ESTUDO DE DESEMPENHO SOBRE A UTILIZAÇÃO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO REFORÇADO COM MALHA DE AÇO EM RODOVIAS BRASILEIRAS
(PERFORMANCE STUDY ON THE USE OF PAVEMENT REINFORCED WITH A STEEL MESH AT BRAZILIAN ROADS)
Relatório Técnico-Científico
São Paulo 2013
Ao Fundo Mackenzie de Pesquisa, na pessoa de seu presidente Dr. José Francisco Hintze Júnior e dos funcionários Cristiane Alves Macedo, Edivaldo Ferreira Cavalcante, Marli Rosana Tonin e Verônica de Farias.
Ao Departamento de Estradas de Rodagem do estado de São Paulo (DER-SP), em especial ao Eng. Rubens Cahin, Assessor da Superintendência, ao Eng. Cleiton Luiz de Souza, Diretor do DER-SP Campinas ao Eng. Valdecir Vieira, Coordenador de Obras, e à Eng. Denise Loretti Ebert, Fiscal da Obra, pela disponibilização do trecho experimental para aplicação dessa tecnologia.
Ao Instituto Brasileiro de Telas Soldadas (IBTS), em especial ao Eng. João Batista Rodrigues da Silva pelo fornecimento de informações sobre o projeto realizado na GERDAU, pelo apoio técnico ao desenvolvimento da pesquisa, pelo fornecimento das telas soldadas e pelo esclarecimento de dúvidas quanto às emendas (amarração e fixação).
À Estrutural, em especial ao Eng. Paulo César Martins e ao encarregado de obra Clézio Barbosa Vieira, pela pronta disposição na execução do trecho experimental na SP354, acatando todas as nossas recomendações.
A RED Engenharia e Consultoria Ltda, em especial ao Eng. Benicio Bibiano Bento e ao Eng. Álvaro Sérgio Barbosa Jr., pela realização das etapas pertinentes no desenvolvimento da pesquisa e ao técnico Antônio Nascimento Pio, pelo acompanhamento técnico na execução dos trechos experimentais.
Ao Departamento de compras do Instituto Presbiteriano Mackenzie.
A equipe técnica da empresa JS GLOBAL Construções Civil – Assessoria em Obras e Negócios Ltda, em especial ao Eng. Marcus dos Reis, pela realização de ensaios de laboratório.
Ao Instituto Técnico Superior (ITS), Lisboa, Portugal, em especial aos Professores Drs. Eng. José Neves, Eng. Nuno Filipe dos Santos e ao mestre em Transportes Antônio Rui Alves, pela disponibilização do relato de sua pesquisa na utilização dessa tecnologia.
Ao The Asphalt Academy Trust, da África do Sul, pela disponibilização do relato de sua pesquisa na utilização dessa tecnologia.
disponibilização do relato de sua pesquisa e esclarecimento de dúvidas referentes à utilização dessa tecnologia.
Ao Professor Dr.-Ing. Jürgen Hutschenreuther, da Universidade “Bauhaus University”, em Weimar, Alemanha, pelo esclarecimento de dúvidas referentes à utilização dessa tecnologia.
Atualmente no Brasil o modal mais utilizado é o rodoviário. O país possui uma malha viária de aproximadamente 1,8 milhões de km de rodovias, com apenas 146 mil km asfaltados, sendo que a cada ano, mais as estradas brasileiras são expostas a um aumento não só do volume de tráfego, mas também das suas cargas correspondentes. Uma revisão da literatura a respeito da malha de aço mostra que a utilização da mesma acaba evitando o aparecimento de trincas nas camadas asfálticas, agindo como uma barreira contra a sua propagação, mantendo a distribuição de carga uniforme, oferecendo resistência ao cisalhamento especialmente em elevadas tensões e, ainda, melhora na resistência à fadiga da camada asfáltica. Tratando-se de uma técnica ainda inédita no Brasil, o objetivo desta pesquisa é de desenvolver esta nova tecnologia para construção e reabilitação de rodovias brasileiras, a fim de aumentar a sua vida útil através da utilização da malha de aço. Para isso, será analisado o seu desempenho, baseado nas melhores práticas internacionais, recorrendo à instrumentação, observação do seu comportamento em laboratório, trechos experimentais e ainda quanto à modelação numérica. Por fim, será verificada a aplicação da malha de aço em pavimentos flexíveis quanto a aspectos técnicos, econômicos e ambientais.
