3 MÉTODO DE PESQUISA
Neste capítulo será descrita a estratégia de pesquisa, o delineamento em forma de figura e descrito em texto, o local de simulação do corredor de ônibus e o procedimento para realização do dimensionamento. Também serão descritos de forma detalhada e separados por itens, os dados de entrada principais comuns a todas as metodologias de dimensionamento.
3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA
A pesquisa se classifica do ponto de vista de sua natureza como aplicada, pois, objetiva gerar conhecimentos para aplicação prática dirigidos à solução de problemas específicos e por envolver verdades e interesses locais.
Pela forma de abordagem do problema classifica-se como qualitativa. Conforme Prodanov e Freitas (2013) esse tipo de pesquisa considera que há uma relação dinâmica entre o mundo real e o sujeito, e o ambiente natural é a fonte direta para coleta de dados e o pesquisador é o instrumento-chave.
Do ponto de vista dos seus fins classifica-se como descritiva, pois visa observar, registrar, analisar e ordenar dados, sem manipulá-los, isto é, sem interferência do pesquisador. Segundo Prodanov e Freitas (2013) envolve o uso de técnicas padronizadas de coleta de dados, como questionário e observação sistemática e assume, em geral, a forma de levantamento.
Quanto aos procedimentos técnicos, classifica-se como bibliográfica, pois é elaborada a partir de materiais já publicados, com o objetivo de colocar o pesquisador em contato direto com o material já escrito sobre o assunto da pesquisa; e experimental, pois caracteriza-se por manipular diretamente as variáveis relacionadas com o objeto de estudo.
3.2 DELINEAMENTO
A pesquisa foi realizada conforme as etapas descritas a seguir, as quais estão representadas em forma de fluxograma na Figura 12.
Fonte: Autoria própria (2018)
No primeiro momento foi realizada uma revisão bibliográfica a fim de obter um maior entendimento acerca do tema abordado, que abrange a mecânica dos pavimentos, características e tipos de pavimentos rígidos, métodos de dimensionamento e cada uma das variáveis de entrada utilizadas. Para tal, foram utilizados livros relacionados com a área, artigos científicos, periódicos, normas e teses de mestrado e doutorado.
Finalizada a revisão bibliográfica, buscou-se a definição de um local de simulação do corredor de ônibus, e após isso a etapa seguinte foi a de pesquisa, coleta e levantamento de dados fundamentais para este trabalho. Esta etapa foi realizada através de pesquisas de campo, pesquisas em outras aplicações semelhantes ao assunto abordado, coleta de material e ensaio em laboratório. Todos estes dados serão descritos detalhadamente nos próximos itens.
Após todos os dados definidos, foram realizadas suas aplicações nas metodologias de dimensionamento propostas seguindo suas normas específicas, com a finalidade de determinar as espessuras das placas de concreto do pavimento rígido utilizado como simulação de um corredor de ônibus, e realizar uma comparação entre os resultados obtidos, além de analisar os critérios utilizados por cada método.
Por fim, na última etapa como conclusão foi realizada uma síntese acerca do trabalho desenvolvido, aliando os objetivos propostos com os resultados obtidos.
3.3 LOCAL DE SIMULAÇÃO DO CORREDOR DE ÔNIBUS
O local escolhido para a simulação do corredor de ônibus desta pesquisa localiza-se no centro do município de Cruz Alta – RS, na Avenida General Osório, próximo à Prefeitura Municipal, conforme destacado com um retângulo vermelho na Figura 13, obtida do serviço online de pesquisa e visualização de imagens em satélite Google Maps.
Fonte: Adaptado de Google Maps (2018)
Foi escolhido esse local porque nas proximidades da Praça General Firmino de Paula, atualmente existe uma parada de ônibus, conforme mostra a Figura 14. A localização no centro, em uma das ruas principais da cidade, tem o maior fluxo de ônibus urbanos do município. Todas as linhas passam nesse ponto, em diversos momentos do dia transportando passageiros.
