jober luiz gonçalves resenes
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Jober Luiz Gonçalves Resenes
Metodologias de Dimensionamento da Reabilitação e Estudo Comparativo com o Catálogo de soluções de Pavimentação CREMA 2ª Etapa: Estudo de Caso Rodovia BR-282/SC Trecho km 206,960
ao 214,345
Trabalho de Conclusão de Curso submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do Grau de Engenheiro Civil. Orientadora: Prof.ª Dr.ª Liseane Padilha Thives
Florianópolis
2014
Jober Luiz Gonçalves Resenes
Metodologias de Dimensionamento da Reabilitação e Estudo Comparativo com o Catálogo de soluções de Pavimentação CREMA 2ª Etapa: Estudo de Caso Rodovia BR-282/SC Trecho km 206,960
ao 214,345
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para
obtenção do Título de Engenheiro Civil e aprovado em sua forma final pelo Departamento de Engenharia Civil.
Florianópolis, 10 de julho de 2014.
Prof. Dr. Luiz Alberto Gómez
Coordenador do Curso Banca Examinadora:
_________________________________
Prof.ª Dr.ª Liseane Padilha Thives Orientadora
Universidade Federal de Santa Catarina
Prof. Dr. Rafael Augusto dos Reis Higashi Universidade Federal de Santa Catarina
Enga Cristine Yohana Ribas
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil –PPGEC\UFSC
Dedico este trabalho aos meus pais, Luiz e Alcenira, pelo apoio e pelos exemplos de caráter durante toda a minha vida.
AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus por ter me dado saúde e força para
superar todas as dificuldades. Agradeço especialmente aos meus pais, Luiz e Alcenira e ao meu
irmão, José Julio, pela paciência, apoio e incentivo durante todo processo na realização deste trabalho.
À Professora Liseane Padilha Thives, inicialmente por aceitar a orientação e, depois por ter me orientado na execução deste trabalho, com dedicação, incentivo, compreensão e confiança.
Aos membros da banca avaliadora, por aceitarem o convite para
participar. Aos amigos e colegas de graduação, em especial Fabio Caon,
Gabriel Rosolem, Hudson Fagundes e Vicente Casagrande, Ot pelos laços de amizade, companheirismo, ajuda e incentivo.
Aos amigos Otávio Rodrigues, Luan Cardoso pelo apoio durante a
realização deste trabalho. À Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), por possibilitar
a minha formação como Engenheiro Civil. À Elisa Moraes, minha amiga e companheira que não mediu
esforços para ajudar com seu apoio, incentivo e companheirismo. À toda a Equipe de Transportes da Prosul – Projetos, Supervisão e
Consultoria, pela compreensão, apoio e auxilio durante o desenvolvimento de todo esse trabalho.
A todas as outras pessoas que direta ou indiretamente colaboraram
com o sucesso deste trabalho.
A todos, os meus mais sinceros agradecimentos.
“No que diz respeito ao empenho, ao compromisso, ao esforço, à dedicação, não existe meio termo. Ou você faz uma coisa bem feita ou não faz.”
Ayrton Senna
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo avaliar e comparar os resultados do catálogo de solução de pavimentação do programa CREMA (Contratos de Restauração e Manutenção) 2ª Etapa, estabelecido pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte (DNIT), com o método empírico-mecanístico de dimensionamento de reforço de pavimentos flexíveis, tendo como estudo de caso da rodovia BR-282, trecho km 206,960 ao 214,345, em Santa Catarina. Para a análise comparativa, foram levantados dados de projetos, realizadas as avaliações funcional e estrutural do pavimento do trecho da rodovia e aplicadas as metodologias de dimensionamento de reforço asfáltico (DNER-PRO 11/79 e DNER-PRO 269/94) preconizadas e recomendadas pelo catálogo. Em seguida, foram dimensionadas, pelo método empírico-mecanístico, as espessuras de reforço asfáltico necessárias a resistir ao horizonte de projeto de dez anos e comparadas com as soluções catalogadas. Também realizou-se, através do método empírico-mecanístico, a estimativa da vida útil de algumas soluções definidas pelo catálogo, por meio da análise de tensão e deformação do pavimento através do software BISAR 3.0 e a obtenção de módulos efetivos através da técnica da retroanálise das bacias deflectométricas, mediante a aplicação do software EVERCALC 5.0. Constatou-se que as soluções indicadas pelo catálogo de soluções de restauração CREMA 2ª Etapa, segundo os critérios e hipóteses considerados, não prevê a vida útil de dez anos. PALAVRAS CHAVE: Métodos de dimensionamento, Programa CREMA, Catálogo de soluções, Reforço asfáltico.
LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Custo operacional dos veículos conforme o estado do pavimento (%). ........................................................................................ 9 Figura 2 – Aumento do custo operacional do transporte devido ao estado do pavimento por região (%). .................................................................. 9 Figura 3 – Seção tipo de pavimento flexível. ........................................ 11 Figura 4 – Agentes atuantes no pavimento rodoviário. ......................... 12 Figura 5 – Demarcação de áreas para inventário de defeitos. ............... 15 Figura 6 – Esquema do posicionamento da Viga Benkelman. .............. 20 Figura 7 – Equipamento tipo FWD. ...................................................... 21 Figura 8 – Representação dos deflectômetros de impactos. .................. 21 Figura 9 – Exemplo de delimitação os segmentos homogêneos pelo método das diferenças acumuladas. ...................................................... 23 Figura 10 – Diferentes formas de bacia deflectométrica indicam diferentes capacidades de carga para a mesma deflexão máxima. ........ 25 Figura 11 – Representação esquemática do critério à fadiga. ............... 30 Figura 12 – Representação esquemática do critério à deformação permanente. ........................................................................................... 30 Figura 12 –Deformação de tração e compressão usadas como critérios de ruína. ..................................................................................................... 39 Figura 14 –Fluxograma do método do trabalho. ................................... 53 Figura 15 – Caracterização do trecho de estudo BR-282. ..................... 54 Figura 16 – Croqui de localização com os postos de contagem de tráfego. ............................................................................................................... 56 Figura 17 - Tela para entrada de dados gerais no EVERCALC 5.0. ..... 72 Figura 18 – Tela de entrada de dados de deflexão e espessuras das camadas por ponto. ................................................................................ 73 Figura 19 – Gráfico de irregularidade longitudinal (IRI). ..................... 80 Figura 20 – Gráfico do levantamento deflectométrico – FWD. ............ 82 Figura 21 – Gráfico da divisão do trecho em segmentos homogêneos. 84 Figura 22 – Resultado obtidos módulos retroanalisados para o segmento homogêneo 1 (SH01), calculado pelo programa EVERCALC5. .......... 91 Figura 23 – Espessura de reforço asfáltico método empírico-mecanístico x Solução CREMA 2ª Etapa. ................................................................. 94 Figura 24 – Número NUSACE (acumulado) x Horizonte de projeto. ....... 95
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Rede Rodoviária Nacional por Jurisdição. ........................... 5 Quadro 2 – Densidade da malha viária. .................................................. 6 Quadro 3 – Condições do estado geral das rodovias brasileiras. ............. 7 Quadro 4 – Condições do estado geral dos pavimentos brasileiros......... 7 Quadro 5 – Classificação The Global Competitiveness Report 2013-2014. ................................................................................................................. 8 Quadro 6 – Codificação e Classificação resumo dos defeitos. .............. 16 Quadro 7 – Valores usuais de coeficiente de Poisson. .......................... 27 Quadro 8 – Módulos de deformabilidade usuais para camadas do pavimento. ............................................................................................. 29 Quadro 9 – Valores de z para intervalo de aceitação. ........................... 32 Quadro 10 – Critério para o estabelecimento das diretrizes de projeto. 34 Quadro 11 – Grupos de solos. ............................................................... 35 Quadro 12 – Soluções em função da espessura de reforço (HR) calculada. ............................................................................................................... 37 Quadro 13 – Catálogo de Soluções Técnicas DNIT – PRO 11/79. ....... 48 Quadro 14 – Soluções equivalentes do catálogo de soluções. ............... 51 Quadro 15 – Fatores de equivalência de carga (FC) da AASHTO. ...... 58 Quadro 16 – Fatores de equivalência de carga (FC) do USACE. ......... 58 Quadro 17 – Percentuais de veículos carregados e vazios para cada classe e categoria. ............................................................................................ 59 Quadro 18 – Fatores de veículos (FVi) USACE e AASHTO ponderados ............................................................................................................... 60 Quadro 19 – Condições de Superfície do Pavimento. ........................... 63 Quadro 20 – Planilha de cálculo do índice de gravidade global (IGG). 64 Quadro 21 – Condição pavimento em função do IGG. ......................... 65 Quadro 22 – Grau de homogeneidade ................................................... 67 Quadro 23 – Mistura asfáltica convencional empregada....................... 75 Quadro 24 – Parâmetros de tráfego atuantes no trecho de estudo. ........ 77 Quadro 25 – Números N8,2t para o segmento de tráfego 01. ................. 78 Quadro 26 – Números N8,2t para o segmento de tráfego 02. ................. 79 Quadro 27 – Condição geral do trecho relativa a irregularidade da superfície do pavimento. ....................................................................... 80 Quadro 28 – Condição geral do trecho relativa a índice de gravidade global (IGG). ......................................................................................... 81 Quadro 29 – Condição geral do trecho relativo ao levantamento de deflexão do pavimento. ......................................................................... 83 Quadro 30 – Segmentos Homogêneos do trecho de estudo. ................. 85
Quadro 31 – Dimensionamento do reforço do pavimento – DNER-PRO 11/79. .................................................................................................... 86 Quadro 32 – Dimensionamento do reforço do pavimento – DNER – PRO 269/94 (TECNAPAV). ......................................................................... 87 Quadro 33 – Valores dos parâmetros de entrada para o catálogo CREMA. .............................................................................................................. 88 Quadro 34 – Catálogo de Soluções Técnicas DNIT – PRO 11/79- Enquadramento. .................................................................................... 89 Quadro 35 – Solução Catálogo CREMA 2ª Etapa. ............................... 90 Quadro 36 – Resultados obtidos na retroanálise de bacias deflectométricas através do programa EVERCALC 5.0. ...................... 92 Quadro 37 – Espessuras dimensionadas pelo método empírico-mecanístico. .......................................................................................... 93 Quadro 38 – Soluções contempladas pelo método empírico-mecanístico x Solução CREMA 2ª Etapa. ................................................................ 93 Quadro 39 – Estimativa da vida útil soluções CREMA 2ª Etapa e método empírico-mecanístico. ........................................................................... 96 Quadro 40 – Módulos ajustados dada a solução contemplada (fresagem) para as simulações realizadas aos segmentos homogêneos 3,7 e 9. ...... 98 Quadro 41 – Estimativa da vida útil soluções CREMA 2ª Etapa simulação. ............................................................................................. 99 Quadro 42 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 01. ............. 109 Quadro 43 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 01. ........................... 109 Quadro 44 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 02. ............. 109 Quadro 45 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 02. ........................... 110 Quadro 46 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 03. ............. 110 Quadro 47 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 03. ........................... 111 Quadro 48 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 04. ............. 111 Quadro 49 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 04. ........................... 111 Quadro 50 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 05. ............. 112 Quadro 51 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 05. ........................... 112 Quadro 52 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 06. ............. 112 Quadro 53 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 06. ........................... 113 Quadro 54 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 07. ............. 113
Quadro 55 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 07. ............................ 114 Quadro 56 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 08............... 114 Quadro 57 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 08. ............................ 115 Quadro 58 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 09............... 115 Quadro 59 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 09. ............................ 116
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AASHO American Association of State Highways Officials AASHTO American Association of State Highway and
Transportation Officials BISAR BIRD BID
Bitumen Stress Analysis in Roads Banco Mundial Banco Interamericano de Desenvolvimento
CBUQ Concreto Betuminoso Usinado a Quente CBR California Bearing Ratio CBUQ Concreto Betuminoso Usinado a Quente CNT Confederação Nacional de Transportes CONTRAN Conselho Nacional de Trânsito CV Coeficiente de Variação DEINFRA DENATRAN
Departamento Estadual de Infraestrutura/SC Departamento Nacional de Trânsito
DER/SP DNER
Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT ES
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes Especificação de Serviço
ELSYM5 EVERCALC EVERSERIES FC
Programa Elastic Layered System Programa Pavement Backcalculation Programas Computacionais do WSDOT Fator de equivalência de carga
FV Fator de veículo FWD IG
Falling Weight Deflectometer Deflectômetro de impacto Índice de Grupo
IGG Índice de Gravidade Global IGI Índice de Gravidade Individual IRI IBGE
International Roughness Index Índice de Irregularidade Internacional Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
ISC LL LP ME
Índice de Suporte Califórnia (CBR) Limite de Liquidez Limite de Plasticidade Método de Ensaio
Número “N” Número de Repetições do Eixo Padrão de 8,2 Toneladas
P PRO
Peso bruto total sobre o eixo Procedimento
QI Quociente de Irregularidade R Raio de curvatura SC Santa Catarina SNV TER
Sistema Nacional Viário Terminologia
TR TKU TSS TSD TST
Trincamento Toneladas por quilômetro útil Tratamento Superficial Simples Tratamento Superficial Duplo Tratamento Superficial Triplo
USACE UFSC WSDOT
United States Army Corps of Engineers Corpo de Engenheiros do Exército Americano Universidade Federal de Santa Catarina Washington State Department of Transportation Departamento de Transportes do Estado de Washington
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................. 1 1.1 OBJETIVOS ................................................................................... 2 1.1.1. Objetivo Geral .................................................................................. 2 1.1.2. Objetivos Específicos ....................................................................... 2 1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO ...................................................... 3
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................... 5 2.1. MALHA RODOVIÁRIA BRASILEIRA ....................................... 5 2.1.1. Investimento no setor rodoviário brasileiro e o impacto na competividade mundial ............................................................................... 8 2.2. REABILITAÇÃO DOS PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS FLEXÍVEIS ................................................................................................ 10 2.2.1. Introdução ...................................................................................... 10 2.2.2. Mecanismos de degradação ........................................................... 11 2.2.3. Avaliação funcional do pavimento ............................................... 13 2.2.4. Avaliação estrutural do pavimento .............................................. 18 2.2.5. Segmentação homogênea ............................................................... 22 2.2.6. Parâmetros e critérios de dimensionamento de reforço asfáltico .. ......................................................................................................... 23 2.3. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE REFORÇO ASFÁLTICO ............................................................................................... 31 2.3.1. Metodologia DNER PRO-11/79 – Procedimento “B” ................. 31 2.3.2. Método da resiliência PRO-269/94 – TECNAPAV ..................... 34 2.3.3. Métodos Empírico-Mecanísticos ................................................... 38 2.4. PROGRAMA CREMA.................................................................... 41 2.4.1. Histórico do Programa CREMA .................................................. 41 2.4.2. O CREMA ...................................................................................... 42 2.4.3. Catálogo de soluções de pavimentação CREMA 2a Etapa ......... 43 2.4.4. Parâmetros de enquadramento no catálogo de soluções ............ 46
3. MATERIAIS E MÉTODOS ....................................................... 53 3.1. CARACTERIZAÇÃO DO TRECHO ........................................... 54 3.1.1. Pesquisa de dados – Rodovia BR-282 – Trecho km 206,960 ao 214,345 ....................................................................................................... 55 3.1.2. Dados históricos do Pavimento Existente .................................... 55 3.2. ESTUDOS DE TRÁFEGO .............................................................. 56 3.2.1. Tráfego atuante .............................................................................. 56 3.2.2. Fator de Veículos (FV) .................................................................. 57
3.2.3. Determinação do Número N8,2t ..................................................... 60 3.3. AVALIAÇÃO FUNCIONAL DO PAVIMENTO .......................... 61 3.3.1. Índice de Irregularidade Longitudinal (IRI) .............................. 62 3.3.2. Levantamento do estado da superfície do pavimento ................ 63 3.4. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL DO PAVIMENTO ....................... 65 3.4.1. Investigação Geotécnica ............................................................... 65 3.4.2. Levantamento Deflectométrico .................................................... 66 3.5. DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO ASFÁLTICO DO PAVIMENTO ............................................................................................ 66 3.5.1. Divisão do trecho em segmentos homogêneos ............................. 66 3.5.2. Correlação entre FWD e Viga Benkelman.................................. 68 3.6. SOLUÇÕES DE PAVIMENTAÇÃO CREMA 2ª ETAPA ............ 68 3.6.1. Método DNER-PRO 11/79 ........................................................... 69 3.6.2. Método DNER-PRO 269/94 ......................................................... 69 3.7. ANÁLISE EMPÍRICO-MECANÍSTICO DE REFORÇO ASFÁLTICO .............................................................................................. 70 3.7.1. Retroanálise das bacias de deflexão ............................................. 70 3.7.2. BISAR 3.0 ...................................................................................... 74 3.7.3. Critério de ruína e mistura asfáltica empregada para análise mecanística (linear) .................................................................................. 74
4. RESULTADOS ........................................................................... 77 4.1. ESTUDO DE TRÁFEGO ............................................................. 77 4.2. AVALIAÇÃO FUNCIONAL DO PAVIMENTO........................ 79 4.3. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL DO PAVIMENTO ..................... 81 4.4. DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO ASFÁLTICO DO PAVIMENTO ....................................................................................... 83 4.4.1. Segmentação homogênea .............................................................. 83 4.4.2. Metodologia DNER-PRO 11/79 – Procedimento “B” ................ 86 4.4.3. Método da resiliência - DNER-PRO 269/94 ................................ 86 4.4.4. Enquadramento dos parâmetros para o Catálogo CREMA 2ª Etapa ........................................................................................................ 88 4.5. ANÁLISE EMPÍRICO-MECANÍSTICO DE REFORÇO ASFÁLTICO .............................................................................................. 90 4.5.1. Retroanálise das bacias de deflexão ............................................. 91 4.5.2. Método empírico-mecanístico ...................................................... 92 4.5.3. Análise comparativa Solução CREMA 2ª Etapa e o Método empírico-mecanístico ............................................................................... 93 4.5.4. Estimativa da vida útil das soluções do catálogo CREMA 2ª Etapa ........................................................................................................ 95 4.5.5. Estimativa da vida útil solução CREMA 2ª Etapa não contemplada no trecho de estudo de caso ............................................... 97
5. CONCLUSÃO E SUGESTÕES ............................................... 101 5.1. CONCLUSÕES .......................................................................... 101 5.2. PROPOSIÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................. 102
REFERÊNCIAS.................................................................................103 APÊNDICE A – Dimensionamento do reforço asfáltico – Método Empírico-Mecanístico........................................................................109 ANEXO A - Retroanálise EVERCALC.5.0 - Módulos...................117 ANEXO B – Catálogo de soluções técnicas CREMA 2a Etapa – Rodovias com revestimento em concreto asfáltico..........................131
1
1. INTRODUÇÃO
No Brasil, a alta dependência do setor rodoviário, responsável por mais de 60% da movimentação de cargas e de 90% da movimentação de passageiros, intensifica a necessidade de maiores investimentos no setor e a adoção e desenvolvimento de intervenções planejadas que alcancem uma conservação, revitalização ou restauração das rodovias. É imprescindível a preocupação com a qualidade da infraestrutura oferecida (CNT, 2013).
A preservação e a ampliação da malha rodoviária pavimentada são de extrema importância, pois as rodovias devem ser entendidas prioritariamente como patrimônio do País. Para tanto, é necessário que exista um planejamento que considere sua manutenção e sua expansão, a fim de evitar que a má qualidade da infraestrutura resulte em impactos econômicos e sociais como o aumento do número de acidentes, o maior consumo de combustíveis dos automóveis, o elevado custo de manutenção dos carros e o atraso na entrega de mercadoria e transporte de passageiros.
O Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes (DNIT), autarquia federal vinculada ao Ministério dos Transportes, responsável pela rede rodoviária federal, adota em um dos seus programas no setor rodoviário, o CREMA (Contrato de Restauração e Manutenção), com o objetivo de assegurar boas condições nas rodovias, consolidando em um único programa as atividades de recuperação e manutenção por determinado período. Dividido em duas etapas, CREMA 1ª Etapa e CREMA 2ª Etapa, estes programas trazem mudanças no modelo de gestão para a manutenção da malha rodoviária federal.
Em sua 2ª Etapa, o programa é caracterizado por intervenções de ordem funcional e estrutural no pavimento e adota um catálogo de soluções técnicas, o qual estipula uma vida útil de dez anos para as soluções estruturais. O programa considera métodos de projetos de reforço tradicionais, especialmente o procedimento de avaliação estrutural DNER-PRO 11/79, método empírico de dimensionamento de reforço asfáltico.
Nesta conjuntura, a análise e o dimensionamento por meio do método empírico-mecanístico, traz algumas vantagens frente às metodologias empíricas de dimensionamento de reforço asfáltico. O método empírico-mecanístico, possibilita um dimensionamento a partir de modelos de previsão da vida útil dos materiais empregados, permite ao analisar o conjunto dos materiais constituintes e considerar variáveis, tais
2
como as características elásticas de cada material (FRANCO, 2000; FONSECA, 2013).
Com o objetivo de avaliar e comparar os resultados do catálogo de restauração CREMA 2ª Etapa com o método empírico-mecanístico, neste trabalho abordam-se as metodologias de dimensionamento de reforço asfáltico de pavimentos flexíveis, presentes no Manual de Restauração de Pavimentos Asfáltico do DNIT (BRASIL, 2006c), adotadas e recomentadas pelo catálogo CREMA 2ª Etapa e o método de dimensionamento de reforço asfáltico empírico-mecanístico, tendo como estudo de caso um trecho da rodovia federal BR-282 em Santa Catarina, próximo ao município de Lages.
Neste contexto, o trabalho busca também verificar atende, ou não a vida útil de dez anos, que se referente ao dimensionamento do reforço asfáltico adotado pelo catálogo. 1.1 OBJETIVOS 1.1.1. Objetivo Geral
Avaliar e comparar os resultados do catálogo de soluções de
restauração da 2° Etapa do CREMA (Contratos de Restauração e Manutenção), programa elaborado pelo Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes (DNIT), com o método empírico-mecanístico para o dimensionamento de reforço de pavimentos flexíveis, tendo como estudo de caso a rodovia BR-282, trecho km 206,960 ao 214,345, em Santa Catarina. 1.1.2. Objetivos Específicos
De modo a atender o objetivo geral, os objetivos específicos são:
a) Apresentar um panorama atual da malha viária brasileira e do mundo;
b) Aplicar os métodos de dimensionamento de reforço de pavimentos flexíveis, do Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT: DNER PRO-11/79, DNER PRO-269/94;
c) Avaliar a concepção do programa CREMA 2a Etapa e suas principais características;
d) Avaliar a aplicação do catálogo de soluções de restauração da 2° Etapa do CREMA;
3
e) Aplicar o método empírico-mecanístico de dimensionamento;
f) Comparar os resultados do catálogo de soluções CREMA 2° Etapa com os obtidos no dimensionamento empírico-mecanístico;
g) Estimar a vida útil do reforço asfáltico obtido pelo catálogo de soluções CREMA 2a Etapa.
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho está estruturado em cinco capítulos, distribuídos da
seguinte forma: No Capítulo 1, Introdução, faz-se uma contextualização geral do
assunto tratado, apresentam-se os objetivos e a estrutura do trabalho. No Capítulo 2, Revisão bibliográfica, aborda-se conceitos
fundamentais da literatura referente ao tema do trabalho. Inicialmente, é apresentado o panorama atual das malhas viárias brasileiras e mundial. Na sequência são particularizados os métodos de dimensionamento de reforço de pavimentos flexíveis, bem como o programa CREMA 2ª Etapa e sua concepção e, o catálogo de soluções de restauração previsto no programa. Adicionalmente, apresentam-se os parâmetros e meios de avaliação funcionais e estruturais no dimensionamento de reforços asfálticos
No Capítulo 3, Materiais e métodos, detalham-se os procedimentos para a análise de dados, os materiais utilizados, bem como a metodologia utilizada para atingir os objetivos do trabalho.
No Capítulo 4, Resultados, as análises comparativas propostas por este trabalho são expostas, discutidas e avaliadas.
No Capítulo 5, Conclusão e sugestões, apresenta-se as conclusões obtidas e as proposições para estudos futuros.
4
5
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo apresentam-se, com base na literatura, os principais
conceitos envolvidos nos métodos de dimensionamento preconizados pelo Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). Relativamente ao programa CREMA 2a Etapa, mostram-se a concepção e as principais características e parâmetros utilizados no catálogo de soluções de pavimentação do programa. De modo a embasar a metodologia adotada, os conceitos referentes a métodos empírico-mecanístico, além da análise de parâmetros estruturais e funcionais do pavimento são detalhados. De modo a evidenciar o estado atual das rodovias do país, é apresentado o panorama atual da malha viária brasileira em relação ao exterior. 2.1. MALHA RODOVIÁRIA BRASILEIRA
De acordo com o Departamento Nacional de Trânsito, a frota de veículos no Brasil era de 81.600.729 veículos, com um crescimento da frota referente aos últimos 10 anos de 107,9% e uma taxa de crescimento anual de 7,6% ao ano. (DENATRAN, 2013).
De acordo com DNIT (2013), a malha rodoviária brasileira possui 1.691.522,2 de quilômetros de extensão de estradas pavimentadas, não pavimentadas e planejadas. Cerca de 80% das rodovias estão sob jurisdição municipal, com 1,34 milhão de quilômetros, sendo o restante de responsabilidade do Governo Federal com 108,6 mil quilômetros e dos Estados com 243,8 mil quilômetros, conforme apresentado no Quadro 1.
