Dimensionamento de Pavimento Flexível – Método do DNER

A ideia deste POST é apresentar a metodologia de dimensionamento de pavimento flexível do DNER da forma mais didática e simples possível. Espero que gostem!

APRESENTAÇÃO

O Manual de Pavimentação do DNIT apresenta 2 métodos de dimensionamento para pavimentos flexíveis, sendo:

• Método DNER; e
• Análise Mecanística.

Neste post será abordado o método do DNER, o qual tem como base o trabalho “Design of Flexible Pavements Considering Mixed Loads and Traffic Volume”, da autoria do USACE (United States of America Corps of Engeneers) – Corpo de Engenheiros do Exército Americano e conclusões obtidas na pista experimental da AASHTO.

Este método adota coeficientes de equivalência estrutural, os quais também foram obtidos na pista experimental da AASHTO com algumas modificações que foram consideradas oportunas.

As camadas do pavimento flexível são dimensionadas em função do tipo de material constituinte e da sua respectiva capacidade de suporte e também do subleito.

Tal capacidade de suporte do subleito e dos materiais é definida pelo ensaio de CBR, o qual é preconizado pelo DNER e normatizado pelo Método de Ensaio ME 172/2016, onde corpos-de-prova são moldados em laboratório para as condições de massa específica aparente e umidade especificada para o serviço.

Os materiais devem ser compactados de acordo com os valores fixados nas “Especificações Gerais”, sendo recomendado que em nenhum caso, o grau de compactação deve ser inferior a 100% do que for especificado.

O método também recomenda que solos granulares com granulação grossa, deve ser aplicada uma energia de compressão correspondente ao Proctor Modificado.

CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

As características dos materiais por camadas devem ser as seguintes:

Subleito:

• CBR >= 2%; e
• Expansão <= 2%.

Reforço do Subleito:

• CBR maior que o do subleito; e
• Expansão <= 1%.

Subbase:

• CBR >= 20%; e
• Expansão <= 1%.

Base:

Quando o número “N” > 5 x 10⁶, então:

• CBR >= 80%;
• Expansão <= 0,5%;
• Limite de Liquidez (LL) <= 25%; e
• Índice de Plasticidade (IP) <= 6%.

Quando o número “N” <= 5 x 10⁶, então:

• CBR >= 60%; e
• Faixas Granulométricas> E e F.

METODOLOGIA

Além dos materiais, o dimensionamento do pavimento também leva em consideração o efeito destrutivo do tráfego que é representado pelo número equivalente de operações de um eixo tomado como padrão, durante o período de projeto escolhido (entenda a influência do tráfego sobre o dimensionamento do pavimento flexível clicando aqui).

De posse das informações das camadas constituintes e do número “N”, o próximo passo é determinar os coeficientes de equivalência estrutural para as diferentes camadas que irão constituir o futuro pavimento. De acordo com o tipo de material é possível determinar o coeficiente através da tabela da Figura 1, tal coeficiente varia de 2 para bases ou revestimento com material betuminoso até 1 para as camadas granulares.

Figura 1 – Coeficientes de Equivalência Estrutural

Segundo o Manual de Pavimentação do DNIT, os coeficientes estruturais são designados por:

• Revestimento: K_R;
• Base: K_B;
• Sub base: K_S;
• Reforço: K_Ref.

SEQUÊNCIA DE CÁLCULOS

O primeiro passo para definição das camadas é escolher o tipo de revestimento, o qual está diretamente relacionado com o esforço do tráfego indicado pelo número “N”. A Figura 2 apresenta a tabela na qual o tipo e a espessura mínima do revestimento são definidos.

Figura 2 – Definição do Tipo e Espessura do Revestimento

Tentando ser o mais didático possível para facilitar o entendimento, o próximo passo para dimensionamento do pavimento é definir as espessuras das camadas utilizando inequações pré-definidas no método (Figura 3) e pelas curvas indicadas na Figura 5, as quais determinam a espessura de material que deve estar sobre uma camada considerando parâmetros de tráfego e de suporte dos materiais constituintes.