Currently in Brazil the modal mostly used is the road. Brazil has a road network of approximately 1,118,520 miles of highway, with only 90,724.4 miles paved, and every year the roads are exposed of not only an increase amount of traffic volume but also an increase over its corresponding loads. A review regarding the steel mesh shows that its utilization avoids the appearance of cracks on the asphalt layers, working as a barrier which prevents the cracks from spreading, it also keeps a uniform load distribution, offering shear strength especially under high strain and also aids in the asphalt layer fatigue resistance. Since in Brazil this technique is still unprecedented, the research objective is to develop a new technology for the construction and rehabilitation applied for the Brazilian highways in order to increase their durability through the application of steel mesh. This will analyze its performance based on the best international practices resorting to: the instrumental, the observation of its behavior in the laboratory, experimental sections and a numerical modeling. Ultimately, it shall be verified the application of steel mesh in flexible pavements for its technical, economic and environmental aspects.
Figura 1: Defeitos do trecho em estudo. ... 20
Figura 2: Aplicação da tela de aço no trecho em estudo. ... 20
Figura 3: Vista do trecho experimental estudado. ... 22
Figura 4: Vista da malha de aço e sua fixação. ... 23
Figura 5: Colocação da tela de aço. ... 23
Figura 6: Esquema do trecho experimental. ... 26
Figura 7: Características geométricas. ... 26
Figura 8: Pavimento sem reforço e com reforço. ... 28
Figura 9: Esquema da tela de aço da Gerdau... 30
Figura 10: Proposta de aplicação da tela. ... 30
Figura 11: Ponto de amolecimento Anel Bola. ... 34
Figura 12: Penetração versus adição de CCBit. ... 35
Figura 13: Modificação de Ligante. ... 35
Figura 14: Adesividade entre ligante e agregado. ... 36
Figura 15: Seções transversais da pista da Gerdau. ... 41
Figura 16: Sessões executadas. ... 41
Figura 17: Vista do pavimento Reflex antigo e do pavimento novo. ... 45
Figura 18: (a) Presença de trincas transversais; (b) presença de trincamento nas emendas das telas. ... 45
Figura 19: Presença de trincas transversais e longitudinais. ... 45
Figura 20: Presença de panelas. ... 46
Figura 21: Arrancamento do revestimento sobre a tela soldada. Presença de buracos. ... 46
Figura 22: Panela presente no revestimento sobre as emendas das telas soldadas. ... 46
Figura 23: Presença do defeito jacaré no pavimento. ... 47
Figura 24: Arrancamento da camada do revestimento. ... 47
Figura 25: Panela presente na camada de concreto asfáltico... 47
Figura 26: Granulometria (ABNT NBR – 7181:1984). ... 48
Figura 27: Resultados médios obtidos da Capacidade de suporte Califórnia. ... 49
Figura 28: Execução das placas ... 50
Figura 29: Dosagem Marshall do cimento asfáltico de petróleo sem CCBit – Faixa C. ... 52
Figura 30: Resultados da dosagem da mistura asfáltica com adição de CCBit. ... 54
Figura 33: Faixa III da PMSP. ... 59
Figura 34: Mapa de localização do trecho experimental na SP-354. ... 63
Figura 35: Vista aérea do trecho experimental. ... 63