Quadro 1 – Rede Rodoviária Nacional por Jurisdição.
Jurisdição Extensão Rede
Rodoviária (Km)
Extensão Pavimentada
(%)
Extensão Não Pavimentada
(%)
Extensão Planejada
(%)
Municipal 1.339.126,9 2,0 92,2 5,8
Estadual 243.812,95 43,5 43,7 12,9
Federal 108.582,35 54,2 10,8 35,0
Total 1.691.552,2 12,0 80,3 7,6
Fonte: DNIT (2013). Em relação à maioria dos países emergentes e às principais
economias do mundo, o Brasil possui apenas 12% de suas rodovias pavimentadas. Por meio de dados do Instituto Brasileiro de Geografia e
6
Estatística (IBGE) e de órgãos de transportes dos respectivos países pode-se observar, no Quadro 2, o déficit presente nas rodovias brasileiras em relação ao exterior.
Quadro 2 – Densidade da malha viária.
País
Quilômetros de rodovias
pavimentadas para cada 1000
habitantes (km/1000hab)
Quilômetros de Vias por km² de
território (km/Km²)
Fonte
França 16,4 1,90 (IBGE,2012; CNT,2013)
Estados Unidos 13,5 0,67 (CNT,2013)
Japão 8,1 3,36 (Yearbook Japan,2014)
Alemanha 7,9 1,80 (CNT, 2013)
Rússia 5,4 0,06 (CNT, 2013)
China 2,6 0,43 (Banco Mundial, 2012)
Índia 1,7 1,43 (Banco Mundial, 2012; IBGE,2012)
México 1,2 0,19 (Banco Mundial, 2012)
Brasil 1,0 0,20 (SNV, 2013)
Com o objetivo de mostrar o panorama atual da malha rodoviária
brasileira, a Confederação Nacional do Transporte CNT (2013) avaliou as condições de conservação do pavimento, da sinalização e da geometria da via de 96.714 km, de toda malha viária pavimentada. A pesquisa abrange rodovias federais e estaduais selecionadas de acordo com o volume de tráfego de veículos, a importância socioeconômica e estratégica para o desenvolvimento regional e a integração com outros modos de transporte, classificando-as de acordo com as condições do estado geral. O estado geral das rodovias é apresentado no Quadro 3.
7
Quadro 3 – Condições do estado geral das rodovias brasileiras.
Estado Geral Extensão total Gestão Concedida Gestão Pública
Km % Km % Km %
Ótimo 9.895 10,2% 7.712 48,6% 2.183 2,7%
Bom 25.107 26,0% 5.699 35,9% 19.408 24,0%
Regular 33.302 34,4% 2.268 14,3% 31.034 38,4%
Ruim 20.676 21,4% 184 1,2% 20.492 25,3%
Péssimo 7.734 8,0% 10 0,1% 7.724 9,6%
Total 96.714 100,0% 15.873 100,0% 80.841 100,0%
Fonte: CNT (2013). De acordo com o relatório gerencial CNT (2013),
aproximadamente 63,8% (61.712 km) das rodovias pesquisadas apresentam algum grau de carência no estado geral, sendo tal classificados como “Regular”, “Ruim” ou “Péssimo”.
Com relação às condições do pavimento, a pesquisa contempla a segurança e o conforto oferecidos ao usuário e realiza um levantamento das principais ocorrências observadas na superfície dos pavimentos, por meio da verificação de defeitos predominantes na superfície do segmento (afundamentos, desgastes, remendos, trincas, ondulação ou buraco). O Quadro 4 mostra as condições do estado geral dos pavimentos brasileiros.
Quadro 4 – Condições do estado geral dos pavimentos brasileiros.
Estado Pavimento
Extensão total Gestão Concedida Gestão Pública Km % Km % Km %
Ótimo 44.672 46,2% 12.467 78,5% 32.205 39,8%
Bom 6.667 6,9% 1.025 6,5% 5.642 7,0%
Regular 32.056 33,1% 1.960 12,3% 30.096 37,2%
Ruim 9.303 9,6% 397 2,5% 8.906 11,0%
Péssimo 4.016 4,2% 24 0,2% 3.992 4,9%
Total 96.714 100,0% 15.873 100,0% 80.841 100,0%
Fonte: CNT (2013).
Por meio dos Quadros 1 e 4 pôde-se observar que dos 96.714 km pesquisados pela CNT (2013), em um total de 202.986,3 km de vias pavimentadas, 12% da malha rodoviária brasileira, cerca de 53,1%, ou seja, mais da metade das rodovias de gestão pública, apresentam alguma deficiência no estado do pavimento.
8
2.1.1. Investimento no setor rodoviário brasileiro e o impacto na competividade mundial
De acordo com The Global Competitiveness Report 2013-2014
(SCHWAB, 2013), a oferta inadequada de infraestrutura de transporte é o principal impedimento para a realização de negócios no Brasil.
Este relatório, que analisa dados estatísticos internacionais e nacionais e faz a avaliação das condições ofertadas pelos países, para que as empresas que nele atuam tenham ou não sucesso, classificou a qualidade da infraestrutura rodoviária brasileira na 120a colocação, de um total de 148 países pesquisados, conforme mostrado no Quadro 5.
Quadro 5 – Classificação The Global Competitiveness Report 2013-2014.
País Em Qualidade da
Infraestrutura em Geral
Em Qualidade das
Rodovias
Brasil 114ゼ 120ゼ
África do Sul 63ゼ 41ゼ
Índia 85ゼ 84ゼ
Rússia 93ゼ 136ゼ
China 74ゼ 54ゼ
Fonte: Adaptado de SCHWAB (2013).
Os resultados do Quadro 5 demostram a fragilidade da infraestrutura brasileira, em comparação com outros países pertencentes ao mercado emergente, visto que a qualidade das rodovias é um dos fatores determinantes para o custo do transporte que incide sobre o custo operacional dos veículos (manutenção e consumo de combustíveis).
Segundo a CNT (2013), a rugosidade da pista de rolagem impacta no aumento do custo operacional dos veículos, considerando pavimentos em ótimas condições, conforme ilustrado na Figura 1.
9
Figura 1 – Custo operacional dos veículos conforme o estado do pavimento (%).
Fonte: CNT (2013).
Baseado nas condições atuais da malha rodoviária brasileira, seria
possível de acordo a CNT (2013), reduzir, em média, aproximadamente 25,0% do custo operacional da frota nacional caso todas as rodovias pavimentadas brasileiras encontrassem-se em ótimo estado de conservação, conforme ilustra a Figura 2.
Figura 2 – Aumento do custo operacional do transporte devido ao estado do
pavimento por região (%).
Fonte: CNT (2013).
Percebe-se assim a necessidade de políticas governamentais
voltadas à educação no trânsito, à fiscalização das vias, e maiores investimentos direcionados a manutenção e conservação das vias nacionais.
10
2.2. REABILITAÇÃO DOS PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS FLEXÍVEIS 2.2.1. Introdução
Segundo o Manual de Pavimentação, o pavimento é definido como
uma superestrutura constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas, construídas sobre a infraestrutura ou terreno de fundação, designado de subleito, considerado um semi-espaço teoricamente infinito (BRASIL, 2006b).
Senço (2007) descreve as camadas constituintes do pavimento da seguinte maneira:
Subleito – terreno de fundação do pavimento; Regularização – camada com espessura irregular com a função de
conformar o subleito transversal e longitudinalmente ao projeto; Reforço do subleito – camada de espessura constante, com material
de características geotécnicas superiores ao usado no subleito e inferiores as camadas superiores, construída se necessário sob a camada de regularização;
Sub-base – camada complementar à base, utilizada quando por circunstâncias técnico-econômicas não for aconselhável o uso da base diretamente sobre o reforço ou a regularização do subleito;
Base – camada responsável por resistir e distribuir os esforços provenientes do tráfego, construída sob o revestimento;
Revestimento – Trata-se da camada superficial, tanto quanto possível impermeável, que recebe a ação direta do tráfego. Designada a resistir ao desgaste e proporcionar melhores condições de rolamento a questões voltadas a segurança e comodidade. De modo a exemplificar, a Figura 3, ilustra uma seção tipo de
pavimento flexível, composta pelas principais camadas descritas acima.
11
Figura 3 – Seção tipo de pavimento flexível.
Fonte: Senço (2007).
Quanto aos tipos de pavimentos, o DNIT classifica-os em
Flexíveis, Semirrígidos e Rígidos (BRASIL, 2006b). Os pavimentos flexíveis são aqueles, cujas camadas, sob a ação de
uma determinada carga ou carregamento, sofrem deformação elástica elevada. Neste tipo de pavimento, o revestimento apresenta-se formado por misturas betuminosas, materiais estabilizados com ligantes hidrocarbonados, geralmente ligante asfáltico, tais como: tratamentos superficiais simples, duplo ou triplo, pré-misturados a frio e a quente, concreto betuminoso usinado a quente, micro revestimento asfáltico, camada porosa de atrito, concretos asfálticos modificados com polímero ou com adição de borracha, seguidas de uma ou duas camadas granulares (BRANCO; PEREIRA; PICADO SANTOS, 2005).
Os pavimentos rígidos são aqueles que apresentam o revestimento com elevada rigidez em relação às camadas inferiores e que consequentemente absorvem grande parte de todas as tensões provenientes do carregamento.
Os pavimentos semirrígidos apresentam características comuns aos dois tipos de pavimentos descritos anteriormente (BRASIL, 2006b). 2.2.2. Mecanismos de degradação
A degradação do pavimento inicia-se assim que este é aberto ao tráfego e os veículos começam a trafegar sobre sua superfície.
O comportamento dos pavimentos flexíveis é influenciado por agentes climáticos, e é bastante vulnerável ao efeito das temperaturas, uma vez que altera a rigidez dos materiais integrantes da estrutura do pavimento (VICENTE, 2006).
12
Com o objetivo de ilustrar os agentes responsáveis pela degradação do pavimento, a Figura 4 indica as ações advindas do tráfego, representadas pelas cargas das rodas dos veículos e as ações climáticas, representadas pelas variações de temperatura, bem como pela ação da água.
Figura 4 – Agentes atuantes no pavimento rodoviário.
Fonte: Branco, Pereira e Picado Santos (2005).
a) Influência do clima A atuação diária e sazonal do clima implica, principalmente, nas
modificações de características dos materiais presentes no pavimento, o que resulta na degradação mais acelerada das estruturas dos pavimentos.
Segundo Balbo (2007), os principais efeitos deletérios do clima são: a radiação solar, a temperatura, a precipitação e o congelamento de camadas de pavimentos. Com menor destaque ao fenômeno de congelamento, visto que essa ocorrência não é comum no País (FRANCO, 2000).
A elevada temperatura de serviço do pavimento pode apresentar nas misturas asfálticas uma grande perda de rigidez, associada a uma diminuição de viscosidade, a qual permite ocorrências de deformações plásticas em trilhas de rodas de maneira mais significativa. A utilização de misturas asfálticas modificadas, a exemplo, as modificadas por polímeros, uma solução a esse problema, já que este aumenta a temperatura em que o asfalto amolece, ou seja aumenta seu ponto de amolecimento (BALBO, 2007).
13
No Brasil, a grande absorção de radiação solar e as altas temperaturas beneficiam a ocorrência de deformações plásticas do pavimento, quando submetidos às cargas do tráfego (PREVITERA, 1974).
De acordo com Franco (2000) é fato que as misturas asfálticas apresentam, ao longo de sua vida útil, um endurecimento. A idade e a intensidade das ações dos fatores ambientais, fenômenos também conhecidos como envelhecimento ou oxidação, ocorrem, entre outros fatores, devido à volatização de componentes do ligante asfáltico. Como consequência, tem-se o enrijecimento das misturas asfálticas tornando-as mais frágeis e susceptíveis ao aparecimento de trincas, assim, fadiga do revestimento, associada ainda ao acúmulo das solicitações dos eixos dos veículos (SONCIM, 2011).
b) Influência do tráfego O tráfego é um dos fatores mais importantes a ser considerado no
dimensionamento de um pavimento e na previsão ao longo do tempo de serviço. As cargas geradas do tráfego estão diretamente associadas aos danos gerados aos pavimentos e assim, sua consideração deve ser feita de maneira mais próxima da realidade (FONTENELE, 2011).
A ação sucessiva das cargas provenientes do tráfego provoca estados de tensão e extensão (deformação específica de tração) traduzidas em deformações no pavimento. Esta sucessiva repetição atuante sobre o pavimento é ainda mais relevante conforme o tipo de veículo, velocidade e consequentemente ao tempo de solicitação imposta pelos condutores (VICENTE, 2006).
De acordo com Fontenele (2011), os fatores associados ao tráfego são: tipos de eixos dos caminhões e configurações, tempo e mecanismo de aplicação de carga, volume de tráfego, cargas de eixo, número equivalente de carga, pressão de enchimento dos pneus.
Fatores associados à inadequada concepção de métodos construtivos, à qualidade dos materiais e às estratégias de manutenção e reabilitação também influem na deterioração das estruturas do pavimento ao longo da sua vida útil.
2.2.3. Avaliação funcional do pavimento
Branco, Pereira e Picado Santos (2005), afirmam que um
pavimento rodoviário deve atender a dois tipos de qualidade: a qualidade
14
funcional, relacionada ao conforto e a segurança de circulação e a qualidade estrutural que está pautada na capacidade do pavimento de suportar as cargas dos veículos sem atingir os valores limites de suporte da estrutura, evitando assim sua ruptura e consequentemente seu desempenho funcional.
Segundo Bernucci et al. (2008), a condição da superfície do pavimento é o mais relevante na ótica do usuário, visto que os defeitos ou irregularidades em sua superfície são percebidos e prejudicam o conforto.
Diversos são os procedimentos normalizados de parâmetros que avaliam a condição funcional do pavimento, prescritos em normas.
O DNIT especifica e apresenta, no Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos (BRASIL, 2006c), os seguintes procedimentos: Avaliação objetiva da superfície de pavimentos asfálticos DNIT 006/2003-PRO, Levantamento para avaliação da condição da superfície de subtrechos homogêneo de rodovias de pavimentos flexíveis e semirrígidos para gerência de pavimentos DNIT 007/2003-PRO, Levantamento visual continuo para avaliação da superfície de pavimentos asfálticos DNIT 008/2003-PRO e Levantamento para avaliação subjetiva da superfície de pavimentos DNIT 009/2003-PRO.
a) Irregularidade longitudinal De acordo com o DNIT, a irregularidade longitudinal de um
pavimento é definida como “o conjunto dos desvios da superfície do pavimento em relação a um plano de referência” e apresenta as seguintes características (BRASIL, 2006c):
Assumem valores crescentes a partir de um valor inicial, em função da ação do tráfego, clima e de outros fatores;
A irregularidade afeta a dinâmica dos veículos em movimento, aumentando o seu desgaste e prejudicando à condução dos veículos. Como resultado possui uma grande influência sobre o custo operacional dos veículos;
A irregularidade aumenta a ação das cargas dinâmicas dos veículos sobre a superfície do pavimento, assim acelera a deterioração da estrutura. Conforme Bernucci et al. (2008), a medida da irregularidade
longitudinal é expressa através de um índice de irregularidade, denominado de IRI (International Roughness Index), traduzida como índice de irregularidade internacional e expresso em m/km. Este índice quantifica os desvios da superfície do pavimento em relação ao de projeto
15
e é utilizado em muitos países no controle de obras e aceitação de serviços. Inclusive para atender padrões de desempenho constante no Termo de Referência para Elaboração do CREMA 2ª Etapa (2009), o qual exige os seguintes padrões após a restauração.
IRI ≤ 2,5 m/km em 95% das medidas obtidas e; IRI ≤ 3,0 m/km em 100% das medidas obtidas.
No Brasil, a escala de referência de medição da irregularidade adotada é o Q.I. “Quociente de Irregularidade”. O IRI e o Q.I são bastante similares e correlacionáveis, segundo a Equação (1) (BRASIL, 2006c):
QI = 13.IRI (1) Em que: QI: quociente de irregularidade; IRI: índice de irregularidade internacional.
b) Avaliação objetiva da superfície - DNIT 006/2003-PRO Esta norma tem como objetivo descrever conceitos de degradação
de pavimentos baseando-se em cálculo de frequências absolutas e relativas das ocorrências inventariadas em campo e em gerar o Índice de Gravidade Global (BRASIL, 2006c).
A superfície de avaliação deve ser feita de forma amostral. No caso de uma rodovia de pista simples, as estações devem ser inventariadas a cada 20m, em faixas alternadas e/ou a cada 40m na mesma faixa. A superfície de avaliação deve ser delimitada pelas bordas da faixa de tráfego e por duas seções transversais, situadas a 3m ré e 3m avante da estação considerada, conforme apresenta a Figura 5 (DNIT, 2003a).
Figura 5 – Demarcação de áreas para inventário de defeitos.
Fonte: Bernucci et al (2008).
16
Os defeitos considerados no levantamento previsto na norma de
avaliação objetiva, tem a terminologia considerada de acordo com a norma DNIT 005/2003-TER e são apresentados no Quadro 6.
Quadro 6 – Codificação e Classificação resumo dos defeitos.
Fendas Codificação Classe das
Fendas (FC)
Fissuras FI - - -
Trincas no revestimento geradas por deformação permanente
excessiva e/ou decorrentes do fenômeno de
fadiga
Trincas Isoladas
Transversais Curtas TTC 1 2 3 Longas TTL 1 2 3
Longitudinais Curtas TLC 1 2 3 Longas TLL 1 2 3
Trincas Interligadas
"Jacaré"
Sem erosão nas bordas das trincas
J - 2 -
Com erosão nas bordas das trincas
JE - - 3
Trincas no revestimento
não atribuídas ao fenômeno
de fadiga
Trincas Isoladas
Devido à retração térmica ou dissecação da base (solo-
cimento) ou do revestimento TRR 1 2 3
Trincas Interligadas
"Bloco"
Sem erosão bordas das
trincas TB - 2 -
Com erosão nas bordas das trincas
TBE - - 3
Outros Defeitos Codificação
Afundamento
Plástico Local Devido à fluência plástica
de uma ou mais camadas do pavimento ou do subleito
ALP
da Trilha ATP
De Consolidação
Local Devido à consolidação de uma ou mais camadas do pavimento ou do subleito
ALC
da Trilha ATC
Ondulações/Corrugação – Ondulações transversais causadas por instabilidade da mistura betuminosa constituinte do revestimento ou da base
O
Escorregamento (do revestimento betuminoso) E Exsudação do ligante betuminoso no revestimento EX Desgaste acentuado a superfície do revestimento D “Panela” ou buracos decorrentes da desagregação do revestimento e às vezes de camadas inferiores
P
Remendos Remendo Superficial RS Remendo Profundo RP
Fonte: Brasil (2006c).
17
A norma DNIT 005/2003-TER e Brasil (2006c), definem os termos técnicos dos defeitos mostrados nos Quadro 6 e 7.
Fenda - definida como “qualquer descontinuidade na superfície do pavimento" apresentam-se sob a forma de fissuras ou trincas. As fissuras (FI) são fendas de largura capilar, já as trincas apresentam largura superior as fissuras e exibem-se sob a forma de trinca isolada ou interligada. As trincas isoladas (FC-1) possuem aberturas superiores às fissuras e são menores que 1,0mm. Enquanto as trincas (FC-2) apresentam abertura superior a 1,0mm sem erosão de borda, as trincas (FC-3) com aberturas superiores a 1,0mm, com erosão de borda. Para as trincas interligadas a classificação reside em FC-2 ou FC-3, cuja diferença está na presença ou não de erosão nas bordas.
Afundamentos – trata-se de deformações permanentes, caracterizadas por depressão da superfície do pavimento. Estes se apresentam sob a forma de afundamento plástico ou de consolidação. O afundamento plástico é aquele em que há presença simultânea de elevação lateral ao afundamento, já o de consolidação não. Se possuírem extensão de até 6,0m é considerado “local”, caso a extensão for superior é considerado como “de trilha”.
Ondulações ou Corrugação - são deformações de ocorrência transversal na superfície do pavimento.
Escorregamento - definido como o deslocamento do revestimento asfáltico em relação à camada subjacente do pavimento, caracterizado pelo aparecimento de fendas em forma de meia-lua.
Exsudação - ocasionada pelo excesso de ligante betuminoso na superfície do pavimento, caracterizada pela presença de manchas de variadas formas.
Desgaste - é resultado do arrancamento progressivo do agregado na superfície do pavimento, provocado por esforços tangenciais do tráfego e caracterizado pela aspereza superficial do revestimento.
Panelas ou Buracos - são cavidades que ocorrem na superfície do pavimento. As principais causas deste defeito podem estar relacionadas ao estágio terminal do trincamento por fadiga e pela desintegração localizada na superfície do pavimento, este defeito é muito grave, já que afeta estruturalmente e funcionalmente o pavimento, além de facilitar e permitir a percolação da água no interior do pavimento.
18
Remendo – trata-se de uma porção de revestimento onde o material original foi removido e substituído. Os remendos são considerados defeitos, pois refletem o mau comportamento da estrutural original.
2.2.4. Avaliação estrutural do pavimento A avaliação estrutural possibilita uma caracterização completa e
uma descrição objetiva dos elementos e variáveis estruturais dos pavimentos, o que permite a determinação dos materiais e espessuras constituinte de cada camada do pavimento e do solo de subleito, além de proporcionar o conhecimento de seu comportamento e sua condição de integridade, defronte as ações ambientais e do tráfego (BALBO, 2007).
Avaliar estruturalmente o pavimento possibilita diagnosticar a ocorrência de defeitos e definir soluções adequadas para reduzir a ação e agentes causadores, com o objetivo de garantir a vida de projeto, além de propiciar a seleção e dimensionamento da alternativa de restauração mais apropriada (BRASIL, 2006c; FONSECA, 2013).
Bernucci et al. (2008) afirmam que os defeitos estruturais derivam da repetição das cargas e apresentam-se sob as formas de deformações elásticas ou recuperáveis e plásticas ou permanentes.
As deformações elásticas são aquelas que deixam de existir no momento após a retirada da carga. Estas deformações são resultantes da flexão alternada e repetida do revestimento asfáltico devido às tensões e às deformações geradas pelo carregamento dinâmico e podem levar o revestimento asfáltico à ruptura por fadiga (BRASIL, 2006c).
As deformações plásticas ou permanentes apresentam um carácter acumulativo durante a vida do pavimento e são responsáveis pela formação de flechas nas trilhas de roda, interferindo nas condições de conforto e segurança do tráfego (BERNUCCI et al., 2008).
A deformação vertical reversível ou deflexão representa a resposta das camadas do pavimento e do subleito frente à aplicação do carregamento, serve como parâmetro para diferenciar os pavimentos em bom estado estrutural dos debilitados (BRASIL, 2006c).
De acordo com Branco, Pereira e Picado Santos (2005) os resultados da avaliação da capacidade estrutural de um pavimento são utilizados com o objetivo de servir como base no dimensionamento das camadas de reforço, cuja eficácia após a realização desse reforço, aumenta a rigidez do pavimento e que pode ser avaliada através da redução da deflexão medida, considerada em seu conjunto como o melhor
19
indicador de qualidade estrutural do pavimento e da capacidade suporte do subleito.
A avaliação estrutural de um pavimento pode ser realizada pelo método destrutivo, semidestrutivo ou não destrutivo. Estas designações referem-se ao modo como são obtidas as avaliações da capacidade de carga do pavimento. O método não destrutivo, é o mais adequado para grandes extensões de pista, pois preserva a área onde foi realizada a avaliação e permite inúmeras repetições de ensaio no mesmo local (BERNUCCI et al., 2008; FONSECA, 2013).
Equipamentos de avaliação estrutural não destrutiva A determinação da capacidade estrutural por meio de provas de
cargas é fundamental na avaliação estrutural do pavimento e na obtenção de parâmetros de dimensionamento de reforço do pavimento.
Segundo Bernucci et al. (2008) os equipamentos utilizados em avaliações não destrutivas, podem ser divididas de acordo com o tipo de carregamento aplicado, são eles:
Carregamento quase-estático: ensaio de placa e viga Benkelman, por exemplo;
Carregamento vibratório: dynaflect, por exemplo; Carregamento por impacto: falling weight deflectometer (FWD).
Os dois tipos de equipamentos amplamente utilizados no Brasil e no exterior com a finalidade de medir a deflexão é a viga Benkelman (VB) e o defletômetro de impacto (FWD) (BALBO, 2007). Através do emprego desses equipamentos é possível determinar os seguintes parâmetros (BERNUCCI et al., 2008):
Deflexão máxima (d0): Trata-se do deslocamento vertical sob o centro das rodas duplas de um eixo simples no caso da viga Benkelman ou sob o centro da carga no FWD, expressas em 0,01mm;
Raio de Curvatura (Rc): Trata-se do arco de parábola que passa por dois pontos da deformada, normalmente sob a carga e a 25cm do centro da mesma (d0 e o d25);
Deformada, bacia de deformação: Trata-se das medidas dos deslocamentos elásticos em determinados pontos a partir do centro do carregamento (d0, d25, d50, etc.), esta permite a representação da resposta do comportamento estrutural do pavimento, através da aplicação de um carregamento no pavimento, traduzido numa flexão, que diminui com a profundidade e distância do ponto de
20
aplicação de carga e depende também do módulo de elasticidade das camadas.
Viga Benkelman (VB) A Viga Benkelman é o equipamento de medida de deflexões com
maior tradição no Brasil. São as medições da deflexão através da viga Benkelman em que fundamentam as normas vigentes para projetos de restauração de rodovias no País (BALBO, 2007).
