Mecânica dos Pavimentos – Do início aos dias de hoje!

Figura 1 – Análise de tensões no ANSYS. Fonte: Autor, 2021.

A primeira teoria que possibilitou o estudo da mecânica dos pavimentos foi desenvolvida por Joseph Boussinesq (1842-1929) no final do século XIX, a qual permitia o cálculo de tensões, deformações e deslocamentos em um meio elástico em função da profundidade de análise (z) e da distância radial (r). As equações propostas por Boussinesq consideravam a aplicação de uma carga pontual (P) em um meio semi-infinito, homogêneo, elástico e isotrópico com base na lei de Hooke generalizada, conforme Figura 1. Por considerar uma carga pontual, inicialmente as equações de Boussinesq não seriam válidas para uso em pavimentação. Contudo, as equações foram estendidas para uma carga uniformemente distribuída (p) sobre área circular de raio a, conforme Figura 2. (BALBO, 2007). Você pode conhecer mais sobre as Equações de Boussinesq no nosso artigo sobre o tema.

Estas são as funções dos pavimentos!

Figura 1 – Esta é a função dos pavimentos. Fonte: Autor, 2020.

As estruturas da engenharia civil estão presentes no dia-a-dia das pessoas, de forma que, muitas vezes, o leigo acredite que tem conhecimento suficiente para opinar sobre alguns conceitos que tangenciam nossa profissão. Não é atoa que vemos construções residenciais sem a consulta de um profissional capacitado para de fato projetar, planejar e executar aquela construção. Na pavimentação acontecem alguns pontos parecidos. O fato de diariamente presenciarmos os pavimentos em ruas da cidade, muitas vezes trincados, infelizmente, faz com que pensemos que esse é o normal. “Pavimentos sempre estarão trincados”, é o que o público leigo acaba pensando.

Bom, nosso papel como engenheiros e educadores é justamente prevenir com que esse tipo de pensamento aconteça. E isso só ocorrerá quando começarmos a tratar os pavimentos de fato como estruturas que devem e precisam ser conservadas. Mudar essa linha de pensamento é muito mais do que algo estético, manter pavimentos conservados tem como objetivo a manutenção das funções de um pavimento. Mas, qual seriam essas funções?

Entenda a diferença entre o CBR e o Módulo de Resiliência


Em diversos países, o método de dimensionamento de pavimentos tem passado por atualizações que são importantes para garantir um bom desempenho dessas estruturas. Para o dimensionamento de pavimentos, é necessária a realização de alguns ensaios que tem como objetivo a caracterização do comportamento dos materiais. A evolução dos métodos de dimensionamento, de empíricos para empírico-mecanísticos, reflete também em mudanças nos ensaios necessários para essa definição de materiais.

O que é Califórnia Bearing Ratio (CBR)?

Quando tratamos especificamente do dimensionamento das estruturas de pavimentos, o ensaio mais conhecido é com certeza o Califórnia Bearing Ratio – comumente chamado pela sigla CBR. O ensaio CBR, bem como o método CBR de dimensionamento de pavimentos, foi o primeiro ensaio desenvolvido para avaliação do subleito em estradas na Califórnia.

O que é o Módulo de reação do Subleito?

Figura 1 – Conheça a Teoria das Placas Isotrópas e o Módulo de reação do Subleito. Fonte da Figura: https://www.votorantimcimentos.com.br/

O dimensionamento de pavimentos de concreto simples é realizado utilizando a teoria das placas isótropas, onde a estrutura apoiada em um meio elástico que por simplificação é representado por um sistema de molas. Neste modelo simplificado, o solo responderia com uma reação aos esforços impostos sobre a placa e estaria condicionada ao deslocamento na superfície da placa. Dessa forma, a constante elástica é chamada de módulo de reação do subleito e ela está relacionada com a rigidez do sistema.

Winkler (1867) foi quem desenvolveu um modelo simplificado para calcular os esforços de reação de subleitos em fundações rasas, o qual é composto por molas que não transmitem esforços de cisalhamento entre si e com constante elástica idêntica. Dessa forma, a pressão de reação do subleito é medido pelo produto do deslocamento vertical sofrido (y) e a constante elástica da mola (k), conforme Equação 1.

Entenda como a água pode danificar os pavimentos!

Figura 1 – Entenda como a água pode danificar os pavimentos. Fonte: Autor, 2019.

Um pavimento é definido como uma estrutura capaz de resistir aos esforços horizontais e verticais, proporcionando segurança e comporto ao usuário. Contudo, diversos são os fatores que podem influenciar e diminuir a capacidade estrutural ou funcional dos pavimentos, por exemplo, a água. Segundo SUZUKI, AZEVEDO e KABBACH JUNIOR (2013) a água pode infiltrar no pavimento através de juntas, trincas, bordos de acostamentos ou outros defeitos presentes na superfície do pavimento. Contudo, além de processos de infiltração, água livre nos pavimentos pode também ser resultado da elevação do lençol freático ou ascenção capilar.

