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ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Bloco 7 Materiais de Base, Sub-base e Reforço do Subleito.

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1 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Bloco 7 Materiais de Base, Sub-base e Reforço do Subleito

2 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos As aulas contidas neste CD foram elaboradas pela seguinte equipe de professores: Autoria Liedi Légi Bariani Bernucci - Universidade de São Paulo Jorge Augusto Pereira Ceratti - Universidade Federal do Rio Grande do Sul Laura Maria Goretti da Motta - Universidade Federal do Rio de Janeiro Jorge Barbosa Soares - Universidade Federal do Ceará

3 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Este CD contém 30 aulas, em 10 blocos organizados por assunto: Lista dos assuntos do CD completo Bloco 1 – Introdução Bloco 2 – Asfaltos Bloco 3 – Agregados e Fíler Bloco 4 – Tipos de Revestimentos Asfálticos Bloco 5 – Dosagem de Misturas Asfálticas e de Tratamento superficial Bloco 6 – Propriedades Mecânicas de Misturas Asfálticas Bloco 7 – Materiais de Bases e Soluções de Pavimentação Asfáltica Bloco 8 – Técnicas Executivas Bloco 9 – Avaliação de Pavimentos Asfálticos Bloco 10 – Técnicas de Restauração e Reabilitação de Pavimentos Asfálticos

4 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Observação O conteúdo das aulas aqui apresentadas tem caráter educacional e foi elaborado pelos quatro autores a partir das respectivas experiências em ensino, pesquisa e extensão. As informações possuem a contribuição de alunos e profissionais envolvidos nestas atividades. Na melhor de suas possibilidades, os autores registraram o crédito devido nas diversas informações, incluindo fotos e figuras. Nenhuma informação deverá ser entendida como conselho ou recomendação de qualquer ordem. Os materiais referidos não poderão ser copiados, reproduzidos, adaptados, publicados ou distribuídos em qualquer forma sem o consentimento prévio dos autores.

5 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais de Camadas de Pavimento As estruturas de pavimentos são sistemas de camadas de espessuras finitas assentes sobre a fundação, chamada de subleito. O comportamento estrutural do pavimento depende da rigidez de cada camada, da interação entre elas e do subleito. O comportamento de cada camada do pavimento depende das características e propriedades do material que a constitui, da espessura e de sua posição relativa na estrutura do pavimento.

6 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais de Camadas de Pavimento A concepção da estrutura do pavimento e a seleção dos materiais a serem empregados dependem principalmente dos seguintes fatores: do tráfego (volume e composição) e vida ou período de projeto da disponibilidade de materiais da região do relevo e das condições climáticas da região da geometria e das condições de drenagem da via As espessuras de cada uma das camadas dependerá do projeto de dimensionamento estrutural

7 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais de Camadas de Pavimento Nos pavimentos asfálticos, estão em geral presentes camadas de base, de sub-base e de reforço do subleito Estrutura-tipo de pavimento asfáltico

8 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais de Camadas de Pavimento Nos pavimentos rígidos ou de concreto de cimento Portland, denominam-se as camadas subjacentes às placas de concreto de camadas de sub-base e de reforço do subleito Estrutura-tipo de pavimento rígido

9 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais de Camadas de Pavimento Os materiais de base, de sub-base e do reforço do subleito são classificados ainda segundo sua natureza e seu comportamento aos esforços: Materiais granulares e solos Trabalham principalmente aos esforços de compressão. Os solos com fração de finos (silte + argila) exibem coesão, mas resistem fracamente à tração Materiais cimentados ou estabilizados quimicamente Materiais que recebem a adição de cimento, cal ou estabilizantes que aumentem expressivamente a coesão e a rigidez em relação ao material de origem, aumentando a resistência à compressão e à tração Materiais com adição de asfalto Materiais que possuem suas partículas de agregados ou de solo unidas por ligantes asfálticos que conferem aumento de resistência à compressão e à tração com relação ao material de origem

10 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais de Camadas de Pavimento Os solos do subleito e todos os materiais selecionados para comporem as camadas do pavimento devem ser ensaiados e caracterizados para assegurar um bom desempenho do pavimento. Preliminarmente, os solos e materiais em geral são ensaiados para determinar sua natureza e características físicas e/ou químicas. Para uma boa concepção e dimensionamento estrutural do pavimento devem também ser conhecidas as propriedades dos materiais como resistência, deformabilidade e permeabilidade, avaliadas por meio de ensaios.