O equipamento consiste em uma viga horizontal apoiada em três pés, a qual é instalada no centro de carga da roda dupla de um caminhão, cuja carga de eixo deve ser de 8,2 tf (80kN). A carga é aplicada de forma quase estática e a medida da deformação elástica é feito em um extensômetro solidário a viga (BRASIL, 2006c).
A Figura 6 mostra um esquema ilustrativo do posicionamento da viga Benkelman durante o levantamento da deflexão.
Figura 6 – Esquema do posicionamento da Viga Benkelman.
Fonte: DNER (1994b).
Deflectômetro de Impacto (FWD) O defletômetro de impacto é um equipamento totalmente
automatizado, rebocado por um veículo que carrega parte do sistema de aquisição de dados em um computador conectado aos sensores instalados no defletômetro. O ensaio consiste na aplicação de uma carga de impacto, dinâmica, e nas leituras dos deslocamentos registrada por um conjunto de sensores acoplados e posicionados longitudinalmente a partir do centro
21
da placa de dimensões conhecidas, possibilitando o conhecimento da deformada (BERNUCCI et al. 2008).
Na Figura 7 é apresentado o equipamento FWD, modelo Dynatest 8000 Falling Weight Deflectometer. Na Figura 8 um esquema de carregamento e medidas do equipamento, mostrando a linha da deformada, formada pelos valores da deflexão obtida por meio de sensores acoplados ao equipamento.
Figura 7 – Equipamento tipo FWD.
Fonte: QES (2014).
Figura 8 – Representação dos deflectômetros de impactos.
Fonte: Brasil (2006c).
A vantagem dos equipamentos por impacto é a capacidade de
simular com maior proximidade as características de uma carga de tráfego transiente, aproximando daquelas causadas por uma carga real dinâmica (BRASIL, 2006C). Medina (1997) afirma que a aplicação da carga do
22
defletômetro de impacto corresponde a uma roda com velocidade entre 60 e 80 Km/h.
De acordo com Bernucci et al. (2008) as vantagens da utilização do FWD em relação à viga Benkelman são as seguintes: Possibilidade de aplicação de vários níveis de carga; ensaio não influenciado pelo operador; registro automático de temperatura e distância entre pontos do ensaio; além da maior produtividade, com o levantamento de mais pontos por dia.
2.2.5. Segmentação homogênea
Com o propósito de elaborar um diagnóstico das condições
estruturais e funcionais da rodovia e assim fornecer subsídios para o projeto de reabilitação da rodovia é necessário dividir cada trecho da rodovia em subtrechos homogêneos.
A divisão do trecho em estudo em subtrechos estatisticamente homogêneas é indispensável na avaliação da capacidade de carga de um pavimento (PINELO, 1993).
A técnica de segmentação homogênea facilita a delimitação de trechos com características homogêneas e consequentemente a indicação de soluções ou intervenções na reabilitação do pavimento partindo de uma melhor avaliação de parâmetros de análise através da homogeneidade.
Como parâmetros de análise podem ser considerados a capacidade de suporte do subleito, o estado da superfície do pavimento existente, o volume de tráfego, as deflexões, entre outros.
O tratamento dos resultados obtidos, em particular as deflexões obtidas pelo deflectômetro de impacto, visa a obtenção das zonas com comportamento homogêneo e uniforme ao longo do trecho em estudo e permite uma análise estrutural e de alternativas de restauração mais racionais (SANTOS, 2009).
Para a determinação de segmentos homogêneos a partir do levantamento deflectométrico, é utilizado o método preconizado pela American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO,1993), o mesmo, é apresentado no Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos (BRASIL, 2006c).
Posterior as etapas de cálculo preconizadas pelo método das diferenças acumuladas, é plotado um gráfico que permite uma análise visual na qual a variação do coeficiente angular da curva, cada inflexão ao longo da curva, indica uma mudança do comportamento médio de um segmento para outro, caracterizando as extremidades dos segmentos homogêneos, conforme ilustra a Figura 9.
23
Figura 9 – Exemplo de delimitação os segmentos homogêneos pelo método das
diferenças acumuladas.
Fonte: AASHTO (1993).
2.2.6. Parâmetros e critérios de dimensionamento de reforço asfáltico
Para um adequado conhecimento da condição estrutural do
pavimento e entendimento dos critérios utilizados nos procedimentos de cálculo de reforço asfáltico, faz-se necessário a ciência de parâmetros como: o tráfego, a deflexão recuperável máxima e o raio de curvatura.
a) Tráfego de projeto A avaliação da solicitação do tráfego é essencial no
dimensionamento de um pavimento. A correta análise da solicitação sofrida pelo pavimento é crucial para um diagnóstico preciso de suas condições, assim como a determinação do tráfego futuro é fundamental para os métodos de dimensionamento de reforços ou para a definição de outras intervenções necessárias (BRASIL, 2006a).
O tráfego de projeto consiste inicialmente, em campo, obter o valor do tráfego atual por meio de contagens (volumétricas e classificatória) e pesagens dos veículos e estimá-los para o período de projeto (horizonte de projeto), através de estimativas de crescimento.
Determinado o carregamento e sua correspondente classificação de frota, para um determinado ano, pode-se por meio de fatores de equivalência de cargas (FC), converter o tráfego misto, atuante na
24
rodovia, em um número equivalente de operações de um eixo considerado padrão.
Os fatores de equivalência de carga por eixo (FC) geralmente utilizados são os desenvolvidos pelo Corpo de Engenheiros do Exército Norte-Americano (USACE) e pelo método AASHTO em ambos é adotado como eixo-padrão o de 8,2 tf (80kN) (BRASIL, 2006a).
Definido o número de solicitações equivalentes a de um eixo-padrão tem-se assim o número “N”, variável primária necessária nos métodos de dimensionamento de pavimentos flexíveis. Este traduz a influência deletéria do tráfego previsto durante o período de vida útil do projeto.
b) Deflexão recuperável máxima (d0) A deflexão máxima (d0) fornece um indicativo do comportamento
global da estrutura e sua representação gráfica, das deflexões ensaiadas, em uma determinada extensão permitem conceber o desempenho geral da estrutura e a definição de segmentos de comportamento homogêneo (BRASIL, 2006c).
Quanto maior o valor da deflexão recuperável máxima (d0), mais elástica (resiliente) é a estrutura, e maior o seu comprometimento estrutural (BRASIL, 2006c).
A deflexão representativa de um determinado segmento homogêneo é considerada como o principal fator no cálculo da espessura de reforço necessária em diversos métodos de dimensionamento normalizados pelo DNIT, tais como nos métodos DNER PRO-10/79; DNER PRO-11/79; DNER PRO-159/85 e DNER PRO-269/94 (BRASIL, 2006c).
c) Raio de curvatura (R) O Raio de curvatura (R) é um parâmetro afetado basicamente pelas
características elásticas da camada de base e do revestimento asfáltico. Este parâmetro fornece um indicativo do arqueamento da deformada na sua porção mais crítica denotando uma condição estrutural crítica. (BRASIL, 2006c).
Entre os diversos métodos existentes para a determinação do R, o mais utilizado é o método que corresponde a uma parábola do segundo grau e que é dado pela Equação 2 (BRASIL, 2006c).
25
R 噺 怠待 ┻ 淡鉄態岫鳥轍貸 鳥灯岻 (2)
Em que: R: raio de curvatura; x: valor do afastamento do centro da carga em (cm). d0: deflexão máxima recuperável, medida sob o centro da carga; dx: deflexão do ponto considerado de afastamento x. A análise dos dados deflectométricos com base apenas do uso da
deflexão máxima, como é realizado nos métodos tradicionais de dimensionamento de reforço admitidos pelo DNIT, deixa de aproveitar muita informação da estrutura como um sistema de camadas, já que várias bacias podem resultar de uma mesma deflexão máxima, além do que as curvaturas da bacia nos fornece uma resposta da capacidade estrutural de cada camada (FONSECA, 2013). Na Figura 10 é exemplificado duas estruturas com a mesma deflexão máxima mas capacidades estruturais diferentes.
Figura 10 – Diferentes formas de bacia deflectométrica indicam diferentes
capacidades de carga para a mesma deflexão máxima.
Fonte: Nóbrega e Motta (2003).
De forma a atender um dimensionamento de reforço empírico
mecanístico adequado, alguns critérios devem ser ponderados, é o caso da caracterização mecânica dos materiais e dos critérios de ruínas.
26
d) Características mecânicas dos materiais de pavimentação Os materiais constituintes da estrutura do pavimento flexível são
caracterizados por parâmetros que podem ser utilizados como dados de entrada dos programas de análise de pavimentos. Sob este aspecto o conhecimento das características mecânicas, módulo de deformabilidade (E) e seus respectivos coeficientes de Poisson (ち) dos materiais que compõem cada camada do pavimento são essenciais para a modelagem da estrutura a ser dimensionada por meio da utilização de programas que permitem análise elástica-linear (MEDINA, 1997).
Módulo de deformabilidade
Parâmetro necessário nos métodos de cálculo para previsão das tensões e deformações provenientes do tráfego e do clima que atuam na estrutura de um pavimento. O módulo de deformabilidade das misturas asfálticas definido de acordo com Capitão (2003), como sendo à relação entre a amplitude da tensão aplicada sobre um material e sua correspondente deformação para determinadas condições de temperatura e de frequência, fixas.
O módulo de deformabilidade pode ser determinado das seguintes formas (NÓBREGA, 2003):
Em laboratório através de ensaio triaxial dinâmico em solos e de compressão diametral ou flexão em misturas asfáltica, por exemplo;
Através da análise dos módulos de elasticidades obtidas a partir das bacias de deflexão advindas sob a superfície do pavimento. Segundo Medina (1997), o pavimento e o subleito estão sujeitos a
uma solicitação dinâmica provenientes de cargas de diferentes intensidades e frequências ao longo do tempo. Com a finalidade de reproduzir estas condições de campo são realizados ensaios de carga repetida em laboratório. Fonseca (1995) cita, alguns procedimentos de laboratório: módulo complexo (dinâmico); o módulo elástico (flexão) e o módulo diametral (resiliente ou indireto).
No Brasil destaca-se a utilização do módulo resiliente (MR) e com possibilidades de uso futuros o módulo complexo (BERNUCCI et al. 2008).
O módulo de resiliência (MR) é um parâmetro análogo ao módulo de elasticidade definido como a relação entre a tensão e a deformação, entretanto com a diferença que no módulo de resiliência é determinado
27
em ensaios de carga repetida. Nestes ensaios, o corpo de prova é submetido a uma tensão de compressão (j1) e uma tensão de confinamento (j3). Ao submeter a amostra a repetitivos carregamentos e descarregamentos, mede-se as deformações recuperáveis (計r). Com este valor e o da tensão desvio (jd), obtém-se o módulo de resiliência (MR), que representa a capacidade do solo de retornar a sua situação original após ser submetido a um carregamento (BERNUCCI et al. 2008).
O módulo complexo (E*) vem sendo pesquisado desde a década de 1960 como uma alternativa ao módulo de resiliência na caracterização da mistura asfáltica (BERNUCCI et al. 2008).
Segundo Marques (2004) o ensaio do módulo complexo (E*) foi desenvolvido para medir tanto propriedades elásticas, como viscoelásticas dos materiais de pavimentação e é definido como um número complexo que associa tensão e deformação para matérias viscoelásticos submetidos a um carregamento senoidal aplicado com certo domínio de frequência. Este parâmetro permite contabilizar os efeitos da temperatura e do tempo de carregamento nas propriedades dos materiais asfálticos, sua determinação possibilita obter características não apenas elásticas, mas também propriedades viscoelásticas do material (MARQUES, 2004; BERNUCCI et al. 2008).
Coeficiente de Poisson O coeficiente de Poisson (に) define a relação entre as deformações
específicas horizontais (radiais) e verticais (axiais) dos materiais. Este parâmetro tem pequena influência nos valores das tensões e deformações calculadas, exceto no caso das deformações radiais, as quais são proporcionais (NÓBREGA, 2003).
Os valores típicos dos coeficientes de Poisson para os diversos materiais, que podem ser adotados, são apresentados no Quadro 7.
Quadro 7 – Valores usuais de coeficiente de Poisson.
Material Intervalo de Valores de Coeficiente de Poisson
Concreto de Cimento Portland 0,10 – 0,20
Materiais estabilizados com cimento 0,15 – 0,30
Misturas asfálticas 0,15 – 0,45
Materiais granulares 0,30 – 0,40
Solos do subleito 0,30 – 0,50
Fonte: Adaptado de DER-SP (2006).
28
e) Retroanálise
A retroanálise é um processo analítico que permite inferir os módulos de elasticidade das camadas do pavimento e subleito por interpretação das bacias de deformação, através dos dados oriundos do ensaio estrutural não destrutivo, realizado pelo equipamento FWD e com a utilização de softwares (BERNUCCI et al.,2008).
A utilização de programas, tais como o BISAR (Bitumen Stress Analysis in Roads), ELSYM5 e EVERCAlC5, permite simular por meio de cálculo automático as bacias de deformação teóricas, através do fornecimento de dados como a espessuras das camadas do pavimento e arbitrando valores de módulos de deformabilidade para cada material, por processo iterativo, finalizado até que uma determinada combinação de módulos das camadas faça coincidir as bacias de deflexão de campo e teórica (BERNUCCI et al., 2008).
De acordo com Nóbrega (2003) a retroanálise é realizada com os seguintes objetivos:
Estimar dos módulos de resiliência dos materiais na condição em que se encontram no campo;
Minimizar o número de sondagens para determinação das espessuras e coletas de amostras para determinação dos parâmetros desejados, que são de difícil reprodução em laboratório, além de serem onerosas, perigosas e demoradas. A metodologia para avaliação estrutural de um pavimento, através
da retroanálise, permite calcular as tensões, deformações elásticas (deslocamento) em uma estrutura de pavimento, a partir do conhecimento da geometria do pavimento, da configuração do carregamento e dos parâmetros mecânicos dos materiais, tais como o coeficiente de Poisson e o módulo de deformabilidade (BERNUCCI et al.,2008).
A retroanálise permite verificar, por meio da obtenção dos valores dos módulos de deformabilidade dos materiais, a integridade de cada camada e estimar a vida útil remanescente do pavimento.
De forma geral, a retroanálise apresenta as seguintes vantagens (ALBERNAZ, 1997):
Permite a análise comparativa do comportamento estrutural de segmentos de uma mesma ou de diferentes rodovias;
Possibilita a elaboração de projetos mais confiáveis evitando restaurações prematuras e de altos custos de manutenção e ou restauração;
29
Fornecem dados para projetos de drenagem, indicando a presença de possíveis camadas rígidas no subleito;
Proporciona a elaboração de projetos mais racionais, de custo mais baixo e de pavimentos mais duráveis. No processo da retroanálise um artifício que pode facilitar o
arbítrio inicial de valores de módulo de deformabilidade dos materiais é o conhecimento prévio de valores usuais encontrados para camadas do pavimento, no Quadro 8 são apresentados alguns deles.
Quadro 8 – Módulos de deformabilidade usuais para camadas do pavimento.
Camada Módulo de deformabilidade
(MPa)
Revestimento Asfáltico
7000 a 9000 (T=15ºC)
5000 a 6000 (T=20ºC)
3000 a 4000 (T=25ºC)
Revestimento Asfáltico trincado 500 a 1000
Penetração betuminosa
500 a 1000
Base granular britada
150 a 300
Sub-base granular britada
100 a 200
Solos selecionados
60 a 100
Fonte: Adaptado EP-JAE, 1995 apud Francisco (2012).
f) Critérios de ruína dos pavimentos flexíveis Considerados nos métodos empírico-mecanístico de
dimensionamento de reforço asfáltico as situações limites em relação às quais o pavimento está sujeito são: Critério de fadiga e critério da deformação permanente (BRANCO; PEREIRA; PICADO SANTOS, 2005).
Critério de Fadiga
Segundo Pinto (1991), o fenômeno da fadiga é um processo de
deterioração estrutural que um material sofre quando submetido a um estado de tensões e de deformações elásticas repetidas, pode ser compreendida como a perda de resistência que um material sofre quando solicitado por um carregamento cíclico, conforme ilustra a Figura 11.
30
Figura 11 – Representação esquemática do critério à fadiga.
Fonte: Santos (2009).
O critério de fadiga consiste em relacionar por meio das leis de
fadiga, o número máximo de repetições de carga de eixo padrão com a deformação de tração, no fundo da camada do revestimento, limitando assim a extensão máxima de tração, 計t, relacionada ao tráfego necessário para atingir o limite da vida útil do pavimento por trincamento de fadiga.
As leis de fadiga são expressas na forma da Equação 3. N = a. it
-b (3)
Em que: N: número admissível de repetições do eixo-padrão; it : deformação de tração; a e b: constantes da lei de fadiga determinadas experimentalmente
em laboratório. Critério de Deformação Permanente
O critério de deformação permanente, consiste relacionar o número máximo de repetições de carga de eixo padrão, com a deformação vertical excessiva de compressão, 計v, atuante no topo do solo do subleito, conforme ilustra a Figura 12.
Figura 12 – Representação esquemática do critério à deformação permanente.
Fonte: Santos (2009).
31
A verificação deste critério pode ser expressa na forma da Equação
4.
N 噺 K ┻ 岾 怠致寧峇津 (4)
Em que: N: número admissível de repetições do eixo-padrão; iv : deformação de compressão; K e N: coeficientes determinados por regressões lineares,
particulares para cada tipo de mistura asfáltica e modificados para refletir o desempenho no campo.
2.3. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE REFORÇO ASFÁLTICO
2.3.1. Metodologia DNER PRO-11/79 – Procedimento “B”
O Método PRO-11/79 é um dos procedimentos normatizados pelo
DNIT para o dimensionamento de reforços de pavimentos. Seus princípios básicos surgiram de trabalhos realizados pelo Eng° Bolívar Lobo Carneiro, a partir de estudos do argentino Eng° Celestino Ruiz. Este método tem sido bastante empregado no Brasil em virtude de sua facilidade de utilização (BRASIL, 2006c).
Neste método são considerados os seguintes parâmetros para definição das diretrizes de projeto: número N de solicitações do eixo padrão de 8,2tf (80kN); índice de gravidade global (IGG); deflexão de projeto ou característica (Dp ou Dc); raio de curvatura (R); deflexão admissível do reforço asfáltico (Dadm).
O método prevê que sejam realizadas levantamento das medidas de deflexão recuperáveis, na trilha de roda externa, em estações demarcadas a cada 20m em faixas alternadas, ao longo do trecho em estudo. Esta medida deve ser levantada utilizando a Viga Benkelman ou deflectômetro, aplicando o carregamento correspondente ao eixo padrão de 80 kN (DNER, 1979).
Determinação da Deflexão Admissível
O critério de deflexão admissível indicado no método DNER PRO-11/79, estabelece que, para que não surjam trincas no revestimento, é necessário manter a deflexão do pavimento abaixo de um determinado
32
valor de deflexão admissível (Dadm), função apenas do tráfego que o solicita.
A Equação 5 para determinação de Dadm, apresentada a seguir, corresponde a deflexões medidas com a carga padrão de 8,2 tf (80 kN) por eixo e está vinculado ao parâmetro de tráfego calculado com base em fatores de equivalência da USACE.
log Dadm = 3,01 – 0,176 log NUSACE (5) Em que: Dadm: Deflexão admissível do reforço asfáltico; Nusace: Número “N” de solicitações do eixo padrão de 8,2tf (80kN),
conforme procedimento de cálculo do USACE. A norma DNER PRO-11/79, estabelece que se o pavimento for
constituído de base granular revestida com tratamento superficial, a deflexão admissível obtida pela Equação 5, deve ser multiplicada por dois, para efeito de avaliação estrutural.
Cálculo da deflexão de projeto (Dp) ou característica (Dc)
Após definir os segmentos homogêneos (item 2.2.5), calcula-se para cada um destes segmentos, a deflexão média (x) e o desvio padrão (j), procedendo a eliminação dos valores fora do intervalo, x + z.j, onde z é estimado em função de "n", mediante o critério constante no Quadro 9, também apresentado na norma do DNER PRO-11/79.
Quadro 9 – Valores de z para intervalo de aceitação.
n z
3 1
4 1,5
5 - 6 2
7 - 19 2,5
≥ 20 3
Fonte: DNER (1979).
A partir deste procedimento, define-se a deflexão característica (Dc) como a média dos valores contidos no intervalo de aceitação, somada ao desvio padrão das medidas, vide Equação 6. Sendo assim, calcula-se a
33
deflexão de projeto (Dp) e a respectiva espessura de reforço para cada segmento.
D達 噺 x 髪 ぴ (6)
Em que: Dc: deflexão característica (0,01mm); x: Valor médio das deflexões do segmento homogêneo; ぴ: Desvio padrão das deflexões medidas.
Espessura de reforço A espessura de reforço é necessária na avaliação estrutural
possibilitando a aplicação de critério deflectométrico. Para tanto se calcula a deflexão admissível, por meio da Equação
5, em função do tráfego previsto para o período de projeto. A espessura de reforço em concreto asfáltico é então calculada pela Equação 7, utilizando-se como critérios a deflexão admissível e a deflexão Benkelman de projeto (Dp) ou característica (Dc) do segmento em análise:
h達但 噺 K ┻ log 第妊第倒凍悼 (7)
Em que: hcb: espessura de reforço do pavimento, em (cm); Dp: deflexão Benkelman de projeto, sob carga de 8,2tf (80 kN), em
(0,01mm); Dadm: deflexão admissível pelo reforço, em (0,01mm); K: fator de redução da deflexão determinado pelo material usado
na execução do reforço (k = 40 para concreto asfáltico).
Critérios estruturais para a definição das diretrizes de projeto Determinado para cada segmento homogêneo: a deflexão
admissível, a deflexão característica e o raio de curvatura da deformada, o procedimento DNER-PRO 11/79 apresenta critérios na tomada de decisão do cálculo de reforço, conforme mostra o Quadro 10.
34
Quadro 10 – Critério para o estabelecimento das diretrizes de projeto.
Hipótese Dados
deflectométricos obtidos
Qualidade estrutural
Critério para cálculo do
reforço
Medidas corretivas
I Dp ≤ Dadm R ≥ 100m
Boa ______ Apenas correções de superfície
II Dp > Dadm R ≥100m
Se Dp≤ 3Dadm
Regular Deflectométrico Reforço
Se Dp> 3Dadm
Má Deflectométrico e Resistência
Reforço ou Reconstrução
III Dp ≤ Dadm R <100m
Regular para Má
Deflectométrico e Resistência
Reforço ou Reconstrução
IV Dp > Dadm R < 100m
Má Resistência Reforço ou Reconstrução
V _____ Má IGG>160 Resistência Reconstrução
Fonte: DNER (1979). O procedimento de cálculo, a avaliação estrutural e o
dimensionamento da espessura de reforço são definidos em função da análise deflectométrica. Embora o procedimento contemple a realização da análise objetiva da superfície para o cálculo do IGG (DNIT 006/2003-PRO) este resultado não é utilizado para o cálculo da espessura em reforço, mas apenas para a avaliação estrutural. 2.3.2. Método da resiliência PRO-269/94 – TECNAPAV
O método, desenvolvido em 1982 pelos Engenheiros Salomão Pinto e Ernesto Preussler, é também conhecido como o Método da Resiliência ou Método TECNAPAV. O procedimento considera as propriedades dos solos finos e materiais granulares constituintes das estruturas dos pavimentos brasileiros, além de fundamentar-se em modelos de fadiga de misturas betuminosas, bem como no cálculo de tensões e deformações pela teoria da elasticidade não linear (BRASIL, 2006c).
Procedimentos preliminares
Os procedimentos preliminares correspondem à segmentação homogênea do trecho em estudo e leva em conta parâmetros como: o
35
tráfego, subleito, deflexão máxima recuperável, estrutura do pavimento e condições superficiais (BRASIL, 2006c).
A partir de sondagens realizadas, por meio de poços de sondagens, torna-se possível a coleta de material, este é encaminhado ao laboratório para a realização de ensaios de caracterização, granulometria por sedimentação, índices físicos e o Índice de Suporte Califórnia (ISC). Com os resultados dos ensaios de granulometria por sedimentação o método prevê uma classificação quanto à resiliência do material do subleito utilizando seguintes critérios apresentados no Quadro 11.
Quadro 11 – Grupos de solos.
CBR % S %
≤ 35 35 à 65 > 65 ≥ 10 I II III
6 a 9 II II III
2 a 5 III III III Fonte: DNER (1994).
A determinação da porcentagem de silte contida nos solos, deve
ser calculada a partir do ensaio de granulometria com sedimentação, por meio da Equação 8 (DNER, 1994):
S 噺 などど 伐 岾P1
P2 . 100峇 (8)
Em que: S: Silte, em (%); P1: percentagem, em peso, de material cujas partículas tenham
diâmetro inferior a 0,005mm, determinada na curva de distribuição granulométrica;
P2: percentagem, em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,075mm, determinada na curva de distribuição granulométrica.
