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

Fonte 1 – Califórnia Bearing Ratio e 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.

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.

AASHO Road Test – Conheça o maior experimento mundial de pavimentação

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Figura 1 – Conheça a AASHO Road Test. Fonte da Figura: http://asphalt.org/

No começo do século do XX a área de transportes começou a evoluir muito com a elaboração de novos métodos de cálculo, como a teoria de Burmister (1943; 1945; 1958), com o ensaio CBR para aplicação na pavimentação e o primeiro método de dimensionamento de pavimentos através do critério CBR em 1929.

Contudo, os pavimentos são estruturas muito complexas e muitos conceitos ainda precisavam ser estudados e compreendidos para a melhoria dos métodos de dimensionamento. Então em 1951, nos Estados Unidos da América, foi planejado um grande estudo de pavimentação, através da análise de pistas experimentais que foram chamadas de pistas experimentais da AASHO – ou no original – AASHO Road Test. As pistas experimentais da AASHO tiveram um investimento de US$ 27 milhões e foram construídas entre agosto de 1956 e setembro de 1958, já o monitoramento dessas estruturas ocorreu entre outubro de 1958 e setembro de 1960. O grande foco de estudo nas pistas experimentais da AASHO era verificar o desempenho dos pavimentos e definir a ruptura dos pavimentos, através do conceito de serventia.

Entenda o método CBR de dimensionamento de pavimentos aeroportuários

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Figura 1 – Trem de Pouso Tandem Triplo. Fonte da Figura: Airway (2015)

Até os dias de hoje o ensaio CBR é um dos mais utilizados para caracterização do material de subleito ou de camadas granulares de pavimentos. O ensaio CBR consiste de uma comparação da pressão aplicada por um pistão padronizado para penetração em um material analisado e a pressão aplicada pelo mesmo pistão para penetração em um material padrão. A pressão é analisada para penetrações de 2,54mm e 5,08mm, conforme descrito no nosso artigo sobre o ensaio CBR.

O critério CBR foi criado pelo engenheiro Porter do California Division of Highway (CDH), considerado o primeiro método de dimensionamento de pavimentos flexíveis e obtido totalmente por uma base empírica.

As limitações em métodos de dimensionamento – Como dimensionar um pavimento de mineração?

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Figura 1 – Haul Truck. Fonte da Figura: https://www.miningglobal.com/

No decorrer de um curso de graduação em engenharia civil o aluno passa por uma série de disciplinas para uma análise estrutural, a resistência dos materiais e a teoria das estruturas tornam-se rotineiras a partir do segundo ano da engenharia. Geralmente essas disciplinas focam mais em análises de vigas e pilares, sendo que outras estruturas ficam para um segundo plano e abordadas em disciplinas específicas.

Em algumas faculdades a disciplina de estradas é muito genérica e, com isso, não consegue apresentar todos os conceitos que envolvem a engenharia rodoviária ou, em um sentido mais amplo, a infraestrutura de transportes. Falta carga horária para uma abordagem ideal. Dessa forma, a área de pavimentação é pouco estudada em nível de graduação e, na maioria dos casos, o método de dimensionamento de pavimentos é apresentado sem a correta contextualização e sem detalhar suas limitações. Limitações estas tanto em níveis de carga quanto de previsão de desempenho.

Influência do trem de pouso para definição da Aeronave crítica em Pavimentos

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Fonte: https://www.businessinsider.com/

O Mix de Frota é o conjunto de aeronaves de todas as companhias aéreas que operam em um determinado aeroporto para atender uma demanda estabelecida na previsão do tráfego, o qual é função do volume anual de passageiros e do Mix de Frota da hora pico. As companhias aéreas possuem em sua frota aeronaves de diferentes categorias, ou seja, cada uma opera para um determinado objetivo e com isso reduzem custos.

De acordo com o site oficial da LATAM, a companhia aérea possui em sua frota 6 tipos de aeronaves divididas para rotas domésticas e rotas internacionais. A companhia utiliza para rotas domésticas as aeronaves da Airbus modelos A319, A320 e A321. Já para rotas internacionais a companhia utiliza dois modelos da Boeing, B767 e B777, e o modelo A350 da Airbus. Observando a Frota da LATAM podemos analisar o peso máximo de decolagem dessas aeronaves e o seu trem de pouso principal, conforme resumo do Quadro 1 de valores fornecidos pela ANAC.

Como dimensionar as Barras de Transferência em Pavimentos de Concreto

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Fonte da Figura: https://manetoni.com.br

As barras de transferência são aquelas posicionadas ao longo das juntas transversais dos pavimentos, e como o próprio nome já diz elas tem função de transferir parte da carga que uma placa recebe para a outra placa de concreto. O objetivo de transferir carga é porque as tensões e deflexões nas juntas são muito menores quando compartilhadas entre placas.

Uma barra de transferência cumprindo seu papel pode minimizar a formação de degraus (faulting) entre placas de pavimentos de concreto e prevenir o bombeamento de finos (pumping), o qual é utilizado como fator de projeto pelo método de dimensionamento da PCA (1984).

Entenda o sistema de 3 camadas (TSCE) na Mecânica dos Pavimentos

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Fonte: https://www.custompavingwi.com

Em 1943 e 1945 foram publicados os artigos com a solução para 2 camadas do pavimento. O sistema de duas camadas foi discutido em 2 artigos distintos aqui no Além da Inércia, onde apresentamos o cálculo de tensões verticais, deflexões e também os fatores de deformação, esse último aplicado para rodas simples, duplas e tandem duplo.

Em 1958 foi publicado no Highway Research Board o artigo em que Burmister apresenta a expansão da teoria para um sistema de 3 camadas, contemplando revestimento, base e subleito. A Figura 1 ilustra um sistema de 3 camadas onde é possível observar 6 tensões, sendo elas:

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