11 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Seleção e Caracterização Métodos de seleção e caracterização: principais fatores 1.Agregados e materiais essencialmente granulares, sem finos ou com fração de finos pouco expressiva: Distribuição granulométrica (vide Bloco 3) Caracterização das partículas: resistência dos grãos, forma e durabilidade (vide Bloco 3) Fração fina caracterizada indiretamente pelo equivalente de areia, pela plasticidade e pela atividade

12 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Seleção e Caracterização Métodos de seleção e caracterização 2.Solos com expressiva fração de finos (material passante na peneira no. 200 ou de abertura 0,075mm): São materiais indesejados tradicionalmente no meio rodoviário norte- americano e europeu devido à plasticidade, à redução da permeabilidade dos materiais e da rigidez, e ao aumento da deformabilidade, principalmente da expansão volumétrica em presença de água, o que reduz a resistência Solos tropicais presentes em grande extensão do território brasileiro exibem comportamento geotécnico peculiar, podendo ser resistentes e de baixa deformabilidade mesmo sendo plásticos e em presença de água, como os lateríticos – importantes materiais para a construção viária nacional

13 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Seleção e Caracterização Métodos de seleção e caracterização: solos - classificação MCT (Miniatura, compactada, tropical) – Nogami e Villibor, 1981 Necessidade de uso de outros métodos e sistemas de classificação e caracterização de solos tropicais que possibilitem a distinção entre solos de comportamento lateríticos (L), desejados na pavimentação, daqueles de comportamento não-laterítico (N) Foto: LENC Lab de Engenharia e Consultoria Ltda SOLO LATERÍTICO SOLO NÃO-LATERÍTICO Exemplos de taludes de corte com ocorrências de solos tropicais :

14 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Seleção e Caracterização Métodos de seleção e caracterização: solos - classificação MCT Exemplo de talude de corte com ocorrências de solos tropicais : Foto: Job S. Nogami

15 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Seleção e Caracterização Métodos de seleção e caracterização: classificação MCT Propriedades e índices da MCT para solos tropicais passantes 90% ou mais na peneira N o 10 ou de abertura 2,0 mm: c - avaliação da compressibilidade, tendência ao aumento do índice com a coesão, com a presença de finos e - avaliação combinada de dois índices (d e Pi), sendo o primeiro (d) referente à variação de massa específica aparente com o aumento da umidade no ramo seco da curva de compactação – em geral elevado para solos lateríticos, e o segundo (Pi - perda por imersão) referente à perda de massa de material em presença de água – em geral baixa perda é típica de solos lateríticos coesivos que não perdem ou perdem pouca resistência em presença de água.

16 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Seleção e Caracterização Métodos de seleção e caracterização: classificação MCT Compactação: soquete Cilindro de compactação e solo compactado equipamento

17 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Seleção e Caracterização Métodos de seleção e caracterização: classificação MCT Ensaio de perda por imersão – solo compactado em imersão em água: Amostras de solos tropicais Comportamento diferente de solos tropicais em contato com água Bom: Baixa perda de material Ruim: Perda excessiva de material Fotos: Marcia Aps

18 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Seleção e Caracterização Métodos de seleção e caracterização: classificação MCT 2 classes de solos tropicais: L: comportamento laterítico N: comportamento não-laterítico) A=areia A=arenoso G=argiloso S=siltoso

19 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade 1.Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR): Concepção no final da década de 20 para avaliar o potencial de ruptura do subleito - a resistência do material frente a deslocamentos significativos, sendo obtida por meio de ensaio penetrométrico em laboratório - resposta combina a coesão com o ângulo de atrito do material Valor de referência ou padrão, equivalente a 100% ISC é a relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo-de-prova de solo ou material granular e a pressão necessária para produzir a mesma penetração no material padrão

20 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade 1.Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR) Etapas do ensaio laboratorial: 1º. Compactação do corpo-de-prova 2º. Imersão dos corpos-de-prova em tanque de água por 96 horas e medida de expansão axial 3º. Ensaio de penetração de pistão padrão no corpo-de-prova e medida penetração e resistência Fotos: Rosângela Motta

21 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade 1.Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR) Comentários: A expansão axial após imersão do material em água não apresenta correlação forte com o Índice de Suporte Califórnia; há, no entanto, uma tendência de que materiais com elevada expansão apresentem baixa capacidade de suporte após contato com a água. Por este motivo, a expansão dos solos e materiais tem sido limitada pelas especificações cujo valor depende do material e posição da camada na estrutura É desejável utilizar materiais pouco sensíveis à água, apresentando baixa perda de capacidade de suporte após imersão em água Progressivamente o ISC vem sendo substituído pelo Módulo de Resiliência, ensaio que avalia o comportamento dos materiais frente à repetição de carga e pequenos deslocamentos por se aproximar da realidade de solicitação dos materiais em estruturas de pavimentos

22 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade 1.Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR) Concepção no final da década de 20 para avaliar o potencial de ruptura do subleito - a resistência do material frente a deslocamentos significativos, sendo obtida por meio de ensaio penetrométrico em laboratório - resposta combina a coesão com o ângulo de atrito do material Valor de referência ou padrão, equivalente a 100% ISC é a relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo-de-prova de solo ou material granular e a pressão necessária para produzir a mesma penetração no material padrão

23 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas Propriedades mecânicas dos materiais: resistência e deformabilidade 2.Módulo de Resiliência: Os problemas estruturais dos pavimentos são geralmente resultantes da repetição de cargas pelos veículos em movimento, aplicadas frequentemente em frações de segundo, com magnitudes e freqüências variadas. As tensões solicitantes nas camadas proporcionam na maior parte das vezes pequenos deslocamentos (recuperáveis ou resilientes após a cessão das tensões), bem menores que aqueles simulados nos ensaios de penetração como o ISC A repetição de tensões pode levar um material à ruptura por fadiga, embora estas tensões sejam inferiores a sua resistência à ruptura. Desde os anos 30 pesquisadores e engenheiros rodoviários norte-americanos procuram mensurar os deslocamentos recuperáveis nos pavimentos, denominados de deflexão Na década de 50 foi concebido nos Estados Unidos por Seed e Fead o primeiro equipamento triaxial de cargas repetidas para a mensuração em laboratório dos deslocamentos resilientes de materiais submetidos a tensões repetidas