Dimensionamento do reforço
Conforme preconiza a norma do DNER-PRO 269/94 a espessura de reforço é calculada através das seguintes etapas:
a) Definição para cada segmento homogêneo caracterizado da espessura de mistura betuminosa existente (he), da deflexão característica (Dc), do trincamento (TR), da espessura da camada granular (Hcg) e do tipo de solo da fundação;
36
b) Definição da deflexão admissível (Dadm), estabelecido pelo critério da fadiga, através da Equação 9: log Dadm = 3,148 – 0,188.log NUSACE (9) Em que: Dadm: deflexão máxima admissível pelo reforço, em (0,01mm); Nusace: Número N de solicitações do eixo padrão de 8,2tf de
conforme o procedimento de cálculo do USACE. c) Cálculo da espessura efetiva (hef) do revestimento betuminoso
é obtido através da equação 10:
hef噺 伐の┸ばぬば 髪 腿待胎┸苔滞怠第達 + 0,972 I1 + 4,101 I2 (10) Em que: hef: espessura de reforço do pavimento, em (cm); DC: a deflexão característica, em (0,01mm); 』1 e 』2 estão relacionadas com as características resilientes da
camada de subleito da estrutura de referência e de acordo com os seguintes casos:
• Caso 1 – espessura da camada granular (hcg) inferior ou igual a 45cm
− Quando o subleito for do tipo 』 - 』1 = 0 e 』2 = 0 − Quando o subleito for do tipo 』』 - 』1 = 1 e 』2 = 0 − Quando o subleito for do tipo 』』』 - 』1 = 0 e 』2 = 1
• Caso 2 – espessura da camada granular (hcg) é maior que 45 cm − Adotar - 』1 = 0 e 』2 = 1
• Caso 3 – espessura efetiva (hef) compreendida entre 0 ≤ hef ≤ he − se: hef < 0, adotar hef = 0 − se: hef > he, adotar hef = he
• Caso 4 – se o grau de trincamento do revestimento existente for superior a 50% ou (FC-2 + FC-3 > 80%) ou (FC-3 > 30%), então é conveniente adotar hef = 0 e considerar a solução de recapeamento em camadas integradas de CBUQ e PMF, afim de minimizar o fenômeno de reflexão de trincas no revestimento projetado.
37
d) Cálculo da espessura do reforço em concreto asfáltico (HR), fornecida pela Equação 11:
HR 噺 伐なひ┸どなの 髪 態戴腿┸怠替ヂ第 – 1,357 hef +1,016 I1+ 3,893 I2 (11)
Em que: HR: espessura do reforço em concreto asfáltico (cm); D: deflexão máxima permissível (0,01 mm); hef: espessura efetiva de revestimento (cm); I1 e I2: constantes relacionadas com as características resilientes do
solo de fundação. O método admite critérios em função da espessura de reforço (HR)
calculada, como descrito no Quadro 12.
Quadro 12 – Soluções em função da espessura de reforço (HR) calculada. Caso Situação Solução
1 3cm ≤ HR < 12,5cm
Camada única de CBUQ ou camadas integradas de CBUQ e pré-misturado caso a superfície esteja muito fissurada, procurando assim evitar a propagação das trincas.
2 12,5cm ≤ HR< 25cm É recomendada a adoção de camadas integradas do tipo CBUQ (Hca) e pré misturado (Hpm).
3 HR> 25cm
As camadas integradas não dever ser constituídas exclusivamente de misturas betuminosas; nessa situação deve-se verificar também a necessidade da reconstrução parcial ou total do pavimento existente.
4 HR< 3cm
Verificar a partir da análise da condição do pavimento existente. Poderão ser contempladas soluções do tipo tratamento superficial ou lama asfáltica
Fonte: Adaptado de DNER (1994).
O método contempla também a possibilidade de, em face de restrições orçamentárias, utilizar-se de uma solução de reforço por etapas. Neste caso, a Norma apresenta modelos para mais duas soluções sucessivas dentro do período de análise.
38
As camadas integradas do tipo CBUQ (Hcb) e pré-misturado (Hpm), podem ser calculadas por meio das Equações 12 e 13 de acordo com a norma DNER 269/94-PRO:
H丹鱈 噺 ど┸ねど HR (12) H達叩 噺 HR 伐 H丹鱈 (13) Em que: HR: espessura do reforço em concreto asfáltico, calculada na
Equação 8 (cm); Hpm: espessura de pré-misturado (cm); Hca: espessura de reforço em concreto asfáltico (cm). O método da resiliência ainda contempla a possibilidade de
dimensionamento de fresagem parcial do revestimento existente e o uso de misturas recicladas, indicando uma equação para se obter o módulo de resiliência efetivo do revestimento existente, entretanto o módulo da mistura reciclada deve ser obtido por ensaios de laboratório.
2.3.3. Métodos Empírico-Mecanísticos
Os métodos empíricos-mecanísticos contemplam as propriedades
mecânicas dos solos entre outros materiais de pavimentação. Estes métodos possibilitam um dimensionamento a partir da aplicação de modelos de previsão, considerando problemas de trincamento por fadiga nas camadas asfálticas (BRASIL, 2006c). Os métodos recebem a definição, empíricos-mecanísticos, por ponderarem em algumas variáveis adquiridas através da experiência pela observação do comportamento real do pavimento, além de modelos de comportamento dos materiais do pavimento (LOPES, 2009).
Os métodos empírico-mecanísticos permitem ao analisar o conjunto dos materiais constituintes e características elásticas de cada material harmonizando a rigidez das camadas, promover a composição da melhor estrutura técnica e econômica frente a solicitações do tráfego para o período de projeto (NÓBREGA, 2003; FONSECA, 2013).
De acordo com Franco (2000) o procedimento empírico-mecanístico baseia-se em:
Possuir como base, dados relacionados aos materiais constituinte do pavimento, tráfego e além das condições ambientais;
39
Correlacionar os dados de tráfego, de resistência e comportamento dos materiais em função das condições de diferentes períodos do clima e em função do tipo de carregamento;
Calcular as tensões e deformações a partir da escolha das espessuras das camadas considerando as diversas correlações obtidas;
Por meio de modelos de previsão relacionar os valores limites de tensões e deformações com os danos que as repetições das cargas podem causar no pavimento;
Verificar se as espessuras adotadas satisfazem as condições impostas no dimensionamento. Através do uso do sistema de dimensionamento empírico-
mecanístico, os resultados da análise estrutural do pavimento (tensões, deformações e deslocamentos) são comparados com critérios predefinidos, com a finalidade de garantir que sejam evitados defeitos como trincamento por fadiga e deformações permanentes (MOTTA, 1991; BENEVIDES, 2000).
A Figura 13 mostra as deformações obtidas no dimensionamento empírico-mecaniscista, utilizados e comparados de acordo com os critérios de ruínas.
Figura 13 –Deformação de tração e compressão usadas como critérios de ruína.
Fonte: O Autor.
Segundo Nóbrega (2003) a determinação das tensões, deformações
e deflexões críticas no pavimento, requeridas na metodologia mecanística de dimensionamento de reforço, se dá através de modelos de comportamento tensão-deformação inseridos em programas computacionais, que permitem a aplicação da teoria de elasticidade para
40
sistemas multicamadas, baseados nos estudos desenvolvidos por Boussinesq e Burmister, entres outros pesquisadores.
Como exemplo destacam-se os programas desenvolvidos pela Shell, o BISAR; pela Chevron, o ELSYM5; pela Universidade de Kentucky, além do pacote de programas de análise de pavimentos, o EVERSERIES, desenvolvido pelo Departamento de Transportes do Estado de Washington, nos Estados Unidos, entre outros.
Programa Computacional BISAR 3.0 Com a finalidade de obter os valores de tensões, deformações e
deslocamentos em estruturas de pavimentos utilizou-se neste trabalho o software BISAR 3.0 (Bitumen Stress Analysis in Roads).
O Software considera as seguintes suposições básicas na formulação da estrutura objeto de estudo, tais como: o material de cada camada é considerado como sendo homogêneo e isotrópico; as camadas são admitidas infinitas na direção lateral e finitas em profundidade; a camada final (subleito) é considerada infinita em profundidade; os materiais são elásticos e se comportam de maneira linear.
Como base de entrada para ser efetuados os cálculos são necessários os seguintes parâmetros: O número de camadas da estrutura do pavimento; módulo de deformabilidade e coeficientes de Poisson de cada camada; a espessura das camadas exceto para a camada do subleito, considerada como semi-infinito; o número de cargas e suas respectivas coordenadas, entre outros.
Os principais parâmetros avaliados são os seguintes: deformação de tração (it) na fibra inferior da camada asfáltica, para controle do trincamento por fadiga; tensão (jv) ou deformação vertical (iv) no topo do solo de fundação para controlo da deformação permanente.
Programa Computacional EVERCALC 5.0 – Pavement Backcalculation Para servir com dados de módulos de resiliência de cada camada,
necessário ao programa BISAR 3.0 na análise mecanístico (linear), utilizou-se o programa de retroanálise EVERCALC 5.0 do grupo de programas desenvolvidos pelo Washington State Department of Transportation (WSDOT), o EVERSERIES.
O programa apresenta fundamentos semelhantes ao BISAR 3.0, exibindo as seguintes características (WSDOT, 2005): as camadas possuem espessuras uniformes e são infinitas na direção horizontal; a
41
camada final é semi-infinita em profundidade; as camadas são admitidas como sendo isotrópicas, homogêneas e de materiais linearmente elásticos.
Para a obtenção dos valores de módulos de elasticidade são necessários os seguintes elementos: coeficientes de Poisson, espessuras e natureza de cada camada do pavimento; “módulos semente” do inglês (seed moduli), estes são módulos que o programa começa a primeira iteração; valores limites máximos e mínimos para o cálculo do módulo; bacias de deformação medidas sobre o pavimento; número máximo de iterações permitidas; tolerância de erro admissível para o cálculo do módulo, a carga aplicada no pavimento para a determinação das bacias de deformação e o raio de aplicação, variáveis estas presentes no levantamento deflectométrico realizado com o equipamento FWD, além de possibilitar a utilização de dados de temperaturas do pavimento.
O programa por meio de processo iterativo e com os dados citados anteriormente, realiza os cálculos dos módulos, atendendo a todas as restrições impostas, entretanto nem sempre é possível chegar dentro dos limites requeridos.
2.4. PROGRAMA CREMA
2.4.1. Histórico do Programa CREMA
O CREMA (Contratos de Restauração e Manutenção) surgiu
inicialmente das dificuldades no gerenciamento dos contratos por preços unitários, associado à falta de funcionários, fez com que os técnicos do extinto DNER, junto com órgãos financiadores internacionais, como Banco Mundial (BIRD) e o Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID), a partir de 1996, inicia-se o estudo de novas formas de contratação para melhorar o sistema de gestão e controle da manutenção da malha rodoviária. Iniciou-se então a análise de novas modalidades de contratação, já aplicadas em órgão rodoviários do estrangeiro, como no Estados Unidos, Europa, Chile e Argentina (FONSECA, 2013).
Em 1999, o Ministério dos Transportes, através do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), concluiu que a forma de contratação das empresas responsáveis pela execução das obras de recuperação deveria ser alterada, passando para contratos de manutenção de rotina em rodovias com estado regular e bom e contratos de manutenção com restauração no caso de rodovias com condições mais precárias. Nestes contratos, são previstas a recuperação e manutenção da rodovia, gerido através de resultados e adotando padrões de desempenho para a avaliação da entrega do produto (FONSECA, 2013).
42
2.4.2. O CREMA
O DNIT define o CREMA como sendo: “Contratos de Manutenção com longa duração, com responsabilidade direta do contratado na execução das obras, no controle de qualidade e nos serviços de manutenção. ”
O CREMA de acordo com a Instrução de serviço DG/DNIT N° 05 de 09 de Dezembro de 2005, tem como objetivo:
“[...] consolidar, em um único programa, as suas atividades de recuperação e manutenção, através de contratos de gestão de sete (7) anos contínuos”.
O programa, apresenta as seguintes características: recuperação inicial de todo trecho contratado, restaurações de segmentos, conservação, recuperação de pontes, recuperação do passivo ambiental, terceiras faixas necessárias, contratos de longa extensão, contratos de preços globais e serviços pagos por meio de índices de desempenho.
Este programa é divido em duas etapas: CREMA 1ª ETAPA e CREMA 2ª ETAPA.
No CREMA 1ª Etapa, segundo a Instrução de Serviço (IS) DG/DNIT N°10 de Setembro de 2013, que regulariza os procedimentos a serem utilizados na execução de obras do CREMA 1a Etapa, afirma que os contratos compreendem obra de recuperação funcional dos pavimentos da pista e acostamento, bem como serviços de manutenção do pavimento e conservação da faixa de domínio, com duração de contrato de dois (2) anos.
De acordo com a Instrução de Serviço (IS) DG/DNIT N° 10, “As obras de recuperação serão medidas e pagas mensalmente, conforme a extensão executada, por unidade de serviço concluído [...]”.
A fiscalização será realizada pela Superintendência Regional com suporte da Coordenação Geral de Restauração e Manutenção/DIR, cujo princípio é o controle tecnológico por amostragem, sem aviso prévio, para verificação da fidelidade dos controles executados pela contratada.
No CREMA 2ª ETAPA, de acordo com o IS N°5 DG/DNIT estão previstas as seguintes características básicas: Obras de recuperação funcional e estrutural dos pavimentos em todo o lote, permitir o início imediato das obras de restauração, serviços de manutenção de pistas e acostamentos, serviços de conservação de faixa de domínio. O contrato tem duração de cinco (5) anos, as obras e serviços devem atender a padrões de desempenho, além de que as soluções são norteadas pelo Catálogo de soluções de projeto, para vida útil de 10 anos.
43
Nesta etapa as atividades a serem desenvolvidas são as seguintes: Levantamento de dados históricos do pavimento; Cadastro geral da rodovia (Drenagem, Sinalização, Obras de Arte
Complementares (OAC), Obras de Arte Especiais (OAE), Ambiental, Acostamentos, Fresagem, Reperfilagem e Reparos profundos);
Estudo de tráfego; Levantamento deflectométrico; Medição da irregularidade longitudinal (IRI); Sondagens e Ensaios em geral.
2.4.3. Catálogo de soluções de pavimentação CREMA 2a Etapa
O programa CREMA 2a Etapa propõe a aplicação de duas alternativas de catálogo de soluções de pavimentação: um para revestimento em concreto asfáltico e outro para tratamentos superficiais. Neste trabalho será discutido somente o catálogo aplicado ao revestimento em concreto asfáltico, já que este representa em maior parte a malha rodoviária federal brasileira.
O catálogo tem como base o Catálogo SWAP (Sector-Wide Approach) que aborda o desenvolvimento de uma política de investimento voltada a um único setor, fornecido pelo Banco Mundial, cujo conjunto de soluções previstas tem como objetivo fornecer ao órgão uma estimativa do nível de investimento necessário para restauração de sua rede viária (FONSECA, 2013).
Tipos de soluções propostas para restauração de pavimentos Partindo do catálogo soluções propostas pelo CREMA 2ª Etapa,
para revestimento asfáltico, segue uma descrição das soluções dos seguintes serviços adotados: Reforço em concreto asfáltico betuminoso usinado a quente (CBUQ); Fresagem; Lama asfáltica; Micro revestimento asfáltico a frio e a quente; Reciclagem; Reconstrução; Remendos profundos e superficiais; Tratamento Superficial Simples ou Duplo.
Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ)
O concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) é o tipo de revestimento asfáltico mais empregado no Brasil. Trata-se de um material obtido a partir da mistura e homogeneização de agregados minerais bem
44
graduados, de material fino de enchimento (filer) e de cimento asfáltico de petróleo (CAP), elaborados a quente, em usinas misturadoras apropriadas (BALBO, 2007).
No concreto asfáltico são utilizados os seguintes materiais em sua composição: (DNIT, 2006)
Cimento asfáltico: CAP 30/45, 50/70, 85/100; Agregados graúdos: Pedra Britada, escória britada, seixo rolado
britado ou não; Agregados miúdos: areia, pó de pedra ou mistura de ambos; Filer: Cimento Portland, cal, pó calcário.
Para fins de execução, na ocorrência de duas camadas de revestimento, a camada superior é denominada de capa de rolamento ou camada de desgaste e a camada inferior recebe o nome de binder ou camada de ligação. O concreto asfáltico também pode assumir a função de camada de regularização ou camada de nivelamento (reperfilagem) com o objetivo de regularizar o nível do greide da superfície de um pavimento antigo ou irregular (BALBO, 2007; BERNUCCI et al., 2008).
Para cada tipo de camada a composição da mistura deve ser fixada em projeto e deve satisfazer as faixas de distribuição granulométricas e porcentagem de ligante especificadas nas seguintes normas DNIT 031/2006-ES e DNER 083/98-ME.
Os serviços voltados a execução, controle de qualidade dos materiais empregados, além das condições de conformidade e não-conformidades são apresentados na Norma DNIT 031/2006-ES.
Fresagem O Glossário de Termos Técnicos Rodoviários define fresagem de
pavimentos como sendo: “Desbastamento a quente ou a frio de superfície asfáltica, como parte de um processo de reciclagem de pavimento asfáltico” (DNER, 1997, p.118).
A aplicação da técnica da fresagem possibilita diversas vantagens como a manutenção da cota do pavimento através da retirada do material degradado para a colocação de um novo material, sem alterar as cotas do pavimento e provendo melhoramentos de ordem funcional e estrutural da estrutura (BONFIM, 2001).
De acordo com Bernucci et al. (2008) a fresagem é utilizada anteriormente da execução da camada de reforço asfáltico já que reduz a energia de propagação de trincas existentes no revestimento antigo pela reflexão através das novas camadas.
45
Lama asfáltica Segundo DNIT (BRASIL,2006c, p.218) a lama asfáltica é definida
como: “a mistura asfáltica resultante da associação, em consistência fluida, de agregados ou mistura de agregados miúdos, material de enchimento (fíler), água e emulsão asfáltica”.
A lama asfáltica, por ser uma mistura densamente graduada e de consistência fluída, tem condições de penetrar nos poros superficiais e fissuras do revestimento asfáltico, permitindo a impermeabilização da superfície (BRASIL, 2006c). Entretanto, não corrige irregularidades acentuadas nem promove o aumento da capacidade estrutural (BERNUCCI et al., 2008).
A aplicação da lama asfáltica tem como principal objetivo a impermeabilização e o rejuvenescimento da condição funcional do pavimento (BERNUCCI et al., 2008).
Micro revestimento Asfáltico O micro revestimento asfáltico utiliza os mesmos conceitos da
lama asfáltica, com a vantagem de utilizar em sua composição emulsões modificadas com polímero para prolongar a sua vida útil. Esta técnica serve na recuperação funcional de pavimentos, como capa selante, revestimento de pavimento com baixa solicitação do tráfego além de camada anti-reflexo em projetos de reforço estrutural (BERNUCCI et al.,2008).
Reciclagem A reciclagem de pavimentos fundamenta-se na reutilização dos
materiais existentes fresados mais adição de agentes rejuvenescedores e ou ligantes asfálticos novos, ou ainda com incorporação de agregado para correção granulométrica, de espuma de asfalto ou de emulsões asfálticas e até de cimento Portland (BERNUCCI et al., 2008).
A técnica de reciclagem apresenta inúmeras vantagens em relação a utilização convencional de materiais virgens, entre os benefícios tem-se: a conservação de agregados, de ligantes e de energia, preservação do meio ambiente vista a menor necessidade de extração de materiais granulares em pedreiras. Além de permitir que as condições geométricas existentes sejam facilmente modificadas ou mantidas (BRASIL, 2006c).
46
A reciclagem de misturas asfálticas pode ser realizada por diferentes técnicas: a frio ou a quente, in situ ou em central e com diferentes ligantes. De acordo com Baptista e Picado Santos (2006), as principais técnicas são: Reciclagem a frio com cimento; a frio com emulsão asfáltica; a frio com asfalto-espuma; morna com emulsão asfáltica e; reciclagem a quente.
Reconstrução
A reconstrução consiste na operação de refazer o pavimento todo, através da retirada total, dado o elevado grau de degradação das camadas do pavimento, ou parcial dos materiais constituintes das camadas do pavimento em substituição de novos materiais ou por reciclagem do mesmo (BRASIL, 2006c; BERNUCCI et al., 2008).
Tratamento Superficial Os tratamentos superficiais são revestimentos de pequena
espessura constituídos por ligante e agregados, executados sobre a camada de base ou sobre o revestimento existente, não há processo de usinagem, nem mistura prévia na pista de rolamento a adesão entre o ligante e o agregado é promovido através do processo de compactação.
Conforme o processo construtivo adotado designa-se três tipos de tratamento superficial, são eles: Tratamento Superficial Simples (TSS), Tratamento Superficial Duplo (TSD) e o Tratamento Superficial Triplo (TST) (BERNUCCI et al., 2008).
As principais funções do tratamento superficial segundo Bernucci et al. (2008) são: possibilitar uma camada de revestimento de pequena espessura e com alta resistência ao desgaste e antiderrapante; impermeabilizar o pavimento; proporcionar um revestimento de alta flexibilidade, acompanhando as deformações do pavimento. 2.4.4. Parâmetros de enquadramento no catálogo de soluções
Os princípios básicos de acordo com o Catálogo de Soluções para a definição de soluções são as seguintes:
Dimensionamento da camada de reforço em CBUQ calculado pelo método DNER-PRO 11/79;
47
Serviço de reperfilagem através de aplicação de camada de massa fina de CBUQ em espessura variável, visando diminuir a irregularidade longitudinal da superfície do pavimento;
Execução de fresagem de 5cm do revestimento asfáltico e posterior reposição de mesma espessura, com a finalidade de remover da camada de pavimento com incidência elevada de trincamento;
Aplicação de camada de tratamento superficial duplo (TSD) com polímero entre a camada de reperfilamento e a camada de reforço, com o objetivo de impedir reflexão de trincas da camada remanescente. No catálogo de soluções é considerado métodos empíricos de
dimensionamento de reforço, no caso essencialmente o método DNER-PRO 11/79. Entretanto, solicita para comparação o dimensionamento através do método da resiliência, DNER-PRO 269/94.
Catálogo de Soluções CREMA 2ª Etapa No Quadro 13, é apresentado o catálogo de soluções utilizados nos
projetos do CREMA 2ª Etapa (2009), para rodovias em concreto asfáltico.
48
Quadro 13 – Catálogo de Soluções Técnicas DNIT – PRO 11/79.
VMD N (USACE) IRI ≤ 3
Defl ≤ Dadm Defl > Dadm IGG≤20 IGG>20 IGG≤20 IGG>20
VMD < 1000 < 6,9E+06
LG F5(5%) +
LG Hx
F5(5%) + Hx
1000 < VMD < 2000
>6,9E+06 < 1,43E+07
2000 < VMD < 3000
>1,43E+07 < 2,14E+07
3000 < VMD < 5000
>2,14E+07 < 3,57E+07
VMD > 5000 > 3,57E+07
VMD N (USACE) 3 < IRI ≤ 4
Defl ≤ Dadm Defl > Dadm IGG≤60 IGG>60 IGG≤60 IGG>60
VMD < 1000 < 6,9E+06 F5(10%) + Micro (1,5)
F5(20%) + Micro
(1,5) F5(10%)
+ Hx F5(20%)
+ Hx
1000 < VMD < 2000
>6,9E+06< 1,43E+07
2000 < VMD < 3000
>1,43E+07< 2,14E+07
F5(10%) + H3
F5(20%) + H3
3000 < VMD < 5000
>2,14E+07 < 3,57E+07
VMD > 5000 > 3,57E+07
VMD N (USACE) 4 < IRI ≤ 5,5
Defl ≤ Dadm Defl > Dadm IGG≤ 100 IGG>100 IGG≤100 IGG>100
VMD < 1000 < 6,9E+06 F5(20%) + REP + Micro
(1,5)
F5(30%) + REP +
Micro (1,5) F5(20%)
+ REP + Hx
F5(30%) + REP +
Hx
1000 < VMD < 2000
>6,9E+06 < 1,43E+07
2000 < VMD < 3000
>1,43E+07 < 2,14E+07
F5(20%) + REP + H3
F5(30%)+ REP+H3
3000 < VMD < 5000
>2,14E+07 < 3,57E+07
VMD > 5000 > 3,57E+07
VMD N (USACE)
IRI >5,5 Defl ≤ Dadm Defl > Dadm
IGG≤150 IGG>150 IGG≤150 IGG>150
VMD < 1000 < 6,9E+06 FR5(100%) + REP +
H4
Fr5(100%) + REP + TSDpol +
H4 FR5
(100%) + REP +
TSDpol+ Hx
REC5
1000 < VMD < 2000
>6,9E+06 < 1,43E+07
REC7
2000 < VMD < 3000
>1,43E+07 < 2,14E+07 FR5(100)
+ REP + H5
Fr5(100%)
+ REP + TSDpol +
H5
REC8
3000 < VMD < 5000
>2,14E+07 < 3,57E+07
REC9
VMD > 5000 > 3,57E+07 REC10 Fonte: Adaptado de Catálogo de Soluções Técnicas – DNIT (2009).
49
Nota: Em que: FR5: fresagem de 5cm; F5: fresagem + reposição de 5cm; REP: reperfilagem com massa fina de CBUQ e= 2cm; LG: lama asfáltica grossa; Micro: micro revestimento asfáltico em duas camadas (1,5cm); TSDpol: tratamento superficial duplo com polímero; REC e: reconstrução através de reciclagem de Base+ revestimento com
espessura de CBUQ = e; TSD: tratamento superficial duplo; Hx: camada de CBUQ em espessura x, onde x é calculada pela
metodologia DNER-PRO 11/79.
