Dissertação de Mestrado PAVIMENTO DE BAIXO VOLUME DE TRÁFEGO: ESTUDO COMPARATIVO DA VIDA ÚTIL ESTIMADA E APÓS ABERTURA AO

Dissertação de Mestrado

PAVIMENTO DE BAIXO VOLUME DE

TRÁFEGO:

ESTUDO COMPARATIVO DA VIDA ÚTIL

ESTIMADA E APÓS ABERTURA AO

TRÁFEGO

OURO PRETO/MG

AUTOR: MARCUS VINÍCIUS FAGUNDES MOTA

ORIENTADORA: Profª DSc. Laura Maria Goretti da Motta

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA DA UFOP

Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br

M917P MOTA, MARCUS VINÍCIUS FAGUNDES.

Pavimento de baixo volume de tráfego: [manuscrito] estudo comparativo da vida útil estimada e após abertura ao tráfego. / Marcus Vinícius Fagundes Mota - 2009.

xxiii, 251f.: il., color.; grafs.; tabs.; mapas.

Orientadora: Profa. Dra. Laura Maria Goretti da Motta.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. NUGEO.

Área de concentração: Geotecnia de pavimentos.

1. Geotecnia - Pavimentos - Teses. 2. Mecânica do Solo - Deformação - Teses. 3. Pavimentação de asfalto - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título.

“As Rodovias de Baixo Volume de Tráfego transcedem as línguas, as culturas, a topografia, o clima e as políticas. Por constituírem uma necessidade básica, elas tendem a inovar no projeto, nos materiais usados, na manutenção e no desenvolvimento social”

AGRADECIMENTOS

Meus agradecimentos são dedicados a diversas pessoas sem as quais este trabalho não se concretizaria:

À Maria Selma de Freitas Schwab que trouxe ao Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais a possibilidade de participar do Programa de Mestrado Profissional em Engenharia Geotécnica da Universidade Federal de Ouro Preto.

Às colegas Marina, Claúdia, Heloísa e Socorro da Gerência de Seleção e Treinamento da Diretoria de Gestão de Pessoas do DER/MG que, de forma tão zelosa e atenciosa, cuidaram dos detalhes administrativos para que o curso se desenvolvesse.

Ao José Elcio Santos Monteze, Diretor Geral do DER/MG que generosamente permitiu minha participação do curso e apoiou-me na realização da pesquisa.

Ao Fernando Antônio Costa Jannotti grande incentivador do aperfeiçoamento ttécnico, das inovações tecnológicas e da boa prática da Engenharia no DER/MG.

Aos amigos Marcelo dos Santos Rodrigues e Luis Carlos Minarrine pelo apoio, paciência e presteza no fornecimento das informações referentes ao trecho estudado e no desenvolvimento dos trabalhos de campo.

Ao Rogério Antônio Alves Pedrosa e a toda equipe do laboratório do DER/MG pelo desprendimento e atenção na realização dos ensaios.

Ao amigo Oracy Mota de Bem Júnior pela paciência e pela presteza ilimitada na programação das planilhas utilizadas e na solução de qualquer problema de informática que aparecesse.

Ao amigo Juliano Leão Cambraia pelo companheirismo e apoio nos trabalhos de campo, na figura de quem agradeço a todos os companheiros que participaram daquela tarefa.

Ao Ronan César Chamone pelo apoio na confecção dos mapas.

paciência, dedicação e generosidade de apresentar-me ao mundo da retroanálise e aos conceitos envolvidos.

Ao Eugênio Botinha, Marcelo Henrique Ribeiro e Eumar Dantas Júnior pelo apoio que possibilitou-me o contato com a tecnologia do GPR durante a execução da pesquisa. A valorosa Professora Laura Maria Goretti da Motta por ter acreditado na minha capacidade, pelo auxílio nas inúmeras dúvidas e reflexões que ocorreram ao longo do trabalho e pela amizade e consideração que me conferiu. Obrigado pelo apoio decisivo nos momentos em que o desânimo e o cansaço quase me venciam.

Ao Antônio Carlos Rodrigues Guimarães pelo apoio com a realização dos ensaios no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ.

Aos Professores José Leomar Fernandes Júnior e Antônio Fortunato Marcon pela atenção que me conferiram, pelo interesse que demonstraram e pela troca de idéias.

Ao Giulliano Renato Molinero pelo incentivo na reta fina e pelo apoio com a estatística.

À Carla e Pedro Henrique que acompanharam esta jornada com compreensão, apesar do sacrifício da convivência familiar e da grande abdicação de momentos de lazer.

RESUMO

ABSTRACT

LISTA FIGURAS

.

Figura 2.1 - Escala para avaliação de serventia ... 12

Figura 2.2 - Maysmeter ... 17

Figura 2.3 - Esquema perfilômetro baseado na emissão de ondas ... 18

Figura 2.5 - Esquema da Viga Benkelman para medição de deflexões de pavimentos em provas de carga de rodas duplas de caminhão ... 23

Figura 2.6 - Viga Benkelman automatizada em utilização ... 25

Figura 2.7 - Modelos de Falling Weithg Deflectometer (FWD) ... 27

Figura 2.8 - Princípio de funcionamento do GPR na estrutura do pavimento ... 29

Figura 2.9 - Radargrama (tempo de viagem da onda eletromagnética em ns versus a posição horizontal em m) do perfil de um pavimento rodoviário ... 30

Figura 2.10 - Detalhe de GPR utilizado para levantamento de rodovias ... 32

Figura 3.1 - Acessos com pavimentação concluída até 31/12/2007. ... 47

Figura 3.2 - Seção tipo de pavimentação das rodovias do programa PROACESSO ... 51

Figura 3.3 - Mapa do Estado de Minas Gerais com as Regiões de Planejamento e os acessos concluídos até 31/07/2009 ... 53

Figura 3.4 - Mapa de localização do segmento escolhido como estudo caso ... 59

Figura 3.5 - Ficha utilizada para inventário de superfície ... 63

Figura 3.6 - Ilustração dos levantamentos de campo com viga Benkelman e treliça no trecho deste estudo ... 65

Figura 3.7 - Fases da coleta de amostra dos materiais deste estudo ... 67

Figura 3.8 - Esquema do posicionamento dos furos de sondagem realizados na LMG 838 no trecho deste estudo para calibração das leituras do GPR ... 70

Figura 3.9 - Detalhes do GPR e dos registros durante o levantamento de campo. ... 71

Figura 3.10 - Tela inicial RETRAN5-L ... 75

Figura 3.11 - Telas do RETRAN5-L ... 76

Figura 3.12 - Telas do RETRAN5-L ... 77

Figura 3.13 - Jazida J-02 ... 85

Figura 3.16 - Coleta de amostra para estudo do subleito do trecho deste estudo ... 90

Figura 4.1 - Segmentos homogêneos do trecho deste estudo ... 96

Figura 4.2 - Flechas nas trilhas de rodas externas ... 103

Figura 4.3 - Flechas nas trilhas de rodas internas ... 104

Figura 4.4 - Deflexões máximas nas trilhas de roda externa ... 106

Figura 4.5 - Deflexões Máximas nas trilhas de roda interna ... 107

Figura 4.6 - Raios de Curvatura das bacias de deformação das trilhas de rodas interna por faixa de tráfego ... 111

Figura 4.7 - Raios de Curvatura das bacias de deformação das trilhas de rodas externas por faixa de tráfego ... 112

Figura 4.8 – Deformação permanente acumulada para três níveis de tensão – material da base deste estudo. ... 120

Figura 4.9 - Pesquisa do acomodamento para o material da base segundo critério de Guimarães (2009)... 122

Figura 4.10 - Deformação permanente acumulada para três níveis de tensão – material do subleito. ... 122

Figura 4.11 - Pesquisa do acomodamento para o material do subleito segundo critério de Guimarães (2009)... 123

LISTA TABELAS

Tabela 1.1 - Rede rodoviária nacional ... 1

Tabela 2.1 - Conceitos de degradação do pavimento segundo o Índice de Gravidade Global (IGG) ... 14

Tabela 3.1 - Resultado da 3ª seleção – Trechos com contagem de tráfego de acordo com a RT – 01.46C ... 50

Tabela 3.2 - Resultados da 4ª seleção com localização nas regiões de Planejamento do Estado de Minas Gerais ... 54

Tabela 3.3 - 6º Critério de Seleção do Estudo de Caso – Classificação Genética dos Solos... 56

