Fatores que condicionam o desempenho dos pavimentos asfálticos frente à irregularidade longitudinal

Rodrigues (1991) e Fontenele (2011) destacam que a deterioração do pavimento não está limitada apenas ao carregamento transferido pelo tráfego, mas

também ao material usado na estrutura e às condições ambientais. Rodrigues (1991) considera que a deterioração dos pavimentos asfálticos ocorre pelo surgimento de fissuras no revestimento, ocasionadas pela fadiga provocada pelo carregamento do tráfego, atrelado ao aparecimento de afundamentos em trilha de roda em decorrência do acúmulo de deformações permanentes nas camadas que constituem a estrutura.

Prozzi (2001) destaca o importante aspecto da condicionante estrutural associado ao trincamento por fadiga e às implicações de segurança relacionadas aos afundamentos em trilha de roda. Todavia, desde o estudo iniciado por Paterson (1987), a qualidade de rolamento, representada pela irregularidade, mostrou-se um dos mais relevantes indicadores do desempenho do pavimento quando este é avaliado do ponto de vista econômico.

Prozzi (2001) e Wang (2006), pesquisadores que desenvolveram modelos de previsão de irregularidade longitudinal, concluíram que diferentes tipos de defeitos e atividades de manutenção impactam na progressão dos índices de conforto de rolamento. Prozzi (2001) elogia, dentre os modelos existentes na época, aqueles que tentavam incorporar todos os fatores (individualmente ou interagindo entre si), resultando em previsões de complexa aplicação rodoviária. Todavia, o autor ressalva a aplicabilidade limitada e os erros estatísticos existentes em alguns deles.

AASHTO (2008) interpreta o IRI como um índice que, ao ser representado por modelagens numéricas, deva ser considerado como função das trincas longitudinais, transversais e couro-de-jacaré, da deformação permanente, juntamente com o clima, características do subleito, idade de operação do pavimento ou solicitações transmitidas pelo tráfego.

Os fatores associados ao tráfego assumem importância destacada e são mencionados em grande parte dos modelos de previsão dos critérios limites de vida útil, não só referentes à irregularidade, mas também nos mecanismos de ruptura estrutural. Shiyab (2007) afirma que, nessa categoria, podem ser considerados o volume do tráfego, o carregamento dos eixos, o número equivalente de solicitações do eixo padrão (N), a pressão de enchimento dos pneumáticos, o tipo de tráfego atuante, o mecanismo e o tempo de aplicação de carga. De forma geral, o número N é o parâmetro adotado para quantificar o tráfego e confrontar sua evolução com os indicadores de desempenho do pavimento.

A presença dos valores de solicitações de eixo padrão na composição dos modelos que preveem a evolução da irregularidade longitudinal em estruturas de pavimento é frequente, e será demonstrada nos itens que seguem com a discriminação dos modelos. Todavia, alguns trabalhos buscam uma abordagem aprofundada do efeito causado pela composição do tráfego nos parâmetros de irregularidade.

Haider e Harichandran (2010) relacionaram as características da distribuição de carga com o desempenho de pavimentos revestidos por concreto asfáltico. Com a matriz de dados referente a espectros de carga coletados em diferentes estados dos EUA, que foram utilizados para elaborar o MEPDG (AASHTO, 2008), os autores visaram avaliar a evolução da deformação permanente, trincamento por fadiga e irregularidade longitudinal.

Os resultados permitiram concluir que a magnitude das cargas contribui mais para a irregularidade longitudinal do que o próprio número N, sendo esse o parâmetro mais crítico para o desenvolvimento de deformações permanentes precoces.

Fontenele (2011) modelou espectros de carga com diferentes pressões de enchimento dos pneus (80 e 120psi), verificando que, para as estruturas e níveis de confiabilidade adotados pela autora, a adição no valor representativo de enchimento dos pneumáticos também antecipa o encontro da irregularidade prevista com o limite definido pelo projeto. O resultado encontrado pela autora é justificado pelo acréscimo das tensões e deformações ocasionadas na estrutura do pavimento com o aumento das pressões dos pneus. Em uma rotina empírico-mecanicista, o acréscimo de esforços acarreta em uma redução na vida útil da estrutura.

Em relação às condições de superfície da rodovia, os dois principais defeitos visualizados em estruturas pavimentadas revestidas por camadas asfálticas são a presença de trincas e fissuras, ocasionadas pelo processo de fadiga, e a existência de deformações permanentes, representadas pelos afundamentos em trilha de roda. Fernandes Jr (1994) comenta sobre a correlação significativa entre as constatações em pista de deterioração estrutural (trincamento e deformação permanente) e a irregularidade longitudinal.

Lin et al (2003) corroboram da mesma opinião de Fernandes Jr (1994). Os autores afirmam que o aumento na tensão vertical recebida pelo pavimento pela passagem das cargas dinâmicas acelera o processo de abertura de trincas na

superfície, afetando também a drenagem do pavimento, causando perda de capacidade estrutural, possíveis deformações permanentes e, consequentemente, presença de irregularidades longitudinais elevadas.

Sayers (1995) e Hajek et al (1998) relatam a influência da presença de trincas, principalmente aquelas distribuídas transversalmente (causadas pelo efeito térmico), nos resultados dos índices de irregularidade. O MEPDG (AASHTO, 2008) também considera as trincas térmicas, usualmente expostas no perfil transversal, causadas por temperaturas significativamente baixas, como um indicativo importante para a existência de altas irregularidades no local. O documento também menciona as demais configurações de trincamento (longitudinal e couro-de-jacaré, ocasionadas pelo processo de fadiga) como indicativos que contribuem para a evolução da irregularidade.

