Avaliação Estrutural

A avaliação estrutural abrange a caracterização completa de elementos e variáveis estruturais do pavimento. Fornece a descrição objetiva de seu comportamento em função das cargas de tráfego e dos fatores ambientais, além de determinar indicadores de qualidade do revestimento e a integridade das camadas de materiais subjacentes ao revestimento (BALBO, 2007).

Segundo Bernucci et al. (2008), a avaliação estrutural do pavimento pode ser efetuada por meio dos elementos obtidos nos levantamentos dos defeitos da superfície, nos ensaios destrutivos e ensaios não-destrutivos:

 O método destrutivo é aquele que investiga a condição estrutural de cada camada que compõe o pavimento, por abertura de trincheiras ou poços de sondagem, permitindo recolher amostras

de cada material até o subleito e realizar ensaios de capacidade de carga. Pela sua própria natureza destrutiva, só pode ser empregado em alguns poucos pontos selecionados como representativos.

 O método não-destrutivo para avaliação estrutural do pavimento é realizado através do levantamento deflectométrico da estrutura, com o emprego de equipamentos que reproduzem, com boa aproximação, a carga no pavimento devido à ação do tráfego atuante. Portanto, constituem-se na maneira mais apropriada para determinar a adequação estrutural do pavimento. Através da interpretação das bacias de deformação e da técnica de retroanálise é possível estimar o comportamento mecânico dos materiais que compõem a estrutura do pavimento. 2.1.2.1 Deformabilidade no pavimento

A ação das cargas de tráfego sobre os pavimentos flexíveis provoca deformações de dois tipos: permanentes e recuperáveis.

As deformações permanentes são aquelas que permanecem mesmo após cessar o efeito da atuação da carga, ou seja, têm caráter residual. São exemplos de deformações permanentes aquelas geradas nas trilhas de roda, principalmente por densificação adicional pelo tráfego, bem como as rupturas de natureza plástica.

Já as deformações, ou deflexões recuperáveis, representam um indicativo de comportamento elástico da estrutura, deixando de existir alguns momentos após a retirada da carga. As deflexões recuperáveis provocam o arqueamento das camadas do pavimento, e a sua repetição é a responsável pelo fenômeno de fadiga das camadas betuminosas e cimentadas (BRASIL, 2006c).

A evolução das deflexões recuperáveis ao longo da vida do pavimento pode se dar em três fases, como demonstrado na Figura 2.1.

Figura 2.1 – Fases da vida de um pavimento.

Fonte: Adaptado de Brasil (2006b).

a) Fase de consolidação: a deflexão decresce devido a consolidação adicional provocada pela ação do tráfego.

b) Fase elástica: a deflexão permanece com valores praticamente constantes.

c) Fase de fadiga: caracteriza-se por um acelerado crescimento do valor da deflexão devido à perda de capacidade estrutural das camadas do pavimento.

O estudo das deflexões ou das condições de deformabilidade dos pavimentos flexíveis e semirrígidos é fundamental à compreensão de seu comportamento, já que estas refletem, em última análise, as condições estruturais das diversas camadas e do próprio subleito.

2.1.2.2 Medição de deflexões

A deflexão de um pavimento representa a resposta das camadas estruturais e do subleito à aplicação do carregamento. Quando uma carga é aplicada em um ponto (ou uma área) da superfície do pavimento, todas das camadas fletem devido às tensões e às deformações geradas pelo carregamento. Como mostrado na Figura 2.2, o valor da deflexão em cada camada depende do módulo de elasticidade e diminui com a profundidade e o distanciamento do ponto de aplicação da carga (GONÇALVES, 1999).

Figura 2.2 – Deformações no pavimento.

Fonte: Adaptado de DNER (1998).

Segundo Medina e Motta (2005), os pavimentos mais sadios estruturalmente fletem menos do que outros pavimentos mais debilitados. Além disso, pavimentos com deflexões mais baixas, suportam maior número de solicitações de tráfego.

Os equipamentos de medição de deflexão para avaliação estrutural do pavimento – defletômetros – mais utilizados no Brasil são a Viga Benkelman (VB) e a Falling Weight Deflectometer (FWD).

a) Viga Benkelman (VB)

A viga Benkelman é um equipamento bastante simples e de fácil operação. Um caminhão com eixo traseiro simples de roda dupla carregado com 8,2tn aplica uma carga quase estática sob a qual será medida a deformação elástica. O método de ensaio é regido pela norma DER – ME 024/94.

Existem alguns aspectos limitantes no emprego da viga Benkelman. Segundo Balbo (2007) cita-se os seguintes: precisão de leitura no extensômetro, posicionamento da ponta de prova e a repetitividade das leituras dependente de fatores humanos e operacionais.

b) Falling Weight Deflectometer (FWD)

O FWD é um deflectômetro de impacto projetado para simular a passagem de uma carga de roda em movimento no pavimento. A medida de deflexão é obtida pela queda de um conjunto de massas, a partir de alturas pré-fixadas, sobre um sistema de amortecedores de borracha. (BORGES, 2001).

A maior vantagem dos equipamentos de impacto é a sua capacidade de simular, aproximadamente, as características de uma carga de tráfego transiente em termos de magnitude e frequência, o que não ocorre no ensaio estático com viga Benkelman. As deflexões resultantes se aproximam, portanto, daquelas que seriam causadas por uma carga real dinâmica (PINTO, 1991).

c) Correlação entre os equipamentos de ensaio

É evidente que as medidas de deflexões com FWD são diferentes (menores em geral) daquelas medidas com a viga Benkelman, sobre um mesmo pavimento. Para finalidades práticas de engenharia, é preciso uma calibração inicial com o uso de ambos os equipamentos para estabelecer correlações, posto que as normas vigentes têm como referência os padrões de deflexão Benkelman (BALBO, 2007).