Tabela 3.4 - Resultado do 7º Critério de Seleção – Vida útil estimada em projeto ... 57

Tabela 3.5 - Características técnicas do segmento Luisburgo - Ponte do Silva da LMG 838 ... 60

Tabela 3.6 - Boletins de sondagem da 1ª fase de coletas realizada em 31/07/2008 ... 82

Tabela 4.1 – Tratamento estatístico das espessuras (em cm) obtidas no sentido Pte Silva/Luisburgo ... 93

Tabela 4.2 – Tratamento estatístico das espessuras (em cm) obtidas no sentido Luisburgo/Pte Silva ... 93

Tabela 4.3 – Segmentos homogêneos do trecho analisado neste estudo ... 95

Tabela 4.4 – Ocorrências de defeitos por segmentos homogêneos ... 97

Tabela 4.5 – Índice de Gravidade Global (IGG) por segmento homogêneo ... 99

Tabela 4.6 - Distribuição de freqüência para flechas da trilha de rodas externa ... 100

Tabela 4.7 – Distribuição de Freqüências para flechas da trilha de rodas interna ... 100

Tabela 4.8 – Resumo da Distribuição ... 100

Tabela 4.9 – Flechas máximas, Deflexões Máximas e Espessuras ... 101

Tabela 4.10 – Flechas Máximas e Defeitos considerando área da amostra do PRO 06/2003 ... 102

Tabela 4.11 – Flechas Máximas e Defeitos considerando área total avaliada ... 102

Tabela 4.14 – Raios de curvatura das bacias de deformação(m) ... 110

Tabela 4.15 – Parâmetros utilizados na retroanálie ... 114

Tabela 4.16 – Módulos de Resiliência da Camada de Base do trecho deste estudo ... 115

Tabela 4.17 – Comparativo Módulos de Resiliência obtidos em laboratórios versus retroanálise do trecho estudado ... 116

Tabela 4.18 – Percentuais de convergência entre os Módulos de Resiliência obtidos em laboratórios e retroánalise do trecho estudado ... 116

Tabela 4.19 – Módulos de Resiliência Médios por Trilha de Rodas de dois segmentos do trecho estudado ... 116

Tabela 4.20 – Módulos de Resiliência da Camada Final do Subleito do trecho deste estudo ... 118

Tabela 4.21 – Módulos de Resiliência do Subleito do trecho deste estudo ... 119

Tabela 4.22 – Condições do ensaio de dp do solo do subleito ... 121

Tabela 4.23 – Número N – Contagens Tráfego Projeto e 2 Anos Após Abertura ... 124

Tabela 4.24 – Variação tráfego avalido nestew estudo e tráfego previsto no projeto... 126

Tabela 4.25 – Projeções do VMDAT e número N (Projeto versus Estudo após 2 anos de abertura ao tráfego) ... 127

Tabela 4.26 – VMDAT Projeto versus Estudo ... 127

Tabela 4.27 – Confiabilidade ... 129

Tabela 4.28 – Vida Útil Restante Considerando Média± 3 Desvios Padrão ... 130

Tabela 4.29 – Vida Útil Restante Considerando Média± 2 Desvios Padrão ... 130

LISTA DE SÍMBOLOS

δ

γ

ε

δptotal- deformação toral sob uma carga P

γ

Ac – Amplitude de um intervalo de Classes ou intervalo de classe At- Amplitude total da distrubuição

C- confiabilidade

CV – Coeficiente de Variação Dadm--Deflexão admissível Dmax - Deflexão máxima Dmédia - Deflexão média DP – Deformação permanente

dpacumulada – Deformação permanente acumulada Fi – Freqüência Absoluta

fri – Freqüência relativa

ITt –Índice de tráfego californiano

k- nº de intervalos ou classes em que deve agrupar os dados analisado LHd2 -Latossolo Húmico Distrófico

Lk- limite superior da última classe P sch - Associação Charmockítica

RMS% - Erros percentuais de ajustamento

xi – Média dos valores das ocorrências de um intrevalo i

max – densidade máxima

r – resistência média – tensão média

- coeficiente de Poisson

3 – Tensão Confinante

d – Tensção desvios

r – desvio padrão da resistência

v – Tensão vertical

v atuante – Tensão vertical atuante

vmax – Tensão vertical máxima no topo do subleito

vmédio – Tensão vertical média

– desvio padrão da tensão

LISTA DE ABREVIATURAS

AASHO -American Association of State Highway Officials

AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials ABGE – Associação Brasileira de Geologia de Engenharia

ALP – Afundamento Plástico Local APL - Analisador de Perfil Longitudinal ARAN - Automatic Road ANalyser

ATP – Afundamento Plástico da Trilha de Rodas ATR- Afundamento de Trilhas de Rodas

Camada 1 – Revestimento em TSD;

Camada 2 – Base de mistura de 80% de saibro com 20% de argila; Camada 3 – Camada final do Subleito;

Camada 4 – Subleito

CAPTIL- Canterbury Accelerated Pavement Testing Indoor Facility CBR - California Bearing Ratio

CBUQ - Concreto Betuminoso Usinado a Quente

CETEC/MG – Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais

COPPE/UFRJ - Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro

CRG – Coodenadoria Regional

DER/MG – Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais DER/SP - Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo DesvPad – Desvio Padrão

DesvPadMR – Desvio Padrão dos Módulos de Resiliência

DesvPad v – Desvio Padrão dos Módulos de Resiliência

Esp.Média – Espessura Média Exp – Espansão

Ext. SH – Extensão do Segmento Homogêneo

FC -01 – Trincas com abertura superior às fissuras e menores que 1,0 mm FC-02 – Trincas com abertura superior a 1,0mm e sem erosões

FC-03 – Trincas com abertura superior a 1,0 mm e com erosão FLC - Fator Laboratório – Campo

Freq. Abs. – Freqüência Absoluta Freq. Rel – Freqüência Relativa

FWD – Falling Weight Deflectometer

GEIPOT – Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes GPR – Ground Penetrating Radar

GSV - Gerência de Segurança Viária IDH – Índice de Desenvolvimento Humano IGG - Índice de Gravidade Global

IP- Índice de Plasticidade

IRI- Internacional Roughness Index ISC - Índice Suporte Califórnia IT -Índice de tráfego

LCPC- Laboratorie Central de Ponts de Chaussés LD – Lado Direito

LE – Lado Esquerdo

Li- Limite inferior da primeira classe Lim. Inf – Limite Inferior

Lim. Sup – Limite Superior LL – Limite de Liquidez LP – Limite de Plasticidade

LVDT - Linear Variable Differencial Transformer MCT – Miniatura Compactado Tropical

MRmáximo – Módulo de Resiliência Máximo MRmédio – Módulo de Resiliência Médio MRmínimo - Módulo de Resiliência Mínimo n – número de dados da amostra;

N – número equivalente de operações do eixo padrão de 8,2 t Nc – Número de ciclo de cargas

NET - Núcleo de Estudo de Tráfego ni – número de ocorrência em intervalo

Ni – Número de ocorrências acumuladas nos intervalos

Nt – Número de solicitações por eixo padrão sobre o pavimento desde de sua colocação em serviço até o final do período de projeto

P – Carga vertical P

Pi(%) – perda de massa por imersão PIB – Produto Interno Bruto

PICR- Pesquisa de Inter-relacionamento de Custos Rodoviários PMF- Pré-Misturado a Frio

PN – Proctor Normal

PROACESSO - Programa de Pavimentação de Ligações e Acessos aos Municípios PSR - Present Serviceability Radio

QI - Quociente de Irregularidade

RBVT – Rodovias de Baixo Volume de Tráfego Rc - Raio de Curvatura

RP - Regiões de Planejamento

RT 01.46c – Recomendação Técnica para Rodovias de Baixo Volume de Tráfego SAFL – Solo Laterítico Arenoso Fino

Sem espurgo – Sem eliminação de pontos espúrios SH – Segmento Homogêneo

SMITR - Sistema de Medição Tipo Resposta TRE – Trilha de Rodas Externa

TRI - Trilhas de Roda interna

TRI FD – Trilhas de Rodas Interna da Faixa de Tráfego Direita TRI FE – Trilhas de Rodas Interna da Faixa de Tráfego Esquesda TRRL- Transport and Road Research Laboratory

