Critérios de dimensionamento de revestimento primário para ENP

O dimensionamento de vias não pavimentadas e de baixo volume de tráfego empregadas em zonas rurais é mais complexo, pois sempre existe uma pretensão de se chegar a um baixo custo de execução e manutenção.

Os critérios de dimensionamento para estradas não pavimentadas são diretamente influenciados pelo clima, propriedades dos materiais locais, nível de serviço ou volume de tráfego e outros. Dependendo da região, existe uma grande variabilidade destes fatores. Por isso, em alguns países foram desenvolvidos métodos de dimensionamento que se ajustam mais à sua situação específica.

Dentre os diversos modelos para dimensionamento das camadas superiores de vias deste porte, destacam-se alguns que serão apresentados a seguir.

2.1.2.1 Método de Hammitt – 1970

O método de Hammitt (1970) foi baseado nos estudos pioneiros de Ahlvin em 1959 que testou 59 seções pavimentadas, para determinar a espessura de estradas não pavimentadas em função do CBR e de N - número de eixos passantes para gerar uma deformação de 75 mm (LITTLE, 1993). Assim, usaram-se as seguintes variáveis de entrada:

N75→ Número de eixos passantes para gerar uma deformação de 75mm;

P → Carga unitária da roda (kN);

CBR → Índice de Suporte California (%);

A variável de saída é a espessura do pavimento (h) em metros e calculada pela Equação (2.1):

h = (0,0236. logN₇₅+ 0,0161). √ P

CBR− 17,8. A (2.1)

2.1.2.2 Giroud e Noiray - 1981

Baseado no trabalho de Hammitt, e desenvolvimento de Webster, Watkins e Alford, entre 1977 e 1978, Giroud e Noiray propuseram uma nova equação para projeto de vias não pavimentadas (LITTLE, 1993). A grande diferença deste método em relação ao anterior é que a espessura do pavimento é calculada em função de uma deformação definida pelo projetista, que é o critério de ruptura. Neste método utilizaram-se as seguintes variáveis de entrada:

Nr → Número de eixos padrão para gerar uma deformação r em mm;

r → Máxima deformação de projeto (mm); CBR → Índice de Suporte California (%).

A Equação (2.2) permite calcular a espessura do pavimento (h) em metros.

h =0,19(LogNr− 2,34(r − 0,075))

CBR0,63 (2.2)

2.1.2.3 Austroads Guide to Pavement Tecnology: Part 6 - 2009

O método Australiano para pavimentos não selados, aperfeiçoado em 2009 como modelo de dimensionamento da espessura das camadas granulares, foi

baseado no Manual de Instruções para Estradas Seladas com Capa Fina de Asfalto, publicado em 2008 pela Austroads (2009). Neste método as variáveis de entrada são:

N → Número equivalente de operações eixo ao longo do periodo de projeto (80kN); CBR → Índice de Suporte California no Subleito, requerido ou de projeto (%).

A variável de saída é a espessura da camada de base, calculada através do gráfico do guia de projeto de um novo pavimento para tráfego leve (ARRB Transport Research, 1998), usado tanto para pavimentos selados como para pavimentos não selados, ruas residenciais e estradas rurais de materiais granulares com baixa capacidade estrutural.

Fonte: ARRB Transport Research (1998 Figure 13.8.2 C)

O gráfico apresentado na Figura 2 corresponde a um índice de confiabilidade de 80%. Para valores de CBR menores que 3%, deve-se acrescentar uma camada de suporte auxiliar com espessura entre 100 e 150 mm (AUSTROADS, 2009). Pode-se, Figura 2 - Projeto para pavimentos granulares (80% de índice confiabilidade)

ainda, nesta figura, verificar que à medida em que aumenta a resistência do material da camada (CBR), a espessura mínima requerida diminui, já em relação ao N ocorre o contrário, pois na medida em que aumenta o volume de tráfego, aumenta a espessura da camada.

2.1.2.4 Forest Road Design – 2004

Trata-se de uma metodologia desenvolvida pelo Departamento de Engenharia Civil Florestal do Reino Unido em 2004, com avaliação de parâmetros do Manual de Projeto de Estradas e Pontes - DMRB. Este método é baseado nas propriedades mecânicas do solo local, utilizado para determinação da espessura total de camadas superficiais de estradas não pavimentadas (BRITO, 2011). Suas variáveis de entrada para o dimensionamento são:

Velocidade de Projeto → 25 km/h e Carga de Projeto → 44 Toneladas; Tipo de material local (Valor do Impacto do Agregado − AIV);

CBR → Índice de Suporte California no Subleito do material local (%).

A variável de saída é a espessura do pavimento (h), apresentada na Tabela 2.5, proposta no Manual de Engenharia Civil Florestal (FCE, 2004).

Tabela 5 - Espessura do pavimento em função do CBR do subleito

Forest Road Design - 2004

Variáveis de Entrada Variáveis de Saída

Velocidade [km/h] Carga de Projeto [t] Material CBR [%] Espessura [cm] Largura [cm] 25 44 Turfa < 2 > 85,0 600 25 44 Argila Pesada 2 70,0 550 25 44 Argila Siltosa 3 55,5 550 25 44 Argila Arenosa 4 47,5 540 25 44 Areia Saturada 7 32,5 540 25 44 Areia Fina 10 25,0 540 25 44 Areia Cascalha. 20 15,0 540

2.1.2.5 Método do DCP – Dynamic Cone Pernotometer

Trata-se de um método que permite fazer a avaliação do subleito no local, originalmente australiano, mas aperfeiçoado pelos Sul Africanos entre 1960 e 1970 (MTPW, 2013). Em 1980, foi desenvolvido um programa computarizado que permitia dimensionar a espessura das camadas de estradas cascalhadas para estradas seladas. O método apresenta as seguintes variáveis de entrada:

T → Período de projeto; N → Tráfego de projeto;

LE → Classe de tráfego de acordo estudos na região Sul de África ; DN Requerido → Perfil de resistência requerido ;

DN In Situ → Perfil de resistência da camada 𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑡𝑢 calculado pelo software DCP; Correlação entre DN → CBR.

