• Nenhum resultado encontrado

2.3 Métodos de dimensionamento para pavimentos flexíveis

2.3.1 Métodos brasileiros vigentes e suas limitações

Segundo pesquisa realizada pela Concessionária da Rodovia Osório Porto Alegre

S/A -CONCEPA e pela Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT (2009), devido à

escassez das normas brasileiras, vários métodos de projetos são empregados no Brasil.

Projetistas e organismos rodoviários estabelecem suas próprias diretrizes e, portanto, não há

uniformidade nas considerações dos principais parâmetros de projeto, tais como dados de

tráfego, caracterização de materiais, condicionantes climáticas, entre outros.

A metodologia de projeto mais utilizada no Brasil é a de dimensionamento do

extinto DNER (mantido atualmente pelo DNIT). Este método empírico se baseia nos critérios

do CBR, nos trabalhos de Turnbull, Foster e Alhvin (1962), pertencentes ao organismo United

States Army Corps of Engineers (USACE) e nos dados da pista experimental da AASHTO.

Portanto, por meio da simulação dos efeitos de repetições de carga, expresso em número de

solicitações de eixo-padrão de 18.000 libras (80 kN), conforme os fatores de cargas da

metodologia USACE e dos valores de CBR dos materiais, pode-se determinar a espessura das

camadas do pavimento equivalente em material granular (DNIT, 2006a).

Atualmente, no dimensionamento brasileiro para pavimentos flexíveis, utiliza-se

dois processos distintos. Primeiramente, a estrutura do pavimento é dimensionada

empiricamente e, posteriormente, essa mesma estrutura é submetida à verificação mecanicista,

onde as espessuras são ajustadas para atender ao período de projeto previsto. Nesse cálculo,

consideram-se os materiais segundo dois comportamentos tensão-deformação distintos, quais

sejam o comportamento elástico-linear e o comportamento elástico-não linear.

Várias ferramentas estão disponíveis para a análise de tensões-deformações, como

o ELSYM 5, que é uma das mais difundidas no Brasil. As respostas estruturais levam a solução

de transformação integral para a análise estática de um sistema homogêneo, isotrópico, elástico

linear de várias camadas, sujeito a uma carga circular de pressão de contato uniforme. Desta

forma, o programa analisa o sistema elástico linear com camadas finitas e subleito semi-infinito.

No primeiro processo, a determinação das espessuras equivalentes em material

granular para proteção do subleito é realizada por meio de um ábaco de dimensionamento ou

de inequações sucessivas. Essa ferramenta permite calcular as espessuras das camadas,

conhecendo-se o suporte do subleito (CBRSL) e o tráfego (número N). Nesse processo, são

recomendadas espessuras mínimas para o revestimento asfáltico em função do tráfego.

O segundo processo suplementa o primeiro, isto é, emprega-se as verificações

mecanicistas, a fim de confirmar as espessuras obtidas empiricamente. Para isso, elege-se uma

equação de fadiga e outra de ruptura, dentre as várias disponíveis nas literaturas brasileira e

internacional, ou as recomendadas nos manuais de projeto, de modo a obter um número de

repetições de carregamento para prevenir as deformações e a fadiga (Nf), provenientes da tensão

ou da deformação da camada analisada.

Outro método de dimensionamento é o Método da Resiliência contido no Manual

do DNER (1996). Pode-se dizer que é um procedimento mecanístico-empírico, baseado nos

modelos de fadiga de misturas asfálticas, no comportamento resiliente de solos finos e de

materiais granulares e no cálculo de tensões e deformações, considerando a teoria da

elasticidade não linear, conforme citado na instrução IP-DE-P00/001 do Departamento de

Estrada de Rodagem do Estado de São Paulo - DER/SP (2006a) e descrito no estudo da

CONCEPA e ANTT (2009).

No Brasil, a análise mecanicista foi oficialmente implementada no

dimensionamento de pavimentos pelas instruções de projeto para pavimentos urbanos, em

2004, conforme a instrução “Análise mecanicista à fadiga de estruturas de pavimentos - IP-

08/2004” da Prefeitura do Município de São Paulo - PMSP (2004a).

