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Universidade do Minho Departamento de Engenharia Civil

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Carlos Palha, 2008

Caracterização final de Pavimentos

Caracterização final de um Pavimento

Avaliação das características estruturais e funcionais


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Carlos Palha, 2008


A avaliação da qualidade estrutural:

definir o nível de desempenho mecânico do pavimentof(tráfego pesado; condições climáticas)

“vida residual” (nº de passagens dum eixo-padrão)

A avaliação da qualidade funcional:definir a qualidade superficial do pavimento

(f(exigências dos utentes: conforto e segurança)

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Técnicas de Avaliação da Capacidade Estrutural

Caracterização da capacidade estrutural do pavimento (“pavimento - solo de fundação”)

observação da deformação vertical da superfície do pavimento (resposta do pavimento quando submetido à acção duma carga)

Medir a componente elástica – deformação reversível – da deformação (deformação permanente insignificante relativamente à deformação elástica)

Deformação do conjunto “pavimento - solo de fundação”: Deflexão(assentamento vertical da superfície da camada de desgaste do pavimento)

Equipamentos de medição da capacidade estrutural

deflectómetros, ou deflectógrafos


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Objectivos da medição da deflexão de um pavimento:caracterização da deformabilidade global de um pavimento (conhecida a constituição

da estrutura do pavimento, é utilizada para avaliar a capacidade estrutural (qualidade residual));

calibração dos modelos analíticos (determinação das tensões e deformações produzidas por uma determinada carga);

dimensionamento das camadas de reforço (eficácia quanto à capacidade de aumentar a rigidez do pavimento é avaliada através da redução do valor da deflexão medida, após a realização desse reforço);

definir a qualidade estrutural do pavimento (determinar classes de deflexão para utilização em sistemas de gestão).

Equipamentos de medição da capacidade estrutural:

Viga Benkleman (deflexão total/reversível));Deflectómetro de Impacto – FWD (deflexão reversível).

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♦ Viga BenklemanConstituição:

“base”, constituída por uma estrutura metálica rígida, a qual se apoia no pavimento através de dois pés, mantendo-se fixa durante o ensaio;

uma “viga”, que roda em torno de um eixo solidário com a base e que se apoia no pavimento por uma das extremidades (“ponta apalpadora” - P);

Na extremidade livre do braço menor apoia-se a haste de um deflectómetro –transdutor de deslocamentos (a relação entre o comprimento dos braços é de 2/1, tendo o braço maior cerca de 2.4 metros de comprimento).

Primeira viga em Portugal, com registo automático da deformada (“deflectógrafo de pavimentos”): LNEC, anos 60. Foram desenvolvidos ábacos e tabelas para apoiar a interpretação dos deflectogramas.


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Realização do ensaio (2 ciclos):“ensaio de carga e descarga”;

“ensaio de descarga”.

1.00 m d30

carga descarga

0.3d

e

def.

elás

tica

(de)

Distância (m)

Deflexão (1/100 mm)

Análise da curva “deflexão-distância” (“linha de influência” ou “bacia de deflexão”):

Deflexão máxima reversível (deflexão elástica) - capacidade estrutural global (nível de rede);

d(30) e d(90) – contribuição das camadas (distância entre o ponto a observar e o ponto da linha de influência correspondente a (n) % da deflexão reversível máxima) (nível de projecto);

Rc – raio de curvatura mínimo da deformada (medido no ponto de deflexão máxima -“nível de projecto”).

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Ensaio pontual bastante lento (incompatível com estudos de grandes extensões);

Interesse apenas na observação de pequenos trechos (nível de projecto);

Realização de estudos de investigação.


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♦ Deflectómetro de Impacto (FWD)

avaliação da capacidade estrutural de um pavimento através da medição da resposta a uma carga de impacto

Veículo ligeiro (equipamento informático de controlo do ensaio, de aquisição, tratamento e restituição da informação: micro-computador);

Reboque (suporte do equipamento):eixo vertical (massa cadente solidária com uma estrutura metálica, suportando um

conjunto de amortecedores, que por sua vez transmitem a carga resultante da queda da massa a uma placa rígida de 300 ou 400 mm);

Acelerómetros (medição da resposta da superfície do pavimento; desde o centro de aplicação da carga, até uma distância de 2,40 m);

Ensaio:

massa cadente cai sobre os amortecedores (duma determinada altura), transmitindo-se ao pavimento através da placa rígida central;medem-se os deslocamentos verticais da superfície nos pontos de apoio dos acelerómetros.

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♦ Avaliação da capacidade de carga de pavimentos rodoviários

♦Deflectómetro de Impacto - FWD (Falling Weight Deflectomemter)

Foto FWD com sensores


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Distância (m)

Deflexão (mm)

1.0 2.0 3.0

0.5 Verão

Inverno

Distância (m)

Deflexão (mm)

1.0 2.0 3.0

0.5

Inverno

Verão

a) b)

Estrutura (a):elevada espessura betuminosa do pavimento; deflexão reduzida (valores próximos a 0,3 mm); a influência do carregamento dever-se-á sentir para além de 2.0 m do seu

centro de aplicação da carga.