24 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência Esquema do equipamento triaxial de cargas repetidas: AR COMPRIMIDO CÉLULA TRIAXIAL LVDT Registro dos deslocamentos CILINDRO DE PRESSÃO h h h Medidas em cm CORPO-DE-PROVA CÉLULA DE CARGA

25 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência Exemplo de equipamento triaxial de cargas repetidas: Corpo-de-prova Célula triaxial

26 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): Resumo do Ensaio Uma tensão axial repetida de magnitude pré-fixada é aplicada na forma senoidal por 0,1 segundos e removida por 0,9 segundos a um corpo de prova, resultando em ciclos de 1 s. Durante o ensaio, o corpo de prova é submetido a pares de tensão axial cíclica dinâmica ( 1 ) e a tensão confinante estática ( 3 ). Os deslocamentos axiais resilientes (recuperáveis) do corpo-de-prova são medidos e empregados para calcular o módulo de resiliência.

27 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): Cálculos MR = d / r Sendo: : tensão principal maior ou axial (kN/m 2 ) 3 : tensão principal menor ou de confinamento (kN/m 2 ) d : tensão-desvio (kN/m 2 ) r : deformação resiliente ou recuperável ( r = r / L) (mm/mm)

28 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): Cálculos MATERIAL ELÁSTICO LINEAR LEI DE HOOKE GENERALIZADA MATERIAL ELÁSTICO LINEAR LEI DE HOOKE GENERALIZADA ENSAIO CARREGAMENTO ESTÁTICO ENSAIO CARREGAMENTO ESTÁTICO MRMR ENSAIO CARREGAMENTO REPETIDO ENSAIO CARREGAMENTO REPETIDO r1 r3 r

29 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): materiais cimentados O MR não depende da variação das tensões; tende a ser constante

30 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): materiais granulares O MR depende principalmente da variação da tensão de confinamento

31 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): solos coesivos O MR depende principalmente da variação da tensão-desvio

32 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): materiais granulares e coesivos O MR depende da variação da tensão-desvio e da de confinamento TENDÊNCIAATUALTENDÊNCIAATUAL log 3 log M R K2K2 1 K1K1 MODELO log x log (1 reta) MODELO log x log (1 reta) arenoso... f( 3 ) argiloso... f( d ) log d log M R K2K2 1 K1K1

33 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): materiais granulares e coesivos O MR depende da variação da tensão-desvio e da de confinamento Modelo Composto (Macêdo, 1996): MR = k 1. 3 k2. d k3

34 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 2. Módulo de Resiliência (MR): vantagens O MR indica uma propriedade básica dos materiais e é utilizado na análise mecanicista de sistemas de múltiplas camadas e pelos métodos modernos de dimensionamento de estruturas de pavimento O método de determinação em laboratório do MR de solos pelo ensaio triaxial é aceito internacionalmente Há técnicas disponíveis mundialmente e inclusive no Brasil para a avaliação em campo com testes rápidos e não-destrutivos (vide Bloco 10) dos deslocamentos resilientes dos pavimentos, possibilitando por retroanálise o cálculo do MR das camadas, auxiliando a liberação de camadas construídas e no dimensionamento de pavimentos e reabilitações

35 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 3.Outros ensaios mecânicos Para alguns materiais de base, sub-base e reforço do subleito, principalmente os cimentados e os asfálticos, é necessária a determinação da resistência à tração ou a resistência à compressão simples Estes valores de resistência são empregados principalmente em especificações de materiais e em alguns métodos de dimensionamento Em alguns casos de projetos, determina-se a permeabilidade dos materiais para verificação principalmente da capacidade drenante. Em geral são empregados ensaios de carga constante para britas, agregados ou materiais granulares, e ensaios de carga variável para solos

36 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 3.Outros ensaios mecânicos: resistência à tração por compressão diametral Carregamento estático de compressão vertical Deslocamento rompendo o Corpo-de-prova por tração

37 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais: Propriedades Mecânicas 3.Outros ensaios mecânicos: resistência à compressão simples Carregamento axial de compressão Deslocamento vertical do Corpo-de-prova levando à ruptura

38 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Materiais Comentários: A seleção dos materiais depende, portanto, da concepção da estrutura de pavimento que se objetiva construir e esta passa por: Identificação em campo, Caracterização em laboratório Determinação de propriedades mecânicas (resistência e deformabilidade) e da permeabilidade Após estas etapas, são dimensionadas as estruturas de pavimentos O Bloco 7 - aula 19 traz os materiais mais empregados em estruturas de pavimentos e algumas estruturas-tipo utilizadas como soluções de pavimentação em diferentes condições e casos.


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