Figura 36: Perfil Vertical, Variação da Velocidade de um Caminhão de Relação Peso/Potência de 180kg/kw e Zonas de Ultrapassagem Permitida ou Proibida. Trecho entre os Quilômetros 59 e 69. ... 64
Figura 37: Levantamento Defletométrico do subtrecho da SP354 em estudo, sentido Campo Limpo Paulista – Atibaia, crescente (Norte), pista simples (raio de aplicação 15,0 cm). ... 67
Figura 38: Levantamento Defletométrico do subtrecho da SP354 em estudo, sentido Campo Limpo Paulista – Atibaia, decrescente (Sul), pista simples (raio de aplicação 15,0 cm). ... 68
Figura 39: Estrutura do pavimento existente – estaca 59,240. ... 74
Figura 40: Estrutura do pavimento existente – estaca 61,520. ... 74
Figura 41: Estrutura típica a ser implantada. ... 77
Figura 42: Pavimento na SP 354, com presença de 100% do defeito “jacaré”. ... 78
Figura 43: Situação do Pavimento – SP 354 ... 78
Figura 44: Pavimento da SP 354. ... 79
Figura 45: Presença de defeitos na SP 354. ... 79
Figura 46: Emenda lateral e detalhe da sobreposição de telas. ... 83
Figura 47: Posição de encontro e lado do fio e posição de emenda longitudinal. ... 83
Figura 48: Procedimento de amarração. ... 84
Figura 49: Sobreposição na emenda central/lateral. ... 84
Figura 50: Local de corte, para diminuição de sobreposição de barras aço nas emendas transversais e laterais. ... 85
Figura 51: Área de corte para evitar sobreposição de telas. ... 85
Figura 52: Outra maneira de efetuar a amarração das telas. ... 86
Figura 53: Telas estocadas no km 60 da SP 354. ... 86
Figura 54: Colocação da telas soldadas. ... 87
Figura 55: Pavimento existente cheio de “jacaré” e com panelas. ... 88
Figura 56: Detalhe da emenda (sobreposição de telas) e vista do trecho em aclive. ... 88
Figura 57: Amarração das emendas com arame recozido. ... 88
Figura 58: Amarração das telas com arame recozido 18. ... 89
Figura 59: Tachões usado na fixação da tela. ... 89
Figura 62: Finalização da fixação da tela soldada. ... 90
Figura 63: Aplicação da pintura de ligação com emulsão RR -2C. ... 91
Figura 64: Aplicação do recapeamento do CAUQ sobre a tela soldada. ... 91
Figura 65: Caminhão basculante descarregando a massa asfáltica na vibro-acabadora. ... 92
Figura 66: Deslocamento e levantamento da tela soldada e defeito gerado. ... 92
Figura 67: Controle da temperatura e da espessura de lançamento da massa asfáltica. ... 93
Figura 68: Rasteleiros corrigindo o espalhamento e coleta de amostra para ensaios da mistura. ... 93
Figura 69: Detalhe da emenda no sentido longitudinal e do pavimento existente bastante deteriorado. ... 94
Figura 70: Pavimento existente bem deteriorado. ... 94
Figura 71: Compressão da massa com rolo liso e com rolo de pneus. ... 94
Figura 72: Compressão (compactação) da massa asfáltica com rolo de pneus. ... 95
Figura 73: Marcação do posicionamento das emendas longitudinais. ... 95
Figura 74: Presença de fissuras. ... 96
Figura 75: Presença de fissuras um dia após a construção. ... 96
Figura 76: Presença de jacaré e “afofamento” no local de sobreposição de telas, um dia após a construção. ... 96
Figura 77: Vista da localização dos defeitos e identificação do local. ... 97