De forma geral, Odoki e Kerali (2000) e AASHTO (2008) deixam claro nos dois principais modelos internacionais de evolução de irregularidade longitudinal (HDM-4 e MEPDG, detalhados posteriormente nos itens 2.2.6 e 2.2.12, respectivamente) que as componentes de trincamento e deformação permanente têm influência na composição do valor de irregularidade longitudinal.

Lin et al (2003) corrobora com esta afirmação. O autor utilizou 125 pistas para avaliar, com redes neurais, o efeito dos defeitos visualizados na superfície na composição da irregularidade. Os resultados verificaram que tanto a deformação permanente quanto a presença de trincas estão entre as variáveis independentes relevantes na composição do IRI, adotado como variável dependente.

Tratando-se da estrutura e composição do sistema de camadas, Shiyab (2007) afirma que o arranjo e propriedades dos materiais, tais como a distribuição granulométrica e os parâmetros de rigidez (módulo de resiliência e coeficiente de

Poisson), atrelados à concepção do sistema de camadas (espessura dos materiais,

presença de dispositivos de drenagem) podem afetar no desempenho e na vida útil do pavimento, inclusive em termos de irregularidade.

O autor entende que as espessuras das camadas não têm caráter destacado no processo de evolução da irregularidade, mas sim os indicativos de integridade dos materiais, usualmente quantificados, em projetos de reabilitação de pavimentos, pelos parâmetros deflectométricos e de rigidez. Todavia, Shiyab (2007) salienta que a qualidade de rolamento atingida ao final da etapa de construção da rodovia

(IRIINICIAL) é um dos fatores primordiais para a manutenção da trafegabilidade com conforto ao longo do tempo.

Segundo o autor, a irregularidade inicial de uma rodovia, quantificada antes da abertura ao tráfego ou nas idades iniciais de operação da via, é um dos mais importantes indicadores que definem as taxas de deterioração do pavimento frente ao mecanismo de ruptura funcional.

Em relação às características do subleito, as previsões de irregularidade longitudinal não costumam considerar diretamente os parâmetros da fundação do pavimento como um indicativo de evolução acelerada da irregularidade. Mesmo assim, ainda que indiretamente, o subleito é ponderado no número estrutural corrigido (SNC), nos casos em que os índices do material são utilizados na metodologia de cálculo do SNC (exemplo ocorrido no modelo de Queiroz, 1981). AASHTO (2008) indica que problemas de irregularidade causados por solos expansivos, colapsíveis e suscetíveis ao congelamento existem, porém devem ser solucionados na escolha da composição estrutural, não sendo considerados nos critérios de progressão do IRI.

Tratando-se das condições ambientais, Prozzi (2011) considera indiscutível a sua importância no processo de deterioração dos pavimentos e, consequentemente, na evolução da irregularidade. O autor afirma que, mesmo no caso hipotético em que a seção de pavimento não está sujeita a ação do tráfego, a deterioração da estrutura ocorrerá.

Duas são as considerações principais referentes à influência de fatores ambientais no desempenho de pavimentos asfálticos. A primeira delas está ligada ao efeito da temperatura na rigidez da camada asfáltica. A segunda se refere ao efeito da umidade na rigidez das camadas granulares não tratadas (YODER E WITCZAK, 1975; HUANG, 1993; LEKARP et al, 2000).

Shiyab (2007) considera que, dentre os fatores associados às condições ambientais que afetam o desempenho dos pavimentos, deve-se levar em consideração a temperatura, os ciclos de congelamento e descongelamento, a precipitação e a presença de águas subterrâneas. Todavia, é difícil encontrar um modelo matemático que preveja a evolução da irregularidade com uma variável climática abrangente presente no conjunto de parâmetros independentes. Usualmente, modelos de desempenho são elaborados para uma determinada região, sendo aplicáveis às condições climáticas daquele local.

Os parâmetros adotados por modelos de previsão de irregularidade longitudinal atentam de forma mais significativa para a pluviometria; porém, mesmo quando os índices ambientais não são considerados diretamente na concepção do modelo, não se pode relevar a sua existência indireta na progressão da irregularidade longitudinal. Sendo assim, a principal componente que incorpora as condições ambientais é a idade do pavimento, presente na grande maioria dos modelos de previsão de desempenho funcional.

Por fim, Nakahara et al (2006) concluem que o uso de formas de equações clássicas, desenvolvidas sem representar o processo físico da deterioração, muitas vezes não são aplicáveis à progressão funcional das estruturas rodoviárias. Os autores afirmam que não existe um mecanismo principal que possa ser atribuído à irregularidade do pavimento. Além da significância de cada defeito (que pode variar de acordo com a sua severidade), algumas características relacionadas ao projeto e às condições locais também podem afetar a irregularidade longitudinal.

Feita esta contextualização inicial, estão abordados, nos itens que seguem, alguns modelos de previsão de irregularidade longitudinal considerados relevantes no cenário nacional e internacional. Vale salientar que, visando à uniformização das siglas e abreviaturas deste trabalho, algumas variáveis foram mencionadas de forma diferente daquela efetuada nos documentos originais.

Outro comentário pertinente fica por conta dos coeficientes de determinação (R²) das equações apresentadas nos itens que seguem. Algumas publicações citadas não divulgaram os coeficientes de determinação obtidos ao final do processo de regressão que gerou o modelo de previsão de desempenho desenvolvido; desta forma, nos modelos em que este parâmetro estatístico foi informado, o referido valor foi exposto no presente texto.