TSD – Tratamento Superficial Duplo

USACE- United States Army Corps of Engineers, VDM – Volume diário médio

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A – Tabela - 1ª Seleção – Pavimentação concluída até JUL/07 – escolha estudo de caso ... 141

ANEXO B – Tabela – 2ª Seleção – Projetos concluídos a partir de 2003 – escolha estudo de caso ... 142

ANEXO C – Tabela – 4ª Seleção – Seção tipo de pavimentação- escolha do estudo de caso ... 143

ANEXO D – Projeção do VMDAT e número N com base no estudo de tráfego do techo analisado na pesquisa realizada em 2008 ... 144

ANEXO E – Projeção do VMDAT e número N com base no estudo de tráfego do trecho analisado na pesquisa realizado no projeto ... 145

ÍNDICE

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ... 1

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 6

2.1 RODOVIAS DE BAIXO VOLUME DE TRÁFEGO ... 6

2.2 AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS ... 10

2.2.1 Avaliação funcional ... 11

2.2.2 Avaliação estrutural ... 19

2.2.2.1 Métodos destrutivos ... 20

2.2.2.2 Métodos não destrutivos ... 21

2.2.2.2.1 Deflectômetros em utilização no Brasil ... 21

a) Viga Benkelman ... 22

b) Viga Benkelman automatizada ... 24

c) FWD – Falling Weight Deflectometer ... 26

2.2.2.2.2 GPR – Ground Penetrating Radar ... 28

2.2.2.3 Métodos de dimensionamento de reforços ... 32

2.2.2.3.1 DNER-PRO 10/79 e DNER-PRO 11/79 ... 33

2.2.2.3.2 DNER-PRO 159/85 ... 34

2.2.2.3.3 DNER-PRO 269/94 – método da resiliência (TECNAPAV) ... 34

2.2.2.3.4 Técnicas de retroanálise na avaliação estrutural de pavimentos . 35 2.2.3 Avaliação de pavimentos de baixo volume de tráfego ... 40

CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS ... 46

3.1 MÉTODOS ... 46

3.1.1 Tempo mínimo de exposição ao tráfego ... 48

3.1.2 Disponibilidade de histórico recente da rodovia ... 49

3.1.3 Conformidade do critério de estudo de tráfego com o padrão preconizado pela RT 01.46C do DER/MG; ... 49

3.1.4 Seção tipo de pavimentação ... 51

3.1.5 Localização geográfica da rodovia caracterizada pelas regiões de planejamento do estado ... 52

3.1.7 Vida útil do pavimento estimada em projeto ... 57 3.1.8 Volume médio diário anual VMDAT considerado no projeto ... 57 3.1.9 Logística para execução da pesquisa caracterizada pela distância do

segmento em análise à Belo Horizonte ... 58 3.1.10 Trecho selecionado ... 58 3.1.11 Coleta de dados, ensaios de campo e de laboratório ... 61

3.1.11.1 Inventário da superfície do pavimento ... 61

3.1.11.2 Prova de carga através do ensaio de deflectometria com viga

Benkelman ... 64

3.1.11.3 Contagem de tráfego volumétrica e classificatória ... 66

3.1.11.4 Análise do histórico da obra ... 66

3.1.11.5 Ensaios de laboratório... 68

3.1.11.6 Investigação das espessuras das camadas com GPR ... 68

3.1.11.7 Definição dos segmentos homogêneos ... 72

3.1.11.8 Avaliação estrutural através da retroanálise com RETRAN5-L ... 72

3.1.11.9 Determinação da vida útil remanescente através da tensão máxima admissível no topo do subleito ... 78 3.2 MATERIAIS ... 80

3.2.1 Aspectos gerais da geologia e pedologia de Minas Gerais ... 80

3.2.1.1 Aspectos gerais da geologia e pedologia do trecho Luisburgo/Ponte do Silva da rodovia LMG 838 ... 80 3.2.2 Características geotécnicas dos materiais da LMG 838 ... 81

CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 91

4.1 ESPESSURA DAS CAMADAS OBTIDAS COM O GPR – GROUND

CAPÍTULO 5 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS

FUTURAS ... 132

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

O setor de infra-estrutura de transporte no Brasil é marcado historicamente pelo déficit de malha pavimentada, sobretudo na parcela da malha sob jurisdição dos estados e dos municípios. Segundo o Departamento Nacional de Infra-Estrutura Terrestre (DNIT) 89,8% (1.564.290,8 km) da malha rodoviária nacional é não pavimentada ou planejada, sendo 78,4% (1.366.272,0 km) desta extensão de jurisdição municipal, como pode ser verificado na Tabela 1.1.

Tabela 1.1 - Rede rodoviária nacional

Fonte: http://www.dnit.gov.br/menu/rodovias/rodoviasfederais/PNV2008_Internet.xls. Acesso em 11/02/2009

Agregada à insuficiência da malha pavimentada estão restrições orçamentárias e financeiras que são compreensíveis em função das dificuldades sócio-econômicas que também caracterizam o cenário nacional de longa data.

Neste contexto, ao longo dos anos ocorreram em vários estados brasileiros, experiências de expansão da malha que contemplaram uma parcela significativa da rede não pavimentada, que corresponde às Rodovias de Baixo Volume de Tráfego (RBVT). Estas se caracterizam por soluções alternativas e normalmente correspondem à localidades ou regiões não integradas ao processo de desenvolvimento econômico e com baixo Índice de Desenvolvimento Humano (IDH).

Há grande demanda por expansão da malha pavimentada, como em Minas Gerais onde está em execução o Programa de Pavimentação de Ligações e Acessos aos Municípios (PROACESSO), no qual estão sendo pavimentados 5450,0km de rodovias, dentre os quais predominam as RBVTs, com estruturas delgadas e vida útil de projeto variando de seis a dez anos.

Jurisdição Planejada (km) Não Pavimentada (km) Pavimentada(km) Sub-total(km)

Municipal _{77.331,2 1.288.940,8 26.770,3 1.393.042,3}

Estadual _{34.138,1 113.450,6 106.547,9 254.136,6}

Federal _{43.158,9 13.635,8 61.304,4 118.099,1}

Federal planejada coincidente

com Estadual existente 0,0 6.364,6 17.056,3 23.420,9

Total Geral 154.628,2 1.409.662,6 177.566,3 1.741.857,1

Avaliar o desempenho desses pavimentos, priorizando métodos não destrutivos e sob um olhar mais racional e menos empírico, constitui uma boa oportunidade para reflexão no setor de infra-estrutura de transportes.

Os exemplos mais notáveis de expansão da malha pavimentada em RBVTs no país são os programas desenvolvidos pelo Departamento de Estradas de Rodagem de São Paulo (DER/SP) desde a década de 50, nos quais houve introdução de inovações em relação aos procedimentos tradicionais, que são pautados na tecnologia americana. Segundo Nogami e Villibor, (1995), no Plano de Pavimentação desenvolvido no Estado de São Paulo de 1956 a 1960 deu-se prioridade a soluções de menor custo com a utilização de bases de solo-cimento, bases estabilizadas granulometricamente e revestimentos em tratamento superficial, num momento em que eram preconizadas bases em macadame hidráulico ou betuminoso e revestimentos em Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). Nas décadas posteriores, o excelente desempenho de vários destes trechos permitiu o desenvolvimento de critérios para escolha de materiais que deram origem a uma nova metodologia para classificação e escolha dos materiais: a metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical). A efetividade desta foi comprovada pelo desempenho de mais de 5000 km de RBVTs construídos com base de solo arenoso fino laterítico (SAFL).

De maneira similar ao que ocorreu nos planos de pavimentação de São Paulo o Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de Minas Gerais (DER/MG), motivado pelo PROACESSO, desenvolveu a RT-01.46, uma recomendação técnica específica para elaboração de projetos de RBVTs propondo alguns procedimentos que diferem das práticas tradicionais, tais como:

• Estudo do subleito utilizando-se três níveis de energia: Proctor Normal (PN), Proctor Internormal (1,5 PN) e Proctor Intermediário;

• Admissão de materiais para a construção da camada de base, que se enquadrem nas faixas “A” até “E”, da especificação DNER ES 303/97, em vigor no DNIT, que apresentem índice suporte Califórnia (ISC), da seguinte ordem:

o ISC 40%, desde que o tráfego seja inferior a N = 5 x104 o ISC 50%, desde que o tráfego seja inferior a N = 1 x105 o ISC 60%, desde que o tráfego seja inferior a N = 5 x105

materiais com IP maior que 6 % e LL maior que 25 %, desde que sejam satisfeitas as equações abaixo, propostas pela “Análise de Wooltorton”, para o estabelecimento dos limites máximos de IP e LL.