Os parâmetros de enquadramento utilizados neste catálogo levam em conta aspectos funcionais e estruturais do pavimento através de intervalo de valores de variáveis de projeto, tais como: faixas de Irregularidade do longitudinal (IRI); Medidas de deflexão recuperável de projeto (Dp) para o segmento homogêneo em questão, avaliando a condição da mesma como em relação a medida de deflexão admissível de projeto (Dadm) em função do tráfego da rodovia; faixas de Índice de gravidade global (IGG) dos defeitos inventariados na superfície do pavimento; e o volume médio diário (VMD) do tráfego e o número "N", nº de repetições da carga do eixo padrão de 8,2 tf (FONSECA, 2013).
Parâmetros de Tráfego
Os critérios de entrada no catálogo de soluções CREMA 2ª Etapa, referentes ao tráfego são o volume médio diário de veículos (VMD) e o número “N”.
Através do catálogo de soluções, Quadro 13, é possível verificar cinco faixas de enquadramentos dos parâmetros de tráfego, são eles:
VMD < 1000; N < 6,9 x 106; 1000 ≤ VMD < 2000; 6,9 X 106 ≥ N > 1,43 x 106; 2000 ≤ VMD < 3000; 1,43 X 107 ≥ N > 2,14 X 107; 3000 ≤ VMD < 5000; 2,14 X 107 ≥ N > 3,57 x 107; VMD > 5000; N ≥ 3,57 x 107.
Como é possível observar no Quadro 13 o número "N" e o VMD
influenciam na espessura de revestimento nas soluções que indicam reconstrução, além de influenciar nos tipos de revestimentos indicados nas soluções do catálogo, já que este são base para o cálculo da Dadm e por
50
consequência nas espessuras de reforços calculadas pelo método previsto no catálogo o método DNER PRO-11/79.
Parâmetros Funcionais Os critérios referentes às condições funcionais do pavimento que
servem de parâmetros na definição da solução no catálogo CREMA 2ª Etapa são os índices de irregularidade longitudinal (IRI) e o de gravidade global (IGG).
Os valores do IRI influenciam nos conjuntos de intervenções indicadas nas soluções do catálogo. É possível verificar quatro intervalos de valores na definição das soluções:
IRI г 3 – Correção superficial do revestimento por meio da execução de uma lama asfáltica ou camada de CBUQ;
3< IRI г 4 – Correções pontuais de defeitos através de fresagem e execução de micro revestimento ou camada de CBUQ;
4 < IRI г 5,5 – Medidas de correções superficiais de maior expressão execução de fresagem em áreas de 20 a 30% da superfície do pavimento existente, o reperfilamento com execução de CBUQ massa fina e uma camada de micro revestimento ou camada de CBUQ;
IRI > 5,5 - Intervenções prevendo a fresagem em toda área da superfície do pavimento, o reperfilamento com execução de CBUQ massa fina e uma camada de CBUQ, ou a indicação de uma camada de um tratamento superficial duplo com polímero (TSDpol) entre o reperfilamento e a espessura de reforço, com a finalidade de evitar a reflexão de trincas e a indicação de reconstrução do pavimento com reciclagem da base existente e execução de nova camada de CBUQ em situações mais críticas. Os valores de IGG estão diretamente associados na definição do
percentual de área indicada para fresagem do pavimento existente.
Parâmetros Estruturais
Os parâmetros referentes à condição estrutural do pavimento como critério de entrada no catálogo de soluções de pavimentação CREMA 2ª Etapa é a deflexão de projeto (Dp) que retrata a deflexão medida em campo através da utilização da Viga Benkelman ou FWD, e a deflexão Admissível (Dadm), calculada através da metodologia DNER-PRO11/79, descrita no Capítulo 2, item 2.3.1.
51
Soluções Equivalentes O catálogo de soluções de pavimentação possibilita também a
consideração de soluções equivalente às previstas pelo catálogo, havendo a necessidade de justificativa técnica e econômica para adoção de tais soluções (FONSECA, 2013).
As soluções equivalentes adotadas pelo catálogo de soluções de pavimentação são apresentadas no Quadro 14.
Quadro 14 – Soluções equivalentes do catálogo de soluções. Solução Alternativas
Reconstrução
Substituição de camadas; Reciclagem com adição de agregados; Reciclagem com adição de cal ou cimento; Reciclagem com adição de espuma de asfalto.
Fresagem e substituição de revestimento com
espessura elevada Reciclagem “in situ” ou em usina.
Reperfilagem Fresagem superficial de 2,0cm de espessura. Tratamento Superficial Duplo com polímero
(TSDpol) Micro revestimento com 1,5cm em duas camadas.
Camada de Reforço em CBUQ
TSDpol + micro (uma camada) ou lama asfáltica para espessuras menores ou igual a 4,0cm; Camada Porosa de Atrito (CPA) em trechos de alto índice pluviométrico e condições de drenagem desfavoráveis; SMA (Stone Matrix Asphalt) indicado para trechos com tráfego pesado; Areia asfalto (AAUQ); TSDpol + CBUQ; CBUQ com asfalto modificado.
Fonte: Adaptado de Catálogo de Soluções do Programa SWAP (DNIT, 2009). Conforme Fonseca (2013), as soluções equivalentes devem atender
a um limite de custo de até 10% acima da solução indicada no catálogo, o que faz com que muitos projetistas indiquem a solução do catálogo mesmo que a solução indicada, para um determinado segmento, não apresente um desempenho adequado, pois assim, mesmo que haja problemas futuros a sua defesa técnica estará amparada ao catálogo de soluções.
52
54
3.1. CARACTERIZAÇÃO DO TRECHO O trecho de estudo pertence à rodovia federal BR-282. Trata-se de
uma rodovia transversal, cuja responsabilidade encontra-se sob o gerenciamento e manutenção do DNIT. Esta faz a ligação leste-oeste cruzando todo o estado de Santa Catarina contemplando desde o município de Florianópolis/SC à Paraíso/SC, município do extremo oeste catarinense e que faz divisa com a Argentina.
O trecho de estudo, conforme pode ser visualizado na Figura 15, está situado entre os Km 206,960 (Interseção para Otacílio Costa) ao km 214,345 (Acesso ao Aeroporto Antônio Correia Pinto Macedo, bairro Guarujá município de Lages/SC). Trata-se de um trecho localizado imediatamente antes do perímetro urbano de Lages/SC, o qual se encontra em obras com a construção de viadutos e vias marginais à BR-282.
Com uma extensão total de 7.385 metros o trecho possui uma plataforma composta de pista simples com 6,70 metros de largura, 3,35 metros em cada faixa de rolamento e acostamento em toda a extensão do trecho, com uma largura de 1,50 metros até o km 212,260 e de 2,50 metros até o km 214,345.
Figura 15 – Caracterização do trecho de estudo BR-282.
Fonte: O Autor.
55
3.1.1. Pesquisa de dados – Rodovia BR-282 – Trecho km 206,960 ao 214,345
Com o objetivo de avaliar o catálogo de soluções de pavimentação
CREMA 2ª Etapa, bem como dimensionar as estruturas de pavimento, obteve-se acesso aos dados por meio de comunicado ao órgão responsável pela administração e manutenção do trecho, o DNIT. Assim foi possível o acesso aos dados provenientes do projeto executivo de engenharia para obras de restauração da rodovia BR-282/SC CREMA 2ª Etapa, lote 01 e um relatório de readequação das soluções de pavimento em fase de obra realizado no ano de 2013, o qual contempla o mesmo trecho de estudo.
Os dados utilizados para o trabalho foram os seguintes: Volume Médio Diário de Tráfego e Pesquisa de Ocupação de carga
(2009); Levantamentos geotécnicos: sondagens e poços de inspeção,
histórico do pavimento (2009, 2013); Levantamento da Irregularidade Longitudinal (2013); Levantamento das condições de superfície (2009, 2013); Medidas das deflexões recuperáveis realizados com FWD (2013).
3.1.2. Dados históricos do Pavimento Existente
Através do levantamento histórico do pavimento existente é possível obter informações relativas à constituição original dos pavimentos, à data de entrega ao tráfego usuário, a eventuais intervenções de manutenção e restauração já realizadas, portanto seu conhecimento é de elevada importância no diagnóstico estrutural e funcional do pavimento, servindo para a proposição da solução de restauração mais adequada.
Implantado pelo DNIT, o trecho de estudo em termos construtivos pode ser dividido em dois segmentos distintos: o segmento localizado entre a Interseção com a SC-425 (Otacílio Costa/SC) – km 206,960 até a Interseção São Joaquim – km 206,960 até km 212,740 e o trecho contemplado entre a Interseção São Joaquim até o Acesso ao Aeroporto Correia Pinto (Lages/SC) – km 212,740 até km 214,345.
A extensão posicionada entre os km 206,960 até km 212,740 teve sua pavimentação concluída no ano de 1980, sofrendo intervenções de restauração entre os anos de 1998 e 2003 através de contratos de conservação. O mesmo possui estrutura orginalmente projetada com revestimento asfáltico em CBUQ, base e sub-base em brita graduada. Este
56
segmento também sofreu intervenções recentes, foram executados serviços de fresagem contínua com largura de pista e reforço de 5 cm de espessura por meio de contrato de conserva do ano de 2008 para manutenção rodoviária (DNIT,2009).
Para o trecho entre km 212,740 ao km 214,345 segue a mesma descrição do segmento anterior, distinguindo apenas que a execução da sub-base, originalmente projetada em macadame seco (DNIT, 2009). 3.2. ESTUDOS DE TRÁFEGO
3.2.1. Tráfego atuante
Para a avaliação do tráfego atuante foram utilizados dados de
contagens volumétricas classificatórias e direcionais em postos pré-determinados, localizados nos Km 206,960 – Posto 9 e Km 218,000 – Posto 11, além de dados de pesquisa de ocupação de veículos de carga, Km 206,960 – Posto 12, utilizado para a determinação da porcentagem de veículos que trafegam carregados e vazios, conforme ilustra a Figura 16.
Os dados obtidos do projeto tiveram como duração de contagem 6 dias de 24 horas para o Posto 9; Um dia de 24 horas para o Posto 11 e três dias de 8 horas para o Posto 12 (DNIT, 2009).
Figura 16 – Croqui de localização com os postos de contagem de tráfego.
Fonte: Adaptado do Google Earth (2014).
Na determinação do volume do tráfego, foram utilizados dados de
modo a proporcionar o registro dos tipos de veículos de acordo com as categorias estabelecidas pelo Manual de Estudo de Tráfego do DNIT, permitindo relacionar fatores associados aos pesos das cargas
57
transportadas e sua distribuição nos diversos tipos de eixo dos veículos. Os tipos de veículos e suas respectivas classes são: (BRASIL, 2006a):
Carros de passeios, automóveis e utilitários pequenos; Ônibus: 2C, 3C e 4C; Caminhões: 2C (16), 2C (22), 3C; Semi-reboque: 2S1, 2S2, 2S3, 2J3,3S1, 3S2, 3S3; Reboque: 2C2, 2C3, 3C2, 3C3, 3C4; Combinações de Veículos de Carga (CVC): 3S2C4, 3D4, 3T6.
Os elementos adotados neste estudo foram:
Ano Base: 2009, ano para o qual foram disponibilizados os volumes de tráfego e pesquisa de ocupação de carga;
Ano de abertura: Ano de abertura será 2014, sendo este o critério adotado neste estudo de caso;
Horizonte de projeto: Atendendo as exigências do Termo de Referência de projetos CREMA 2ª Etapa, tem-se adotado 10 anos a partir do ano de abertura, isto é 2023.
Taxa de projeção de crescimento de tráfego: 3% ao ano até o horizonte de projeto, período de 2014 a 2023. Conforme descreve o termo de referência do CREMA 2ª Etapa este valor deve ser adotado na ocasião de falta de dados referentes à evolução econômica da região, tais como planos multimodais de transporte.
3.2.2. Fator de Veículos (FV)
A conversão do tráfego misto atuante na rodovia em um equivalente de operações de um eixo padrão é feita aplicando Fatores de Equivalência de Carga (FC) (BRASIL, 2006a).
As equações pertencentes as metodologias preconizadas pelo Manual de Estudo de Tráfego do DNIT na determinação do FC são apresentadas nos Quadro 15 e Quadro 16.
Utilizados no Brasil, a metodologia da AASHTO e do USACE, para a definição do FC difere-se em sua concepção e utilização nos projetos de implantação e restauração para o dimensionamento de reforços asfálticos.
Os fatores de equivalência da AASHTO foram desenvolvidos baseados na perda de serventia do pavimento e são utilizados apenas no método de dimensionamento DNER PRO-159/85, ou seja, não são utilizados nos métodos de dimensionamento de reforço de pavimento propostos pelo CREMA. Por outro lado, utilizados nos métodos de
58
dimensionamento DNER – PRO 11/79 e DNER-PRO 269/94, os obtidos pelo USACE consideraram em sua elaboração os efeitos do carregamento na deformação permanente do subleito (BRASIL, 2006a).
Quadro 15 – Fatores de equivalência de carga (FC) da AASHTO.
Tipo de eixo Equações (P em tf) Simples de rodagem simples FC = (P/7,77)4,32
Simples de rodagem dupla FC = (P/8,17)4,32
Tandem duplo (rodagem dupla) FC = (P/15,08)4,14
Tandem triplo (rodagem dupla) FC = (P/22,95)4,22
Fonte: Brasil (2006a). Nota: P é Peso bruto total sobre o eixo
Quadro 16 – Fatores de equivalência de carga (FC) do USACE.
Tipo de eixo Faixas de Cargas (t) Equações (P em tf) Dianteiro simples e
traseiro simples 0 – 8 ≥ 8
FC = 2,0782 x 10-4 x P4,0175
FC = 1,8320 x 10-6 x P6,2542
Tandem duplo 0 – 11 ≥ 11
FC = 1,5920 x 10-4 x P3,472
FC = 1,5280 x 10-6 x P5,484
Tandem triplo 0 – 18 ≥ 18
FC = 8,0359 x 10-5 x P3,3549
FC = 1,3229 x 10-7 x P5,5789 Fonte: Brasil (2006a).
Nota: P é Peso bruto total sobre o eixo
De acordo com o Termo de referência do CREMA (2009), o cálculo dos fatores de veículo deve ser realizado através de dados de pesagens e na falta destes, deve-se aplicar as cargas máximas previstas pela Lei da Balança, considerando certa percentagem de veículos carregados e vazios e estas obtidas por meio da pesquisa de ocupação de carga caracterizando a composição do tráfego quanto às cargas transportadas.
As cargas consideradas para os veículos carregados utilizados foram de acordo com a Lei N° 7.408 de 1985. Esta lei permite a tolerância de 5% na pesagem de carga em veículos de transporte sobre o peso bruto total combinado (PBTC).
No caso das cargas veículos vazios consideram-se os dados dos fabricantes quanto ao peso do equipamento e sua respectiva distribuição de peso em cada conjunto de suspensão, os valores referentes as cargas por eixo foram obtidas por meio de projeto aprovado pelo DNIT (DNIT, 2009).
59
Para os tipos de veículos não presentes na pesquisa de ocupação de carga foram considerados 100% carregados. O Quadro 17 mostra as porcentagens dos dados de pesquisa considerados.
Quadro 17 – Percentuais de veículos carregados e vazios para cada classe e
categoria. Classe Categoria Carregado (%) Vazio (%)
Ônibus 2C 100% 0% 3C 100% 0% 4C 100% 0%
Caminhão 2C (16) 61% 39% 2C (22) 59% 41%
3C 57% 43%
Semi-Reboque
2S1 100% 0% 2S2 75 % 25% 2S3 73% 27% 2J3 100% 0% 3S1 100% 0% 3S2 25% 75% 3S3 66% 34%
Reboque
2C2 100% 0% 2C3 50% 50% 3C2 33% 67% 3C3 80% 20% 3C4 38% 62%
CVC 3S2C4 100% 0%
3C4 56% 44% 3T6 100% 0%
Fonte: Adaptado de DNIT (2009).
A partir dos valores correspondente aos fatores de equivalência de carga (FC) para cada veículo-tipo calcula-se o fator de veículo por categoria (FVi), através da Equação 14 (BRASIL,2006a).
FVi = デ FC棚珍退陳珍退怠 (14)
Em que: FVi: fator de veículo da categoria i; j: tipo de eixo variando de 1 a m;
60
m: número de eixos do veículo i; FCj: fator de equivalência de carga correspondente ao eixo j do
veículo i. O Quadro 18 indica os fatores de veículos ponderados, calculados
de acordo com a percentagem de veículos carregados e vazios, para as metodologias USACE e AASHTO.
Quadro 18 – Fatores de veículos (FVi) USACE e AASHTO ponderados.
CLASSE CATEGORIA USACE
FVponderado AASHTO FVponderado
Ônibus
2C 4,801 3,360
3C 3,494 1,178
4C 4,810 1,249
Caminhão
2C (16) 2,935 2,054
2C (22) 3,043 2,190
3C 6,593 1,388
Semi-Reboque
2S1 9,265 6,317
2S2 12,055 4,089
2S3 12,487 3,904
2J3 20,436 8,327
3S1 15,973 5,370
3S2 5,894 1,229
3S3 11,226 2,324
Reboque
2C2 13,728 9,273
2C3 10,276 4,211
3C2 6,800 2,769
3C3 11,330 4,359
3C4 3,111 0,927
CVC
3S2C4 45,024 8,444
3C4 19,100 3,679
3T6 45,024 8,444 Fonte: Brasil (2006b).
3.2.3. Determinação do Número N8,2t
O número “N”, parâmetro necessário nas metodologias de
restauração e implantação de pavimentos flexíveis, é definido pelo número de repetições de um eixo-padrão, de 8,2 tf (80 kN), eixo simples
61
de roda duplas (ESRD), durante o período de vida útil do projeto, sendo obtido através da Equação 15, apresentada a seguir:
N = デ ぬはの x VMDc x FV x 銚退椎銚退怠 Fd (15) Em que: N: número de repetições de carga do eixo padrão acumulado, ano
a ano considerado equivalente aos eixos dos veículos comerciais da frota circulante;
a: ano no período de projeto; p: número de anos do período de projeto; VMDc: volume médio diário dos veículos comerciais por ano; Fd: fator de distribuição direcional predominante (Fd = 0,50), para
pista simples; FV: fator de veículo. O tráfego considerado atende as indicações quanto a porcentagem
de veículos comerciais em relação ao tráfego comercial nos dois sentidos na faixa de trânsito tomada para o projeto, no caso 50% para pista simples (duas faixas de trânsito) (BRASIL, 2006a). 3.3. AVALIAÇÃO FUNCIONAL DO PAVIMENTO
Com a finalidade de caracterizar o pavimento funcionalmente
foram utilizados dados dos seguintes levantamentos: Levantamento do estado da superfície do pavimento e Levantamento da irregularidade longitudinal, ambos os levantamentos realizados em abril de 2013.
Para a determinação do índice de irregularidade longitudinal (IRI) do pavimento, foram utilizados dados de medições realizadas pelo perfilômetro laser DYNATEST 5051 Mk-III RSP. Trata-se de um equipamento de medição contínua, cujas medições são calculadas em tempo real e os resultados expressos em m/km (DNIT, 2013).
Do relatório de avaliação de Irregularidade Longitudinal, obtiveram-se os seguintes dados: marcação do km inicial e final de cada estação investigada de extensão de 200 metros cada; valores de “IRI” e “QI” referentes a trilha de roda esquerda, a direita e a média de cada faixa de rolamento; a velocidade instantânea do equipamento e informações relevantes visualizadas durante a avaliação de campo, tais como: marco quilométrico, início e fim de obras de arte especiais e desvios.
62
No que tange o levantamento do estado da superfície do pavimento foram utilizados dados obtidos de levantamentos realizados em abril de 2013 e complementado com dados de maio de 2009.
O levantamento do estado da superfície do pavimento segue o procedimento da norma DNIT 006/2003-PRO “Avaliação Objetiva da Superfície de Pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos” com exceção da disposição da superfície de avaliação, realizada em ambas as faixas de tráfego, no caso a cada 40 metros na mesma faixa.
De modo a compatibilizar com o proposto pelo termo de referência dos projetos CREMA 2ª Etapa, as estações levantadas tanto na determinação do IRI, bem como os dados utilizados no levantamento do estado da superfície são coincidentes com as estações de medição de deflexões adotada.
Em cada área demarcada no levantamento do estado de superfície é anotada a presença de qualquer defeito no pavimento, de acordo com a norma DNIT 005/2003-TER “Defeitos nos pavimentos flexíveis e semi-rígidos”, cuja codificação em resumo segue a seguinte descrição:
Trincas Isoladas – Fissuras isoladas (FI), trincas transversais curtas (TTC), transversais longas (TTL), longitudinais longas (TLL), longitudinais curtas (TLC), de retração (TRR);
Trincas interligadas – Tipo FC-2 e FC-3; Afundamentos – plástico local (ALP), de trilha (ATP), de
consolidação local (ALC), de trilha (ATC); Ondulação (O) e Panelas (P); Exsudação (EX); Desgaste (D) e Remendos (R).
3.3.1. Índice de Irregularidade Longitudinal (IRI)
Instituída pelo DNIT, com base em pesquisa internacionais, no ano
de 1992, o “International Roughness Index” – IRI é uma escala de referência cujos seus valores são associados a atributos voltados ao desempenho do pavimento ao longo de cada ciclo de vida. De acordo com Brasil (2006c) o pavimento apresenta uma condição limite permissível, mesmo o pavimento ainda dispondo de certa habilitação, quando se aproxima de valores de 3,5/4 m/km, na qual a deterioração tenderá a crescer de forma acentuada, tornando antieconômica no que se refere a otimização do custo total de transporte.
Os conceitos atribuíveis às condições da superfície do pavimento em função de intervalos de valores da irregularidade longitudinal (IRI),
63
determinados no levantamento, são apresentados no Quadro 19 (BRASIL, 2006c).
Quadro 19 – Condições de Superfície do Pavimento.
Conceito Irregularidade
QI (Cont./Km) IRI (m/km)
Excelente 13-25 1,0-1,9
Bom 25-35 1,9-2,7
Regular 35-45 2,7-3,5
Ruim 45-60 3,5-4,6
Péssimo > 60 >4,6 Fonte: Brasil (2006c).
3.3.2. Levantamento do estado da superfície do pavimento
O levantamento dos defeitos de superfície tem como objetivo
embasar um diagnóstico da situação funcional, estado de conservação, do pavimento e subsidiar a definição de uma solução tecnicamente adequada. (BERNUCCI et al., 2008).
Em função da classificação das ocorrências aparentes, aplica-se um fator de ponderação em função da gravidade desses defeitos, que multiplicado pela porcentagem de seções com ocorrência de cada defeito, resulta no índice de gravidade individual (IGI). O somatório dos índices de gravidade individuais obtidos para cada defeito resulta no índice de gravidade global (IGG) (BERNUCCI et al., 2008).
Através das seguintes Equações 16, 17 e da planilha de cálculo do índice de gravidade global (IGG), vide Quadro 20.
IGG = ぇ IGI (16) IGI = fr x fp (17) Em que: IGG: Índice de gravidade global IGI: índice de gravidade individual de cada tipo de defeito; fr: frequência relativa; fp: fator de ponderação.
64
Quadro 20 – Planilha de cálculo do índice de gravidade global (IGG).
Item Natureza do
defeito Frequência
absoluta
Frequência relativa
(%) Fp IGI
1 (FC-1) FI, TTC, TTL, TLC, TLL e TRR
0,2
2 (FC-2) J, TB 0,5
3 (FC-3) JE, TBE 0,8
4 ALP, ATP e ALC, ATC
0,9
5 O e P 1,0
6 EX 0,5
7 D 0,3
8 R 0,6
9
Média aritmética dos valores médios das flechas medidas em mm nas TRI e TRE
TRE= TRI= F博 1A ( )
1B ( )
10
Média aritmética das variâncias das flechas medidas em ambas as trilhas
TREV
= TRIV
= F博V 2A ( )
2B ( )
N° de estações inventariadas
N = IGG = ぇ IGI
CONCEITO
1A) IGI = F博 x 4/3 quando F博 判 30 2A) IGI = FV博博博博 x 4/3 quando FV博博博博 判 50 1B) IGI = ねど quando F博 伴 30 2B) IGI = のど quando FV博博博博 伴 50
Fonte: DNIT (2003b).
Quanto aos defeitos denominados por fendas (trincas e fissuras), uma vez verificados mais de um tipo de classe de fendas em uma mesma estação, apenas a mais grave é computada para compor o cálculo do IGG (BALBO,1997).
65
De acordo com a norma DNIT 006/2003-PRO, as escalas de valores obtidos no cálculo do IGG por segmento homogêneo recebem uma classificação de qualidade quanto ao conforto ao rolamento por faixas de valores. O Quadro 21 apresenta a classificação da condição do pavimento em função dos valores do IGG.
Quadro 21 – Condição pavimento em função do IGG.
CONCEITO LIMITES
Ótimo 0 > IGG ≥ 20
Bom 20 > IGG ≥ 40
Regular 40 > IGG ≥ 80
Ruim 80 > IGG ≥ 160
Péssimo IGG < 160 Fonte: Brasil (2006c).
3.4. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL DO PAVIMENTO 3.4.1. Investigação Geotécnica
A investigação geotécnica visa o conhecimento da natureza, tipo e
características dos materiais constituintes das camadas do pavimento, de modo a condicionar e permitir a caracterização da capacidade suporte da estrutura, a determinação das espessuras que constituem cada camada do pavimento, incluindo o subleito, bem como a verificação da integridade dos mesmos.
