1. SOLO

“O solo é o mais abundante, o mais importante e o mais desconhecido dos materiais de construção”.

fig. 2 – Fases de um solo

— gasoso

Não é uma tarefa fácil definir solo, pois cada uma das atividades científicas que necessitam de seu estudo o fazem de um ponto de vista especifico, variando de uma para outra o conceito do que a palavra “solo” representa.

Uma definição que, de certa forma, atenderia a todas as aplicações seria:

“Solo é uma formação natural, de estrutura solta e removível, e de espessura variável, resultante da transformação de uma rocha mãe, pela influência de diversos processos físicos, químicos e biológicos”.

2.1.1 FASE SÓLIDA

E constituída por particulas, ou grãos, de dimensões, forma e natureza química e mineralógica variáveis, decorrentes da rocha de origem e dos fatores que intervieram na formação do solo.

De acordo com as dimensões das partículas, os solos recebem as seguintes designações:

Designação

Dimensão das partículas

Obs.

Pedregulho

Areia

Silte

Argila

entre 76,1 e 4,76 mm

entre 4,76 e 0,05 mm

entre 0,05 e 0,005 mm

inferior a 0,005 mm

argilas colodais: inferior a 0,001 mm

Granulação

grossa

Granulação

fina

Essas designações, no entanto, podem variar de lugar para lugar. Assim, por exemplo:

Designações estabelecidas pelo 49 Congresso Internacional de Estradas de Rodagem:

Areia fina: de 0,074 a 0,177 mm

Areia média: de 0,177 a 0,420 mm

Areia grossa: de 0,420 a 2,000 mm

PedreguIho: de 2,000 a 20,000 mm

Pedras: além de 20,000 mm

Designações estabelecidas pela A. S. E. E. (American Society for Engineering Education):

Pedras pequenas: além de 76,2 mm

Pedregulho grosso: de 76.2 a 25,0 mm

Pedregulho médio: de 25,0 a 10,0 mm

Pedregulho fino: de 10,0 a 2,0 mm

A fase sólida pode ser considerada, como já vimos, a que é constituída por um conjunto de partículas provenientes da erosão mecânica e química das rochas, de forma e dimensões variadas.

Essas partículas podem estar soltas ou agrupadas, mantendo-se unidas pela ação de colóides minerais ou orgãnicos, que atuam como cimento.

Chama-se granulometria ou análise granulométrica a operação que visa estabelecer a distribuição em peso das partículas, segundo as dimensoes.

Outra análise importante, referente à fase sólida de um solo, é a determinação da massa especifica.

Consiste numa operação aparentemente fácil, o que é verdade quando se trata de areia ou pedregulho, mas que não está isenta de dificuldades quando se trata de sua determinação para solos finos, especialmente quando o solo contém uma porcentagem significativa de argila.

  • A massa especifica refere-se à massa da unidade de volume das particulas (excluídos os vazios).

  • Quando, na contagem do volume, incluidos os vazios dos poros, temos a massa especifica real.

  • A determinação da massa especifica dos grãos é feita, geralmente, pelo processo do picnômetro.

  • O ensaio é feito com o solo seco em estufa a 100 - 110W até à constância de peso.

  • O solo seco é pesado para se utilizar quantidades da ordem de 20 a 25 gramas.

Sendo:

m1 = massa do picnômetro + massa do solo

m2 = massa do picnômetro vazio

ms = m1 - m2 massa do solo seco.

Adiciona-se água destilada, até mais ou menos a metade do picnômetro e submete-se a uma bomba centrífuga para retirada do ar existente.

Feito isso, completa-se com água destilada o preenchimento do pícnômetro até o menisco.

Pesa-se o picnômetro (m3). Em seguida, retira-se todo o material, preenche-se o picnômetro com água destilada, à mesma temperatura e pesa-se (m4)

Ovolume de solo será:

= massa especifica da água á mesma temperatura

A massa especifica dos grãos de solo, pela própria definição, será:

Exemplo:

2.1.2 FASE LIQUIDA

A fase líquida não pode ser encarada de uma forma independente, porque a água se apresenta nos solos sob diversos aspectos, com propriedades que podem variar totalmente da água livre.