+ × =

×

γ

γ

LP x IP

x 100

100 100

100 (1.1)

γ

γ

LL

x 100 100

100× ≤ − (1.2)

Onde:

IP = Valor máximo admissível para o Índice de Plasticidade (%) LL = Valor máximo admissível para o Limite de Liquidez (%) LP = Limite de Plasticidade (%)

γγγγs = Massa específica aparente seca após compactação (g/cm³)

γγγγg= Massa específica das partículas sólidas (g/cm³)

x = Porcentagem em peso de material passando na peneira nº 40 (0,42 milímetros)

As inovações tecnológicas e propostas alternativas que surgem dos desafios colocados para engenharia rodoviária na implantação de programas de pavimentação de RBVTs necessitam de avaliação de desempenho criteriosa para consolidação das técnicas criadas ou para balizar novos estudos em função das lições aprendidas. Quando se trata de soluções não convencionais o diagnóstico dos casos de insucesso é extremamente importante e um bom exemplo disso é o caminho percorrido no estudo de solos tropicais no estado de São Paulo da década de 50 até os dias de hoje.

O objetivo principal desta dissertação é realizar uma análise crítica da avaliação deste padrão de estrutura de forma a possibilitar a definição de critérios de avaliação a serem aplicados nos segmentos RBVTs do programa PROACESSO pelo DER/MG.

Para atingir este objetivo foi utilizado um dos trechos do programa PROACESSO como estudo de caso e piloto dos procedimentos propostos nesta pesquisa. A análise crítica da aplicação dos vários métodos de avaliação existentes na rodovia LMG838, trecho Luisburgo/Ponte do Silva, com 15,2 km de extensão, localizado na Zona da Mata Mineira, selecionada entre oitenta rodovias pavimentadas no âmbito do PROACESSO até dezembro de 2007, foi a base para conclusões em relação ao objetivo desta dissertação.

Para conseguir este objetivo principal foram utilizados vários passos descritos sucintamente:

a) Seleção do trecho Luisburgo/Ponte do Silva da LMG 838, a partir de nove critérios eliminatórios, os quais serão descritos no Capítulo3;

b)Coleta de dados no campo: contagem volumétrica e classificatória do tráfego, inventário de superfície do pavimento, levantamento deflectométrico com viga Benkelman e levantamento das espessuras das camadas que compõem a estrutura da rodovia com “Ground Penetrating Radar” (GPR);

c)Ensaios de laboratório de amostra representativa das camadas e do subleito para complementação do estudo: caracterização, compactação e ensaios de compressão triaxial dinâmico;

d)Aplicação de procedimentos de avaliação estrutural do pavimento com a técnica de retroanálise utilizando o programa computacional RETRAN5L.,

e)Análise da tensão admissível no topo do subleito, utilizando a equação de Heukelom e Klomp (1962)

f) Análise da contribuição de cada camada ao Afundamento de Trilhas de Rodas (ATR) através dos ensaios de cargas repetidas para determinação do acumúlo de deformações permanentes.

projeto. A definição de um método de avaliação estrutural para este tipo de estrutura permitiu fazer considerações sobre a diretriz a ser seguida para definição de critérios de avaliação específicos para RBVTs.

Esta dissertação está estruturada em cinco capítulos contando com este primeiro de Introdução:

• CAPÍTULO 2 – Revisão bibliográfica, que enfoca o conceito de Rodovias de Baixo Volume de Tráfego, métodos de avaliação estrutural e funcional de pavimentos, procedimentos destrutivos e não destrutivos, equipamentos utilizados para medir a deformabilidade das estruturas, para verificação das espessuras e da homogeneidade do pavimento. São apresentadas técnicas de retroanálise e os diversos programas computacionais desenvolvidos para este fim e também são feitas consideração específicas sobre a avaliação estrutural de RBVTs utilizadas em outros países.

• CAPÍTULO 3 – Materiais e Métodos, que apresenta os critérios de seleção utilizados para escolha do estudo de caso, os procedimentos e métodos adotados para coleta de dados no campo e os ensaios de laboratório complementares. Também é feita descrição do RETRAN5L, programa computacional usado na retroanálise das bacias de deformação e são apresentados os critérios adotados para avaliação estrutural do pavimento. Os materiais componentes da estrutura são caracterizados do ponto de vista geotécnico e são descritos os aspectos geológicos e pedológicos do trecho estudado.

• CAPÍTULO 4 – Resultados e Discussão, são apresentados os resultados referente à vida útil avaliada, bem como os parâmetros mecânicos da estrutura estudada e são feitas considerações sobre os valores inferidos.

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 RODOVIAS DE BAIXO VOLUME DE TRÁFEGO

Pode-se constatar a preocupação do meio técnico e acadêmico com as RBVTs em trabalhos realizados por pesquisadores em vários Continentes.

O cenário para as RBVTs no mundo é similar, com ressalva para as peculiaridades climáticas e geológicas de cada país, pois se apresentam como rodovias localizadas nas áreas mais remotas e que são importantes para a vida da população local e também para economia da área onde estão situadas. Normalmente permitem o escoamento de produtos do extrativismo vegetal ou mineral, acessibilidade das pessoas para o turismo, fluxo de insumos e produtos para a atividade agropecuária e abastecimento das comunidades com produtos industrializados produzidos nas áreas mais urbanizadas.

Estas rodovias, em sua maioria, estão sob responsabilidade de órgãos rodoviários ou agências de Municípios, Condados e ou, em alguns casos,dos Estados ou Províncias e, apenas em casos excepcionais, como em rodovias que dão acessos a Parques e Reservas Nacionais são administradas pelos órgãos rodoviários vinculados à Administração Superior do País.

Uma demonstração do caráter universal da discussão sobre RBVTs é a citação de Long (2007, p. xiii): “As RBVTs transcendem as línguas, as culturas, a topografia, o clima e as políticas. Por constituírem uma necessidade básica, elas tendem a inovar no projeto, nos materiais usados, na manutenção e no desenvolvimento social.”

Segundo Muench et al. (2005, p. 2): “A grande maioria dos pavimentos do mundo pode ser classificada como de Baixo Volume. Esses pavimentos são, freqüentemente, de vias rurais ou residenciais urbanas, gerenciados por agências com recursos extremamente limitados e assim tem que empregar o melhor custo efetivo, ter práticas de manutenção e de reabilitação eficientes para manter o nível de serventia.”

fato que desafia os Engenheiros a buscarem inovações tecnológicas em cada uma das fases citadas.

Irwin (2003) afirma que nos Estados Unidos as RBVTs têm em média quatrocentos veículos por dia. Já Dennis e Zhao (2007) fazem as seguintes observações sobre RBVTs no Estado de Arkansas naquele mesmo País: Transitam em torno de um veículo por minuto durante os horários de pico do dia. Pelo tráfico ser baixo, 70% das rodovias dos Estados Unidos e 90% das rodovias do mundo são consideradas RBVTs. Um estado rural como Arkansas tem um grande número de RBVTs. De acordo com o Departamento de Estradas e Transportes do Estado de Arkansas, o estado tem 257.600,0 km de RBVTs. Apesar do volume de tráfego ser relativamente baixo, essas rodovias podem sofrer um nível significativo de tráfego pesado, havendo um alto potencial para um desempenho insatisfatório.

A importância das RBVTs e a atenção a este tema também se apresenta na Europa, e em alguns dos países com os maiores índices de desenvolvimento humano (IDH) do mundo, como é o caso dos Países da Escandinávia.

Dawson et al. (2007) relatam que a periferia norte da Europa é esparsamente povoada. As pessoas estão concentradas em pequenos povoados e vilas litorâneas, sendo a pesca, a silvicultura e o turismo as principais fontes de emprego e a espinha dorsal da economia local. Essas remotas comunidades dependem de acesso eficiente para as áreas urbanas. Produtos da pesca e da extração de madeira precisam ser transferidos desses povoados e cidades para o resto da Europa, os turistas dos centros urbanos buscam acesso a essas áreas remotas e as comunidades necessitam ser providas de saúde, educação e abastecidas de suprimentos.