Os modelos de correlação a empregar nesta pesquisa, estarão baseadas no estudo de Borges (2001), que realizou uma correlação da VB e o FWD na malha rodoviária estadual catarinense.

O Quadro 2.3, apresenta os modelos de correlação a empregar, segundo o tipo de material e espessura da estrutura de pavimento dos segmentos monitorados.

Quadro 2.3 – Correlações entre FWD e VB para pavimentos Catarinenses. Estrutura Camadas Material/ Espessura Correlação

Tipo 1 Revestimento Base Sub-base CAUQ (4,0 a 6,0cm) Brita Graduada Macadame Seco DVB = 1,202 DFWD -1,087 R2 _{= 0,72} DVB = 1,224 DFWD R2 _{= 0,72} Fonte: Adaptado de Borges (2001).

d) Correção da deflexão em função da temperatura do revestimento asfáltico

Como o asfalto é um material viscoelástico sensível à temperatura, faz-se necessário aplicar um fator de correção para as medidas de deflexão realizadas com temperatura diferente de 25°C.

Na Figura 2.3, apresentam-se os fatores de correção em função da temperatura e da espessura do revestimento asfáltico.

Figura 2.3 – Fator de correção da deflexão em função da temperatura do revestimento asfáltico.

Fonte: Adaptado de DER (2006).

2.1.2.3 Aplicações de parâmetros deflectométricos

Para a adequada compreensão da condição estrutural do pavimento, segundo ao definido no método brasileiro de dimensionamento de pavimentos TECNAPAV (PREUSSLER et al., 1981), o critério de cálculo de deflexão admissível (Dadm) precisa ser definida. A mesma, quantifica o número acumulativo de repetições (N) da deflexão

admissível que provoca a ruptura por fadiga da camada de concreto asfáltico, conforme a Equação (2.2)

logDadm3,148 - 0,188logN (2.2) onde:

Dadm = Deflexão admissível (10-2_{mm), e;}

N = Número de solicitações de eixos equivalentes ao eixo padrão.

RETROANÁLISE

Talvez a mais importante utilização de parâmetros deflectométricos na atualidade seja a avaliação dos valores modulares das camadas dos pavimentos, para as suas condições in situ, mediante técnicas de retroanálise (DNER, 1994b).

Segundo Balbo (2007), a retroanálise é um processo pelo qual, conhecendo-se as respostas em termos de deformações ou tensões da estrutura real, medidas por meio de algum instrumento, procura-se inferir os módulos de elasticidade das camadas do pavimento, verificando-se para quais parâmetros (em geral, os parâmetros geométricos e de carregamento são conhecidos a priori), o modelo teórico consegue representar com maior fidelidade possível, as medidas reais obtidas em campo. Bernucci et al. (2008) salientam, que neste método se utiliza o termo módulo de elasticidade, por ser nesse caso um parâmetro recalculado e não determinado em laboratório por meio do ensaio de carga repetida, como é o caso do módulo de resiliência.

Devido às diferentes soluções que podem ser adotadas para uma mesma bacia deflectométrica, é possível obter diferentes combinações modulares para uma determinada bacia deflectométrica. De acordo com Taylor (2012), alguns dos principais problemas encontrados nos procedimentos de retroanálise são os seguintes:

 módulo semente adotado para o início da retroanálise;  natureza não-linear dos materiais empregados;  camada rígida no subleito;

 variações nas espessuras das camadas do pavimento, por razões construtivas e de manutenção; e,

 rigidez relativa das camadas.

É importante mencionar a dificuldade da estimativa dos valores modulares de camadas de revestimento asfáltico com espessura menor que 75mm. Verifica-se que grandes variações nos módulos dessas

camadas alteram de maneira pouco significativa o valor da deflexão teórica calculada, o que acaba conduzindo a uma dispersão elevada dos módulos obtidos na retroanálise (JÚNIOR, 2007).

Em relação aos softwares que auxiliam no cálculo dos módulos, podem-se citar os seguintes: FEPAVE, ELSYM 5, KENLAYER, REPAV e BAKFAA. Neste trabalho será aplicado o software BAKFAA.

O software BAKFAA, foi desenvolvido na FAA (Federal Aviation Administration), órgão de aviação civil dos Estados Unidos da América. O mesmo foi criado com objetivo de atender às pistas utilizadas na aviação. Entretanto, pode também ser utilizada para pavimentos rodoviários. O subsídio para o uso deste software é o levantamento das bacias deflectométricas com FWD.

O programa realiza o retroanálise de pavimentos asfálticos, baseado na análise elástica das camadas do pavimento. O processo de determinação de erros é baseado na Raiz Quadrática Média (RMS – Root Mean Square), que implica a resolução dos mínimos quadrados, entre as diferenças entre as deflexões do FWD e as deflexões calculadas.

Para a aplicação do programa são inseridas a espessura, o módulo de elasticidade semente e o coeficiente de Poisson de cada camada do pavimento. Além disso, deve ser fornecido o raio da placa de aplicação da carga do FWD e as posições com as respectivas deflexões, para os sete sensores do FWD. O programa permite a análise simultânea de até dez camadas.

DEFORMAÇÃO PERMANENTE