Figura 78: Evolução do defeito para panela após 15 dias de idade. ... 97
Figura 79: Primeiro trecho executado em 26/02/2013. Trecho em aclive – sentido de tráfego mais carregado. ... 97
Figura 80: Esquema sem escala da colocação da tela sobre o pavimento no primeiro trecho. 98 Figura 81: Esquema sem escala da colocação da tela sobre o pavimento no segundo trecho.. 98
Figura 82: Amarração das tela com arame recozido. ... 99
Figura 83: Emenda no sentido longitudinal. ... 99
Figura 84: Recorde no “encontro” das quatro telas. ... 100
Figura 85: Tela assentada e fixada sobre pavimento existente. ... 100
Figura 86: Recapeamento sobre a tela soldada aplicada. Compressão com rolo de pneu. ... 100
Figura 87: Compressão com rolo de pneus e liso. ... 101
Figura 88: Marcação da localização das emendas das telas. ... 101
... 102
Figura 91: Presença de trincas transversais localizadas nas emendas de telas. ... 102
Figura 92: Trincas transversais nos locais de emenda da tela. ... 103
Figura 93: Fresagem de 4 cm do pavimento existente. ... 104
Figura 94: Limpeza com vassoura mecânica. ... 104
Figura 95: Medição da extensão do trecho e medida da espessura de fresagem. ... 105
Figura 96: Limpeza com jato de ar. ... 105
Figura 97: Transporte da tela até o trecho a ser executado. ... 105
Figura 98: Recorte nos trechos de sobreposição nas emendas. ... 106
Figura 99: Detalhe da emenda no sentido longitudinal e fixação da tela no pavimento fresado. ... 106
Figura 100: Fixação da tela soldada com uso de pedaços de barras de aço. ... 106
Figura 101: Fixação da tela soldada no pavimento existente. ... 107
Figura 102: Verificação da adequada fixação das telas. ... 107
Figura 103: Vista da emenda no sentido transversal (duas malhas ou 3 fios) e aplicação da massa. ... 107
Figura 104: Execução do recapeamento. ... 108
Figura 105: Compressão da camada de recape com rolo de pneus. ... 108
Figura 106: Detalhe da espessura do recape e coleta de amostra para ensaios de laboratório. ... 108
Figura 107: Presença de afundamento na trilha de roda e jacaré no pavimento existente. .... 110
Figura 108: Colocação da tela sobre o pavimento existente e amarração das telas com arame recozido ... 110
Figura 109: Recorte das emendas. ... 111
Figura 110: Fixação da tela e recorte nos pontos de sobreposição (4 telas). ... 111
Figura 111: Fixação da tela. ... 111
Figura 112: Tela soldada fixada ao pavimento. ... 112
Figura 113: Marcação da localização das emendas. ... 112
Figura 114: Aplicação de pintura de ligação com emulsão RR-2C. ... 112
Figura 115: Aplicação de massa asfáltica. ... 113
Figura 116: Controle da temperatura de lançamento e no caminhão. ... 113
Figura 117: Compressão da camada com rolo de pneus. ... 114
Figura 120: Estrutura típica do pavimento a ser restaurado, sem fresagem. ... 122
Figura 121: Afloramento da água da chuva na interface do pavimento velho e novo. ... 125
Figura 122: Esquema de corte das telas soldadas Q138. ... 126
Figura 123: Esquema de montagem das telas soldadas. ... 126
Quadro 1: Características das telas utilizadas... 26
Quadro 2: Demonstrativo financeiro. ... 31
Quadro 3: Vantagens e desvantagens do Reflex. ... 33
Quadro 4: Características do CAP e do CAP com CCBit. ... 51