Fonte: Autoria própria (2018)
Figura 13: Localização do local de simulação do corredor de ônibus
3.4 NÚMERO DE REPETIÇÕES DIÁRIAS E DEFINIÇÃO DE CARGAS
Para a determinação do número N no caso de pavimentos rígidos, há a necessidade de conhecer, para o período de projeto estipulado em anos, os números de repetições dos diferentes eixos, grupados em intervalos de carga (DNIT, 2006b). Os três métodos escolhidos para a pesquisa utilizam o número de repetições diárias como dado de entrada no dimensionamento, porém somente o método proposto pela Highways Agency não considera as cargas a que o pavimento estará sujeito.
Nos dimensionamentos a carga para cada eixo normalmente é definida através de pesagens em balanças, baseando-se nas cargas máximas legais permitidas pela Legislação, conforme especificado pela Figura 15.
Fonte: DNIT (2008)
Nesta pesquisa foram definidos três tipos de carga para cada eixo, levando em consideração o peso do veículo sem carga transportada (tara) e o peso transportado que corresponde ao volume de passageiros. Conforme DNIT (2008) tara corresponde ao peso próprio do veículo, acrescido dos pesos da carroçaria e equipamento, do combustível, das ferramentas e acessórios, da roda sobressalente, do extintor de incêndio e do fluido de arrefecimento, expresso em quilogramas.
Nesse contexto, para o levantamento do número de eixos diários e definição das cargas para a pesquisa, primeiramente foi realizada uma pesquisa de campo com a empresa de transportes Nossa Senhora de Fátima, responsável pelas linhas de ônibus urbanos do município de Cruz Alta. O objetivo do contato com esta empresa foi para a determinação do fluxo diário
de ônibus urbanos que trafegam no local escolhido para a simulação do corredor de ônibus, e também para obter informações acerca dos modelos de veículos utilizados.
Foi obtido que trafegam 16 linhas com ponto de passagem diária pelo local de simulação, e assim considerando somente o fluxo de ônibus que trafegam em um sentido da via, foram registrados todos os horários de passagem de cada linha por esse local e montados em uma tabela, conforme mostra o Apêndice A, podendo assim quantificar o fluxo de cada linha e o fluxo total diário de ônibus. O fluxo diário total resultou em 161 veículos.
As informações obtidas pela empresa a respeito dos veículos utilizados foi que atualmente só há um modelo de ônibus operando as 16 linhas, cuja marca é Mercedes Benz e modelo Marcopolo Torino G7. Os tipos de eixos que o compõem são eixo simples de roda simples (ESRS) o dianteiro, e eixo simples de roda dupla (ESRD) o traseiro. A Figura 16 mostra o modelo de ônibus utilizado pela empresa.
Fonte: Welter (2017)
Em seguida através de observações visuais diárias próximas ao local, foi possível determinar um volume médio de passageiros transportado por intervalos de horários, e assim caracterizar o ônibus em função da carga transportada, como vazio (sem passageiros), médio (lotação média, todos passageiros sentados) e cheio (lotação máxima, passageiros sentados e em pé), para cada intervalo de horário, conforme mostra a Tabela 9. Em seguida foi realizado um somatório do fluxo total de veículos para cada caracterização de volume transportado, conforme mostra a Tabela 10.
Fonte: Autoria própria (2018)
Fonte: Autoria própria (2018)
Em posse das informações de marca e modelo do ônibus, foi possível encontrar no site Via Circular (201-?), que contém informações sobre ônibus e transportes coletivos com ênfase em dados técnicos, o peso sem carga transportada (tara) do veículo e capacidade de passageiros buscando um modelo mais similar possível. O valor encontrado para o peso sem carga transportada foi de 8770 Kg, e a lotação máxima de 50 passageiros sentados.
Em seguida, passou-se para a etapa de calcular o peso transportado pelo veículo. Através de pesquisas pode ser constatado que um ônibus urbano desse modelo, quando transpassada a capacidade de passageiros sentados, normalmente transporta mais 20 passageiros em pé, o que pôde ser confirmado através de observações visuais nos horários com mais passageiros. Dessa forma, para um ônibus cheio, foi utilizado 70 passageiros, e multiplicando por um peso médio estimado de 70 Kg para eles, obteve-se o peso total transportado para um volume cheio. E para um ônibus com volume médio, foi utilizado a metade, 35 passageiros, e multiplicando pelo
Tabela 9: Caracterização do fluxo por intervalo de horário
mesmo peso médio de anteriormente, 70 Kg, obteve-se o peso total transportado para volume médio. A Tabela 11 mostra o desenvolvimento e o resultado destes cálculos, em Kg e t.