Figura 3 – Inequações para determinação das Espessuras das Camadas

Onde,

• R = Espessura do revestimento;
• B = Espessura da camada de base;
• H₂₀ = Espessura sobre a camada de sub base;
• h₂₀ = Espessura da camada de sub base;
• H_n = Espessura sobre a camada de reforço do subleito;
• h_N = Espessura da camada de reforço do subleito;
• H_M = Espessura sobre a camada de subleito;

A figura 4 ajuda no melhor entendimento dos índices apresentados.

Figura 4 – Definição das espessuras das camadas

Figura 5 – Curvas para determinação das espessuras das camadas

Para facilitar o entendimento, na Figura 5 o eixo das abscissas apresenta a potência de 10 do número “N” e o eixo das ordenadas apresenta a espessura máxima que deve existir sobre a camada estudada.

É importante ressaltar que as normas apresentam que as espessuras máximas e mínimas que devem ser adotadas para cada camada são respectivamente 20cm e 10cm. As normas ressaltam também que a espessura mínima para facilitar a construção a ser adotada para as camadas deve ser de 15cm.

Uma observação importante é que, mesmo que o CBR da camada de sub base seja superior a 20%, a espessura do pavimento para protegê-la é determinada como se o valor fosse 20 e, por esta razão, sempre são usados os símbolos H_{20 e} h_20.

Dessa forma, utilizando-se as inequações da Figura 3 e as curvas da Figura 5 é possível determinar as espessuras das camadas do pavimento.

Para facilitar o entendimento do método, utilizaremos o seguinte exemplo:

Exemplo: Dimensionar um pavimento flexível considerando os seguinte parâmetros pré-estabelecidos:

As camadas de base e sub base devem ser consideradas como granulares.

Etapa 1: Determinação do tipo de revestimento utilizando a tabela mostrada na Figura 2 em seguida determinar o coeficiente estrutural do mesmo utilizando a Figura 1.

Como o número “N” é superior a  10⁶  e inferior ou igual a 5 x 10⁶  então o tipo de revestimento a ser utilizado deve ser Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) com 5cm de espessura. Sendo assim K_R = 2.

Etapa 2: Determinação da espessura da camada sobre a sub base usando as curvas da Figura 5 e também a espessura da camada de base.

Pelo gráfico, obtém-se H₂₀ = 30cm.

Pela inequação:

tem-se,

5 x 2 + B * K_B >= 30

Como a camada de base é granular, então de acordo com a Figura 1, K_B  = 1,00. Sendo assim,

5 x 2 + B x 1 >= 30

B >=30 – 10

B >= 20.

A espessura da base deve ser de 20cm.

Etapa 3: Determinação da espessura da camada sobre o subleito usando as curvas da Figura 5 e também a espessura da camada de subbase.

Pelo gráfico, obtém-se h₂₀ = 48cm.

Pela inequação:

obtém-se:

2 x 5 + 20 x 1 +  h20 x K_S >= 48

Como a camada de base é granular, então de acordo com a Figura 1, K_S  = 1,00. Sendo assim,

2 x 5 + 20 x 1 + h20 x 1 >= 48

h₂₀ >= 48 – 30

h₂₀ >= 18cm

Para esse caso, a espessura da sub base será considerada como 20cm.

h₂₀ = 20cm

Considerando os parâmetros de tráfego e de CBR das camadas, o pavimento terá a seguinte configuração:

• Revestimento
• Tipo: CBUQ
• Espessura: 5,0cm

• Base
• Tipo: Granular
• Espessura: 20,0 cm
• CBR = 62%

• Sub base 
• Tipo: Granular
• Espessura: 20,0 cm
• CBR = 16%

• Subleito
• CBR = 8%

Com isso o dimensionamento está completo.

Observação: É importante salientar que o dimensionamento foi realizado com os dados apresentados. O intuito foi mostrar o passo a passo para aplicação do método do DNER e facilitar o entendimento do mesmo. Para uma situação real, o material da sub base deveria ser melhorado por meio de mistura para fornecer um CBR igual ou superior a 20%.

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