Quadro 5: Resultados médios obtidos da mistura asfáltica sem e com adição de CCBit... 52
Quadro 6: Dosagem de CAP 50-70 + 3% CCBit – Faixa C. ... 53
Quadro 7: Dosagem Marshall FAIXA "II'' PMSP ES-P 11/92. ... 55
Quadro 8: Dosagem Marshall FAIXA "III'' PMSP ES-P 11/92. ... 58
Quadro 9: Especificações da NORMA DNIT 031/2006 – ES Pavimentos flexíveis - Concreto asfáltico - Especificação de serviço. ... 60
Quadro 10: Valores obtidos para CAUQ. ... 60
Quadro 11: Resistência à Tração por Compressão Diametral de CAUQ com e sem CCBit. .. 61
Quadro 12: Resultado do Ensaio Diametral de Carga Repetida (resiliência)... 61
Quadro 13: Volumes e fluxos de tráfego obtidos no estudo... 65
Quadro 14: Número N em cada segmento, projetado para o período de 10 e 20 anos e calculado pelos métodos USACE e AASHTO. ... 66
Quadro 15: Inventário do estado de superfície do pavimento – Faixa Norte. ... 70
Quadro 16: Inventário do estado de superfície do pavimento – Faixa Sul. ... 71
Quadro 17: Resumo de Prospecção (Cavas de Inspeção)... 72
Quadro 18: Resumo dos Ensaios Geotécnicos dos Solos do Subleito. ... 75
Quadro 19: Deflexões lidas nos bordo interno e externo trecho com tela. ... 114
Quadro 20: Deflexões lidas nos bordo interno e externo trecho sem tela (LD). ... 115
Quadro 21: Trincas no sentido transversal nas emendas longitudinais no terceiro trecho (fresado) medidas em 01/03/2013. ... 116
Quadro 22: Trincas no sentido longitudinal nas emendas transversais no terceiro trecho (fresado). ... 116
Quadro 23: Defeitos no sentido transversal nas emendas longitudinais observadas em 13/03/2013 e 22/03/2013 (quarto trecho). ... 117
Quadro 24: Custo* da recuperação conforme esquema da figura 121. ... 122
ADINA Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres
BGS Brita graduada simples
BGTC Brita graduada tratada com cimento
CBR California Bearing Ratio - Capacidade de Suporte Califórnia CAUQ Concreto asfáltico usina a quente
DER-SP Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
ESRD Eixo Simples Roda Dupla ETD Eixo Tandem Duplo ETT Tandem triplo
FWD Falling Weight Deflectometer HMA Hot Misture Asphalt
IBTS Instituto Brasileiro de Telas Soldadas IGG Índice de Gravidade Global
ITS Instituto Técnico Superior OGFC Open Graded Friction Course
PI Ensaio de compactação Proctor na Energia Intermediária PD Penetração Dinâmica
PMSP Prefeitura da Cidade de São Paulo
REFLEX Reinforcement of Flexible Road Structures with Steel Fabrics to Prolong Service Life
SMA Stone matrix asphalth
VB Viga Benkelman
1 INTRODUÇÃO ... 12 1.1 OBJETIVOS... 14 1.1.1 Objetivo geral ... 14 1.1.2 Objetivos específicos ... 14 1.2 JUSTIFICATIVA ... 14 1.3 METODOLOGIA ... 15 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 18 2.1 EXPERIÊNCIAS INTERNACIONAIS ... 19 2.1.1 Finlândia e Suécia ... 19 2.1.2 Portugal ... 21
2.1.3 Estados Unidos da América ... 24
2.1.4 Itália ... 25
2.1.5 África do Sul ... 27
2.2 COMPARAÇÕES DE PREÇOS E CUSTOS COM OUTRAS TECNOLOGIAS ... 28
2.3 QUESTIONAMENTOS QUANTO À UTILIZAÇÃO DA TELA SOLDADA COMO REFORÇO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS E DA UTILIZAÇÃO DO CAP COM O ADITIVO CCBIT ... 33
2.3.1 O Reflex ainda tem sido utilizado? ... 33