Fonte: Autoria própria (2018)
Para os ônibus que trafegavam praticamente vazios, sem passageiros, foi considerado somente o peso próprio do ônibus, 8,7 toneladas, conforme obtido anteriormente. Em seguida foi somado os dois volumes de passageiros calculados, médio e cheio ao peso do ônibus sem carga transportada, e obteve-se os pesos finais considerando a carga transportada, conforme mostra a Tabela 12.
Fonte: Autoria própria (2018)
Conforme pesquisas realizadas em manuais e normas de tráfego, não há nenhuma especificação acerca de como distribuir o peso do veículo vazio para cada eixo, exceto realizando uma pesagem em balança de cada eixo. Na ausência de valores de pesagem para o veículo de estudo, baseou-se valores de pesagens de ônibus do DNIT (2006b), os quais constam em toneladas o peso para ESRS e ESRD, conforme mostra a coluna 2C da Tabela 13.
Fonte: DNIT (2006b)
Tabela 11: Cálculo do peso transportado pelo ônibus
Tabela 12: Peso final dos veículos
Realizando uma média de todos os valores de pesos por eixos com os pesos totais dos veículos, foi possível observar que os eixos simples de rodas duplas ocupam cerca de 60% do peso do veículo, por possuírem duas rodas a mais que os de roda simples. Nesse contexto, para o peso vazio do veículo de estudo foram calculados os pesos dos eixos estimando 60% do peso total para ESRD e 40% para ESRS.
Para os veículos com carga transportada, considerou-se que a carga de passageiros é distribuída uniformemente dentro do veículo, dessa forma foram divididos os valores totais de carga transportada metade para cada eixo para os volumes médio e cheio, resultando nos valores finais mostrados pela Tabela 14. Foi possível observar que nenhum peso ultrapassou a carga máxima legal por eixo permitida pela Legislação.
Fonte: Autoria própria (2018)
Juntando os valores de pesos da Tabela 14 com os números de repetições diárias de eixos da Tabela 10, obteve-se o número de repetições diárias por eixo para cada carga, conforme mostra a Tabela 15.
Fonte: Autoria própria (2018) 3.5 PERÍODO DE PROJETO
A ABCP (1998) recomenda, levando em consideração aspectos convencionais do concreto, como por exemplo a dificuldade de uma avalição com precisão do crescimento do tráfego no Brasil, adotar um período de projeto de no mínimo 20 anos.
Tabela 14: Relação final peso de eixos
Considerando a utilização de pavimentos de placas de concreto de cimento Portland, cujo material é bastante conhecido por possuir uma vida útil elevada, para a pesquisa foi utilizado período de projeto de 30 anos para os três métodos de dimensionamento.
3.6 CARACTERÍSTICAS DAS CAMADAS DO PAVIMENTO 3.6.1 Subleito
Para representar o subleito do pavimento que será dimensionado, foi coletado uma amostra de 50 Kg de um solo argiloso típico do município de Cruz Alta – RS, e depois realizados os ensaios específicos, Compactação e Índice de Suporte California com a finalidade de encontrar o CBR deste solo.
O local de coleta da amostra de solo localiza-se na RS-342 próximo a um dos trevos de acesso do município, local composto por jazidas de solo onde seguidamente são realizadas escavações para pesquisas semelhantes. A Figura 17 mostra uma foto do local no dia da coleta. Após a coleta a amostra foi levada para o laboratório do DNIT/ RS – Unidade local de Cruz Alta para secagem na estufa, e posterior realizar os ensaios característicos, que serão descritos nos próximos itens.
Fonte: Autoria própria (2018) 3.6.1.1 Ensaio de Compactação
Antes da realização do ensaio de compactação, primeiramente foi realizado o preparo das amostras, segundo as especificações da NBR 6457/2016 – Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização (ABNT, 2016a).