Apesar destas rodovias serem carregadas por baixo volume de tráfego, a sua taxa de deterioração é alta, por causa da economia inicial nos custos de construção.Utiliza-se uma drenagem pobre, o clima é severo e há solicitações de carga elevada por eixo para o abastecimento das comunidades com bens e serviços.

Na Oceania, especificamente na Austrália, as Rodovias de Baixo Custo ou Baixo Volume de Tráfego constituem uma parte essencial da infra-estrutura daquele país pela necessidade de se ligar grandes áreas.

Há uma alta demanda por recursos para manutenção da atual infra-estrutura pavimentada que necessita, portanto de fundos disponíveis de maneira eficiente. O desenvolvimento de novas especificações para o uso de materiais alternativos em pavimentação é um caminho que tem sido buscado pelos Engenheiros de pavimentação da Austrália visando aumentar a extensão a ser realizada com os recursos disponíveis. Tem sido feito esforço no sentido de se adaptar as especificações desenvolvidas pelos países de clima temperado para os materiais locais considerando o clima seco da Austrália (Bullen, 2003, p. 173).

Também a Nova Zelândia tem em sua malha rodoviária destaque para as RBVTs, Pidwerbesky e Waters (2007) dizem que a maior parte da malha rodoviária da Nova Zelândia pode ser definida como RBVTs.

O cenário para RBVTs no Chile é semelhante ao de outros países em desenvolvimento: apresenta rápida evolução para baixos níveis funcionais e estruturais após a construção e existem restrições orçamentárias para projeto, construção e manutenção deste padrão de rodovia, o qual é definido no catálogo para projetos de RBVTs como rodovias solicitadas por menos de um milhão (106) de eixos padrão ao longo de 5 e 10 anos de acordo com as característica definidas para cada projeto (Thenoux et al., 2003).

Nos Estados Unidos, o Guia para Projetos Mecanísticos-Empírico de Pavimentos Novos e Reabilitados de 2004 (AASHTO, 2004) considera RBVTs as rodovias rurais ou a vias urbana que tenham, no máximo, 750.000 veículos pesados ao longo da vida útil de projeto da pista, o que representa aproximadamente 70 caminhões e/ou ônibus por dia no primeiro ano de vida útil, considerando uma taxa de crescimento de 4%e um período de 20 anos.

Britto e Dawson (2004) contextualizam as RBVTs no Brasil fazendo a seguinte consideração:

90% das exportações nacionais, deixando assim evidente a sua importância no panorama nacional de transportes.

No Brasil, um importante marco na pesquisa das RBTVs são os trabalhos elaborados por Nogami e Villibor para o desenvolvimento do uso dos solos tropicais em pavimentação, desde a década de 1980. Nogami e Villibor (1995) conceituaram o Pavimento de Baixo Custo da seguinte maneira:

Considerou-se o pavimento como tipo de baixo custo quando caracterizado por: 1)utilizar bases constituídas de materiais de cujos custos de execução são menores por m³ acabado, em relação às bases convencionais que vinham sendo usadas extensiva e rotineiramente pelo DER-SP, na década de 70, constituídas quase sempre de pedra britada ou solo-cimento. Nessa época, o custo de uma base de solo arenoso fino laterítico (SAFL), considerado de tipo de baixo custo, representava respectivamente cerca de 15% a 25% do custo das bases convencionais.

2)utilizar revestimento betuminoso de tipo tratamento superficial, com espessura de, no máximo, cerca de 3cm, e frequentemente, da ordem de cerca de 1cm; 3)Considerar um trânsito de tipo leve a, no máximo, médio com VMD da ordem de 500 veículos, com cerca de 30 a 40% de caminhões e ônibus.

Já em Nogami e Villibor (2007) o Pavimento de Baixo Custo em vias urbanas recebe a conceituação seguinte:

O pavimento é considerado de Baixo Custo, quando:

Utiliza bases constituídas de solos locais in natura, ou misturas, com custos

substancialmente inferiores às bases convencionais tais como: brita graduada, solo-cimento, macadame hidráulico ou macadame betuminoso;

Utiliza revestimento betuminoso esbelto do tipo tratamento superficial ou concreto betuminoso usinado a quente, com espessura de, no máximo, 3,0cm; É dimensionado para atender os tráfegos:

...-Rodoviário, com VDM inferior a 1500 veículos, com no máximo 30% de veículos comerciais, e com N < 5 x 106 _{solicitações do eixo simples padrão de}

80 kN.

O Departamento de Estradas de Rodagem de São Paulo (DER/SP) contempla o tema em sua norma IP-DE-A00-009_A- Perenização de Rodovias Vicinais (2005, item 3.1, p. 3) que define:

... Rodovia Vicinal

Consiste em rodovia de pista simples que atende a um volume de tráfego médio bidirecional de até 300 veículos mistos no ano horizonte de projeto. Tais rodovias correspondem à classe IV, de acordo com a classificação da norma NBR 69731_{, adotada pelo DER/SP.}

A definição utilizada nesta dissertação é da recomendação técnica do Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais (DER/MG) RT 01.46c - Critérios de projetos para vias de ligação com reduzido volume de tráfego (2007, p. 5) que estabelece:

III-CONDIÇÕES GERAIS

As condições gerais previamente estabelecidas são:

Volume Médio Diário Anual de Tráfego (VMDAT) estimado, menor ou igual a 300 (trezentos) veículos por dia – VMDAT ≤ 300 veículos/dia, ao final da vida útil de projeto.

A vida útil do pavimento estimada em projeto será de 6 (seis) anos e deverá ser utilizada a metodologia de dimensionamento de pavimento descrita nesta RT.

Quando se tratar de trechos a serem executados com financiamento externo, a vida útil do pavimento estimada em projeto será de 10 (dez) anos e deverá ser utilizada metodologia de dimensionamento de pavimentos preconizadas pelo DNIT-Departamento de Infra-estrutura de Transportes.

2.2 AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS

Segundo Gontijo et al. (1994) “Os estudos de avaliação dos pavimentos rodoviários e de seus acostamentos devem ser promovidos com a finalidade primordial de fornecer subsídios à adequada concepção das medidas corretivas que eventualmente se imponham.” O objetivo fundamental da avaliação de pavimentos é fornecer dados para projetos de reabilitação, manutenção e para Gerência de Pavimentos (Benevides, 2006), além de subsidiar a previsão de vida útil para pavimentos novos.

através da avaliação da aderência, da resistência ao atrito da superfície do pavimento e da severidade das trilhas.

Podem ser consideradas duas formas de avaliação: funcional e estrutural. A avaliação funcional considera conceitos de serventia e desempenho do pavimento e busca avaliar fatores que refletem a visão dos usuários do pavimento. A avaliação estrutural visa avaliar o comportamento mecânico da estrutura do pavimento e busca avaliá-lo na visão do engenheiro de pavimentos.

Benevides (2006) faz as seguintes considerações sobre a avaliação de pavimento:

As condições funcionais e estruturais de um pavimento devem ser avaliadas por procedimentos adequados às suas características, utilizando-se várias metodologias para levantamento de defeitos que surgem na superfície dos pavimentos. Vários fatores, tais como clima, solicitação do tráfego, características dos materiais e processos construtivos, atuando de forma isolada ou simultânea, são as causas destes defeitos. De modo geral, estas metodologias objetivam:

• Avaliar as condições de superfície do pavimento relativas ao conforto e à segurança oferecidos aos usuários;

• Elaborar um inventário das principais ocorrências observadas pela presença de defeitos na superfície dos pavimentos asfálticos;

• Determinar por meio de medições, os fatores que causaram os defeitos na superfície dos pavimentos.

• Descrever e caracterizar os defeitos, identificando o tipo, a severidade e a densidade.

A avaliação do pavimento pode se dar em dois níveis: um com enfoque na gestão de uma malha viária ou na gerência de pavimentos, visando a priorização das ações demandadas e o planejamento dos investimentos, o qual é denominado avaliação em nível de rede, e outro com uma avaliação pormenorizada, visando um projeto de reforço estrutural ou reabilitação de um segmento em particular, denominado avaliação em nível de projeto.

2.2.1 Avaliação funcional

A avaliação funcional trata do conforto e da segurança ao rolamento em função da condição de superfície do pavimento e refere-se mais diretamente à Gerência de Pavimentos segundo Medina e Motta (2005).

Até a medida de serventia ser desenvolvida em conjunto com a pista experimental da AASHO, na década de 1950, não era dada a atenção adequada para a evolução do desempenho do pavimento e o pavimento era considerado satisfatório ou insatisfatório ao longo do período considerado no projeto (Haas et al., 1994).

