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29/07/2014
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TEC: Mecânica dos Pavimentos
Introdução
Profª. Daniane F. Vicentini
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁSetor de Tecnologia - Departamento de TransportesPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de
Construção Civil
1. O pavimento como estrutura
UFPR - Setor de Tecnologia/Departamento de TransportesPPGECC – Tópicos Especiais em Construção: Mecânica dos Pavimentos
O pavimento é um sistema de várias camadas sobre sobre um semi-espaço finito, cuja finalidade dos materiais constituintes decresce com a profundidade.
FLEXÍVEL
RÍGIDOQualidade
dos materiais
(De: Pavimentação Asfáltica, 2010)
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UFPR - Setor de Tecnologia/Departamento de TransportesPPGECC – Tópicos Especiais em Construção: Mecânica dos Pavimentos
Exigências do Século XXI:
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Métodos Empíricos
Métodos Mecanísticos
Dimensionamento de pavimentos asfálticos
- DNER- AASHTO- CBR- IG
- Modelos Analíticos- Modelos Numéricos
Semi-empíricos
- Método da Resiliência
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Métodos Empíricos
Métodos Mecanísticos
Dimensionamento de pavimentos asfálticos
- Dimensionamento otimizado- Procedimento racional- Admite novas tecnologias- Metodologia universal
(globalização)
- Procedimentos práticos (ábacos, tabelas, etc.)
- Procedimentos consolidados
UFPR - Setor de Tecnologia/Departamento de TransportesPPGECC – Tópicos Especiais em Construção: Mecânica dos Pavimentos
Métodos Empíricos
Métodos Mecanísticos
Dimensionamento de pavimentos asfálticos
- Dificuldade na calibração dos modelos
- Requer conhecimento aprofundado
- P/ tecnologias novas, é preciso criar novos procedimentos
- Superestimação do projeto- Valores e procedimentos
copiados de normativas estrangeiras
- Não consideram os efeitos da fadiga
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1. O pavimento como estrutura
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Onde:
• SL: terreno de fundação; • Reforço de SL: camada complementar
de espessura constante. Funciona como estrutura do pavimento e transição entre este e a fundação. Seu CBR debe ser ≥ que o do SL;
• SB: correção do SL, complementa a finalidade estrutural da base. Nos pavimentos rígidos,tem pouca contribuição estrutural,ajudandoa controlar o bombeamento, expansão e a contração;
• B: distribuir os esforços e serve de leito para o revestimento;• Rev: resiste e distribui esforços, rolamento suave e seguro,
impermeabilização;• CCP: desempenha o papel de base e revestimento ao mesmo
tempo.
Rev
SB
SL
B
1. O pavimento como estrutura 1.1. Distribuição de tensões nos pavimentos
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O pavimento asfáltico é uma estrutura COMPLEXA, pois é compostopor várias camadas de materiais de comportamentos distintos, alémde que sua análise depende de muitas variáveis:
- Materiais- Cargas dinâmicas, variáveis e estimadas- Fundação- Clima e condições ambientais- Vida útil curta, quando comparado com outras estruturas- Coeficiente de segurança baixo e indefinido- Investimento caro a longo prazo, a pesar de que inicialmente o
custo é baixo
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1. O pavimento como estrutura 1.2. Materiais e modelos (complexidade)
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- Sólido multifásico- Anisotrópico- Materiais granulares multiescala, de formato irregular e orientação
aleatória- Presença de não-linearidade:
MA comportamento visco-elásticoGranulares não-lineares
1. O pavimento como estrutura
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(De: Pavimentação Asfáltica, 2010)
Representação dos principais esforços
atuantes no pavimento (flexível)
≠ pav. rígido
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1. O pavimento como estrutura 1.3. Principais ações consideradas nas análises
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- Flexão- Confinamento horizontal- Compressão vertical- Cisalhamento das camadas- Fadiga
1. O pavimento como estrutura
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Flexão:
Modelo de viga FPB:
P/2 P/2
P/2 P/2L/3 L/3 L/3
MPL/6
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1. O pavimento como estrutura
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Confinamento horizontal:
1. O pavimento como estrutura
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Compressão vertical:
h1
h3
h2
p1
p2
p3
p4z
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1. O pavimento como estrutura
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Cisalhamento:
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(De: Notas Pavimentação UFPR)
Esquema longitudinal
- Carga se distribui proporcionalmente com a rigidez das camadas
- Camadas sofrem def. elásticas significativas
- Def. até um certo limite não deveriam ocasionar a ruptura
- Qualidade do SL é importante (submetido a altas tensões e absorve maiores deflexões)
- Placa absorve maior parte das tensões
- Distribuição sobre uma área relativamente maior
- Pouco deformável e mais resistente à tração
- Qualidade do SL interfere pouco no comportamento estrutural
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(De: Notas Pavimentação UFPR)
Alguns dados (aspecto funcional)
de referência admitidos no Brasil
Carga/roda Nº repetições
5000 (kgf)Estradas
Aeroportos 50000 (kgf)
1x10e06 a 1x10e09
1x10e04 a 5x10e04
S
N
Fadiga é apontada como um dos principais causantes de fissuras empavimentos (R. Rocha, 2009)
Fadiga:
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Fadiga:
N
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- Elástico multicamadas (analítico)
- Mecânica dos meios contínuos:a) Método das Diferenças Finitasb) Método dos Elementos Finitosc) Método dos Elementos de Contorno
- Meios descontínuos e heterogêneos: Método dos Elementos Discretos
1. O pavimento como estrutura 1.4. Modelos de análise
UFPR - Setor de Tecnologia/Departamento de TransportesPPGECC – Tópicos Especiais em Construção: Mecânica dos Pavimentos
MEF MEC
DISCRETIZAR DIVIDIR
PROBLEMA REAL
1
.....NE
n
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1. O pavimento como estrutura 1.4. Modelos de análiseMétodo dos Elementos Finitos:
Bastante difundido, softwares potentes permitem incluir:- Efeitos de viscosidade- Temperatura- Multimateriais- Anisotropia- Leis de comportamento diversificadas- etc.
Ex.: ABAQUS, ANSYS (disponível em: http://www.cesec.ufpr.br/disciplinas/elementosfinitos/material.html# ), Plaxis (2D e 3D), FACE, FEPAVE (Berkley + COPPE), SisPavBR, etc.
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Ex.: ANSYS
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UFPR - Setor de Tecnologia/Departamento de TransportesPPGECC – Tópicos Especiais em Construção: Mecânica dos Pavimentos
Ex.: ANSYS
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Ex.: ANSYS - utilização
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Ex.: SisPav (mecanístico-empírico: TCE)
(Tese de Filipe Proença Franco, 2007)
UFPR - Setor de Tecnologia/Departamento de TransportesPPGECC – Tópicos Especiais em Construção: Mecânica dos Pavimentos
Ex.: SisPav (mecanístico-empírico: TCE)
(Tese de Filipe Proença Franco, 2007)
Ex. Resultado: deslocamento vertical (m)