Os manuais brasileiros para dimensionar pavimentos flexíveis mais empregados e

referenciados por organismos governamentais ou privados, responsáveis pelo sistema de

transportes, são: o DNIT (2006a) direcionado as rodovias federais; o DER/SP (2006a) para

rodovias, acessos e vicinais pertencentes ao Estado de São Paulo e a PMSP (2004a) para as vias

urbanas pertencentes ao município de São Paulo. Normalmente, outros manuais têm como base

o método do DNER com algumas reformulações, como o da Agência Goiana de Infraestrutura

e Transportes - GOINFRA, antiga Agência Goiana de Transportes e Obras - AGETOP que

instituiu padronização para aceitação de projetos através das instruções de projeto IP-09 (2018a)

e IP-10 (2018b) e Manual de Pavimentação Urbana - IT-02 (2016).

O DER/SP estabeleceu uma metodologia para a elaboração dos projetos de

recuperação das estradas vicinais, que consiste no cadastro detalhado dos principais defeitos, e

no processamento desses dados para a definição e quantificação dos serviços necessários à sua

restauração. A avaliação é baseada na metodologia para a definição do conceito do estado do

pavimento, obtida na IP-DE-P00/004 - Avaliação de Pavimentos Flexíveis e Semirrígidos,

Instrução de Projeto do DER/SP (2006b). Essa metodologia de avaliação foi adotada no

Programa de manutenção e conservação da rede de rodovias vicinais paulista, PRÓ-VICINAIS.

A Tabela 2.5 apresenta, de forma sintetizada, a descrição de três manuais de

projetos vigentes, o do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT,

(2006a), o do DER/SP (2006a) e o da PMSP (2004a), para o uso no dimensionamento de

pavimentos flexíveis.

Tabela 2.5 – Guias de projeto utilizados no Brasil para dimensionar pavimentos flexíveis

Fonte: Adaptada das referências citadas na Tabela.

No que se refere aos parâmetros de rigidez da camada asfáltica (Espessura e Módulo

de Resiliência ou Elasticidade), os três manuais preconizam espessuras mínimas do

revestimento para cada nível de tráfego e faixas de módulo para cada camada asfáltica, porém,

o Manual do DNIT (2006a) não estima o valor do módulo (MR ou ESL), mas recomenda a

execução de ensaios para sua determinação. Os valores estimados encontram-se na Tabela 2.6.

Tabela 2.6 – Estimativa dos parâmetros para o revestimento asfáltico

Fonte: Adaptada das referências citadas na Tabela.

A instrução da PMSP (2004a) determina o intervalo de módulo (EREV) para outros

tipos de materiais asfálticos, comuns na utilização em camadas de pavimento para vias urbanas,

tais como camadas de ligação com Binder e Pré Misturado a Frio - PMF, bases compostas por

Macadame Betuminoso - MB e revestimento com PMF para vias com tráfego leve.

Publicação/

Referência

Orga-

nismo

Objetivo

Metodologia

Procedimento para

dimensionar

Aplicação

IP-DE-P00/001

DER (2006)

DER/SP Instrução de Projeto para

padronizar os

procedimentos a serem

adotados para elaboração

de projeto de pavimentação

no âmbito do DER/SP.

DNER e

DER/SP:

Empírico e

Mecanicista

Determinar as

espessuras das

camadas e verificar

na mecanicista as

camadas críticas.

Para qualquer

rodovia, vias e

acessos inseridos

dentro da faixa de

domínio do

DER/SP.

IPR -719

DNIT (2006)

DNIT

Manual de Projeto para

orientar no âmbito da

Engenharia Rodoviária,

relacionada com a área de

pavimentos asfálticos.

DNER:

Empírico e

Mecanicista

Determinar as

espessuras das

camadas e verificar

na mecanicista as

camadas críticas.

Para qualquer

rodovia, vias e

acessos no

âmbito federal.