Na pista experimental da AASHO foram realizadas avaliações subjetivas dos pavimentos para medir a serventia, com os avaliadores atribuindo notas que variavam de 0 (muito fraco) a 5 (muito bom). A média destes valores atribuídos por 5 avaliadores foi denominada “Present Serviceability Radio” - PSR. Este índice tem o seu equivalente no Brasil: o Valor de Serventia Atual, VSA, adotado na norma DNIT 009/2003 – PRO, cuja escala é apresentada na figura 2.1.

Figura 2.1 - Escala para avaliação de serventia Fonte: Anexo A da norma DNIT009/2003 PRO

Segundo Medina e Motta (2005) em decorrência da pista experimental da AASHO sugiram os seguintes termos:

2) Índice de serventia – número obtido através de equações de regressão, que fornece uma estimativa de avaliação de serventia a partir de características físicas que traduzem os defeitos acumulados, tais são: irregularidades superficiais, trincas, afundamentos de trilhas de roda, remendos e textura superficial.

Haas et al. (1994) afirmam que a medida de serventia se relaciona explicitamente com o usuário e é influenciada pela resposta motora vinculada à interação particular entre pavimento, veículo e usuário para uma dada velocidade específica, sendo também influenciada pela condição da superfície do pavimento, caracterizada pela existência ou ausência de trincas e panelas e pela condição dos acostamentos entre outros fatores.

Definem-se características funcionais como sendo as manifestações de ruína constatadas na superfície do pavimento as quais podem ser separadas em degradações superficiais e deformações permanentes. A degradação superficial pode ser qualificada de forma subjetiva, através de inspeções visuais realizadas por profissionais especialmente treinados, ou quantificada de forma objetiva através da definição dos tipos de defeitos representativos (Gontijo et al., 1994).

No Brasil a norma DNIT 009/2003 PRO regulamenta a avaliação subjetiva e a norma DNIT 006/2003 PRO regulamenta a avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos.

As deformações permanentes, que são traduzidas por desvios no sentido longitudinal ou transversal em relação a uma superfície de referência, ganham destaque na avaliação de uso da rodovia no que diz respeito a conforto, segurança e impacto no custo operacional dos veículos.

Tabela 2.1 - Conceitos de degradação do pavimento segundo o Índice de Gravidade Global (IGG)

Fonte: Norma DNIT 006/2003 PRO

Os estudos da pista experimental da AASHO indicaram que as informações sobre a serventia dos pavimentos são principalmente traduzidas pelo nível de irregularidades do perfil da superfície do pavimento. No entanto, a percepção do efeito da irregularidade varia em função das características do veículo, da velocidade de deslocamento e da tolerância do motorista ou passageiro.

Vários fatores causam o aumento da irregularidade com o tempo, dentre eles, a ação do tráfego, o meio ambiente (temperatura, água) e a qualidade da construção. Os movimentos e esforços indesejáveis gerados nos veículos pela irregularidade longitudinal levam a uma condição de rolamento desconfortável, insegura e antieconômica. A importância da irregularidade tem sido também reconhecida como forma de controle de construção em pavimentos novos.

Devido à difusão dos sistemas de gerência de pavimentos ocorrida na última década, tem sido crescente a conscientização nos órgãos públicos da real necessidade de medir as irregularidades longitudinais. Entretanto, verifica-se que há, em vários países, uma grande variação tanto na forma de medir, como nos critérios de aceitação (Farias e Sousa, 20022, apud Benevides, 2006).

Benevides (2006) relata que um estudo realizado pela NAPA, National Asphalt

Pavement Association, C-SHRP e University of Waterloo, examinou a evolução da

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irregularidade dos pavimentos com o tempo. Como exemplo dos resultados, em medidas realizadas no Arizona, Estados Unidos, em pavimentos novos e após oito e dez anos de serviços, esta pesquisa concluiu que os pavimentos construídos com menor irregularidade inicial apresentaram menor irregularidade ao longo do tempo, menor nível de trincamento e, conseqüentemente irão requerer menores custos com manutenção.

Dada a sua importância na percepção de conforto dos usuários, vários países adotam índices de serventia baseados exclusivamente em medições de irregularidade. A irregularidade longitudinal é, quase sempre, utilizada como fator decisivo na estimativa da vida útil do pavimento.

Atualmente a escala mais difundida, em vários países em desenvolvimento, para uniformizar a avaliação da irregularidade é o Internacional Roughness Index (IRI) em função do incentivo do Banco Mundial (Haas et al. 1994).

A escala IRI é expressa em metros por quilômetro (m/km) e a norma indica faixas de conforto de rolamento entre 0 e 10 para pavimentos de concreto asfáltico ou de tratamento superficial e uma escala de 0 a 24 para estradas não pavimentadas. (Medina e Motta, 2005). O IRI por estabelecer uma escala internacional pode ser entendido em qualquer país. Um valor três para o IRI, representa o mesmo grau de irregularidade, seja no Brasil, nos Estados Unidos ou no Paquistão. Porém, cada país estabelece o seu limite de aceitabilidade para o valor do IRI, considerando além das condições específicas, o grau de importância atribuído pelos usuários à irregularidade quando das avaliações dos pavimentos. Há uma sensível diferença de tolerância em relação à adoção do limite de aceitabilidade na verificação para diferentes classes de rodovias e também para decisão de intervenções reparadoras no controle numa rodovia recém-construída ou restaurada, em um sistema de gerenciamento em nível de rede (Farias e Sousa, 2002 apud Benevides, 2006).

Vários equipamentos foram desenvolvidos para medir a irregularidade, eles diferem uns dos outros quanto às características, produtividade e eficiência do levantamento. A irregularidade pode ser avaliada por medidores de perfil, tais como: régua, régua deslizante, medidores do tipo resposta – SMITR, mecânicos ou baseado em acelerômetro ou através de perfilômetros a laser.

AASHO Road Test, o Perfilômetro MERLIN, Machine for Evaluating Roughness using Low – cost INstrumentatio do Transport and Road Research Laboratory (TRRL) da Inglaterra, o Perfilômetro Dinâmico de Superfície (GMR), desenvolvido pelo laboratório de pesquisa da General Motors, o Perfilômetro do Federal Highway Administration, desenvolvido pela Universidade de Michigan, o Analisador de Perfil Longitudinal (APL) desenvolvido pelo Laboratorie Central de Ponts de Chaussés (LCPC) na França, o Mays Ride Meter ou Maysmeter desenvolvido pelo Texas Highways Departament e Perfilômetros a laser como o desenvolvido pelo TRRL nos anos de 1970, o Automatic Road ANalyser (ARAN) entre vários outros.

Benevides (2006) agrupa os procedimentos para medir irregularidade em quatro grupos:

• Sistemas de medidas diretas com o emprego de instrumentos de topografia ou outros instrumentos criados especificamente para este fim como é o caso Dipstick. Por apresentarem baixa produtividade são mais utilizados para calibração de outros sistemas de medidores de irregularidade ou em pequenas extensões;

• Sistemas de medidas indiretas de perfil nos quais as medidas são feitas de forma mecanizada e os instrumentos fornecem parâmetros como coeficiente de irregularidade, amplitude e comprimento de onda. Neste grupo está o perfilômetro CHLOE, por exemplo;

• Sistemas baseados na reação do veículo, conhecidos como Sistema de Medição Tipo Resposta (SMITR), nos quais as reações dos veículos são medidas acumulativamente pelos movimentos da carroceria e seus eixos traseiros e dianteiros. A medida é a resposta à excitação dinâmica provocada pelo perfil. O Maysmeter e o Sistema integrador desenvolvido pelo IPR/USP na década de 1980 são classificados neste grupo. Os SMITR têm de ser periodicamente calibrados e conferidos porque suas características mudam com o tempo.

processos estes sistemas são atualmente os mais utilizados.

Dos Sistemas de Medição de Irregularidade de Rodovias Tipo Resposta (SMITR) foram os rugosímetros que mais se difundiram. O modelo do tipo Mays Ride Meter ou Maysmeter (figura 2.2), desenvolvido pelo Texas Highways Department se tornou um equipamento popular, tendo sido introduzido no Brasil na década de 1980, na Pesquisa de Inter-relacionamento de Custos Rodoviários (PICR) com financiamento do Banco Mundial. Nesta época foi desenvolvido o Integrador IPR/USP, modelo parecido com o Maysmeter. O DER/MG e vários outros Departamentos Estaduais de Estradas de Rodagem adquiriram e utilizaram.