Na sequência, procedeu-se ao ensaio de Compactação, seguindo as especificações da NBR 7182 – Ensaio de Compactação (ABNT, 2016b). A Figura 18 especifica as energias de compactação utilizadas neste ensaio, e suas características.
Fonte: ABNT (2016b)
O resultado deste ensaio é uma curva de compactação de formato parabólico, traçada em um plano cartesiano tendo nas abcissas o teor de umidade e nas ordenadas as massas específicas aparentes secas respectivas, e o pico da curva de compactação determina a densidade máxima aparente e a umidade ótima para a amostra (ABNT, 2016b).
3.6.1.2 Ensaio índice de suporte California (ISC)
Após finalizado o ensaio de compactação, procedeu-se ao ensaio do Índice de Suporte California, que foi realizado de acordo com as especificações da NBR 9895 – Índice de Suporte California (ABNT, 2016c).
De acordo com ABNT (2016c)para este ensaio utiliza-se cilindro e soquete grande, nas três energias: normal (12 golpes), intermediária (26 golpes) e modificada (55 golpes), respectivamente por camada, num total de cinco camadas, e a umidade ótima utilizada é a determinada no ensaio de compactação. Ainda em conformidade com ABNT (2016c) a determinação do ISC da amostra é realizada em função da pressão aplicada pelo pistão de uma prensa no corpo de prova com a pressão padrão.
3.6.2 Sub-base
Por tratar-se de um tráfego considerado baixo, 161 veículos por dia, e por ser um material bastante utilizado na região, foi escolhido para o dimensionamento sub-base granular, de material Brita Graduada Simples (BGS), caracterizado por Hermes (2013) conforme mostra a Tabela 16, o qual encontrou os valores dos parâmetros através de ensaios específicos.
Fonte: Adaptado de Hermes (2013) 3.6.3 Placa de concreto
A placa de concreto será constituída de juntas com barras de transferência de esforços. Para as resistências características do concreto da pesquisa, com intuito de ter confiança nos valores a serem empregados, foram utilizados valores usuais encontrados em pesquisas da Unijuí.
Para resistência característica à tração na flexão (fctM,k) foi utilizado da pesquisa de Demari (2014), 3,8 MPa; e para a resistência característica a compressão aos 28 dias (Rc) foi utilizado da pesquisa de Santos (2018), 38 MPa. Foram utilizados valores de dois autores para o mesmo concreto, em virtude de serem valores mais comuns utilizados em pavimentos rígidos. 3.7 DIMENSIONAMENTO
O dimensionamento em cada uma das metodologias propostas foi realizado numa sequência padrão, seguindo as especificações mostradas no Capítulo 2 desta pesquisa, nos itens referentes a cada metodologia. Primeiramente foi calculado o tráfego de projeto, em seguida inserindo os dados do subleito e da sub-base e por fim realizada uma análise em relação a espessura obtida para a placa de concreto, objetivo principal da pesquisa. Todos os resultados destes dimensionamentos serão mostrados de forma detalhada no capítulo seguinte.
Foi montada e utilizada uma planilha do programa Excel para cada método, com o objetivo de facilitar os cálculos e a precisão dos resultados, baseando-se nos exemplos
propostos pelas bibliografias, conforme mostra o Anexo B a planilha modelo do método PCA/84 e o Anexo C do método IP-07. Por possuir um procedimento de dimensionamento diferente dos outros métodos, a bibliografia do método proposto pela Highways Agency não dispõe de um modelo de planilha, ficando assim o procedimento de dimensionar por este método a cargo do projetista.
4 RESULTADOS
Este capítulo é dedicado aos resultados dos ensaios de laboratório e do dimensionamento pelas metodologias propostas, explicando de forma detalhada e realizando comentários referentes aos mesmos e análise dos resultados obtidos. Os procedimentos adotados na execução seguem o que está escrito no método de pesquisa.