A abertura de poços de sondagens, executados a pá e picareta, permite recolher amostras dos materiais constituintes das camadas do pavimento para a realização de ensaios in situ, como de densidade e umidade, e ensaios em laboratório, tais como a granulometria, índices físicos, densidade umidade, capacidade suporte (ISC) e expansão.
Foram fornecidos dados de três poços de sondagem, posicionados nas seguintes estacas: km 208,000; km 210,800 e km 214,100. No boletim de sondagem é apresentado: as espessuras, classificação expedita dos materiais das camadas do pavimento; posição do furo de sondagem em relação ao eixo, realizadas na junção da pista com o acostamento, granulometria, índices físicos (limite de liquidez (LL) e plasticidade (LP)), Índice de Suporte Califórnia (ISC) e expansão, das camadas de base, sub-base e subleito, índice de grupo (IG), classificação Highway Research Board – HRB.
66
Para a determinação das espessuras das camadas do revestimento asfáltico existentes foram utilizados resultados de sondagens de perfuração com sonda rotativa, executados em intervalos de 1000 metros ao longo do trecho.
3.4.2. Levantamento Deflectométrico
O levantamento deflectométrico foi realizado com o emprego do
Falling Weight Deflectometer Dynatest 8000 (FWD), que é um deflectômetro de impacto projetado para simular o efeito de cargas de roda em movimento (DNIT, 2013).
Os deslocamentos recuperáveis gerados na superfície do pavimento (bacia de deflexões) são medidos por sete geofones instalados ao longo de uma barra metálica e na placa de carga, o mesmo permite a leitura dos valores de deflexão em sete pontos: sob o centro de aplicação da carga (d0) ponto de deflexão recuperável máxima e pontos alocados a 20, 30, 40, 65, 90 e 120 centímetros do ponto de aplicação da carga.
O mapeamento da condição deflectométrica foi realizado nas duas pistas da rodovia a cada 40 metros, nas trilhas de roda externas, com aplicação de uma carga com valores próximos a 40 kN distribuídos em uma placa de carga com 15 centímetros de raio e pressão média de 56 kPa.
O critério utilizado na determinação dos segmentos homogêneos, no cálculo das deflexões características e na utilização das bacias de deflexão para a retroanálise, parâmetros estes necessários a avaliação estrutural do pavimento e consequentemente ao dimensionamento do reforço asfáltico foi a adoção e utilização dos dados referentes ao maior valor da deflexão máxima recuperável (d0) levantados pelo FWD a cada 40 metros, entre cada uma das duas pistas.
3.5. DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO ASFÁLTICO DO PAVIMENTO 3.5.1. Divisão do trecho em segmentos homogêneos
O trecho em estudo foi dividido em nove segmentos homogêneos,
levando em consideração e compatibilizando com o resultado da avaliação simultânea dos seguintes elementos:
Número de solicitações do eixo padrão de 8,2 tf (80kN); Levantamento de deflexões recuperáveis (FWD);
67
Estrutura do pavimento existente. O método contemplado para a divisão do trecho em segmentos
homogêneos é o das diferenças acumuladas indicados pela AASHTO (1993), o qual apresenta a seguinte sequência de cálculo (BERNUCCI et al., 2008):
a) Calcula-se o valor médio da deflexão para todo o trecho; b) Calcula-se a diferença entre cada valor individual e o valor
médio; c) Calculam-se os valores acumulados das diferenças; d) Plota-se em um gráfico, as estacas ou distâncias nas abscissas
e os valores acumulados das diferenças nas ordenadas. A partir do gráfico plotado é possível estabelecer as extremidades
dos segmentos homogêneos através da análise visual, na qual a variação do coeficiente angular da curva indica uma mudança no comportamento médio do segmento, delimitando assim os segmentos homogêneos.
No que tange à extensão mínima para cada segmento homogêneo, baseou-se em recomendações referentes à norma DNER PRO-11/79. Portanto, a extensão mínima considerada foi superior ao mínimo remendado que é 200 metros, aliado as limitações de ordem construtivas.
De modo a avaliar o grau de homogeneidade de cada segmento buscou-se a verificação por meio da análise do coeficiente de variação (CV), segundo o critério apresentado no Quadro 22 (SANTOS, 2009).
O coeficiente de variação (CV) é definido como sendo a razão entre o desvio padrão e o valor médio do segmento analisado.
Quadro 22 – Grau de homogeneidade
CV Homogeneidade
< 20% Boa
20% - 30% Moderada
30% - 40% Fraca
> 40% Inexistente Fonte: Santos (2009).
Definido os segmentos homogêneos procede-se o cálculo dos
valores das deflexões características (Dc) ou de projeto (Dp) para cada segmento, após a eliminação de dados fora do intervalo de aceitação para valores individuais, conforme apresentado no Capítulo 2, item 2.3.1.
Determinado os valores correspondentes às deflexões características ou de projeto para cada segmento homogêneo procede-se
68
então a correlação entre as deflexões obtidas com o emprego do FWD com a viga Benkelman.
3.5.2. Correlação entre FWD e Viga Benkelman
O objetivo de determinar a correlação entre as deflexões obtidas
com o emprego do FWD com a viga Benkelman é validar o emprego das deflexões obtidas pelo FWD nos métodos atuais de projeto de restauração de pavimentos flexíveis (BORGES, 2001).
Conforme estabelece o programa CREMA 2ª Etapa, a obtenção de dados para a avaliação estrutural do pavimento existente, deve ser realizada através da Viga Benkelman de acordo com a Norma DNER-ME-024/94 ou por meio do equipamento FWD (Falling Weight Deflectometer) ou equipamento similar para medição das deflexões.
A fim de compatibilizar as medidas da deflexão em medidas obtidas pela viga Benkelman, o termo de referência dos projetos CREMA 2ª Etapa (2009) estabelece que seja utilizado as Expressões 1 e 2 apresentadas pelo Manual de reabilitação de pavimento asfálticos do DNIT (1998), elaboradas por Fabrício et al. (1996).
Para deflexões DcFWD < 85x10-2 mm: DcVB = 20,645 x (DcFWD – 19)0,351 (1) DcFWD > 85 x 10-2mm: DcVB = 8,964 x (DcFWD – 60)0,715 (2) Em que: DcFWD: deflexão característica obtida com o FWD; DcVB: deflexão característica obtida com a Viga Benkelman. Estas expressões correlacionam as deflexões características
obtidas pelo equipamento FWD em deflexões características da Viga Benkelman, ou seja a compatibilização ocorre depois de um tratamento estatístico. (FABRÍCIO et al., 1996).
3.6. SOLUÇÕES DE PAVIMENTAÇÃO CREMA 2ª ETAPA
Para o enquadramento no conjunto de soluções previstas no
catálogo CREMA 2ª Etapa, definidos os segmentos homogêneos, procedeu-se a determinação dos valores funcionais (IRI e IGG), bem como o tráfego atuante sob a forma do número “N” e Volume médio diário de veículos comerciais (VMDc), referentes a cada segmento homogêneo.
69
Com o intuito de determinar a espessura de reforço asfáltico necessária, a solução enquadrada no catálogo, aplicaram-se os métodos de dimensionamento de reforços asfáltico DNER-PRO 11/79 e DNER-PRO 269/94, com as considerações apresentadas a seguir.
3.6.1. Método DNER-PRO 11/79
Determinada as deflexões características (Dc) de cada segmento homogêneo, aplicam-se as expressões que correlacionam as deflexões características obtidas pelo equipamento FWD em valores de deflexões correspondentes a Viga Benkelman, calcula-se o valor da deflexão admissível (Dadm), cujo valor para cada segmento é função apenas do tráfego. De acordo com a Equação 5, em seguida, calcula-se a espessura de reforço pela, Equação 7, caso a diretriz de projeto, Quadro 10, estabeleça como medida corretiva o reforço, conforme os procedimentos já descritos no Capítulo 2, item 2.3.1.
Em suma, é a metodologia DNER-PRO 11/79, a qual é utilizada como base para o dimensionamento da espessura de reforço, quando esse for o tipo de solução enquadrada no catálogo CREMA.
3.6.2. Método DNER-PRO 269/94
O método DNER-PRO 269/14, quando solicitado pelo catálogo CREMA 2ª Etapa, leva em consideração as características resilientes do subleito. Entretanto, como os dados advindos do projeto original, DNIT (2009), não contemplaram a metodologia de dimensionamento DNER-PRO-269/94, não foram realizados ensaios de granulometria por sedimentação, em amostras coletadas no subleito. A fim de aplicar esta metodologia para assim comparar a método DNER-PRO 11/79, conforme orienta os projetos do programa CREMA (2009), para este estudo considerou-se a adoção do solo do subleito como sendo solo tipo II, grau de resiliência intermediário, de comportamento regular no subleito.
No que tange a porcentagem a área de trincamento (%FC2 + %FC3), ao optar em utilizar dados mais recentes, de 2013, provenientes do relatório de readequação (DNIT, 2013), não foram quantificadas as porcentagens das áreas de trincamento e sim apenas a presença ou não da ocorrência. Como critério adotado para determinar a área de trincamento presente em cada segmento homogêneo foi determinado a média da porcentagem de área trincada em cada segmento com os dados do ano de 2009, e atribuído os respectivos valores de FC-2 e FC-3 as estacas demarcadas no inventário do estado de superfície do ano de 2013
70
considerando à porcentagem de área trincada, um aumento proporcional ao aumento deflagrado nos valores de deflexão referentes ao levantamento deflectométrico realizado nos anos de 2009 e 2013. Quanto aos procedimentos adotados no cálculo de reforço asfáltico, foram os mesmos descritos no Capítulo 2, item 2.3.2.
3.7. ANÁLISE EMPÍRICO-MECANÍSTICO DE REFORÇO ASFÁLTICO
Com o objetivo de comparar e avaliar as soluções resultantes do
catálogo de soluções de pavimentação CREMA 2ª Etapa procedeu-se a utilização do método empírico-mecanístico. Esse permite por meio de modelos de comportamento tensão-deformação inseridos em programas computacionais, no caso utilizou-se o programa BISAR 3.0, obter valores de tensões, deformações e deslocamento nas estruturas de pavimento dimensionadas e relacionando através de modelos de previsão a valores limites de tensão e deformação com os danos que as repetições de carga possam causar no pavimento.
Para a análise empírico-mecanístico foram empregados dois programas, o EVERCALC 5.0 para a obtenção dos módulos de elasticidade efetivos das camadas presentes no pavimento e o programa BISAR 3.0 para simular o comportamento da estrutura quando submetida à ação das cargas do tráfego e como critério de ruína. O critério empregado foi o da fadiga do revestimento asfáltico, sendo assim necessário utilizar a lei de fadiga da mistura betuminosa empregada. 3.7.1. Retroanálise das bacias de deflexão
Programa EVERCALC 5.0 A realização do processo de retroanálise é fundamental na
obtenção dos módulos de resiliência das camadas do pavimento a partir de leituras de bacias de deflexões em campo.
Com a finalidade de alimentar o programa BISAR 3.0, fez-se a aplicação do programa de retroanálise EVERCALC 5.0, que permite por meio da retroanálise estimar os valores de módulo de resiliência para cada camada do pavimento existente.
O programa utiliza o modelo multicamadas elásticas e para a otimização do processo de ajuste entre as bacias teóricas (calculadas) e
71
medida (FWD) utiliza o algoritmo modificado de Gauss-Newton (ALBURQUERQUE et al., 2006).
Em resumo, o programa calcula as bacias de deflexões teóricas e compara-a com a bacia de deflexão medida pelo FWD, através do processo iterativo. Como forma de checagem de erro entre as deformações elásticas medidas e calculas, o programa calcula o erro médio quadrático, do inglês Root Mean Square Error (RMS%), por meio da seguinte Equação 18 (WSDOT, 2005):
RMS結堅堅剣堅岫ガ岻 噺 謬怠津 デ 岾 鳥迩日貸鳥尿日 鳥尿日 峇態津沈退怠 (18)
Em que: dci e dmi: deflexão calculas e medidas; n: número de sensores.
Os procedimentos para utilização do programa consistiram em: Inserção de informações gerais sobre o pavimento e sobre o ensaio
FWD realizado para cada ponto, tais como: Número de camadas do pavimento; número de sensores do equipamento FWD; raio da placa de carga metálica do FWD; espaçamento dos sensores do equipamento FWD; coeficiente de Poisson, valor inicial, mínimo e máximo do módulo para cada camada; erro médio quadrático e erro do módulo tolerável, conforme exemplificado na Figura 17.
72
Figura 17 - Tela para entrada de dados gerais no EVERCALC 5.0.
Fonte: WSDOT (2001).
Inserção de informações das medições com o equipamento FWD
para cada estaca ensaiada. Para tanto, se considerou para cada segmento homogêneo as mesmas espessuras das camadas constituintes do pavimento, variando para cada estaca, apenas a bacias deflectométrica medida e a carga aplicada pelo equipamento FWD, conforme ilustra a Figura 188.
73
Figura 18 – Tela de entrada de dados de deflexão e espessuras das camadas por ponto.
Fonte: WSDOT (2001).
Fornecida as bacias deflectométricas medidas pelo equipamento
FWD, é calculada pelo programa EVERCALC 5.0 a bacia teórica, posteriormente como critério de aceitação dos valores de módulos encontrados para as bacias retroanalisadas, eliminou-se as bacias teóricas que apresentaram um erro quadrático médio (RMS) maior que 10%.
Para a determinação dos módulos efetivos das camadas do pavimento, o programa foi executado nove vezes, um para cada segmento homogêneo onde, para cada segmento foi calculado uma bacia deflectométrica a cada 40 metros.
Os valores modulares iniciais e limites (máximo e mínimo), parâmetros necessários pelo programa para início de cálculo da retroanálise seguiram valores dentro das faixas recomendadas pelo manual do programa WSDOT (2005).
A fim de determinar os módulos efetivos representativos para cada camada por segmento homogêneo, calculou-se a média aritmética dos módulos encontrados para cada camada.
74
3.7.2. BISAR 3.0 Determinado os módulos efetivos das camadas do pavimento e
conhecidas as estruturas do pavimento, utilizou-se o programa BISAR 3. A geometria utilizada no carregamento foi eixo simples de roda
dupla (ESRD) de 80 kN, com carga em cada pneu de 20 kN e espaçamento entre rodas de 0,1575 metros.
Para a avaliação das estruturas dimensionadas através do catálogo CREMA 2ª Etapa (2009), calcula-se por meio do programa BISAR 3.0 as deformações de tração no fundo do revestimento, o que permite por meio da lei de fadiga da mistura empregada verificar se o número de eixos padrão calculado é igual ou superior ao número de eixos padrões estimado pelo estudo de trafego.
No que tange ao dimensionamento da espessura de reforço necessário para atender o critério de fadiga do revestimento, e assim servir de comparativo às estruturas dimensionadas através do catálogo de soluções de pavimentação CREMA 2ª Etapa, foram estimadas espessuras com precisão de 0,5 cm até que o cálculo da deformação encontrada, por meio da lei de fadiga, admita um número de eixos padrão admissível maior ou igual ao número de eixos padrão que irão solicitar o pavimento.
3.7.3. Critério de ruína e mistura asfáltica empregada para análise mecanística (linear)
Para a realização da análise mecanístico (linear) por meio do
programa de análise de tensão-deformação BISAR 3.0 utilizou-se como mistura asfáltica no dimensionamento de reforço a do tipo convencional (Faixa C do DNIT), cuja especificação de serviço é apresentada no DNIT-031/2006 ES.
A escolha por essa mistura asfáltica se deu por representar a mistura convencional (CBUQ) empregada no catálogo de soluções de pavimentação do programa CREMA 2ª Etapa (2009).
Adotou-se o módulo e lei de fadiga estudada por Fontes (2009), cujo modelo apresenta-se na forma da Equação 19 e os parâmetros da mistura asfáltica convencional, exposta no Quadro 23.
75
N = 1,185x1015. it-4,037 (19)
Em que: N: número de repetições do eixo-padrão para atingir a ruptura por
fadiga (USACE); it : deformação específica de tração no fundo do revestimento
expressa em (x10-6).
Quadro 23 – Mistura asfáltica convencional empregada.
Mistura Asfáltica Módulo
dinâmico (MPa)
Parâmetros
BBB – Mistura convencional (Mistura Brasileira com Betume
Brasileiro)
6314
Tipo de CAP = CAP 50/70
Teor de asfalto (%) = 5,5
Volume de vazios (%) = 4,0
Granulometria (DNIT) = Faixa “C”
Fonte: Adaptado de Fontes (2009).
76
77
4. RESULTADOS
Neste capítulo serão explanados os resultados dos procedimentos descritos no capítulo anterior, a avaliação funcional e estrutural do pavimento, correspondente ao trecho de estudo, bem como a determinação dos valores dos parâmetros de entrada necessários para a adoção da solução de restauração proposta pelo catálogo CREMA 2ª Etapa, um comparativo com o método de dimensionamento de reforço empírico-mecanístico e a análise da vida útil da solução técnica proposta pelo catálogo.
Inicialmente, são apresentados os valores globais do trecho de estudo referente à avaliação funcional e estrutural do pavimento, em seguida é apresentado por segmento homogêneo, definindo assim os parâmetros de entrada para o catálogo CREMA, para posterior comparação e análise com o método de dimensionamento de reforço asfáltico empírico-mecanístico.
4.1. ESTUDO DE TRÁFEGO
Para servir de referencial nos cálculos de dimensionamento das
estruturas de reforço dos pavimentos, bem como parâmetro de entrada no catálogo de soluções CREMA 2ª Etapa, o estudo de tráfego possibilita determinar o número de repetições de um eixo padrão de 8,2 tf (80kN).
Como resultado, o número equivalente de aplicações do eixo padrão de 8,2 toneladas “N”, aplicada a metodologia USACE e AASHTO, durante o período de projeto é apresentado no Quadro 24 e o número “N” anual e acumulado, são expostos nos Quadro 25 e Quadro 26 para os segmentos de tráfego 1 e 2 respectivamente
Quadro 24 – Parâmetros de tráfego atuantes no trecho de estudo.
SEGMENTO VMDC Número N8,2t
USACE AASHTO
P9 - Int.SC-104(P/Otacílio Costa) - Int.SC-104(P/São Joaquim)
2.646 3,10E+07 9,60E+06
P11 - Int.SC-104(P/São Joaquim) -Int.BR-116
3.670 4,19E+07 1,33E+07
Fonte: O Autor.
78
Quadro 25 – Números N8,2t para o segmento de tráfego 01. Segmento de tráfego: 01 - Km 206,960 – 212,740
Ano VMDc
Número N8,2t
Obs USACE AASHTO
Anual Acumulado Anual Acumulado
2009 1759 - - - - Pesquisa
2014 2028 2,71E+06 2,71E+06 8,37E+05 8,37E+05 Ano de abertura
2015 2088 2,79E+06 5,49E+06 8,62E+05 1,70E+05
2016 2151 2,87E+06 8,36E+06 8,88E+05 2,59E+06
2017 2216 1,96E+06 1,13E+07 9,15E+05 3,50E+06
2018 2282 3,05E+06 1,44E+07 9,42E+05 4,44E+06
2019 2351 3,14E+06 1,75E+07 9,71E+05 5,42E+06
2020 2421 3,23E+06 2,07E+07 1,00E+06 6,41E+06
2021 2494 3,33E+06 2,41E+07 1,03E+06 7,44E+06
2022 2568 3,43E+06 2,75E+07 1,06E+06 8,51E+06
2023 2646 3,53E+06 3,10E+07 1,09E+06 9,60E+06 10° Ano
Parâmetros adotados no cálculo do Número “N”
Fatores de Veículos – FV ponderados Fator direcional (Pista Simples)
FVUSACE FVAASHTO FD
7,272 2,250 0,50
Fonte: O Autor.
79
Quadro 26 – Números N8,2t para o segmento de tráfego 02. Segmento de tráfego: 02 - Km 212,740 – 214,450
Ano VMDc
Número N8,2t
Observação USACE AASHTO
Anual Acumulado Anual Acumulado
2009 2426 - - - - Pesquisa
2014 2812 3,66E+06 3,66E+06 1,16E+06 1,16E+06 Ano de abertura
2015 2897 3,77E+06 7,42E+06 1,19E+06 2,35E+06
2016 2984 3,88E+06 1,13E+07 1,23E+06 3,57E+06
2017 3073 4,00E+06 1,53E+07 1,26E+06 4,84E+06
2018 3165 4,12E+06 1,94E+07 1,30E+06 6,14E+06
2019 3260 4,24E+06 2,37E+07 1,34E+06 7,48E+06
2020 3358 4,37E+06 2,80E+07 1,38E+06 8,86E+06
2021 3459 4,50E+06 3,25E+07 1,42E+06 1,03E+07
2022 3563 4,63E+06 3,71E+07 1,46E+06 1,17E+07
2023 3670 4,77E+06 4,19E+07 1,51E+06 1,33E+07 10° Ano
Parâmetros adotados no cálculo do Número “N”
Fatores de Veículos – FV ponderados Fator de Pista
FVUSACE FVAASHTO Fd
7,124 2,252 0,50
Fonte: O Autor.
4.2. AVALIAÇÃO FUNCIONAL DO PAVIMENTO No que tange a avaliação funcional do pavimento, fez-se uma
análise segundo a irregularidade do perfil longitudinal (IRI) e por meio da avaliação objetiva da superfície do pavimento, avaliação que é necessária para o cálculo da gravidade global (IGG) do pavimento.
No gráfico da Figura 19, são apresentados valores de irregularidade da faixa direita (sentido leste – oeste), e faixa esquerda (sentido oeste - leste), assim como os níveis de conceitos atribuíveis as condições de superfície do pavimento segundo Brasil (2006c).
80
Figura 19 – Gráfico de irregularidade longitudinal (IRI).
Fonte: O Autor.
No Quadro 27 são apresentados em termos de valores globais, a
condição do pavimento, demonstrando que o trecho encontra-se com uma condição regular e que ambas as faixas de tráfego exibem condições similares em relação a irregularidade longitudinal.
Quadro 27 – Condição geral do trecho relativa a irregularidade da superfície do
pavimento.
Início (km)
Fim (km)
Extensão (m)
Lado Irregularidade
IRI (m/km)
QI (Cont./Km)
Condição
206,960 214,345 7.385,00 LD 3,27 42,5 Regular
LE 3,13 40,7 Regular Fonte: O Autor.
No que se refere à avaliação objetiva da superfície, procedida
conforme a norma DNIT 006/2003, considerando toda a extensão inventariada do trecho, resulta em um índice de gravidade global (IGG) igual a 50, equivalente a um estado de superfície de pavimento
81
classificado como Regular, conforme indica a planilha de cálculo apresentado no Quadro 28.
Quadro 28 – Condição geral do trecho relativa a índice de gravidade global
(IGG).
Item Natureza do defeito Freq. Abs.
Freq. Rel.
Coeficiente de
Ponderação IGI
1 (FC-1) FI, TTC, TTL, TLC,
TLL, TRR 1 0,5% 0,2 0,1
2 (FC-2) J, TB 37 20,0% 0,5 10,0
3 (FC-3) JE, TBE 67 36,2% 0,8 29,0
4 ALP, ATP e ALC, ATC 0 0,0% 0,9 0,0
5 O e P 0 0,0% 1,0 0,0
6 EX 0 0,0% 0,5 0,0
7 D 26 14,1% 0,3 4,2
8 R 12 6,5% 0,6 3,9
9
Média aritmética dos valores médios das
flechas medidas nas TRI e TRE, em mm
1,37 1,3 1,83
10 Média aritmética das variâncias das flechas
medidas nas TRI e TRE 1,08 1,0 1,08
N° de estações inventariadas 185 IGG 50 Condição Geral do Pavimento REGULAR
Fonte: O Autor. Nota: IGI é o índice de gravidade individual
Constata-se que a maior ocorrência de defeitos, inventariados no
trecho de estudo, são os trincamento do tipo FC-3 e FC-2, indicando a presença do processo de fadiga do revestimento asfáltico. 4.3. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL DO PAVIMENTO
Com o objetivo de conceber indicativos do comportamento
estrutural do pavimento, assim como do seu desempenho, procedeu-se a avaliação estrutural do pavimento com base no levantamento deflectométrico.
82
No gráfico da Figura 20 são apresentados valores de deflexão máxima recuperáveis medidos pelo equipamento FWD, apresentado para ambas as faixas de tráfego.
Figura 20 – Gráfico do levantamento deflectométrico – FWD.
Fonte: O Autor.
É possível inferir pela Figura 20, que não há diferença significativa
em relação aos valores de deflexão entre as faixas da direita e esquerda, bem como no levantamento de irregularidade longitudinal, apresentado anteriormente.
No Quadro 29 são apresentados, em termos de valores globais, a condição deflectométrica do pavimento para os dois segmentos, divididos de acordo com o tráfego atuante no trecho de estudo.
83
Quadro 29 – Condição geral do trecho relativo ao levantamento de deflexão do pavimento.
Início (km)
Fim (km)
Extensão (m)
Deflexão característica Deflexão
admissível
DFWD Desvio padrão
(j) DcFWD DcVB
Dadm 11/79
Dadm 269/94
206,960 212,740 5.780,00 57 12 69 81 49 55
212,740 214,345 1.605,00 55 16 71 82,5 47 52
Fonte: O Autor. Nota: DFWD média é a deflexão máxima recuperável obtida pelo equipamento de
impacto FWD; DcFWD é a deflexão característica referente ao FWD, em 0,01mm; DcVB deflexão característica ou de projeto correspondente a Viga
Benkelman, em 0,01mm; Dadm 11/79 e Dadm 269/94 correspondem a valores de deflexão admissível, em 0,01mm.