IP-05-2004;

IP-08-2004

PMSP (2004)

PMSP

Instrução de Projeto para o

dimensionamento de

pavimentos flexíveis de vias

urbanas do município de

São Paulo, submetidas ao

tráfego meio pesado,

pesado, muito pesado e

faixas exclusivas de ônibus.

DNER:

Empírico e

Mecanicista

Eleger a estrutura

de pavimento do

catálogo ou

determinar as

espessuras das

camadas e

verificação

mecanisiocta das

camadas críticas.

Vias urbanas

pertencentes ao

Município de São

Paulo.

PARÂMETROS

TIPOS

PMSP (2004) DER/SP (2006) DNIT (2006)

Concreto Asfáltico (CA)

3.000 ≤ E

CA

≤ 5.000

2.000 ≤ E

CA

≤ 5.000

Pré-Misturado a Quente (PMQ)

2.000 ≤ E

PMQ

≤ 2.500 -

Binder (BD)

1.400 ≤ E

BD

≤ 1.800 2.000 ≤ E

BD

≤ 4.000

Pré-Misturado a Frio (PMF) ou

Macadame Betuminoso Selado (MB)

1.000 ≤ E

PMF

≤ 1.400 -

Espessura

mínima (m)

Níveis de Tráfego:

(10

6

≤ N ≤ 5x10

7

)

0,05 ≤ H

REV

≤ 0,125

0,05 ≤ H

REV

≤ 0,15

0,05 ≤ H

REV

≤ 0,125

Módulos de

Resiliência

das camadas

asfálticas

(MPa)

Não estima

As limitações para utilização de materiais para camadas de base e sub-base são

amparadas em normas internacionais e comumente cumpridos em outros países. O manual do

DNIT (2006a), por exemplo, preconiza que para um número de solicitações de um eixo padrão,

durante o período do projeto - N ≤ 5 x 106, podem ser empregados materiais com ISC ou CBR

≥ 60%, assim como são indicadas duas faixas granulométricas. Os materiais considerados

próprios para reforço do subleito são os que possuem ISC ou CBR superior ao apresentado pelo

subleito e Índice de expansão inferior a 2%, a fim de cumprir o seu objetivo de proteger o

subleito (TABELA 2.7).

Para tráfego superior a 5 x 107, o método do DER/SP prevê um ajuste nas espessuras

das camadas do revestimento e da sub-base, ou seja, uma melhoria em relação ao encontrado

no manual do DNIT. No que se refere aos materiais utilizados nas camadas subjacentes ao

revestimento, o método do DNIT (2006a) preconiza as características apresentadas na Tabela

2.8, a fim de garantir que o pavimento não sofra ruptura precoce quando o tráfego é superior a

5 x 106.

Tabela 2.7 – Estimativa dos parâmetros para o revestimento asfáltico

Fonte: Adaptada do DER/SP, 2006a.

Essas características dos materiais são baseadas em normas americanas para clima

temperado, com 85% do território com invernos rigorosos, com penetração do congelamento

em camadas do pavimento e alcançando o subleito na maior parte deles. A fim de evitar esses

efeitos de congelamento e degelo, as normas indicam materiais granulares com poucos finos

para utilização nas camadas de base e sub-base. Esses efeitos explicam a condição do material

representativo do subleito estar saturado nos ensaios de CBR (MEDINA; MOTTA, 2015).

No dimensionado pelo método empírico, a espessura total do pavimento – HEQ é

muito sensível ao suporte do subleito. Como esse procedimento não prevê nenhum fator de

segurança no dimensionamento do pavimento flexível, é importante que se adote esse fator,

para comtemplar as situações de inseguranças, como a indefinição da intensidade do tráfego ou

CAMADA

CBR

(%)

Expansão

(%)

Outras

características

Subleito

≥ 2

< 2

-

Reforço

≥ CBR proj

< 1

-

Sub-Base

≥ 20

< 1

IG = 0

Base

≥ 80

< 0,5

LL ≤ 25% e IP ≤ 6%

Revestimento

-

-

-

da resistência do subleito, de modo a minimizar o efeito de realidades não previstas e garantir

que os pavimentos brasileiros tenham uma maior vida útil (OLIVEIRA, 2019).