Estrutura (b):rigidez da camada betuminosa é inferior; preponderância do comportamento da componente granular (influência do aumento do

teor em água).

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♦ Equipamentos Multifunções

Avaliação da qualidade de um pavimento

utilização de vários equipamentos (recursos materiais, e humanos)

Equipamentos com as componentes destinadas a observar os parâmetros de caracterização do estado dos pavimentos (estado superficial, irregularidade longitudinal e irregularidade transversal; excepto a observação da capacidade estrutural.) e as características geométricas (perfil longitudinal e transversal).

Lasers – textura e regularidadeInertial Motion Sensor – raio curvatura, etcAcelerómetros – anular movimentos verticaisEncoder – Medição de distânciasCâmara – fotos/filmagens


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Técnicas de Observ. da Regularidade Longitudinal

controlo de qualidade da construção;observar a evolução do desempenho dos pavimentos.

Métodos de “medição” da irregularidade considerados a dois níveis:princípio e técnica adoptada para observar o perfil;“cálculos” dos índices de irregularidade do perfil medido.

Irregularidade dum pavimento só pode ser avaliada de forma independente quando a sua medição é baseada no perfil do pavimento.

Equipamentos de observação:

equipamentos baseados na resposta dinâmica de um veículo;equipamentos de referência geométrica simples; equipamentos baseado na obtenção de uma “imagem” do perfil

da superfície do pavimento.

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Ao longo de um itinerário, diferentes defeitos de regularidade:irregularidade de elevado comprimento de onda e de reduzida frequência;

reduzida extensão (reduzido comprimento de onda) e, consequentemente, com uma elevada frequência.

Efeitos da irregularidade longitudinal:condições de circulação para o utente (conforto e segurança);

evolução da qualidade estrutural (efeito das sobrecargas dinâmicas).

Análise da irregularidade longitudinal:distinguir esta da eventual heterogeneidade do perfil longitudinal

(deficiência de concepção; não um defeito a considerar na avaliação da qualidade)

Irregularidade: gama de comprimentos de onda de 0,7 a 50,0 m:Irregularidade (a): desconforto para os utentes;

Irregularidade (b): oscilações e vibrações dos veículos

desconforto; insegurança; aumento das cargas dinâmicas dos veículos pesados; redução do atrito, como resultado da redução da carga dinâmica.


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A irregularidade longitudinal

factor que afecta mais fortemente a opinião do utente sobre a qualidade do pavimento;

equipamento para avaliar a irregularidade; valores das classes a considerar no processo de classificação calibradas com a “informação paralela” do utente sobre a qualidade de circulação.

A importância da irregularidade num sistema de gestão de pavimentos

f(política rodoviária ou prioridades)

Irregularidade favorece a qualidade funcional do pavimento;

Deflexão, degradações preservar o “capital estrutural do pavimento”.

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Multifunções - Perfil Transversal e Longitudinal

PerfilTransversal

PerfisLongitudinais


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Multifunções – Textura (Mean Profile Depth/Estimated Texture Depth)

0.0

0.2

0.4

0.60.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40

Distância (km)

ETD

(mm

)

Rodado Esq. Rodado Dir.

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Multifunções – IRI (International Roughness Index)

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

pos iç ão (k m)

IRI

(m/k

m)

R ode ira e s querda C entro R ode ira dire ita

A rranque


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Textura/Mancha de areia (EN 13036-1)

2R

Areia ouEsferas de

vidro

superfície de rolamento

H

H = profundidade médiaR = raio do circulo

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Textura/Mancha de areia (EN 13036-1)


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A evolução do atrito num curto intervalo de tempo:Quando chove, forma-se inicialmente uma pasta fluída muito fina (mistura com a

água de fina camada de pequenas partículas (desgaste dos pneus, desgaste do pavimento, acumulação de poeiras)), o valor mais reduzido – valor A.

Decorridas algum tempo (f(intensidade da chuva e estado do pavimento)), aquela pasta é removida pela própria chuva e pelos veículos - valor B (valor da situação de pavimento molhado.

Terminada a queda de chuva, a água começa a escoar-se da superfície do pavimento e o coeficiente de atrito transversal passa a ter o valor C (valor normal em período seco).

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A evolução do atrito longo da vida do pavimento:Intensidade do tráfego;

Resistência ao desgaste dos materiais

Período A:Redução lenta e gradual do CAT;

Fase inicial: o CAT cresce devido ao desgaste da película betuminosa superficial (acréscimo da macro-textura e ao aparecimento da micro-textura).

Período B:Aumento do CAT (aumento da macrotextura – fendilhamento, permeabilidade).


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Medição do atrito pontual (EN 13036-4)

Pêndulo britânico

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Medição do atrito em contínuo

Grip-tester


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Permeabilidade em pisos drenantes

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