De acordo com o Quadro 29, a deflexão característica média geral
para o trecho compreendido entre os km 206,960 e km 212,740 é 65% superior à deflexão admissível admitida pela metodologia DNER PRO-11/79 e 47% à metodologia PRO-269/94.
Entre o km 212,740 ao km 214,345 a diferença aumenta, sendo a deflexão característica média geral para este trecho 76% superior à deflexão admissível admitida pela metodologia DNER PRO-11/79 e 59% à admitida pelo método PRO-269/94.
Os valores demonstram que o pavimento encontra-se fadigado e não atende mais satisfatoriamente às solicitações do tráfego.
4.4. DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO ASFÁLTICO DO PAVIMENTO
4.4.1. Segmentação homogênea
A divisão do trecho em segmentos homogêneos realizada com o método das diferenças acumuladas preconizado pela AASHTO (1993), baseou-se nos dados deflectométricos do trecho, dividindo-o em nove segmentos homogêneos (SH), conforme mostra a Figura 21.
Considerou-se na divisão dos segmentos homogêneos o tráfego atuante (número de solicitações do eixo padrão 80 kN), a estrutura do pavimento existente de acordo com o histórico do pavimento e a irregularidade longitudinal da superfície.
Os valores deflectométricos considerados para estudo e aplicação dos métodos de dimensionamento de reforços, bem como o parâmetro
84
estrutural de entrada no catálogo CREMA 2ª Etapa, foi o de maior valor de deflexão máxima recuperável (d0) encontrados entre a faixa da direita e esquerda para cada estaca ensaiada pelo equipamento FWD.
A determinação dos valores correspondentes a irregularidade longitudinal (IRI), bem como a avaliação objetiva da superfície do pavimento para cada estaca avaliada, segue a mesma correspondência com a adotada pelo critério deflectométrico.
Figura 21 – Gráfico da divisão do trecho em segmentos homogêneos.
Fonte: O Autor.
Definidas as extremidades dos segmentos homogêneos, vide
Figura 21, são apresentados no Quadro 30 os valores médios da deflexão máxima recuperável de cada segmento, representados pela deflexão média medida em campo pelo equipamento FWD (DFWD), a deflexão característica ou de projeto (DcFWD) e o valor da deflexão característica correspondente ao valor da Viga Benkelman (DcVB), correlacionadas de acordo com as expressões determinadas pelo programa CREMA.
Apresenta-se também o número “N” pelas metodologias USACE e AASHTO e com a finalidade de verificar a adequação dos segmentos quanto aos aspectos funcionais, é verificada a homogeneidade de dados referentes ao índice de irregularidade longitudinal (IRI), em forma de média aritmética para cada segmento homogêneo.
De forma a avaliar o grau de homogeneidade para cada segmento, verificou-se por meio do coeficiente de variação (CV), que os parâmetros estrutural e funcional de cada segmento homogêneo apresentaram um grau bom a moderado de homogeneidade.
85
Quadro 30 – Segmentos Homogêneos do trecho de estudo.
SH
Trecho Número “N” Parâmetro estrutural Parâmetro funcional
Inicial (km)
Final (km)
Extensão (m)
NUSACE NAASHTO DFWD
média (0,01mm)
j (d0)
CV (%)
DcFWD
(0,01mm) DcVB
(0,01mm)
IRI
médio (m/km)
j (IRI)
CV (%)
1 206,960 207,280 320 3,10E+07 9,60E+06 45,8 8,5 18 54,3 72 4,1 0,5 13
2 207,280 208,120 840 3,10E+07 9,60E+06 70,2 6,7 10 76,8 86 3,3 0,8 26
3 208,120 208,880 760 3,10E+07 9,60E+06 52,9 8,1 15 60,9 77 4,3 0,5 12
4 208,880 209,760 880 3,10E+07 9,60E+06 61,2 6,3 10 67,5 81 3,8 0,9 23
5 209,760 210,720 960 3,10E+07 9,60E+06 67,1 7,7 11 74,8 85 3,1 0,6 20
6 210,720 212,120 1.400 3,10E+07 9,60E+06 58,8 6,1 10 64,9 79 2,8 0,6 23
7 212,120 212,740 620 3,10E+07 9,60E+06 70,0 17,9 26 87,9 97 3,0 0,7 22
8 212,740 213,600 860 4,19E+07 1,33E+07 55,2 9,7 18 64,9 79 3,0 0,7 23
9 213,600 214,345 745 4,19E+07 1,33E+07 72,8 13,7 19 86,5 93 3,4 0,4 11 Fonte: O Autor.
Nota: DFWD média é a deflexão máxima recuperável obtida pelo equipamento de impacto FWD; j (d0) desvio padrão correspondente a deflexão máxima recuperável; j (IRI) desvio padrão correspondente a irregularidade longitudinal; CV é o
coeficiente de variação, em porcentagem (%); DcFWD é a deflexão característica referente ao FWD; DcVB deflexão característica ou de projeto correspondente a Viga Benkelman
86
4.4.2. Metodologia DNER-PRO 11/79 – Procedimento “B”
Neste método empírico, tem-se como critério de dimensionamento
da espessura de reforço e avaliação estrutural apenas a análise deflectométrica do pavimento e como parâmetro fundamental para a determinação da espessura de reforço asfáltico a deflexão máxima admissível (Dadm), sendo esta função apenas do tráfego que o solicita.
Os resultados obtidos, bem como os parâmetros utilizados para dimensionar a espessura de reforço do pavimento (hcb) para cada segmento homogêneo estão apresentados no Quadro 31.
Quadro 31 – Dimensionamento do reforço do pavimento DNER-PRO 11/79. DADOS DEFLECTOMÉTRICOS REFORÇO
SH DcVB (0,01mm)
Dadm
(0,01mm)
Raio (R) m
Qualidade estrutural
Medida corretiva
hcb (cm)
1 72 49 144 Regular Reforço 6,7 2 86 49 93 Má Reforço 9,7 3 77 49 119 Regular Reforço 7,7 4 81 49 92 Má Reforço 8,6 5 85 49 97 Má Reforço 9,5 6 79 49 104 Regular Reforço 8,3 7 97 49 111 Regular Reforço 11,8 8 79 47 130 Regular Reforço 9,2 9 93 47 107 Regular Reforço 12,1
Fonte: O Autor. Nota: R é o raio médio de curvatura das bacias deflectométricas calculados para um afastamento de 25 cm do ponto de aplicação da carga; hcb é a espessura de reforço asfáltico calculado; Qualidade estrutural e Medida corretiva definidos
de acordo com o critério para o estabelecimento das diretrizes de projeto. 4.4.3. Método da resiliência - DNER-PRO 269/94
Outro método empírico contemplado pelo estudo foi o método da
resiliência também conhecido como TECNAPAV. Este método tem como fundamentação modelos de fadiga de misturas asfálticas, o comportamento resiliente típico de solos finos e materiais granulares.
Os resultados obtidos e os parâmetros necessários ao dimensionamento estão apresentados no Quadro 32.
87
Quadro 32 – Dimensionamento do reforço do pavimento DNER PRO-269/94 (TECNAPAV).
SH
Avaliação estrutural e funcional Estrutura do pavimento Reforço
DcVB (0,01mm)
Raio (R) (m)
%FC2 %FC3 %FC2+ %FC3
IGG Dadm
(0,01mm) HE
(cm) HCG (cm)
Tipo Solo
I1 I2 Hef (cm)
HR (cm)
1 72 144 0,00 3,13 3,13 42 55 13,0 31,0 II 1 0 6,4 5,4 2 86 93 0,92 3,28 4,21 44 55 13,5 31,0 II 1 0 4,7 7,8 3 77 119 2,07 1,75 3,82 41 55 14,0 33,0 II 1 0 5,8 6,3 4 81 92 0,00 4,63 4,63 35 55 14,0 35,0 II 1 0 5,3 7,0 5 85 97 0,00 12,63 12,63 56 55 9,0 35,0 II 1 0 4,8 7,7 6 79 104 1,63 1,63 3,27 62 55 10,0 35,0 II 1 0 5,5 6,7 7 97 111 2,71 3,19 5,90 84 55 10,0 33,5 II 1 0 3,6 9,3 8 79 130 3,37 3,37 6,74 62 52 14,0 32,0 II 1 0 5,4 7,7 9 93 107 1,21 0,00 1,21 14 52 13,0 32,0 II 1 0 3,9 9,8
Fonte: O Autor. Nota: HE é a espessura do revestimento existente; HCG é a espessura da camada granular do pavimento, sob o solo de fundação
(subleito); Hef é a espessura efetiva do revestimento existente; HR é a espessura de reforço asfáltico dimensionado.
88
4.4.4. Enquadramento dos parâmetros para o Catálogo CREMA 2ª Etapa
Definidos os segmentos homogêneos do trecho, seus respectivos
parâmetros funcionais, estruturais e o tráfego atuante, determinou-se a solução de restauração por meio do catálogo do programa CREMA.
Os valores dos parâmetros de entrada necessários para definição do conjunto de soluções do catálogo são apresentados no Quadro 33.
Quadro 33 – Valores dos parâmetros de entrada para o catálogo CREMA.
SH Tráfego Funcionais Estrutural
N USACE
VMDc IRI IGG DcVB
(0,01mm) Dadm
(0,01mm) HR
1 3,10E+07 2.646 4,1 42 72 49 6,7
2 3,10E+07 2.646 3,3 44 86 49 9,7
3 3,10E+07 2.646 4,3 41 77 49 7,7
4 3,10E+07 2.646 3,8 35 81 49 8,6
5 3,10E+07 2.646 3,1 56 85 49 9,5
6 3,10E+07 2.646 2,8 62 79 49 8,3
7 3,10E+07 2.646 3,0 84 97 49 11,8
8 4,19E+07 3.670 3,0 62 79 47 9,2
9 4,19E+07 3.670 3,4 14 93 47 12,1 Fonte: O Autor.
Nota: HR é a espessura de reforço calculada pela metodologia DNER-PRO 11/79, em cm; Dadm é a deflexão máxima permissível determinada pela
metodologia DNER-PRO 11/79.
Nota-se que para o trecho de estudo, os valores dos parâmetros funcionais, IRI e IGG, apesar de servirem como parâmetros que fornecem indicativos da condição superficial do pavimento não apresentam correlação, isso fica mais evidenciado nos segmentos homogêneos 6 e 7, os quais apresentam os maiores valores de IGG, e os menores valores de IRI por segmento homogêneo. Isso leva a crer deficiências em padronizar tipos de soluções de pavimentação em função desses parâmetros.
As soluções contempladas pelo catálogo, tiveram como base, no que tange ao dimensionamento da espessura de reforço, a metodologia DNER-PRO 11/79, já que a mesma forneceu valores de espessura de reforço asfáltico superiores aos resultados obtidos pela metodologia DNER-PRO 269/94.
89
No Quadro 34 é apresentado, em forma resumo, apenas as soluções enquadradas no trecho de estudo.
Quadro 34 – Catálogo de Soluções Técnicas DNIT – PRO 11/79- Enquadramento.
VMD N (USACE) IRI ≤ 3
Defl ≤ Dadm Defl > Dadm IGG≤20 IGG>20 IGG≤20 IGG>20
2000 < VMD < 3000 >1,43E+07 < 2,14E+07
LG F5(5%) +
LG Hx
F5(5%) + Hx 3000 < VMD < 5000
>2,14E+07 < 3,57E+07
VMD > 5000 > 3,57E+07
VMD N (USACE) 3 < IRI ≤ 4
Defl ≤ Dadm Defl > Dadm IGG≤60 IGG>60 IGG≤60 IGG>60
2000 < VMD < 3000 >1,43E+07 < 2,14E+07
F5(10%) + H3
F5(20%) + H3
F5(10%) + Hx
F5(20%) + Hx 3000 < VMD < 5000
>2,14E+07 < 3,57E+07
VMD > 5000 > 3,57E+07
VMD N (USACE) 4 < IRI ≤ 5,5
Defl ≤ Dadm Defl > Dadm IGG ≤ 100 IGG> 100 IGG ≤ 100 IGG > 100
2000 < VMD < 3000 >1,43E+07 < 2,14E+07 F5(20%)
+ REP + H3
F5(30%) + REP +
H3
F5(20%) + REP +
Hx
F5(30%) + REP +
Hx 3000 < VMD < 5000
>2,14E+07 < 3,57E+07
VMD > 5000 > 3,57E+07
Fonte: Adaptado de Catálogo de Soluções Técnicas (DNIT, 2009). Nota: Em que:
F5: fresagem + reposição de 5cm; REP: reperfilagem com massa fina de CBUQ e= 2cm; LG: lama asfáltica grossa; TSDpol: tratamento superficial duplo com polímero; Hx: camada de CBUQ em espessura x, onde x é calculada pela
metodologia DNER-PRO 11/79. Observa-se que os valores referentes ao número “N” e o VMDc
enquadradas em linhas diferentes, (2000 < VMDc < 3000) e (2,14E+07 < NUSACE > 3,57E+07) para os segmentos homogêneos 1 ao 7 e (3000 < VMDc < 5000) e (NUSACE > 3,57E+07) para os segmentos homogêneos 8 e 9, fornecem o mesmo conjunto de intervenção necessária para a definição da solução final, em casos em que o valor do volume médio
90
diário de veículos comerciais (VMDc) e o número “N” diferenciam no conjunto de soluções enquadradas, é adotado aquela cuja intervenção de restauração sobre o pavimento é mais “pesada”.
Quadro 35 – Solução Catálogo CREMA 2ª Etapa.
Segmento homogêneo SOLUÇÃO CATÁLOGO - CREMA
Nº km inicial km Final 1 206,960 207,280 CBUQ e= 7,0cm + F5 (20%) + REP
2 207,280 208,120 CBUQ e=10,0 cm + F5(10%)
3 208,120 208,880 CBUQ e=8,0cm + F5(20%) + REP
4 208,880 209,760 CBUQ e= 8,5 cm + F5(10%)
5 209,760 210,720 CBUQ e= 9,5 cm + F5(15%)
6 210,720 212,120 CBUQ e= 8,5 cm + F5(5%)
7 212,120 212,740 CBUQ e= 12,0 cm + F5(10%)
8 212,740 213,600 CBUQ e= 9,5 cm + F5(10%)
9 213,600 214,345 CBUQ e= 12,0 cm + F5(10%) Fonte: O Autor.
Observa-se que no conjunto das soluções enquadradas, Quadro 35,
os segmentos indicam soluções de pavimentação contemplando espessura de reforço asfáltico dimensionados pela metodologia DNER PRO-11/79, serviços de fresagem com posterior reposição de 5,0 centímetros de reforço em porcentagem de área determinadas pelo catálogo e execução de serviços de reperfilagem na espessura de 2,0 centímetros, cujo objetivo é apenas diminuir a irregularidade longitudinal da superfície do pavimento e não agregar capacidade estrutural ao pavimento.
De acordo com a nota técnica N° 34/2011 – CGEDESP-DDP-DNIT o cálculo da área da superfície do pavimento a ser fresada deve ser realizado a partir da avaliação objetiva do pavimento e calculado de acordo com o percentual de área afetada por defeitos, tais como: trincas do tipo FC-2 e FC-3, remendos e panelas em cada segmento homogêneo. Em segmentos homogêneos que apresentaram uma área de trincamento superior à catalogada (segmentos homogêneos 5 ,7 e 8), considerou-se a porcentagem determinada de acordo com a nota técnica N° 34/2011. 4.5. ANÁLISE EMPÍRICO-MECANÍSTICO DE REFORÇO ASFÁLTICO
A fim de atender os objetivos propostos por este estudo, de
comparar a solução obtida pelo catálogo de CREMA 2ª Etapa e a
91
avaliação de sua vida útil, procedeu-se a aplicação do método empírico-mecanístico através do software BISAR 3.0.
Para a obtenção dos módulos de elasticidade efetivos dos materiais constituintes do pavimento utilizou-se da técnica retroanálise.
4.5.1. Retroanálise das bacias de deflexão
Como exemplo dos resultados obtidos do programa, a Figura 22
mostra os módulos teóricos para cada estaca considerada no segmento homogêneo 01 (SH01).
Figura 22 – Resultado obtidos módulos retroanalisados para o segmento homogêneo 1 (SH01), calculado pelo programa EVERCALC5.
Fonte: WSDOT (2001).
A fim de definir um valor de módulo representativo de cada
camada por segmento homogêneo, foram calculadas as médias aritméticas dos módulos de cada camada do pavimento referentes as bacias das estacas que apresentaram um erro RMS menor ou muito próximo a 10%.
No anexo A, são apresentados os resultados dos módulos efetivos para cada estaca por segmento homogêneo, calculados pelo programa EVERCALC 5.0.
Os módulos efetivos, obtidos na retroanálise são apresentados em forma resumo por segmento homogêneo no Quadro 36.
92
Quadro 36 – Resultados obtidos na retroanálise de bacias deflectométricas através do programa EVERCALC 5.0.
SH
Pavimento Existente Espessuras (cm)
Módulos de elasticidade (MPa) – Retroanálise
Rev
esti
men
to
exis
tent
e
Bas
e
Sub-
base
Ref
orço
as
fált
ico
Rev
esti
men
to
exis
tent
e
Bas
e
Sub-
base
Subl
eito
1 13,0 15,0 16,0
6314
965 384 165 225
2 14,0 15,0 16,0 957 103 51 203
3 14,0 15,0 16,0 1.014 75 98 215
4 9,0 18,0 15,0 885 115 93 127
5 9,0 21,0 14,0 1.631 142 55 203
6 10,0 21,0 14,0 1.176 181 169 195
7 10,0 16,0 17,5 1.552 141 54 133
8 14,0 11,0 21,0 1.014 252 147 185
9 13,0 11,0 21,0 1.068 145 73 141 Fonte: O Autor.
Para todas as camadas de reforço nova, foi adotado o módulo de
6314 MPa, referente a mistura asfáltica convencional, tipo CBUQ faixa “C” do DNIT (Fontes, 2009).
Observa-se, no Quadro 36, que os valores modulares encontrados, referentes as camadas de sub-base, na maioria dos segmentos, apresentam valores menores aos usuais para o material empregado, no caso, a brita graduada.
Segundo Cardoso (1995), baixos valores dos módulos de camadas de base de brita graduada simples, pode ser devido, entre outros, a fatores associados ao baixo grau de compactação ou teores de umidade excessivos nestas camadas.
4.5.2. Método empírico-mecanístico
Determinados os módulos representativos de cada camada do
pavimento e do subleito, foram calculadas as espessuras de reforços pelo método empírico-mecanístico, através do BISAR 3.0.
No Quadro 37 são apresentadas as espessuras de reforço asfáltica dimensionadas pelo método empírico-mecanístico e seu respectivo número “N” admissível.
93
Quadro 37 – Espessuras dimensionadas pelo método empírico-mecanístico.
SH NUSACE
Mistura asfáltica de reforço tipo convencional - BBB
HREFORÇO
(cm) NADMISSIVEL
1 3,10E+07 12,5 3,33E+07
2 3,10E+07 16,5 3,36E+07
3 3,10E+07 15,5 3,18E+07
4 3,10E+07 17,0 3,28E+07
5 3,10E+07 13,5 3,15E+07
6 3,10E+07 14,5 3,23E+07
7 3,10E+07 13,5 3,10E+07
8 4,19E+07 15,0 4,49E+07
9 4,19E+07 17,0 4,33E+07 Fonte: O Autor.
4.5.3. Análise comparativa Solução CREMA 2ª Etapa e o Método empírico-mecanístico
As espessuras de reforço asfáltica dimensionadas de acordo com o método empírico-mecanístico e as soluções enquadradas pelo catálogo CREMA 2ª Etapa são apresentadas no Quadro 38 e um comparativo ilustrado na Figura 23.
Quadro 38 – Soluções contempladas pelo método empírico-mecanístico x Solução CREMA 2ª Etapa.
SH Método
Empírico-Mecanístico HR (cm)
Solução catálogo CREMA 2ª Etapa HR (cm)
1 12,5 CBUQ e= 7,0cm + F5 (20%) + REP
2 16,5 CBUQ e=10,0 cm + F5(10%)
3 15,5 CBUQ e=8,0cm + F5(20%) + REP
4 17,0 CBUQ e= 8,5 cm + F5(10%)
5 13,5 CBUQ e= 9,5 cm + F5(15%)
6 14,5 CBUQ e= 8,5 cm + F5(5%)
7 13,5 CBUQ e= 12,0 cm + F5(10%)
8 15,0 CBUQ e= 9,5 cm + F5(10%)
9 17,0 CBUQ e= 12,0 cm + F5(10%) Fonte: O Autor.
94
Figura 23 – Espessura de reforço asfáltico método empírico-mecanístico x Solução CREMA 2ª Etapa.
Fonte: O Autor.
Pode-se observar na Figura 23 que as espessuras dimensionadas
pelo método empírico-mecanístico são superiores, em média 59%, as obtidas pelo método DNER-PRO 11/79, metodologia de dimensionamento aplicada ao catálogo de soluções CREMA 2ª Etapa.
As diferenças de espessura entre o método empírico DNER-PRO 11/79 e o método empírico-mecanístico, refletem a importância de considerar, nos métodos de dimensionamento de reforços asfálticos, as características elásticas de cada material, a geometria da estrutura do pavimento existente e o comportamento estrutural do pavimento como um todo, possibilitando um dimensionamento a partir da aplicação de modelos de previsão, tais como problemas de trincamento por fadiga, o qual foi contemplado neste estudo. Isto porque, tanto no método empírico quanto no empírico-mecanístico, o dimensionamento considerou a utilização de uma mistura asfáltica convencional, mas no empírico, as espessuras do reforço foram menores. Desta forma, considera-se que o método aplicado pelo catálogo, no que se refere ao dimensionamento da espessura de reforço asfáltico necessita ser revisto, dada as espessuras dimensionadas.
95
4.5.4. Estimativa da vida útil das soluções do catálogo CREMA 2ª Etapa
Para determinação da vida útil das soluções propostas pelo
catálogo CREMA 2ª Etapa, no trecho de estudo, foram consideradas as seguintes hipóteses:
Cenário de carregamento do tráfego baseada na composição real da frota circulante determinado pelo estudo de tráfego, Capítulo 4, item 4.1;
O reforço asfáltico do tipo convencional – BBB, dimensionado de acordo com o método empírico DNER-PRO 11/79;
Critério de ruína determinado pela lei de fadiga. Segundo as hipóteses dadas, determinaram-se, inicialmente, as
equações que relacionam as solicitações do tráfego, para cada segmento de tráfego, através do número N acumulado no horizonte de projeto, conforme ilustrado na Figura 24.
Figura 24 – Número NUSACE (acumulado) x Horizonte de projeto.
Fonte: O Autor.
Estabelecidas as espessuras de reforço asfáltico, dimensionadas
pelo método empírico-mecanístico e as soluções enquadradas pelo catálogo CREMA 2ª Etapa (DNER-PRO 11/79), fez-se a análise mecanística das estruturas dos pavimentos contempladas pelo catálogo a fim de estabelecer o número de solicitações de eixo padrão de 80 kN
96
admissíveis (NADM) e permitir estimar a vida útil do reforço asfáltico por meio das equações que correlacionam o número N acumulado com o horizonte de projeto, conforme apresentado na Figura 24.
Para tanto, as intervenções enquadradas junto ao dimensionamento da espessura de reforço asfáltico, tais como serviços de reperfilagem e fresagem com reposição de revestimento asfáltico, para o trecho em estudo, não foram consideradas na análise mecanística. Estas considerações foram motivadas dada a pequena porcentagem referente a área inventariada com defeitos do tipo trincas de classe FC-2 e FC-3 no caso da fresagem e reposição do revestimento. Para os segmentos que contemplam serviços de reperfilagem, desconsiderou-se na análise, já que a mesma tem como função diminuir a irregularidade longitudinal do pavimento, e não agrega aumento da capacidade estrutural do pavimento.
No Quadro 39 são apresentadas as estimativas de vida útil das soluções de pavimentação do catálogo CREMA 2ª Etapa e as obtidas pelo dimensionamento empírico-mecanístico.
Quadro 39 – Estimativa da vida útil soluções CREMA 2ª Etapa e método empírico-mecanístico.
SH
Catálogo CREMA 2ª Etapa Método Empírico-Mecanístico
Mistura de reforço - BBB
HR
(cm) NADM
Estimativa da vida
útil
HR
(cm) NADM
Estimativa da vida
útil (anos)
1 7,0+REP - - 12,5 3,33E+07 11,2
2 10,0 1,18E+07 3,6 16,5 3,36E+07 11,3
3 8,0+REP - - 15,5 3,18E+07 10,7
4 8,5 - - 17,0 3,28E+07 11,0
5 9,5 2,20E+07 7,3 13,5 3,15E+07 10,6
6 8,5 1,60E+07 5,1 14,5 3,23E+07 10,9
7 12,0 2,59E+07 8,7 13,5 3,10E+07 10,4
8 9,5 2,23E+07 5,3 15,0 4,49E+07 10,8
9 12,0 1,70E+07 4,3 17,0 4,33E+07 10,5 Fonte: O Autor.
Para os segmentos homogêneos 1, 3 e 4 não foi possível
contemplar a análise da vida útil por meio da análise mecanística (linear) devido aos fatores: espessura fornecida pelo catálogo, valores modulares encontrados para estas camadas, não permitiram um valor correspondente à realidade (inversão da linha neutra). Para estes casos, sugere-se que seja
97
realizada uma análise elástica não-linear na qual não haveriam limitações como encontradas em análises lineares, ou seja, inversão da linha neutra. Estes resultados (segmentos homogêneos 1, 3 e 4) corroboram a necessidade de modificação do tipo de metodologia de dimensionamento a ser implementada pelo Catálogo CREMA 2ª Etapa.