Figura 2.2 - Maysmeter

Fonte: Adaptado de Haas et al.,I (1994)

Os SMITR vêm sendo gradualmente substituídos, a partir da década de 1990, por perfilômetros inerciais com destaque para os que utilizam emissão de ondas de laser, diferentemente de medidores de irregularidade do tipo resposta, que precisam de diversas bases de calibração e de calibrações a diversas velocidades, um perfilômetro a laser dispensa todo este trabalho. As únicas partes passíveis de calibração em um perfilômetro inercial são os sensores: de altura, de deslocamento e de aceleração vertical.

Embora o sistema seja complexo seu princípio de funcionamento é simples: o veículo contendo o equipamento trafega sobre o pavimento e um computador registra simultaneamente: o deslocamento longitudinal, a altura do veículo até o pavimento e a aceleração vertical do veículo. Concomitantemente, o sistema processa os dados para que a aceleração vertical registrada seja transformada em deslocamento vertical do veículo, uma vez que diferentemente dos outros métodos, neste a altura de referência está se movimentando. A “transformação” da medida da aceleração em deslocamento vertical é feita através de duas integrações sucessivas. Com o valor do deslocamento calculado, basta corrigir todas as medidas de altura feitas e obter-se-á um perfil que tem boa relação com o perfil verdadeiro, especialmente para o cálculo da irregularidade. Nas figuras 2.3 e 2.4 pode-se visualizar esquema e o equipamento instalado no pára-choques de um veículo.

Figura 2.3 - Esquema perfilômetro baseado na emissão de ondas Fonte: Sayers e Karamihas, 1998.

As normas brasileiras que estabelecem os procedimentos para calibração, manutenção e utilização do integrador para medição da irregularidade são PRO 164/94, PRO 229/94 e PRO 182/94, respectivamente, e não há ainda, no acervo normativo do país registro de procedimentos para utilização dos perfilômetros a laser.

2.2.2 Avaliação estrutural

A avaliação estrutural de pavimentos é o processo no qual se deseja obter uma série de informações quanto às características mecânicas do pavimento e subleito, com a finalidade de prever o seu comportamento durante a sua vida útil, estando os mesmos sujeitos às solicitações do tráfego e os efeitos do clima (Cavalcante, 2005

Avaliam-se as características de deformabilidade e resistência do sistema por camadas através de provas de carga, coletas de amostras e ensaios de laboratórios. A avaliação possibilita a análise dos mecanismos de natureza estrutural que promovem a degradação do pavimento em decorrência da ação do tráfego. Estes mecanismos podem ser principalmente

(a) Perfilômetro a laser portátil de fabricação australiana com 3 sensores de laser de precisão

(b) Perfilômetro instalado no para-choques de veículo utilizado para medidas de irrgularidade.

de três tipos: trincamento por fadiga, reflexão de trincas ou acúmulo de deformações permanentes

O objetivo da avaliação das condições estruturais é fornecer informações sobre o grau de deterioração do pavimento produzido pelos efeitos das cargas do tráfego e em função dos estudos destas condições, permitir que seja selecionada a alternativa mais adequada de reabilitação (Benevides, 2006).

Segundo Haas et al. (1994) os procedimentos utilizados nas avaliações estruturais de pavimento são classificados em ensaios destrutivos e os não destrutivos.

2.2.2.1 Métodos destrutivos

Nos procedimentos destrutivos são efetuadas extrações in situ, através da abertura a pá e picareta de poços de sondagem, de amostras deformadas e indeformadas, visando a determinação de características físicas dos materiais no laboratório.Podem ser identificados índices e parâmetros tais como: limites de Atterberg, granulometria, teor de umidade, tipo de material, capacidade de suporte, módulo de resiliência e outras. Os métodos destrutivos também permitem a verificação da espessura das camadas nos poços de sondagem.

Segundo Nóbrega (2003) a avaliação através de métodos destrutivos apresenta desvantagens como o tempo demandado para a sua execução, a necessidade de retenção do tráfego e a dificuldade de reprodução em laboratório do estado de tensões e das condições ambientais do sistema em camadas do pavimento in situ. Nesta metodologia, também há dificuldade de se considerar a Distribuição estatística das propriedades dos materiais no campo (Macêdo, 1996). Soma-se a estas considerações o fato do pavimento ficar descaracterizado para estudos futuros nos locais onde foram abertos os poços de sondagem.

Considerando as desvantagens apresentadas, Macêdo (1996) faz a seguinte ponderação:

2.2.2.2 Métodos não destrutivos

Outra forma de avaliar o comportamento estrutural do pavimento é utilizando ensaios não destrutivos, por medidas na superfície do pavimento, a partir das quais, com adequada interpretação, pode-se inferir o comportamento estrutural do sistema em camadas do pavimento quando submetido a um carregamento conhecido.

Uma das vantagens da avaliação estrutural por método não destrutivo é o fato das medições serem realizadas in situ, medindo assim, a resposta real da estrutura ao carregamento aplicado, sem que os materiais tenham suas características alteradas pelos danos causados na retirada de amostras. Outra vantagem é que as propriedades obtidas representam o comportamento médio dos materiais em uma área considerável.

Os ensaios não-destrutivos provocam menores interrupções no tráfego que os ensaios destrutivos, permitindo maior flexibilidade para avaliação quantitativa da condição estrutural do pavimento em qualquer estágio de sua vida de serviço, além de possibilitar o retorno no mesmo ponto a cada avaliação. A determinação dos módulos elásticos das camadas de um pavimento por meio de ensaios não-destrutivos permite que se faça julgamentos acerca da integridade estrutural das camadas, além de formar a base para os métodos mecanísticos de projeto de reforço e análise estrutural do desempenho (Macêdo, 1996).

Nesta metodologia o Engenheiro de pavimentos vale-se das respostas da estrutura a uma determinada solicitação de carga, para avaliar in situ o comportamento mecânico do pavimento. A resposta estrutural mais facilmente mensurável é a deflexão, que se traduz nos deslocamentos verticais da superfície e das camadas do pavimento gerados pela aplicação de um carregamento intermitente ou transitório. Esta avaliação pode ser feita através do uso de vários equipamentos conhecidos como deflectômetros.

a) Viga Benkelman

A viga Benkelman é um equipamento simples desenvolvido na década de 1950, na WASHO Road Test, por A. C. Benkelman para as medidas de deflexão e tem sido usada extensivamente desde então por órgãos rodoviários, para pesquisa, avaliação e projeto de reforço de pavimentos em todo o mundo (Haas et al., 1994).

Este equipamento possibilita a medição das deflexões no pavimento quando o mesmo é submetido ao carregamento quase estático das rodas do veículo de teste. Devido à simplicidade do procedimento de ensaio e ao baixo custo para sua operação, a utilização da viga Benkelman teve seu uso bastante difundido e consolidou-se como um ensaio de campo para avaliação do comportamento mecânico da estrutura entre os Engenheiros de pavimento. No Brasil, os pioneiros na utilização da viga Benkelman foram os Engenheiros Nestor Aratangy, do DER de São Paulo, e Francisco Bolivar Lobo Carneiro (Rocha Filho, 1996).

Figura 2.4 - Esquema da Viga Benkelman para medição de deflexões de pavimentos em provas de carga de rodas duplas de caminhão

Fonte: Medina e Motta (2005)

A determinação das deflexões com a viga Benkelman no Brasil é regulamentada pela norma DNER – ME 024/94 e a determinação da linha de influência da bacia de deformação ou de deflexão é regulamentada pela norma DNER ME 061/04, procedimento no qual são feitas leituras a diferentes distâncias do veículo.

O ensaio é uma prova de carga aplicada ao pavimento através de um caminhão carregado com um lastro de maneira que o eixo traseiro, simples com rodas duplas, transmita uma carga de 8,2tf (80kN) ao pavimento por meio de pneus com dimensões 1000 x 20 ou 900 x 20, com 12 lonas, tipo “com câmera” calibrados a pressão de 80lb/pol² (0,55MPa ou 80lb/pol²).