Podemos distinguir:

  • água de constituição: como o nome indica, é um dos componentes da argila, cuja eliminação ou variação percentual acarreta variação nas propriedades da mesma;

  • água absorvida: constitui-se na película fixada na superfície dos grãos. A espessura dessa película é variável. Para as argilas finas, é de aproximadamente 50 A (50 milimicron), sendo menor para as particulas maiores. As propriedades dessa película não são uniformes em toda a sua espessura. Na superfície de contato com as partículas sólidas, tem propriedades parecidas com as de um sólido, propriedades essas que vai perdendo à medida em que se afasta, assumindo condições de liquido viscoso na periferia. Quando está a uma distância de 1 000 A (um décimo de micron), tem propriedade de água livre. A quantidade de água adsorvida é função da natureza dos cations fixados na superfície das argilas;

  • água higroscópica: é aquela que se encontra no solo, ao ar livre, ou seja. em equilíbrio com o vapor de água da atmosfera úmida, e é cedida em uma atmosfera seca. Vê-se, então, que a umidade do solo ao ar livre é função do grau de saturação da atmosfera. A umidade higroscópica é função também da superfície e da natureza superficial das partículas.

De acordo com a definição, não se deve confundir umidade higroscópica com umidade natural. A umidade higroscópica de um solo seria constante, enquanto que a umidade natural depende do estado do solo, por ocasião da retirada da amostra.

  • água capilar: é aquela que, nos solos de grãos finos, sobe pelos intersticios capilares deixados pelas partículas sólidas, além do plano determinado pela água livre.

A capilaridade constitui urna das mais importantes manifestações da existência das três fases: sólido, liquido e gás. A coesão e o fenômeno de contração das argilas são explicados através da ação capilar existente nos solos.

  • água livre: tem as características físicas da água comum, regendo-se seu comportamento pelas leis da Hidráulica. Quanto maior a porosidade do solo, maior a quantidade de água que poderá conter em seus vazios.

As águas Higriscópicas, capilar e livre são as que podem ser evaporadas pelo calor à temperatura superior a 100C.

2.1.3 FASE GASOSA

Consiste nos vazios deixados pelas fases sólida e liquida, e é constituída por ar, vapor d’água e carbono combinado.

Dessa forma, a proporção da fase gasosa depende da fase liquida.

A fase gasosa é muito importante nos estudos de compactação de solos e nos estudos de consolidação dos aterros, quando há necessidade de calcular as tensões neutras desenvolvidas, em função da redução de volume da fase gasosa

    1. GRANULOMETRIA

A composição granulométrica de um solo permite o conhecimento das porcentagens, em peso, das partículas constituintes, em função de suas dimensões, o que representa um elemento de grande valia para os estudos do comportamento desse solo, quer como elemento constituinte da fundação em que se apoia um pavimento, quer como elemento constituinte das próprias camadas do pavimento.

No ensaio de análise granulométrica, distinguimos:

  • peneiração: para partículas maiores que 0,074 mm (peneira n. 200)

  • sedimentação: para particulas menores que 0,074 mm.

A peneiração consiste na separação de material em vários tamanhos, por meio de peneiras especificadas.

As peneiras são de malhas quadradas, de fios ondulados de latão ou de bronze, em caixilhos metálicos de 203,2 mm de diâmetro e 50 mm de altura, com as seguintes aberturas nominais:

4”

101,6 mm

4

4,76 mm

3”

76,2 mm

10

2.00 mm

2”

50,0 mm

16

1.19 mm

1 1/2”

38,1 mm

30

0.59 mm

1”

25,4 mm

40

0.42 mm

¾”

19,1 mm

50

0.297 mm

½”

12,7 mm

100

0.149 mm

3/8”

9,52 mm

200

1.074 mm

    1. TIPO DE CURVA GRANULOMÉTRICA

Segundo a forma da curva, podemos distinguir os diferentes tipos de granulometria:

  • Granulometria contínua (curva A)

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