4.1 ENSAIOS DE LABORATÓRIO
Após a secagem total da amostra de campo aos 100ºC na estufa, foi realizada a preparação das amostras, através do destorroamento dos grãos de solo em bandejas com auxílio de martelo e espátula, e depois passados os grãos na peneira de 4,8 mm, obtendo a quantidade necessária de amostra destorroada para realização dos ensaios. A Figura 19 representa os procedimentos de preparação da amostra.
Fonte: Autoria própria (2018)
Terminada a preparação das amostras, procedeu-se a realização do ensaio de Compactação na energia normal, que é a mais indicada para material de subleito, através do cilindro grande com 5 camadas, e para cada camada eram deferidos 12 golpes de soquete, e depois a amostra era pesada em uma balança. Esse procedimento foi realizado 5 vezes acrescentando água a amostra de solo, com a finalidade de calcular as densidades do material úmido, e posteriormente calcular as densidades aparentes do material seco.
Após encontrados através de cálculos os valores das densidades das 5 amostras úmidas, foi possível gerar um gráfico parabólico das densidades aparentes do material seco em função da umidade, e assim através do pico máximo da parábola foi obtida a densidade aparente máxima do material seco, 1,705, e a umidade ótima, 20,1 %. A Figura 20 mostra o gráfico parabólico gerado com os resultados indicados.
Fonte: Autoria própria (2018)
Após terminado o ensaio de Compactação, sobre o último corpo de prova utilizado foi colocado o prato perfurado com haste de expansão, e sobre ele dois discos anelares e o extensômetro. Em seguida este conjunto foi imerso em um tanque com água, e assim realizada a leitura inicial de expansão. Terminado o período de imersão de 72 horas, foi realizada a leitura final de expansão com variação de 0,01 mm, o qual resultou em 0,010%. Em seguida procedeu- se ao ensaio de penetração com o corpo de prova na prensa, conforme mostra a Figura 21, realizando penetrações de 30 em 20 segundos durante 6 minutos.
Fonte: Autoria Própria (2018)
Fonte: Autoria própria (2018)
Obtidas as leituras da penetração, foi traçado um gráfico contendo os valores de pressão padrão em função dos valores de pressão aplicados ao pistão, e assim obtido o valor do CBR. O valor do CBR final do solo foi calculado com auxílio de uma planilha do Excel, e resultou no valor e 12%, valor este considerado alto para subleito, conforme as especificações das metodologias de dimensionamento utilizadas.
4.2 DIMENSIONAMENTO 4.2.1 Método PCA/84
O primeiro passo deste dimensionamento foi calcular o número de repetições previstas no período de projeto, sendo que para isso foram utilizados os valores da Tabela 15. Inicialmente calculou-se o número de repetições diárias aplicando taxa de crescimento com projeção geométrica, utilizando a Equação 1 desta pesquisa.
O ano utilizado para esta equação foi o 30, pois é o último ano decorrido para o período de projeto escolhido, e a taxa de crescimento utilizada foi de 3%, levando em consideração aspectos socioeconômicos e de crescimento de tráfego do município. Por fim, para o cálculo do número de repetições totais no período de projeto, foi utilizada a Equação 2, com período de
projeto de 30 anos. Todos estes resultados estão mostrados separadamente por colunas na Tabela 17.
Fonte: Autoria própria (2018)
O próximo passo foi a obtenção do valor de k do sistema subleito/ sub-base utilizando as tabelas propostas pela ABCP (1998), entrando com os dados de sub-base granular e CBR do subleito de 12%. A espessura escolhida para a sub-base foi de 20 cm, valor bastante comum utilizado em projetos, contando que as mesmas não são recomendadas muito espessas. O valor final de k obtido foi 69 MPa/m, conforme destacado na Figura 22.
Fonte: Adaptado de ABCP (1998)
Figura 22: Aumento de k devido a presença de sub-base granular Tabela 17: Cálculo do nº de repetições totais no período de projeto
Após definido o valor de k, buscou-se os valores de tensão equivalente e fator de erosão para eixos simples nas tabelas propostas por DNIT (2004), para pavimento rígido sem acostamento de concreto e juntas compostas de barras de transferência. O valor inicial escolhido para a espessura da placa foi 20 cm, para o qual será feita a análise de fadiga e erosão, e dependendo destes resultados este valor será mantido ou alterado.