A viga Benkelman é um equipamento versátil e fácil de operar, entretanto é lento e trabalhoso, sendo que em alguns casos, particularmente em pavimentos com maior rigidez, os pés de suporte podem estar dentro da área de influência do carregamento, o que resulta em medidas imprecisas (Haas et al., 1994).

Em estruturas mais rígidas, nas quais a bacia de deformação é mais “comprida” e pode atingir os pés dianteiros da viga sendo necessária uma correção através de uma segunda viga colocada entre os pés dianteiros. (Carneiro, 19653 apud Medina e Motta, 2005).

A melhor acurária dos resultados dos levantamentos deflectométricos realizados com a viga Benkelman depende da capacitação da equipe e das boas condições dos equipamentos, veículo teste e viga. Fatores como a habilidade do motorista, as condições mecânicas de dispositivos como embreagem e freio do veículo, a aferição da viga e a experiência, habilidade e coordenação da equipe responsável pelas leituras influem bastante.

A medida de deflexão por meio da viga Benkelman tem grande importância para Engenharia de pavimentos por subsidiar vários procedimentos de avaliação estrutural e projetos de reforço em utilização no meio técnico e acadêmico no Brasil e no exterior.

b) Viga Benkelman automatizada

Na busca de se aumentar a produtividade dos levantamentos no campo, aprimorar a acurácia dos resultados e de agilizar a análise dos dados, foi introduzido um dispositivo transdutor mecano-eletromagnético do tipo LVDT (Linear Variable Differencial Transformer) na viga Benkelman para o registro automático das deflexões medidas desempenhando a função do extensômetro.

A viga Benkelman automatizada é operada segundo o mesmo princípio da viga Benkelman comum. A diferença consiste no fato que a viga automatiza mede e grava automaticamente as deflexões ponto a ponto (Haas et al., 1994). Funciona instalada sob um veículo carregado e à medida que este se desloca, os dispositivos registram automaticamente as deflexões, a partir do ponto inicial do ensaio.

Entre os modelos atuais utilizados no Brasil pode-se citar o Deflectógrafo Digital para Pavimentos (viga eletrônica) que substitui com vantagens as vigas tradicionais, por possibilitar a tomada das medidas da bacia deflectográfica em uma única passagem como caminhão. Trabalha em conjunto com um computador portátil e um hodômetro eletrônico, garantindo agilidade na leitura e armazenamento dos resultados de forma confiável. (Benevides, 2006)

(a) Vista da viga automatizada posicionada sob simulador de tráfego para medida das deflexões (b) Detalhe da ponta de prova equipada com LVTD posicionada entre o eixo simples de rodas duplas do simulador de tráfego.

(c) Computador portátil realizando os registros das leituras das deflexões medidas com a viga automatizada

Este tipo de equipamento foi desenvolvido para aumentar a velocidade de medidas das deflexões, utilizando os mesmos princípios da viga Benkelman.

Segundo Nóbrega (2003) dentre as principais vantagens deste equipamento, destacam-se:

• A sensibilidade das medições, uma vez que a viga Benkelman automatizada utiliza em geral sensores do tipo LVDT;

• Obtenção mais precisa da bacia deflectométrica, visto que as leituras podem ser quase contínuas ou a pequenos intervalos;

• Registro automático das deflexões e da distância radial em relação ao ponto de aplicação do carregamento.

c) FWD – Falling Weight Deflectometer

O FWD é um equipamento que utiliza um impulso como modo de carregamento para a medição da deflexão nos pavimentos. Seu princípio de funcionamento é caracterizado pela queda livre de um conjunto de pesos de uma altura especificada sobre um sistema que amortece e transfere a carga a uma placa circular apoiada no pavimento, causando deflexões que são automaticamente registradas por sensores posicionados radialmente na superfície do pavimento. O equipamento foi projetado para que o pulso de carga gerado pelo impacto da carga no pavimento possa simular uma deflexão semelhante ao efeito causado pela passagem de uma carga de roda a uma velocidade entre 70 e 80 km/h. Sete sensores, dispostos radialmente em relação ao ponto de aplicação da carga, registram a superfície deformada do pavimento e uma célula de carga especialmente projetada registra o carregamento real a que foi submetido o pavimento (Rocha Filho, 1996).

Várias pesquisas buscam correlacionar as deflexões elásticas medidas com o FWD e com as medidas com a viga Benkelman, porém segundo Nóbrega (2003) uma determinada correlação só é válida no local onde ela foi desenvolvida e ajustada. Quando o levantamento das deflexões for realizado com o FWD, deve ser feita uma retroanálise destes dados a fim de se obter os módulos de resiliência das camadas do pavimento, e não usar uma correlação com a viga Benkelman para uso dos valores nos métodos empíricos de cálculos de reforço.

Dentre as vantagens citadas por diversos autores da utilização do equipamento FWD na medida das deflexões, podem ser destacadas as seguintes:

• A possibilidade de avaliar a não-linearidade no comportamento tensão-deformação das camadas do pavimento;

• Medir e registrar automaticamente a distância entre os pontos de ensaio, assim como as temperaturas do ar e da superfície do pavimento.

Podem ser citados outros procedimentos menos difundidos no Brasil para medição das deflexões: o ensaio de placa, a medida através do Curvímetrodesenvolvido na França, e os ensaios através de carga vibratória Dynaflect e o Road Rater.

(a)KUAB -2m- FWD (b) DYNATEST 8000E – FWD

2.2.2.2.2 GPR – Ground Penetrating Radar

Reforçando a tendência de utilização de técnicas não destrutivas para avaliação de pavimentos a Engenharia buscou nas investigações geofísicas a ferramenta do radar de penetração no solo ou Ground Penetrating Radar (GPR).

Segundo Rodrigues (2004) o método utilizado pelo GPR teve início de aplicação na década de 1930 com objetivos voltados à caracterização de ambientes com gelo. A utilização desta tecnologia ficou limitada por restrições instrumentais até o final da década de 1950 e apenas a partir da década de1960, os interesses relacionados ao uso do método do GPR foram retomados associados às investigações e desembarques lunares. Da década de 1980 até os dias atuais, o método GPR se consolidou, passando a ser utilizado como uma ferramenta auxiliar vinculada a diversos objetivos, tais como: testes não destrutivos para caracterização de estruturas enterradas (tubulações, containers), estudo de sítios arqueológicos, avaliação de túneis e estradas, estudo de contaminação ambiental, mapeamento estratigráfico detalhado, localização de corpos enterrados, entre outras (Daniels4, 1996; Conyers e Goodman5, 1997 apud Rodrigues, 2004).

No campo da pavimentação a utilização do GPR, segundo registros na literatura, iniciou na década de 1990 e se presta à identificação das espessuras das camadas do pavimento, a verificação das condições dos materiais das camadas, a investigação da presença de vazios sob placas de cimento entre outros aspectos. Na figura 2.8 pode-se verificar o princípio de atuação de um GPR na estrutura do pavimento.

O método GPR baseia-se na propagação de ondas eletromagnéticas em altas freqüências (1 MHz a 2500 MHz). Uma antena transmissora dipolar disposta sobre a superfície emite pulsos eletromagnéticos para dentro da Terra; ao encontrar mudanças nas propriedades físicas (elétricas e magnéticas) entre os materiais em subsuperfície, o sinal é refletido e registrado em tempo duplo (tempo de ida e volta) por outra antena receptora, também disposta na superfície. As ondas refletidas recebidas pela antena receptora são convertidas em sinais elétricos e transmitidas para a unidade de controle, amplificadas, registradas e

4 _{Daniels, D.J (1996). Surface penetrating radar. The instruction of Electrical Engineers. London, United}

Kingdom, 300 p.

5

gravadas em um computador. As medidas de tempo de percurso das ondas eletromagnéticas são efetuadas ao longo de uma linha e, quando justapostas geram uma imagem detalhada do perfil estudado.

Figura 2.7 - Princípio de funcionamento do GPR na estrutura do pavimento Fonte: Gonçalves e Ceratti (1998)

É importante ressaltar que o GPR por si só não quantifica e avalia as estruturas sondadas, sendo este trabalho de inteira responsabilidade do avaliador que através de metodologia adequada apoiada num programa computacional específico, traduz os sinais do radar em um diagnóstico do perfil de solo. Na figura 2.9 está apresentado um exemplo de radargrama (posição em m versus tempo de viagem da onda em ns) com identificação das camadas do pavimento (Revestimento, base e subleito) feita pelo avaliador da imagem Eumar Dantas Júnior da Strata Engenharia.