2.3.2 Quais as rodovias/locais em que foi feito, ou que estão sendo feitas com tela soldada? ... 33
2.3.3 O processo foi “validado” ou ainda está em experimento? ... 33
2.3.4 Vantagens e desvantagens da tecnologia do Reflex ... 33
2.3.5 Vantagens da utilização da tecnologia do asfalto morno (adição de CCBit ao CAP)34 2.3.5.1 O que é warm asphalt ou asfalto morno? ... 34
2.3.5.2 Melhorias nas características do ligante ... 36
2.3.5.3 Características do asfalto morno utilizando o aditivo ... 37
2.3.5.4 Benefícios da utilização do cap aditivado com CCBit113AD ... 37
3 PAVIMENTO REFLEX REALIZADO NAS INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS DA GERDAU ... 38
3.1 DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO... 39
3.2 RESULTADOS APRESENTADO PELO PAVIMENTO SITUADO NA GERDAU ... 42
4.1 DESCRIÇÃO ... 50
4.2 ENSAIOS REALIZADOS ... 51
5 TRECHO EXPERIMENTAL DO PAVIMENTO REFLEX REALIZADO NA SP-35462 5.1 INTRODUÇÃO ... 62
5.2 ESTUDO DE TRAFEGO ... 64
5.3 PROJETO DE PAVIMENTAÇÃO ... 66
5.3.1 Avaliação Estrutural do Pavimento Existente ... 66
5.3.2 Avaliação Funcional dos Pavimentos Existentes ... 69
5.3.3 Estrutura do Pavimento Existente ... 72
5.3.4 Ensaios Geotécnicos dos Solos do Subleito ... 75
5.3.5 Estado do pavimento em 23 de novembro ... 78
5.4 ESTUDO DE EMENDAS EM TELAS SOLDADAS ... 80
5.4.1 Objetivo ... 81
5.4.2 Fato Gerador ... 81
5.4.3 Inspetor e data de Inspeção ... 81
5.4.4 Considerações Gerais ... 81
5.4.4.1 Escopo do Projeto ... 81
5.4.4.2 Noções Gerais ... 81
5.4.4.3 Ações a considerar da Emenda ... 82
5.4.5 Dados obtidos durante a Inspeção ... 82
5.5 DESCRIÇÃO DA EXECUÇÃO DOS TRECHOS EXPERIMENTAIS ... 86
5.5.1 Primeiro trecho - estaca 530+18,00 até a estaca 536 + 0,00 LE ... 87
5.5.2 Segundo trecho - estaca 538+00 até a estaca 541+00 LE ... 98
5.5.3 Terceiro trecho - estaca 541+07 até estaca 547+06 LE ... 103
5.5.4 Quarto trecho - estaca 547+07 até estaca 551+04LE ... 109
5.5.5 Análise de ensaios de controle tecnológico e de qualidade realizados após a execução ... 114
5.5.6 Retigrafia dos defeitos apresentados nos três primeiros trechos ... 119
5.5.7 Composição de custo para soluções de restauração ... 121
5.5.7.1 Restauração da Pista com Fresagem ... 121
5.5.7.2 Restauração da Pista sem Fresagem ... 122
6 DIFICULDADES ENCONTRADAS DURANTE A VIGÊNCIA DO PERÍODO DE TESTES ... 123
7.1 PROPOSTA DE CONTINUAÇÃO DA PESQUISA ... 125 REFERÊNCIAS ... 128
1 INTRODUÇÃO
A intensificação do fluxo de pessoas entre as diversas regiões do globo geraram a necessidade de modernizar, ampliar e de melhorar suas malhas ferroviária, rodoviária, dos portos e aeroportos e da rede de transporte urbano ao redor do mundo, tanto em questões técnicas, econômicas e principalmente ambientais.
A questão ambiental visando à gestão da sustentabilidade nas obras rodoviárias é atualmente um fator que não deve ser tratado como algo aparte de um projeto, ela deve compor juntamente com a obra um único projeto, pois se ela for desconsiderada desde o seu principio, o custo gerado posteriormente não será apenas em relação ao custo financeiro, mas também em relação a patologias excessivas que causaram maiores problemas no futuro (BEZERRA, 2011).