O caminho da água até o pavimento

Os manuais de projeto de dimensionamentos, como o do DNIT (2006) e da AUSTROADS (2017), recomendam que o lençol freático seja rebaixado em, pelo menos, 1,5 metros através da instalação de drenos profundos longitudinais. Contudo, SUZUKI, AZEVEDO e KABBACH JUNIOR (2013) relatam que mesmo com esse rebaixamento do lençol freático, o subleito continua com uma umidade excessiva e que a infiltração de água é a principal responsável.

Análise da influência do diferencial térmico positivo em placas de concreto para dimensionamento e análise de fadiga

Figura 1 – Pavimento de Concreto no Aeroporto de Madri. Fonte: Autor, 2020.

O dimensionamento de pavimentos de concreto simples é realizado utilizando a teoria das placas isótropas, onde a estrutura apoiada em um meio elástico que por simplificação é representado por molas que não transmitem esforços de cisalhamento entre si. Neste modelo simplificado, o solo responderia com uma reação aos esforços impostos sobre a placa e estaria condicionada ao deslocamento na superfície da placa. Dessa forma, a constante elástica é chamada de módulo de reação do subleito e ela está relacionada com a rigidez do sistema.

Em muitos métodos de dimensionamento de pavimentos de concreto, o empenamento térmico não é considerado nas análises para determinar as tensões críticas solicitadas por cada eixo. Os modelos de fadiga, utilizados para determinar o consumo de fadiga pela hipótese de Palmgren-Miner, utilizam a relação de tensões para avaliar a fadiga na estrutura. A relação de tensões é definida pelo quociente entre a tensão de tração solicitante pelo eixo em questão e a resistência a tração à flexão, sendo a última geralmente assumida nos métodos de dimensionamento como 4,5 MPa em 28 dias. O dimensionamento da PCA (1984) utiliza o método dos elementos finitos para análise de tensões e a vida útil da estrutura é definida pelo critério do consumo de fadiga. Neste método, além dos limites de utilização quanto ao módulo de elasticidade empregado, não são consideradas as tensões de empenamento térmico. Segundo Balbo (2009) a equação de fadiga utilizada pela PCA (1984) possui uma faixa de aplicação para relações de tensão variando de 0,55 a 0,45. Dessa forma, relações de tensão inferiores a 0,45 são consideradas como ilimitadas.

Para análise da influência do empenamento térmico e outros fatores que afetam o dimensionamento de estruturas de pavimentos de concreto, serão analisados algumas posições de carga em uma estrutura pré definida e seguindo algumas recomendações de outros autores para definição dos parâmetros dos materiais utilizados.

Como utilizar o software EverFE para analisar tensões em pavimentos de concreto

O EverFE é um software que utiliza o método dos elementos finitos (MEF) para calcular tensões e deslocamentos em estruturas de pavimentos de concreto. Este software foi criado pelo professor Bill Davids da University of Maine e pode ser adquirido entrando em contato com o professor por email.

Você quer aprender a analisar tensões em placas de concreto? Neste software eu faço um passo a passo do procedimento de análise e comentamos sobre alguns conceitos de placas de concreto. Se ficar com alguma dúvida não deixe de postar nos comentários para que possamos conversar sobre isso! Clique no link abaixo para acompanhar o vídeo:

O que é Engenharia de Transportes?

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Quais são as áreas de atuação de um Engenheiro de Transportes?

A engenharia de transportes é uma das grandes áreas da engenharia civil. Contudo, algumas faculdades possuem um departamento específico de Engenharia de Transportes. Outras, devido a demanda do mercado, criaram um curso de graduação focado na área de Transportes.

Mas vocês sabe quais são as áreas de atuação do Engenheiro de Transportes?

Tenho certeza que uma das áreas você nem sabia que pertencia a esse departamento.

4 Funções de um Pavimento Rodoviário – Entenda o que é um Pavimento Rodoviário!

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Você já parou para se perguntar o que define um pavimento rodoviário? O que um pavimento rodoviário precisa cumprir ou quais critérios ele deve atender? No vídeo de hoje do Além da Inércia nós conversamos sobre as 4 funções que um pavimento deve atender!

Essas são funções que definem a necessidade de um pavimento para o uso rodoviário e, em alguns casos, outros tipos de pavimentos também! Vamos conversar um pouco sobre o que é um pavimento seguro e quais solicitações ele deve suportar. Conheça essas 4 funções dos pavimentos no nosso canal do Youtube! Link abaixo:

Conheça a primeira estrada pavimentada!

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Os pavimentos são estruturas que estão presentes em nossas vidas e solicitamos estas estruturas todos os dias para nos deslocar, seja pelas ruas de uma cidade ou pelas rodovias. Mas você sabe como surgiu a pavimentação?

No vídeo de hoje do Além da Inércia falamos sobre o surgimento do conceito de pavimentação e como foi a primeira estrada pavimentada! Acesse novo vídeo para conhecer estes pavimentos!

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