Defeitos de Escorregamentos do Revestimento Asfáltico

A ação da carga do tráfego sobre o pavimento provoca deformações dos tipos permanente e recuperável. A deformação permanente é definida por Moura (2010) e Sales (2008) como o acúmulo de pequenas parcelas de deformação não recuperável, resultante da aplicação das cargas dos veículos.

Entre as deformações permanentes em pavimentos, têm-se as descritas como escorregamentos do revestimento asfáltico, ou slippage. Estas deformações ocorrem por ruptura ao cisalhamento do revestimento e/ou da interface de ligação, que por consequência geram deformações plásticas de afundamento nas trilhas de rodas de depressões, solevamentos e trincamentos superficiais de cima para baixo. Esses defeitos ocasionam irregularidades na superfície do pavimento, que por sua vez, tem consequência direta na redução dos níveis de segurança e do conforto ao rolamento, além do aumento do custo operacional das aeronaves.

O escorregamento é o movimento horizontal do revestimento ocasionado pelos esforços tangenciais, transmitidos pelos eixos dos veículos aos materiais constituintes do pavimento, que são suficientes para causar cisalhamento e promover deslizamento no interior da mistura asfáltica e/ou na interface entre as camadas. Segundo os

pesquisadores estadunidenses Wang e Al-Qadi (2010) um dos fatores principais que causam degradações nas proximidades da superfície do pavimento é o comportamento tensão-deformação, causado pelas tensões de contato pneu- pavimento nesse entorno.

A Figura 4 ilustra os esforços tangenciais gerados pela interação pneu- pavimento e as deformações na superfície.

Figura 4 – Iteração pneu-pavimento.

Segundo Horak et al. (2009) a interação entre os pneus dos veículos e a superfície do pavimento é complexa. No entanto, sabe-se que as causas do escorregamento é de origem da ação das forças normais e cisalhantes oriundas da passagem do pneu sob o pavimento (WHITE, 2015). A carga vertical é a carga padrão usada em projetos de pavimento, no entanto, a carga horizontal é a principal causa das tensões de cisalhamento do pavimento, devido ao efeito do esforço de corte horizontal (RAAB, 2009).

Estas tensões cisalhantes, segundo Nuñez et al (2011) é um dos fatores que mais afeta o desempenho de pavimentos asfálticos, se esta tensão for suficientemente elevada, poderá ocorrer ruptura por cisalhamento, que resultará em deformações plásticas na camada asfáltica.

Estas forças cisalhantes aumentam significativamente em áreas de ocorrência de operações de frenagem e de aceleração. Neste caso, as misturas asfálticas nessas áreas devem ser cuidadosamente projetadas para dar maior resistência ao corte, permitindo-lhes resistir à deformação por cisalhamento.

Para se ter uma ideia da distribuição dos esforços de cisalhamento em função da profundidade, Su et al (2008) usando modelagem de elementos finitos, concluíram

que a força de cisalhamento máxima ocorreria em torno de 60 mm abaixo da superfície do pavimento. Entretanto Uzan et al. (1978) sugeriram que o pico de tensão de cisalhamento ocorreria em torno do ponto médio da camada superficial e Horak et al. (2009) por meio de análise elástica em camadas, determinou que as forças de cisalhamento atingiram o pico na superfície e reduziram rapidamente com a profundidade.

Su et al. (2008) estudaram ainda a relação entre a espessura da camada do revestimento asfáltico e a tensão de cisalhamento máxima e constatou que para camadas de 100mm a 300 mm de espessura, a tensão de cisalhamento máxima permanece quase constante. Isto é ilustrado na Figura 5, que mostra que uma camada de mistura de asfalto mais fina não conduz a uma tensão de cisalhamento significativamente maior que uma camada mais grossa. No entanto, uma camada mais fina leva a um risco de enrugamento mais elevado quando comparado com uma camada mais grossa.

Figura 5 – Esforço de cisalhamento em diferentes espessuras de camadas de mistura asfáltica.

Fonte: Adaptado de Su et al (2008).

O DNIT (2006) lista uma série de fatores que podem ocasionar escorregamento do pavimento rodoviário que podem ser estendidos para as análises dos pavimentos aeroportuários, são eles:

 Ligação inadequada entre o revestimento e a camada sobre a qual este se apoia;

 Inércia limitada do revestimento asfáltico em virtude de sua reduzida espessura;

 Compactação deficiente das misturas asfálticas ou da porção superior da camada de base; e

 Fluência plástica do revestimento na ocorrência de temperaturas elevadas. Para Mooren et al. (2014) a causa principal pode decorrer de diversos fatores, tais como: práticas de construções inadequadas, má seleção de materiais, alta frequência de carregamento e elevadas tensões de cisalhamento no pavimento devido a frenagem, aceleração e às forças centrífugas cisalhantes induzidas durante as curvas.

Já para Bognacki et al (2007) e Cook (2014) as causas mais frequentes para esse tipo de defeito, refere-se a baixa resistência do revestimento asfáltico (uso de agregados inadequados) e a fraca aderência entre duas camadas do pavimento, fazendo com que a camada superficial se desprenda da camada de base subjacente. Neste caso, para Meija et al (2008) conseguir a capacidade de apoio desejada de uma estrutura de pavimento e, como resultado, uma vida útil mais longa, é essencial uma aderência suficiente entre as camadas de pavimento.

