Com o objetivo de comprovar a utilização da mistura M5Cal (melhor mistura testada), foi idealizada a substituição de uma camada de base de uma estrutura real de um pavimento pela mistura M5Cal. Foram utilizados os parâmetros de um trecho monitorado da BR-222, citados no artigo de (TORQUATO E SILVA et al., 2015). Essa etapa de análise foi realizada pelo sistema computacional CAP3D que é um programa para análise através do Método dos Elementos Finitos que está sendo desenvolvido no LMP/UFC (HOLANDA et al., 2006).
A estrutura da BR-222 é composta por um revestimento do tipo Concreto Asfáltico Usinado à Quente (CBUQ), uma camada de ligação denominada binder, base de Brita Graduada Simples (BGS), uma sub-base (classificação AASHTO A-2-4 de uma jazida próxima ao trecho)e subleito (base antiga da estrutura, já que ocorreu elevação do greide). Os dados de espessura, MR e Coeficiente de Poisson () de cada camada estão apresentados na Tabela 26.
Tabela 26 - Dados das camadas de uma estrutura asfáltica analisadas no CAP3D.
Camadas Espessura (cm) MR (MPa)
CBUQ 5,0 4027 0,30
Binder 6,0 4651 0,30
BGS
15,0 137 0,35
Base proposta (M5Cal) 803
Sub-base 15,0 120 0,35
Subleito 100,0* 600 0,40
Fonte: Própria autora com base no artigo de Torquato e Silva et al., 2015. Nota:
*No programa CAP3D, para o subleito foi considerado uma espessura de 100 cm.
Os MRs obtidos por Torquato e Silva et al. (2015) foram através de ensaios laboratoriais, diferentemente ocorrido para o subleito que, por se tratar de uma base antiga, não foi possível realizar os mesmos ensaios, assim, seus dados resultaram de uma retroanálise realizada no CAP3D a partir dos ensaios de deflexão obtidos pelo equipamento Falling Weight Deflectometer (FWD) para determinação do MR. A retroanálise resultou em um MR aproximado de 600 MPa, atipicamente elevado, justamente por se tratar de uma base de pavimento antigo que estava sendo restaurado.
Para a comparação das análises, no programa CAP3D foi analisada a estrutura real e, dentre os produtos da mesma, foram coletados os dados das tensões verticais, deformações
horizontais e deslocamentos em toda profundidade da estrutura. Em seguida, manteve-se a mesma estrutura, substituindo-se a camada de base pela base de M5Cal e coletados os mesmos parâmetros. Foi possível plotar os gráficos apresentados nas Figuras 61 (Tensões Verticais x Profundidade) e 62 (Deformações Horizontais x Profundidade).
Figura 61 - Tensões Verticais x Profundidade da estrutura BR-222 (real) e da estrutura com base M5Cal.
Fonte: Elaborada pela autora.
Figura 62 - Deformações Horizontais x Profundidade da estrutura BR-222 (real) e da estrutura com base M5Cal.
Fonte: Elaborada pela autora.
No gráfico da Figura 61 é possível observar que na Estrutura da BR-222, toda a distribuição das tensões está sendo absorvida pelas camadas superiores (revestimento e binder), isso acontece porque material com rigidez maior (neste caso acima de 4000 MPa)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
-6,0E+05 -5,0E+05 -4,0E+05 -3,0E+05 -2,0E+05 -1,0E+05 0,0E+00
P R OFUNDI DA DE ( cm )
TENSÕES VERTICAIS (MPa)
M5Cal BR-222 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
-2,0E-04 -1,5E-04 -1,0E-04 -5,0E-05 1,8E-18 5,0E-05 1,0E-04 1,5E-04 2,0E-04
P R OFUNDI DA DE ( cm ) DEFORMAÇÕES HORIZONTAIS M5Cal BR-222
tende a absorver mais tensões. Como a base possui uma rigidez de 137 MPa, muito pequena em relação às camadas superiores, é como se esta camada não pudesse suportar e absorver quase nenhuma tensão. À priori, esse tipo de distribuição de tensões não apresentará defeitos precoces de fadiga, desde que os materiais utilizados e seus processos de execução possuam garantias tecnológicas.
Ao se substituir a base real pela base M5Cal, que possui uma rigidez de 803 MPa (média), a distribuição se torna mais uniforme (a partir da profundidade de 11 cm, onde começa a camada de base) ao longo da estrutura, fazendo com que toda a responsabilidade, antes só absorvida pelas camadas superiores, seja agora “diluída” nas demais camadas e tornando a vida útil dessa estrutura maior que a vida útil da estrutura da BR-222 (se esta apresentar materiais ruins nas camadas superiores). Além disso, na estrutura com base M5Cal, as tensões verticais que chegam no topo do subleito são 15% menores do que as tensões que chegam no topo do subleito da estrutura real, fator esse benéfico para evitar deformações permanentes excessivas, conforme mostra a Tabela 27, que compara alguns pontos críticos nas duas estruturas.
Tabela 27 - Comparação dos pontos críticos analisados pelo CAP3D das estruturas de bases BGS e M5Cal.
Pontos críticos analisados Base BGS Base M5Cal Benefício
Deflexão no topo do pavimento (m) 1,65E-04 1,07E-04 -35%
Deformação horizontal na fibra inferior da camada de CBUQ 1,36E-05 5,24E-06 -61% Deformação horizontal na fibra inferior da camada de binder 1,73E-04 8,96E-05 -48% Tensão vertical no topo do subleito (MPa) -3,90E+04 -3,33E+04 -15%
Fonte: Elaborada pela autora.
No gráfico da Figura 62, é possível observar a diminuição das deformações horizontais em toda estrutura, principalmente na fibra inferior das camadas asfálticas, chegando a 61% a menos na fibra inferior da camada de rolamento CBUQ e 48% a menos na fibra inferior da camada de binder, como pode ser visualizado na Tabela 27. Esses valores significam menores possibilidades de surgimento de trincamento por fadiga na estrutura, defeito este que compromete a vida útil do pavimento por ocasionar fissuras facilitando a infiltração das águas das chuvas por capilaridade. Houve também a diminuição da deflexão no topo do pavimento, ponto crítico avaliado por indicar o surgimento de fissuras por fadiga, ocorridas de cima para baixo na estrutura.
4.7 Considerações Finais
Neste capítulo foram apresentados e discutidos os resultados obtidos na pesquisa. Os resultados dos ensaios de caracterização, ensaios de resistência e os ensaios ambientais para o solo, para a cinza volante e para as misturas solo+cinza e solo+cinza+cal. Além disso, foram analisadas duas estruturas no CAP3D e comparadas a fim de mostrar a viabilidade da
“melhor mistura” testada. No capítulo seguinte são mencionadas as principais conclusões
5 CONCLUSÃO
5.1 Considerações Iniciais
Neste capítulo são apresentadas as conclusões obtidas acerca do trabalho desenvolvido, bem como as sugestões para estudos futuros. As conclusões e sugestões são referentes ao estudo desenvolvido que teve como objetivo verificar a possibilidade do aproveitamento das cinzas volantes provenientes de uma termelétrica situada na Região Metropolitana de Fortaleza (RMF) para o uso em camadas granulares dos pavimentos.
As análises foram feitas a partir dos resultados obtidos dos ensaios realizados, decorrentes do programa experimental aplicado e desenvolvido em laboratório sob condições específicas.