O transporte é uma atividade indispensável a todas as relações econômicas, ao intercâmbio entre os povos e principalmente ao comércio. No Brasil o modal mais utilizado é o rodoviário. Segundo a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) (Brasil) (2011), o país possui uma malha viária de aproximadamente 1,8 milhões de km de rodovias, com apenas 146 mil km asfaltados (entre rodovias federais e estaduais).
Os inúmeros problemas enfrentados com o transporte estão intimamente relacionados à falta de planejamento estratégico das cidades em face do intenso crescimento da população urbana do país nas últimas décadas segundo Bernucci et al. (2006).
A cada ano, mais as estradas e aeroportos são expostas a um aumento não só do volume de tráfego, mas também das suas cargas correspondentes conforme observado por Reis (2009).
Tendo o Brasil em sua grande maioria, uma rede viária constituída por pavimentos flexíveis e sendo os orçamentos disponíveis para as novas construções e manutenção destas infraestruturas, cada vez mais limitados, acaba tornando-se necessária a sua construção com maior cuidado, sempre garantindo um desempenho adequado durante o ciclo de vida, quer em termos funcionais (segurança e conforto) quer em termos estruturais de acordo com Fortes e Ressutte (2011).
É imprescindível que se atente para aspectos técnicos, econômicos, de planejamento e ambientais, de modo que as respostas sejam soluções competitivas tecnologicamente, duradouras, de custo total (inicial e final) atraente (BRASIL, 2006). Por motivos como estes, encontrados não apenas no Brasil, têm sido desenvolvidas investigações no sentido de implementar possíveis métodos de reforço dos pavimentos, sendo eles mais eficazes e econômicos.
Nos últimos anos, o reforço de pavimentos rodoviários tem aumentado rapidamente. Os reforços têm em geral grades de polímeros e tecidos, assim como fibra de vidro e aço.
Como exemplo de soluções que possibilitem uma maior capacidade de suportar a carga ao pavimento, tem-se a introdução da malha de aço. A escolha do tipo de reforço a ser adotado depende do estado em que se encontra o pavimento, ao nível do estado estrutural e funcional e ao nível de qualidade que se pretende atingir. Segundo Fortes e Merighi (2010), as principais causas de degradação dos pavimentos flexíveis são as deformações permanentes e o aparecimento de trincas.
A aplicação de reforço em pavimentos flexíveis com a tela de aço iniciou-se nos países do norte da Europa por volta de 1970. De acordo com VTI (Swedish National Road and Transport Research Institute) (2003), após a aplicação em algumas estradas foi reconhecido o potencial da malha de aço, como reforço para pavimentos.
Dessa maneira, esta técnica originou o interesse de organizações criando investigações como, por exemplo, o projeto patrocinado pela União Europeia denominado por REFLEX (Reinforcement of Flexible Road Structures with Steel Fabrics to Prolong Service Life).
Este projeto mostrou conclusões interessantes acerca das melhorias verificadas pela introdução da malha de aço como reforço, tendo como base casos práticos de estradas localizadas na Suécia, Finlândia e Itália, ajudando a definir diretrizes para o dimensionamento e execução de reforço de pavimentos recorrendo à malha de aço.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Desenvolver uma nova tecnologia para construção e reabilitação/recuperação de rodovias, com a utilização de telas de aço soldadas, de maneira a aumentar a vida útil das mesmas.
1.1.2 Objetivos específicos
Analisar o desempenho para a utilização da tela de aço, baseada nas melhores práticas internacionais, observando o seu comportamento em laboratório e trechos experimentais.
1.2 JUSTIFICATIVA
A malha rodoviária federal, onde predomina o pavimento de concreto asfáltico, também denominado de flexível, requer urgentes obras de conservação pesada e de restauração. Os investimentos em pavimentos deverão atender a exigências ecológicas, que a cada dia se mostram mais severas, tornando as organizações envolvidas vulneráveis a sanções de várias espécies.