Outro fator responsável pela ocorrência de slippage, refere-se a incompatibilidade de rigidez entre as camadas adjacentes, que propicia o surgimento de elevadas tensões radiais entre os pontos logo acima e abaixo da interface, conforme apresentado na Figura 6. Quanto maior a diferença entre os módulos das camadas, maior será a diferença de configurações de eixos neutros (comportamento independente) e maiores serão as tensões cisalhantes geradas na interface e assim uma possível ocorrência de deslizamento.

Figura 6 – Ilustração de ligação entre camadas: (a) total ligação (b) falha de ligação.

Os esforços de tração das cargas de roda ao excederem a resistência ao cisalhamento do revestimento asfáltico e/ou da aderência da interface de ligação, causam, inicialmente, nos locais de aplicação das cargas trincas em formato de meia lua, que na ausência de manutenção evoluem para fluência plástica de depressão e solevamento, podendo ocasionar até o escorregamento total do revestimento asfáltico e expor a camada subsequente do pavimento. Bognacki et al (2007), afirmam que os problemas de slippage em pavimentos de aeródromos são frequentemente precedidos por falhas de deslizamento que podem ser detectadas pela presença de sulcos curvos na superfície ou fissuras em forma de meia lua com duas extremidades apontadas na direção do tráfego.

Os problemas de escorregamento são particularmente mais graves nos pavimentos dos aeródromos, devido à maior carga de tráfego aplicada pelos aviões (MEIJA et al 2008). A Figura 7 exemplifica um caso de escorregamento onde verifica- se a ocorrência das trincas parabólicas e da fluência plástica presentes na cabeceira da pista de pouso e decolagem do Pavimento do Aeroporto Internacional de Natal.

Figura 7 – Escorregamento do revestimento asfáltico do pavimento aeroportuário nas áreas de aceleração (a) e frenagem (b).

Estes defeitos por se tratarem da transferência de esforços do pneu para o pavimento, são encontrados em regiões de aceleração, de desaceleração e em regiões curvas, além de rampas acentuadas (aclives ou declives), curvas horizontais de raio pequeno, interseções entre pistas e próximo a paradas de ônibus ou obstáculos (FAA, 2014).

No âmbito dos aeródromos, os defeitos de escorregamento do revestimento asfáltico ocorrem com mais frequência nas cabeceiras das pistas devido as ações de aceleração e de frenagem. Cook (2014) afirma que devido a força cisalhante de

rotação, estes defeitos podem surgir também nas áreas curvas de intercessão das pistas de taxiamento com a de pouso e decolagem. A Figura 8 representa as ações das forças normal, cisalhante de frenagem e cisalhante de rotação nas áreas de frenagem e curvatura de um pavimento aeroportuário.

Além da ação dessas três forças, segundo Mooren et al (2014) o pavimento ainda está propício a ação de outra força cisalhante, oriunda da rigidez das engrenagens principais do trem de pouso que gera um desalinhamento dos dois eixos dianteiros com relação ao ponto de articulação, conforme mostra a Figura 9.

Figura 8 – Superposição das forças nas áreas de frenagem e curvatura em um pavimento aeroportuário.

Fonte: Cook (2014).

Diante deste contexto, é necessário utilizar de métodos que impeçam os esforços de cisalhamento excederem a resistência ao cisalhamento, tanto do revestimento asfáltico como da aderência entre as camadas de ligação. Para isto, é necessário que se utilize de procedimentos tais como:

 Utilizar de aplicações de pintura de emulsão entre a superfície existente e a camada futura, para assegurar que as duas camadas funcionem como um pavimento homogêneo;

 Construir camada de revestimento com espessura adequada para dissipar os esforços de cisalhamento, além da utilização de métodos;

 Realizar ranhuras transversais na superfície do pavimento existente para aumentar a aderência entre as camadas.

Figura 9 – Representação do desalinhamento dos eixos das rodas do trem de pouso.

Fonte: Mooren et al. (2014).

Os métodos para a avaliação da ligação de interfaces de misturas asfálticas podem ser por meio de ensaios de cisalhamento direto, aplicado na interface de ligação de corpos de prova extraídos das camadas de revestimento asfáltico, ou por meio de retroanálise dos dados de ensaios não-destrutivos do tipo FWD, que segundo Mejia et al (2008) os módulos de rigidez retroanalisados das camadas asfálticas podem ser utilizados como parâmetros para determinar a qualidade da ligação entre elas, por intermédio da compatibilidade de rigidez.

Dentre os ensaios de cisalhamento direto, o mais difundido é o ensaio Leutner

Shear Test. A Figura 10 ilustra o equipamento desenvolvido por Leutner para

Figura 10 – Equipamento do ensaio Leutner Shear Test.

Fonte: Raab et al (2009).

Este ensaio consiste na aplicação de uma força de corte vertical, a uma taxa de carregamento constante de 50 mm/min e temperatura controlada a 20 °C, na interface de ligação entre as camadas de revestimento asfáltico de corpos de prova extraído do campo ou produzido em laboratório. A ligação entre camadas é avaliada por meio da medição da força de corte máxima (kN) e do deslocamento (mm). Este ensaio é finalizado quando a deformação do corpo de prova atinge o valor de 7 mm.