Avaliação das estruturas com o software LVECD

Vislumbrando avançar tecnicamente no cenário de dimensionamento de pavimentos asfálticos, as estruturas estudadas tiveram seu desempenho à fadiga previsto também com o software LVECD, que utiliza a abordagem do modelo viscoelástico do dano simplificado (S-VECD) para caracterização da degradação por fadiga dos pavimentos. A opção por utilizar esta ferramenta está conectada com as perspectivas futuras da Rede de Tecnologia em Asfaltos, que objetiva implantar, em um nível B ou C do MeDiNa, a abordagem S-VECD para definição do parâmetro de danificação de misturas asfálticas. Busca-se, desta forma, possibilitar a previsão da irregularidade longitudinal também com uso da variável de dano calculado com o LVECD, avançando na etapa mecanicista do método de dimensionamento de pavimentos asfálticos nacional.

O referido programa surgiu do estudo realizado por Eslaminia et al (2012) com o objetivo de introduzir uma estrutura de avaliação acelerada baseada na análise viscoelástica de camadas submetidas a carregamentos em movimentos (Layered viscoelastic moving load analysis - LVEMA) para prever a vida útil dos pavimentos asfálticos. Os autores justificam que a LVEMA é uma evolução quando comparada à análise elástica de camadas (Layered elastic analysis - LEA), onde a estrutura é idealizada como um sistema elástico de camadas sob uma carga assimétrica estacionária (caso da ferramenta AEMC, do programa MeDiNa).

Após a contextualização de análises utilizando a LVEMA, Eslaminia et al (2012) propõem o programa LVECD como ferramenta de avaliação do desempenho de estrutura rodoviária utilizando análises viscoelásticas com dano, baseadas nos resultados do modelo S-VECD. Para entendimento completo e maiores detalhes referentes ao software, recomenda-se acesso à Eslaminia et al (2012).

Simplificadamente, o LVECD trabalha com três módulos de avaliação dentro de sua rotina de processamento. O primeiro deles é referente à composição estrutural do pavimento a ser avaliado (conforme ilustrado na Figura 3.29), onde são inseridas as informações estruturais das camadas e parâmetros dos materiais.

Figura 3.29 – Informações da Estrutura no LVECD

Fonte: Autor

Para os materiais granulares e subleito, a análise é linear elástica, com representatividade do comportamento das camadas interpretada por meio dos módulos de resiliência e coeficientes de Poisson. Utilizou-se assim, as informações de rigidez dos materiais granulares, subleito e das camadas asfálticas antigas (interpretadas apenas como camadas estruturais) oriundos dos resultados das retroanálises de módulos de resiliência com uso de bacias deflectométricas medidas com o FWD, explicadas no item 3.3.5.

Os dados do concreto asfáltico utilizados pelo programa para análise do desempenho do pavimento avaliado, frente ao trincamento por fadiga, são resultados da abordagem viscoelástica de cargas em movimento do modelo S- VECD, no critério de falha 𝐺𝑅_{, considerando o carregamento em movimento gerando} tensões tridimensionais. Para compor a caracterização viscoelástica necessária como parâmetro de entrada das misturas asfálticas, deve-se proceder ao ensaio uniaxial cíclico de fadiga à tração-compressão e determinação de rigidez por meio do módulo complexo.

Do ensaio de módulo complexo, são necessários os módulos de relaxação (Ei) viscoelásticos lineares, em termos de séries de Prony, e os coeficientes da curva mestra de módulo complexo, pela função sigmoidal, determinados pela Equação (3.4). Ainda, o programa demanda os coeficientes de translação do princípio de superposição tempo-temperatura, mediante aplicação da função polinomial de

segunda ordem, conforme Equação (3.5). O ajuste das curvas mestras para função sigmoidal com uso expressões descritas pelas Equações (3.4) e (3.5) foi efetuado por Ashouri (2014). _{( )} (3.4) ( ) (3.5) Em que:

“a”, “b”, “d”, “g”, α1, α2 e α3 : coeficientes de ajuste dos modelos; αT: shift fator tempo-temperatura;

|E*|: módulo dinâmico (MPa); fR: frequência reduzida (Hz); T: temperatura (ºC).

Do modelo S-VECD, demandam-se os coeficientes “a” e “b”, expostos na Equação (3.6), obtidos pelo ajuste do modelo exponencial sobre a curva C vs S, oriunda dos resultados alcançados por Lee (1996). São necessários também o parâmetro de evolução de dano “α” e os coeficientes γ e Δ, das curvas GR vs Nfad, conforme Equação (3.7), proposta por Sabouri e Kim (2014). Novamente, sugere-se acesso aos trabalhos de Nascimento (2015), Schuster (2018) e Boeira (2018) para o entendimento destes parâmetros e compreensão de sua aplicabilidade ao processo de fadiga em misturas asfálticas.

( ) (3.6)

(3.7)

Em que:

“a”, “b”, “Y” e :coeficientes de ajuste dos modelos; C: pseudo rigidez;

Os resultados obtidos por meio do S-VECD e os danos médios limitados acumulados, calculados pelo LVECD para as misturas que constituem os revestimentos asfálticos dos trechos monitorados no Rio de Janeiro/RJ foram obtidos ao longo do trabalho de Nascimento (2015) e fornecidas ao autor desse trabalho como parte do Termo de Cooperação n° 5850.0106353.17.9. Os danos médios, calculados com o LVECD, para os pavimentos situados em Santa Maria, foram determinados ao longo do presente trabalho.