Para os demais segmentos homogêneos, tem-se uma vida útil estimada em média de 5,7 anos. Sendo assim, estima-se que o reforço asfáltico tenha uma vida útil, em termos de horizonte de projeto, até o ano de 2019,7. Para os reforços asfálticos dimensionados pelo método empírico-mecanístico tem-se como vida útil estimada em média de 10,8 anos, em termos de horizonte de projeto, até 2024,8.
Os resultados mostram que para o trecho de estudo, as soluções enquadradas pelo Catálogo não atendem a vida útil de 10 anos prevista. 4.5.5. Estimativa da vida útil solução CREMA 2ª Etapa não contemplada no trecho de estudo de caso
Com a finalidade de complementar a avaliação das soluções de
pavimentação do catálogo CREMA 2ª Etapa, buscou-se avaliar a vida útil da seguinte solução: F5 (100%) + Hx: solução considerada quando o segmento
homogêneo apresenta trincas do tipo FC-2 e FC-3, panelas em toda a área inventariada e não apenas em função do IGG conforme enquadra o catálogo de soluções e, de acordo como estabelecido pela Nota técnica N° 34/2011; Assim, buscou-se realizar algumas simulações nos seguintes
segmentos homogêneos: O segmento homogêneo 03, dentre os segmentos estudados possui
o maior valor de IRI; O segmento homogêneo 07, por apresentar o maior IGG e deflexão
característica (DcVB) e; O segmento homogêneo 09, por apresentar a maior média de
deflexão recuperável máxima medida em campo (DFWD). Para tanto, foram considerados, para cada segmento homogêneo,
os seus respectivos valores de módulos efetivos (retroanalisados) para as camadas de base, sub base e subleito, a estrutura existente e o número “N”.
Para tanto, foram consideradas duas hipóteses em função da fresagem: a primeira considera uma redução do valor do módulo resiliente da camada asfáltica existente proporcional a espessura de fresagem, esta
98
consideração foi a mesma adotada por Fonseca (2013) em situação semelhante, a segunda considera o mesmo valor do módulo resiliente do revestimento asfáltico existente apesar da redução da espessura do revestimento ocasionada pela fresagem.
As características do pavimento existente, bem como os módulos ajustados de acordo com a solução avaliada, são apresentadas no Quadro 40. Quadro 40 – Módulos ajustados dada a solução contemplada (fresagem) para as
simulações realizadas aos segmentos homogêneos 3,7 e 9.
Segm
ento
hom
ogên
eo Espessuras (cm)
Hip
ótes
e Módulos Efetivos (MPa)
Pavimento Existente
Ref
orço
Rev
esti
men
to
exis
tent
e
Bas
e
Sub-
base
Subl
eito
Ref
orço
Rev
esti
men
to
exis
tent
e
Bas
e
Sub-
Bas
e
3 13,0 9,0 15,0 16,0 3.1 6314 652
75 98 215
3.2 6314 1.014 75 98 215
7 17,0 5,0 16,0 17,5 7.1 6314 776 141 54 133
7.2 6314 1.552 141 54 133
9 17,0 8,0 11,0 21,0 9.1 6314 657 145 73 141
9.2 6314 1.068 145 73 141
Fonte: O Autor.
No Quadro 41, são apresentadas as estimativas da vida útil das soluções simuladas, através do método mecanístico (linear), BISAR 3.0, dadas características do pavimento existente, bem como os módulos ajustados de acordo com a solução avaliada.
99
Quadro 41 – Estimativa da vida útil soluções CREMA 2ª Etapa simulação.
SH Solução
considerada it NUSACE NADM
Estimativa da vida útil
(anos) 3.1 F5 (100%) + H8 121,1 3,10E+07 4,57E+06 0,8
3.2 F5 (100%) + H8 102,8 3,10E+07 8,94E+06 2,5
7.1 F5 (100%) + H12 101,1
3,10E+07 9,56E+06 2,7
7.2
F5 (100%) + H12 87,04 3,10E+07 1,75E+07 5,7
9.1 F5 (100%) + H12 94,49 4,19E+07 1,26E+07 2,6
9.2 F5 (100%) + H12 82,79 4,19E+07 2,14E+07 5,1
Fonte: O Autor. Nota: it é a deformação específica de tração no fundo do revestimento expressa
em (x10-6). Pode-se observar que independente da consideração da redução ou
não do módulo resiliente do revestimento asfáltico devido a fresagem. A solução de fresagem mais recomposição de reforço asfáltico na espessura de 5 cm, em nenhum dos segmentos homogêneos simulados (3,7 e 9) atende a vida útil de 10 anos, conforme norteia o catálogo de soluções CREMA 2ª Etapa.
100
101
5. CONCLUSÃO E SUGESTÕES 5.1. CONCLUSÃO
O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar e comparar os resultados do catálogo de soluções de pavimentação do programa CREMA 2ª Etapa, com o método empírico-mecanístico de dimensionamento de reforços asfálticos, tendo como estudo de caso da rodovia BR-282, trecho km 206,960 ao 214,345, em Santa Catarina.
Com o propósito de atender os objetivos deste estudo, foram abordados conceitos teóricos inerentes aos métodos de dimensionamento da reabilitação (DNER-PRO 11/79 e DNER-PRO 269/94), fez-se a apresentação da concepção e principais características do programa CREMA 2ª Etapa, de seu catálogo de soluções, e abordou-se a análise empírico-mecanístico de dimensionamento de reforço do pavimento flexível.
Para a análise comparativa, foram levantados dados de projetos do trecho de estudo, determinou-se pelo estudo de tráfego a solicitação imposta pelos veículos de carga sobre o pavimento em um horizonte de dez anos. Foram feitas avaliações do estado do pavimento quanto a condições funcionais, as quais apresentaram condições regulares da superfície.
No que se refere à avaliação estrutural geral, a deflexão característica média do trecho apresentou valores superiores as admissíveis pelas metodologias DNER-PRO 11/79 e DNER-PRO 269/94, indicando a necessidade de intervenções de restauração no trecho.
Pode-se concluir, dadas as soluções de pavimentação contempladas pelo catálogo e as dimensionadas pelo método empírico-mecanístico, que as soluções adotadas pelo catálogo CREMA 2ª Etapa, no que se refere a espessura de reforço necessária a reabilitação do pavimento, apresenta para todos os nove segmentos homogêneos espessuras de reforço inferiores às dimensionadas pelo método empírico-mecanístico.
Com base nos resultados obtidos referentes as diferenças de espessuras dimensionada e a análise da vida útil das soluções enquadradas pelo catálogo CREMA 2ª Etapa, dada as hipóteses e critérios adotados, foram observadas que as soluções definidas pelo catálogo para os segmentos homogêneos, os quais foi possível a análise mecanística elástica linear, contemplam uma vida útil esperada inferior a preconizada pelo catálogo, que é de dez anos. Quanto a vida útil esperada os segmentos
102
homogêneos dimensionados pelo catálogo tendem a durar em média 5,7 anos.
Através do método empírico-mecanístico, segundo a análise com o programa BISAR 3.0, alguns segmentos mostram-se inadequados quanto á compatibilização das camadas, no qual a espessura de reforço necessária para atender a condição estrutural necessita da execução de uma camada de reforço dimensionada com o dobro da espessura, da calculada pelo catálogo.
Ressalta-se aqui a importância de considerar, nos métodos de dimensionamento de reforços, as características mecânicas dos materiais do pavimento e subleito e o comportamento estrutural do pavimento como um todo.
Porém, é preciso considerar que a diferença encontrada entre os métodos e resultados foram obtidos a partir de um estudo de caso, com suas considerações singulares, e que para um estudo mais completo deve-se contemplar trechos de rodovias, com características estruturais, funcionais e de tráfego diferentes das consideradas neste projeto. 5.2. PROPOSIÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
De forma a dar sequência ao estudo desenvolvido neste trabalho
são apresentadas as seguintes sugestões: Avaliar as demais soluções propostas pelo catálogo CREMA 2ª
Etapa, tais como soluções que indicam reconstrução da estrutura contemplado reciclagem da camada da base;
Realizar a análise mecanística através da análise elástica não linear;
Contemplar o critério de ruína por meio da deformação permanente no método empírico-mecanístico;
Contemplar diferentes tipos de revestimentos, tais como as soluções equivalente ao CBUQ do catálogo CREMA 2ª Etapa.
103
REFERÊNCIAS
American Association of State Highway and Transportation Officials – AASHTO. AASHTO Guide for design of pavement structure. Washington, USA, 1993.
ALBERNAZ, C. A. Método Simplificado de Retroanálise de Módulos de Resiliência de Pavimentos Flexíveis a partir da Bacia de Deflexão. Dissertação (Mestrado), COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 1997.
ALBUQUERQUE, Fernando Silva; CALVALCANTE, Fabiano Pereira; NÚÑEZ Washington Peres; MACEDO, José Afonso Gonçalves. Avaliação do EVERCALC5 na retroanálise de pavimento brasileiros. 37a Reunião Anual de Pavimentação (RAPv) e 11° Encontro Nacional de Conservação Rodoviária ENACOR, p. 1-12 2006. BALBO, J. T. Pavimentação Asfáltica: materiais, projetos e restauração. São Paulo: Oficina de Textos, 2007.
_____. Pavimentos asfálticos: patologia e manutenção. São Paulo: Plêiade, 1997. Banco Mundial (2012). Disponível em: <https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/rankorder /2085rank.html> e <https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/rankorder/2085rank.html> Acesso em 04 Fevereiro 2014. BAPTISTA, António Miguel Costa; PICADO-SANTOS, Luís de. Reciclagem de Misturas Betuminosas a Quente em Central: contribuição para a sua caracterização mecânica. Braga: UM–Revista da Universidade do Minho, 2006. BENEVIDES, Sérgio Armando de Sá e. Análise Comparativa dos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Asfálticos: Empírico do DNER e da Resiliência da COPPE/UFRJ em Rodovias do Estado do Ceará. Tese (Doutorado), Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2000.
104
BERNUCCI, Liedi Bariani; MOTTA, Laura Maria Goretti; CERATTI, Jorge Augusto Pereira; SOARES; Jorge Barbosa. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro: PETROBRAS: ABEDA, 2008. BONFIM, Valmir. Fresagem de Pavimentos Asfálticos, 2. Ed. Editora Fazendo Arte Editorial. Rio de Janeiro, 2001. BORGES, Clarissa Beatriz Sandoval. Estudo comparativo entre medidas de deflexão com viga Benkelman e FWD em pavimentos da malha rodoviária estadual de Santa Catarina. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Florianópolis, 2001. BRANCO, Fernando; PEREIRA, Paulo; PICADO SANTOS, Luís. Pavimentos Rodoviários. Portugal, Coimbra: Almedina, 2005. BRASIL. Lei nº 7408, de 25 de novembro de 1985. Dispõem sobre a tolerância máxima sobre limites de peso dos veículos de carga. Disponível em: < http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L7408.htm >. Acesso em: 5 maio. 2014. BRASIL. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Diretoria de Planejamento e Pesquisa. Coordenação Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Manual de Estudos de Tráfego. Rio de Janeiro, 2006a. _____. Manual de pavimentação. 3. Ed. – Rio de Janeiro, 2006b. _____. Manual de Restauração de pavimentos asfálticos. 2. Ed. – Rio de Janeiro, 2006c. _____. Pesquisa CNT de rodovias 2013: relatório gerencial. Brasília: CNT: SEST: SENAT, 2013. CAPITÃO, Silvino Dias. Caracterização mecânica de misturas betuminosas de alto módulo de deformabilidade. Dissertação (Doutorado), Universidade de Coimbra. Coimbra, 2003.
105
CARDOSO, S. H. Comparação entre métodos de retroanálise em pavimentos asfálticos. Dissertação (Mestrado), COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 1995.
CARDOSO, S.H. Faixas de Módulos Dinâmicos (elásticos) Obtidos por Retroanálise Durante Sete Anos. 29a Reunião Anual de Pavimentação, v. 2, p. 337-401, Cuiabá, 1996. Departamento de Estrada e Rodagem - DER-SP. Projeto de pavimentação. Instrução de Projeto de Pavimentação IP-DE-P00/001. São Paulo, 2006.
Departamento Nacional de Trânsito – DENATRAN. Disponível em: <http://www.denatran.gov.br/frota.htm> Acesso em 04 Fevereiro 2014.
DNER - Departamento Nacional de Estradas e Rodagem. DNER – PRO 11/79: Avaliação Estrutural dos Pavimentos Flexíveis - Procedimento B. Norma rodoviária. Rio de Janeiro, 1979. _____. DNER – PRO 269/94: Projeto de restauração de pavimentos flexíveis - TECNAPAV. Norma rodoviária. Rio de Janeiro, 1994a. _____. DNER – ME 24: Determinação das deflexões pela viga Benkelman - Método de Ensaio. Norma rodoviária. Rio de Janeiro, 1994b. _____. Glossário de termos técnicos rodoviário. IPR Publicação 700, Rio de Janeiro, 1997. DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte. DNIT 006/2003 PRO: A Avaliação Objetiva da Superfície de Pavimento - Procedimento. Norma rodoviária. Rio de Janeiro, 2003a. ____. DNIT 005/2003 - ES: Defeitos nos Pavimentos flexíveis e semirrígidos - Terminologia. Norma rodoviária. Rio de Janeiro, 2003b. ____. DNIT 031/2006 - ES: Pavimentos flexíveis - Concreto asfáltico - Especificação de serviço. Norma rodoviária. Rio de Janeiro, 2006. ____. Instrução de Serviço 005/2005 - DG - Instrução de serviços projetos tipo CREMA 2ª ETAPA. MT/DNIT/DG. Rio de Janeiro, 2005.
106
____. Instrução de Serviço 010/2013 - DG - Instrução de serviços projetos tipo CREMA 1ª ETAPA. MT/DNIT/DG. Rio de Janeiro, 2013. ____. Nota Técnica Nº 34/2011 - MT/DNIT/DPP. Brasília, DF 2011 FABRÍCIO, J ;DUARTE, J.; SILVA, P. Correlação entre Deflexões Características em Pavimentos Flexíveis Medidos com a Viga Benkelman e com o FWD–Falling Weight Deflectometer. 30a Reunião Anual de Pavimentação, v. 2, p. 637-646, 1996.
FONSECA, Luiz Felipe da Silva da (2013). Análise das soluções de pavimentação do programa CREMA 2a Etapa do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Dissertação (Mestrado), UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Civil, 2013.
FONTENELE, Heliana Barbosa. Representação do tráfego de veículos rodovíarios de carga através de espectro de cargas por eixo e seu efeito no desempenho de pavimentos. Dissertação (Doutorado), EESC/ USP, São Carlos, 2011. FONTES, Liseane Padilha Thives da Luz. Optimização do desempenho de misturas betuminosas com betume modificado com borracha para reabilitação de pavimentos. Tese (Doutorado) -Universidade do Minho, Escola de Engenharia, Minho, 2009.
FRANCISCO, Ana Paula Santos. Comportamento Estrutural de Pavimentos Rodoviários Flexíveis Dissertação (Mestrado), Escola Superior de Tecnologia e de Gestão, Instituto Politécnico de Bragança. Bragança, 2012.
FRANCO, Filipe Augusto Cinque de Proença. Um Sistema para Análise Mecanística de Pavimentos Asfálticos. Dissertação (Mestrado), COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 2000.
LOPES, Óscar Miguel Moreira. Misturas Betuminosas – Determinação das Características para o Cálculo dos Pavimentos. Dissertação (Mestrado), Faculdade de Engenharia Universidade do Porto. Porto, 2009.
107
MARQUES, Geraldo Luciano de Oliveira. Utilização do Módulo de Resiliência como Critério de Dosagem de Mistura Asfáltica; Efeito da Compactação por Impacto e Giratória. Dissertação (Doutorado), COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 2004.
MEDINA, Jacques de. Mecânica dos pavimentos. Rio de Janeiro (RJ): Editora UFRJ, 1997.
MOTTA, Laura Maria Goretti da. Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis: critério de confiabilidade e ensaios de cargas repetidas. Dissertação (Doutorado), COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 1991.
NÓBREGA, Eduardo Suassuna. Comparação entre métodos de retroanálise em pavimentos asfálticos. Dissertação (Mestrado), COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 2003.
NÓBREGA, Eduardo Suassuna; MOTTA, Laura Maria Gorreti da. Comparação de métodos de retroanálise e sua influência no dimensionamento de reforço. 34ª Reunião Anual de Pavimentação, Campinas, 2003.
PINELO, A. Programa de Investigação em Pavimentos Rodoviários. Lisboa: Relatório para Obtenção de Investigador Coordenador, LNEC, 1993.
PINTO, Salomão. Estudo do comportamento à fadigade misturas betuminosas e aplicação estrutural de pavimentos. Dissertação (Doutorado), COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 1991.
PREVITERA, João. Efeito da temperatura na deformabilidade dos pavimentos Asfálticos, Dissertação (Mestrado), COPPE / UFRJ, Rio de Janeiro (1974).
QES – Quality Engineering Solutions. Disponível em: < http://www.qespavements.com/eq_deflectometer.html> Acesso em: 28 março. 2014. SANTOS, Mário Jorge Ledo dos. Dimensionamento de camadas de reforço de pavimentos rodoviários flexíveis. Dissertação (Mestrado),
108
Universidade de Aveiro, Departamento de Engenharia Civil. Aveiro, 2009.
SCHWAB, Klaus. The global competitiveness report 2013–2014. Switzerland: World Economic Forum 2013. SENÇO, Wlastemiler De. Manual de técnicas de pavimentação–Volume I. 2 Edição. São Paulo: PINI, 2007.
SHELL. BISAR - User Manual. Bitumen Business Group, 1998. SNV – Sistema Nacional de Viação. Disponível em: < http://www.dnit.gov.br/sistema-nacional-de-viacao/snv-2013> Acesso em: 21 Janeiro. 2014. SONCIM, Sérgio Pacífico. Desenvolvimento de modelos de previsão de desempenho de pavimentos asfálticos com base em dados da rede de rodovias do Estado da Bahia. Dissertação (Doutorado), Universidade de São Paulo, EESC/USP. São Carlos, 2011. VICENTE, Ana Margarida Madeira. A utilização de betumes modificados com borracha na reabilitação de pavimentos flexíveis. Dissertação (Mestrado), Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Civil. Porto, 2006. WSDOT. Everseries Users Guide: Pavement analysis computer software and case studies. Washington State Department of Tranportation, Washington D.C, EUA, 2005.
109
APÊNDICE A – Dimensionamento do reforço asfáltico – Método Empírico-Mecanístico
Quadro 42 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 01.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 13,0 965 0,30
Base Brita com argila amarela 15,0 384 0,35
Sub-base Brita com argila amarela 16,0 165 0,35
Subleito Argila Siltosa variegada ∞ 225 0,45
Fonte: O Autor.
Quadro 43 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 01.
Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
9,0 80,88 2,35E+07
10,0 79,91 2,47E+07
11,0 78,03 2,72E+07
12,0 75,59 3,09E+07
12,5 74,24 3,33E+07
13,0 72,83 3,59E+07
14,0 69,91 4,24E+07
15,0 66,93 5,05E+07
17,0 61,07 7,32E+07
20,0 52,96 1,30E+08 Fonte: O Autor.
Quadro 44 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 02.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 14,0 957 0,30
Base Brita com argila amarela 15,0 103 0,35
Sub-base Brita com argila amarela 16,0 51 0,35
Subleito Argila Siltosa variegada ∞ 203 0,45
Fonte: O Autor.
110
Quadro 45 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-
Mecanístico – Segmento homogêneo 02. Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
9,0 97,28 1,12E+07
9,5 96,85 1,14E+07
10,0 96,06 1,18E+07
11,0 93,66 1,30E+07
13,0 87,04 1,75E+07
15,0 79,59 2,51E+07
16,0 75,87 3,05E+07
16,5 74,04 3,36E+07
17,0 72,22 3,72E+07
20,0 62,19 6,80E+07 Fonte: O Autor.
Quadro 46 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 03.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 14,0 1014 0,30
Base Brita com argila amarela 15,0 75 0,35
Sub-base Brita com argila amarela 16,0 98 0,35
Subleito Argila Siltosa variegada ∞ 215 0,45 Fonte: O Autor.
111
Quadro 47 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 03.
Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
9,0 93,53 1,31E+07
9,5 93,18 1,33E+07
10,0 92,46 1,37E+07
12,0 87,31 1,73E+07
15,0 76,87 2,89E+07
15,5 75,08 3,18E+07
16,0 73,31 3,50E+07
20,0 60,18 7,76E+07 Fonte: O Autor.
Quadro 48 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 04.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 14,0 885 0,30 Base Brita com areia cinza 18,0 115 0,35
Sub-base Brita com areia cinza 15,0 93 0,35
Subleito Silte pedregulho vermelho
∞ 127 0,45
Fonte: O Autor.
Quadro 49 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 04.
Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
10,0 102,4 9,08E+06
11,0 99,18 1,03E+07
15,0 82,63 2,16E+07
16,0 78,48 2,66E+07
16,5 76,46 2,95E+07
17,0 74,49 3,28E+07
20,0 63,61 6,21E+07 Fonte: O Autor.
112
Quadro 50 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 05.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 9,0 1631 0,30
Base Brita com areia cinza 21,0 142 0,35
Sub-base Brita com areia cinza 14,0 55 0,35
Subleito Silte com pedregulho
vermelho ∞ 203 0,45
Fonte: O Autor.
Quadro 51 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 05.
Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
9,5 82,27 2,20E+07
10,0 82,16 2,21E+07
11,0 81,03 2,34E+07
12,0 79,08 2,58E+07
13,0 76,61 2,93E+07
13,5 75,25 3,15E+07
14,0 73,83 3,40E+07
15,0 70,91 4,00E+07
17,0 64,96 5,70E+07
20,0 56,56 9,97E+07 Fonte: O Autor.
Quadro 52 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 06.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 10,0 1176 0,30
Base Brita com areia cinza 21,0 181 0,35
Sub-base Brita com areia cinza 14,0 169 0,35
Subleito Silte com pedregulho
vermelho ∞ 195 0,45
Fonte: O Autor.
113
Quadro 53 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 06.
Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
8,5 89,03 1,60E+07
9,0 89,00 1,60E+07
10,0 87,91 1,68+E07
11,0 85,74 1,86E+07
12,0 82,94 2,13E+07
14,0 76,46
2,95E+07
14,5 74,77
3,23E+07
15,0 73,08 3,54E+07
17,0 66,32 5,24E+07
20,0 57,40 9,40E+07 Fonte: O Autor.
Quadro 54 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 07.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 10,0 1552 0,30
Base Brita com areia cinza 16,0 141 0,35
Sub-base Brita com areia cinza 17,5 54 0,35
Subleito Silte com pedregulho
vermelho ∞ 153 0,45
Fonte: O Autor.
114
Quadro 55 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 07.
Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
10,0 81,31 2,30E+07
11,0 80,60 2,39E+07
12,0 78,98 2,59E+07
13,0 76,78 2,90E+07
13,5 75,53 3,10E+07
14,0 74,22 3,33E+07
15,0 71,47 3,88E+07
16,0 68,63 4,57E+07 17,0 65,77 5,42E+07
20,0 57,51 9,32E+07 Fonte: O Autor.
Quadro 56 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 08.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 14,0 1014 0,30
Base Brita com areia cinza 11,0 252 0,35
Sub-base Brita com pedregulho 21,0 147 0,35
Subleito Silte roxo ∞ 185 0,45
Fonte: O Autor.
115
Quadro 57 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 08.
Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
9,0 82,11 2,21E+07
9,5 81,95 2,23E+07
10,0 81,47 2,29E+07
12,0 77,50 2,80E+07
13,0 74,81 3,23E+07
14,0 71,92 3,78E+07
14,5 70,44 4,11E+07
15,0 68,94 4,49E+07
17,0 63,03 6,44E+07
20,0 54,77 1,22E+08 Fonte: O Autor.
Quadro 58 – Estrutura avaliada – Segmento homogêneo 09.
Camada Material Espessura
(cm) Módulo (Mpa)
Coef. Poisson
Reforço CBUQ Faixa “C” - BBB variável 6314 0,30
Revestimento CBUQ 13,0 1068 0,30
Base Brita com areia cinza 11,0 145 0,35
Sub-base Brita com pedregulho 21,0 73 0,35
Subleito Silte roxo ∞ 141 0,45
Fonte: O Autor.
116
Quadro 59 – Dimensionamento do reforço asfáltico pelo método Empírico-Mecanístico – Segmento homogêneo 09.
Mistura do reforço asfáltico (BBB)
Lei de fadiga: N = 1,185x1015 x it-4,037
Espessura tentativa (cm) it (10-6) N
9,0 90,30 1,51E+07
9,5 90,25 1,51E+07
10,0 89,62 1,54E+07
12,0 85,61 1,87E+07
13,0 82,67 2,15E+07
15,0 76,15 3,00E+07
16,0 72,82 3,60E+07
16,5 71,17 3,94E+07
17,0 69,54 4,33E+07
20,0 60,31 7,70E+07 Fonte: O Autor.
117
ANEXO A – Retroanálise EVERCALC 5.0 – Módulos efetivos
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
ANEXO B – Catálogo de soluções técnicas CREMA 2a Etapa – Rodovias com revestimento em concreto asfáltico