Por que é tão difícil dimensionar pavimentos com precisão?

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Durante muito tempo os ábacos desenvolvidos para dimensionamento de pavimentos e em vigor no Brasil através do método DNER (1981), nos levaram a uma breve e precipitada conclusão de que estruturas de pavimentos são fáceis de serem dimensionados.

Afinal nós calculamos o número de repetições do eixo padrão rodoviário (N), encontramos valores em ábacos e substituímos nas inequações para encontrar as espessuras equivalentes de material granular. Algo fácil, né? Mas não é bem assim.

Análise da relação entre a falta de aderência entre camadas e a vida de fadiga dos pavimentos flexíveis

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Figura 1 – Defeitos no pavimento do projeto asfalto novo após 4 meses de recapamento. Fonte: Autor (2018)

No final de 2017, durante o programa Asfalto novo, presenciei a execução de revestimento asfáltico com chuva. Vi também em outras oportunidades, não apenas realizadas pela prefeitura, a execução do revestimento sem esperar a cura da imprimação. Meses depois, pra ser mais exato 4 meses depois, o “asfalto novo” já apresentava diversos defeitos.

Na época desse ocorrido com o projeto da prefeitura eu até escrevi um artigo sobre o assunto, que você pode ler aqui mesmo no Além da Inércia clicando aqui.

Pois bem, mas o que esses fatos citados interferem no pavimento? Há alguma relação desses erros de execução com a vida útil dos pavimentos ou ocorreu um erro de projeto?

Os 3 tipos de Recalque na Mecânica dos Solos

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Figura 1 – Torre de Pisa. Fonte: http://analise-do-irreal.blogspot.com

A compressão é causada pela ação de expulsão da água ou do ar dos espaços vazios do solo, aumentando seu grau de compactação e causando o deslocamento das partículas de solo. Esse deslocamento do solo é chamado de recalque ou assentamento do solo, podendo causar diversos problemas em obras, causando trincas e podendo até levar a ruptura dependendo da estrutura. Dessa forma, precisamos determinar a compressibilidade do solo a qual e pode ser dividido em 3 categorias:

  • Recalque Elástico ou Imediato (Immediate or Elastic Settlement): É a deformação elástica dos solos secos, úmidos ou saturados.
  • Recalque por adensamento primário (Primary Consolidation Settlement): É resultado da alteração do volume em solos coesivos saturados.
  • Recalque por adensamento secundário (Secondary consolidation Settlement): É resultado do ajuste plástico da estrutura do solo.

Como verificar a estabilidade dos taludes através do Método de Fellenius

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O cálculo da estabilidade de taludes é um assunto abordado em disciplinas de graduação, geralmente com o nome de Obras de Terra. Diversos são os métodos de cálculo disponíveis para essa verificação na mecânica dos solos, sendo muitas vezes uma escolha do engenheiro e calculista qual deles utilizar. Na prática de escritórios de engenharia são utilizados softwares que facilitam o cálculo e nesse artigo vamos tratar sobre um dos métodos empregados  e citar softwares utilizados em escritórios de geotecnia.

O método de Fellenius juntamente com o método de bishop são chamados de métodos das fatias, sendo os mais utilizados para o estudo da estabilidade de taludes. O método de fatias consiste em:

  • Dividir o talude em fatias de base com material único.
  • As tensões da base são geradas pelo peso da fatia.
  • calcula-se o equilíbrio do conjunto pela equação de equilíbrio em relação ao centro do círculo.

O Ensaio de Cisalhamento direto

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Existem diversas maneiras de determinar a resistência ao cisalhamento dos solos, dentre elas podemos destacar o ensaio de cisalhamento direto, ensaio triaxial, ensaio de cisalhamento simples, triaxial de deformação plana e o cisalhamento angular. Nesse artigo daremos foco no ensaio de cisalhamento direto.

O ensaio de cisalhamento direto é a forma mais antiga e fácil para determinar a resistência ao cisalhamento do solo, onde o equipamento necessário é uma caixa metálica para colocar o corpo de prova, e é aplicada uma força horizontal forma a separar a caixa.

Como dimensionar o Lastro Ferroviário pelo Método Eisenmann

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Após a determinação dos cinco dormentes mais solicitados sobre aplicação de uma determinada carga ferroviária, podemos dimensionar a camada de lastro através do método de Eisenmann.

O dimensionamento pelo método de Eisenmann consiste em determinar qual é a tensão a determinada profundidade do lastro, ponto c, influenciada pelos 5 dormentes mais solicitados. O ponto c é posicionado logo abaixo do dormente central, dentre os 5 selecionados. A Figura 1 ilustra o método, e a Equação 1 o cálculo da tensão Pz para o dormente central e a Equação 2 o cálculo da tensão Pz para os demais dormentes. Essas equações tem origem nas hipóteses de Boussinesq que considera um semi espaço infinito, homogêneo e isotópico.

Como realizar a Distribuição de carga nos dormentes Ferroviários

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Conforme apresentado no artigo específico sobre dormentes, com base nas pesquisas realizadas, esses recebem cerca de 40% da carga imposta no boleto dos trilhos. Entretanto é necessária uma análise da distribuição de carga nos dormentes.

O espaçamento entre dormentes é calculado em função da pressão admissível (Padm) sobre o lastro, da área de soca (A), da carga da roda majorada (Q) e do coeficiente de impacto (Cd). Conforte Equação 1.

Como dimensionar o Lastro Ferroviário pelo método TALBOT

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O dimensionamento adequado das camadas de lastro e sublastro é fundamental para que a via ferroviária não precise de manutenções constantes. O erro nesse tipo de dimensionamento pode fazer com que a via sofra de constantes problemas de desnivelamento, prejudicando o tráfego, a segurança e exigindo muitas manutenções.

A distribuição de tensões apresenta um espraiamento de ângulo variando de 30° a 45° com a horizontal. Essa distribuição é considerada para todos os eixos dos dormentes, transversal e longitudinal, conforme Figura 1.

Essas são as velocidades consideradas em Projetos de Rodovias

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O tempo de viagem é um dos fatores mais importantes para aqueles que estão indo curtir as férias, ou encontrar os familiares que não veem a algum tempo. A velocidade de um veículo depende das condições climáticas, do tráfego, do condutor e da capacidade da via, esse último conforme vimos aqui.

No projeto geométrico das vias, podemos considerar 2 velocidades, a velocidades de projeto (Vp) e a velocidade média do percurso (Vm)

Como dimensionar Trilhos Ferroviários no método Zimmermann adaptado

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Há dois métodos mais consagrados para dimensionamento de trilhos ferroviários, ambos baseiam-se na consideração da grade apoiada em um meio elástico, ou seja, o modelo é semelhante a uma viga solicitada sobre uma fundação deformável.

O procedimento de zimmermann permite adaptar o modelo da via apoiada sobre dormentes em uma sapatada corrida, proposto pelas adaptações realizadas por Eisenmann. Dessa forma, considera-se o trilho como uma sapata infinita sobre o apoio elástico.

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