Para as misturas asfálticas empregadas nos pavimentos localizados em Santa Maria/RS, conforme já mencionado no item 3.5, os ensaios uniaxiais cíclicos de fadiga à tração-compressão e módulo complexo dos trechos monitorados na Avenida Roraima, Avenida Hélvio Basso e BR-158 foram realizados pela equipe técnica do CENPES. Já os ensaios referentes ao concreto asfáltico empregado na RS-509 foram efetuados no decorrer dos trabalhos de Faccin (2018) e Schuster (2018), no GEPPASV/UFSM.

Dando continuidade à sistemática de utilização do programa, em um segundo momento, as condições climáticas da região onde a estrutura está localizada são informadas pelo usuário. Como as séries históricas de temperaturas das diferentes regiões do Brasil não estão disponíveis no software, Nascimento (2015) optou por utilizar, nos trechos do Rio de Janeiro/RJ, o banco de dados do modelo EIMC (Enhanced Integrated Climate Model) existente para a cidade de Miami, no estado da Flórida (EUA), cujas variações térmicas se assemelham com aquelas observadas no sudeste brasileiro. Estas informações do modelo EICM incluem dados de temperatura selecionados de hora em hora, em diferentes estados e cidades norte americanas.

Para os trechos experimentais localizados em Santa Maria/RS, optou-se por utilizar os dados EICM da cidade de San Diego, no estado da Califórnia (EUA), devido aos argumentos expostos por Nascimento (2015), que discute a semelhança das temperaturas medidas nesta cidade americana, quando comparadas aquelas encontradas na região Sul do Brasil. A Figura 3.30 ilustra esta etapa de seleção de dados climáticos no LVECD.

Na etapa seguinte, conforme ilustra a Figura 3.31, são discriminadas as informações referentes ao tráfego atuante na estrutura. Os parâmetros utilizados são o número diário de solicitações do eixo padrão, a taxa de crescimento do tráfego e o(s) eixo(s) que impõem o carregamento à estrutura.

Figura 3.30 – Informações climáticas no LVECD

Fonte: Autor

Figura 3.31 – Informações do Tráfego no LVECD

Fonte: Autor

Nos trechos do Rio de Janeiro/RJ, Nascimento (2015) optou por utilizar taxa de crescimento de tráfego linear de 3% ao ano e carregamento imposto pelo Eixo Simples de Rodas Duplas (ESRD) com 80kN e pneus inflados a 0,80MPa, com uma área de contato retangular com relação comprimento/largura de 1,5714 e velocidade de passagem de 80km/h. O mesmo foi efetuado para os trechos monitorados de Santa Maria/RS.

Vale salientar que, para todos os trechos abordados neste trabalho, o tráfego foi considerado igualmente distribuído ao longo dos meses do ano, porém variável no decorrer das horas do dia, conforme exposto na Tabela 3.14. Esta ação busca uma maneira mais fidedigna de representação da incidência do tráfego em distintas temperaturas do concreto asfáltico ao longo do dia, visto que a rigidez do material é dependente da temperatura e, consequentemente, altera os deslocamentos, tensões e deformações impostas à estrutura pela passagem do tráfego.

Tabela 3.14 – Distribuição do tráfego adotada no decorrer das horas do dia (Trechos do Rio de Janeiro/RJ e Santa Maria/RS)

Horário % de Distribuição Horário % de Distribuição

0 0,5 12 8,0 1 0,5 13 8,0 2 0,5 14 6,0 3 0,5 15 6,0 4 1,0 16 7,0 5 2,0 17 8,0 6 4,0 18 6,0 7 6,0 19 4,0 8 8,0 20 2,0 9 7,0 21 1,0 10 6,0 22 1,0 11 6,0 23 1,0

Fonte: Adaptado de Nascimento (2015)

Por fim, selecionam-se os pontos de análise adotados para cálculo das respostas que o software processará de acordo com as necessidades de análise do usuário, conforme exposto na Figura 3.32. Estes pontos foram os mesmos utilizados nas análises com a ferramenta AEMC, expostos anteriormente na Figura 3.27. Dos resultados, analisou-se, assim como as informações oriundas do AEMC, o dano médio limitado acumulado à fadiga das estruturas, determinado pela Hipótese de Miner, previamente apresentado pela Equação (3.3).

Park (2013) concluiu que a abordagem mecanicista implantada pelo LVECD pode ser usada como um modelo de previsão de desempenho para projeto e manutenção de pavimentos, possibilitando o desenvolvimento de estratégias de reabilitação para sistemas de gerenciamento de pavimentos. Nascimento (2015) aplicou a modelagem S-VECD juntamente ao LVECD, validando a previsão de dano

por fadiga para misturas asfálticas brasileiras. Neste trabalho, busca-se conectar as utilidades já consolidadas do LVECD para previsão do trincamento por fadiga à evolução da irregularidade longitudinal ao longo do tempo, atrelada ao indicador inicial de qualidade construtiva da rodovia (IRIINICIAL).

Neste formato, consegue-se atrelar a previsão do comportamento funcional da estrutura às propriedades fundamentais dos materiais, determinadas pelos ensaios uniaxiais de fadiga à tração compressão e módulo complexo, mediante aplicação do protocolo de análise S-VECD, juntamente com a composição estrutural das camadas, a rigidez dos materiais, a magnitude de tráfego e as condições climáticas da localidade.

Figura 3.32 – Opções de Análise com o LVECD

Fonte: Autor