A classe do tráfego é apresentada na Tabela 6. Esta metodologia é baseada na comparação entre o perfil de resistência da camada in situ (no local) e o perfil de resistência requerido em função do volume de tráfego do projeto. Se o perfil de resistência requerido é maior que o perfil de resistência da camada in situ deve-se reforçar o subleito com uma nova camada mais resistente, com o DN (nº de golpes necessário para penetração no solo) menor ou igual ao requerido, uma vez que a espessura das camadas é fixa.

Tabela 6 - Classes de tráfego por projeto de pavimento

Classe de Tráfego Número Acumulado de ESA’s _{(CESA – uma direção)}

LE 0,01 0,003 - 0,01 LE 0,03 0,01 - 0,03 LE 0,10 0,03 - 0,10 LE 0,30 0,10 - 0,30 LE 0,70 0,30 - 0,70 LE 1,0 0,70 - 1,0 Fonte: Adaptado de MTPW (2013)

O perfil de resistência requerido por camada, em função do volume ou classe de tráfego é apresentado na Tabela 7.

Tabela 7 - Catálogo de projeto DCP para diferentes classes de tráfego

Fonte: Adaptado de MTPW (2013)

O diagrama de resistência ou força da camada mínima requerida para diferentes classes de tráfego é apresentado em forma de gráfico na Figura 3, isto é, em número de golpes para causar determinada profundidade (DN). Cada classe de tráfego é apresentada por uma reta/cor.

A relação DN – CBR é calculada através da fórmula proposta no MTPW (2013). Assim, podemos calcular o valor do CBR requerido em função do DN através da Equação (2.3). CBR = 410 ∗ DN−1,27 _(2.3) Classe de Tráfego E80 * 10⁶ LE 0.01 0.003 – 0.01 LE 0.03 0.01 – 0.03 LE 0.1 0.03 – 0.1 LE 0,30 0.1– 0,3 LE 0,70 0.3– 0,7 LE 1,0 0.7– 1,0 0-15 cm Base ≥ 98% MAASHTO DN ≤ 8 DN ≤ 5,9 DN ≤ 4 DN ≤ 3,2 DN ≤ 2,6 DN ≤ 2,5 15-30 cm S.Base ≥ 95% MAASHTO DN ≤ 19 DN ≤ 14 DN ≤ 9 DN ≤ 6 DN ≤ 4,6 DN ≤ 4,0 30-45 cm Subleito ≥ 95% MAASHTO DN ≤ 33 DN ≤ 25 DN ≤ 19 DN ≤ 12 DN ≤ 8 DN ≤ 6 45-60 cm Material in situ DN ≤ 40 DN ≤ 33 DN ≤ 25 DN ≤ 19 DN ≤ 14 DN ≤ 13 60-80 cm Material in situ DN ≤ 50 DN ≤ 40 DN ≤ 39 DN ≤ 25 DN ≤ 24 DN ≤ 23 DN 800 ≤ 39 ≤ 52 ≤ 73 ≤ 100 ≤ 128 ≤ 143

Figura 3 - Diagrama de resistência de camada para várias classes de tráfego

Fonte: MTPW (2013)

Após análise comparativa entre os diferentes métodos ou critérios de projeto estudados para dimensionamento de camadas superiores de estradas não pavimentas, chegou-se às seguintes conclusões:

a) As variáveis CBR e N estão presentes em todos os métodos de dimensionamento. O aumento do valor de CBR diminui a espessura do pavimento, e o aumento de N provoca o contrário, aumentando a espessura do pavimento, comportamentos observados em todos os métodos. No método de Hammitt, a espessura do pavimento mostrou-se sensível à variável P (carga unitária da roda), verificando-se o oposto relativamente à variável “r” (máxima deformação de projeto) da equação de Giroud e Noiray. Contudo, verificou-se que o CBR é a variável mais sensível entre os cinco métodos de dimensionamento estudados.

b) É interessante fazer-se o emprego do método do DCP, quando se pretende dimensionar e construir uma via não pavimentada com um volume de tráfego maior. c) Existe uma enorme necessidade de se desenvolver critérios de dimensionamento que se apliquem em regiões com clima e solo local específico, que sejam economicamente viáveis e apresentem um bom coeficiente de segurança. d) Na revisão bibliográfica constatou-se que o Brasil ainda não dispõe de manual com método de dimensionamento de espessura de camadas superiores para vias deste porte, contudo, é recomendado pelas especificações construtivas de revestimentos primários o emprego de camadas com no mínimo 10 cm de espessura.

e) Entre os três principais modelos analisados (Hammitt, Giroud e Austroads), verificou-se uma variação entre as espessuras menores, maiores e médias de 17,30%, isto é, de 2 a 4 cm, sendo que a equação de Hammitt é mais conservadora e a favor da segurança no dimensionamento da espessura de camadas de estradas não pavimentadas.