Caso não se disponha de uma política de gestão ambiental correta no que diz respeito ao projeto, construção e manutenção, o resultado pode ser a não liberação de empréstimos ou financiamentos internos e externos.
No Brasil, o setor de transportes desempenha um papel importante no crescimento econômico, na expansão das fronteiras urbanas e na integração nacional do território. Atualmente este setor apresenta sérios problemas em sua malha rodoviária federal, onde predomina o pavimento de concreto asfáltico, necessitando assim de urgentes obras de conservação e de restauração.
Segundo o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) (Brasil) (2011) estima-se que no decorrer do ano de 2011, irão ser gastos aproximadamente 80 milhões de reais com obras emergenciais, recuperação de rodovias e encostas, além da eliminação de erosões.
A contenção orçamentária exige que os projetos não mais se atenham apenas ao chamado “baixo custo” – que infelizmente tem se traduzido por soluções de baixa qualidade, principalmente quando se trata de recuperação da deficitária malha, com as operações conhecidas como “tapa-buracos” (PASTORE, FORTES, 1998). A partir disto verifica-se a importância da escolha de medidas mais eficazes e duradoras quanto a reabilitação da malha rodoviária brasileira.
1.3 METODOLOGIA
Foi realizado um levantamento bibliográfico sobre a literatura específica nacional e internacional apresentando o estado de arte sobre o assunto, conforme apresentado no capítulo 2 desse relatório.
Avaliação funcional e estrutural do trecho experimental existente na GERDAU: inventário do pavimento com leitura das flechas, determinação da deflexão, mapeamento das trincas e do estado da tela soldada, execução de cavas e broqueamento para verificação da condição das camadas.
Definição dos trechos experimentais de laboratório a serem estudados: foi realizada considerando-se o projeto proposto:
Preparação para execução de placas em laboratório, descrito no capítulo 5;
Moldagem da Placa: descrito no capítulo 5;
Execução de placas no laboratório, descrito no capítulo 5;
Execução de ensaios de laboratório pertinentes, descrito no capítulo 5.
Execução de trechos experimentais:
Levantamento do inventário de superfície e análise do desempenho do pavimento existente na Gerdau, descrito o capítulo 4;
Execução de trechos experimentais na rodovia SP354, descrito no capítulo 6:
Determinação da capacidade de suporte do subleito e dos materiais/misturas das demais camadas do pavimento: reforço do subleito, sub-base de solo- brita (dosagem), base de brita graduada simples (BGS);
Determinação dos limites de Atterberg: limite de liquidez (LL) e limite de plasticidade (LP) para o solo utilizado no solo-brita, o solo do subleito, o solo do reforço do subleito e a BGS;
Projeto das misturas asfálticas a serem utilizadas: Faixa B e C do Departamento de Estradas de Rodagem do estado de São Paulo (DER-SP);
Dimensionamento dos trechos experimentais de campo, detalhamento executivo e de controle tecnológico, de monitoramento. Foram executados trechos sem utilização de tela soldada, com a tela Q138, colocada no sentido longitudinal, na interface da camada de revestimento e recape, com cobrimento de 100mm, 70mm e 60mm, do seguinte tipo de mistura asfáltica: Faixa B do DER-SP;
Controle tecnológico de qualidade na execução e monitoramento do desempenho do pavimento. Ensaios de laboratório e de campo. Ensaios de laboratório e de campo:
Determinação da deflexão com a viga Benkelman (VB);
Determinação do inventário de superfície em cada placa (36 placas): total de determinações = 27 vezes com levantamento de defeitos e da flecha na trilha de roda (675 m x 7m).
Coleta de amostra para moldagem de corpos de prova para Controle tecnológico com determinação dos parâmetros Marshall, da resistência a tração por compressão diametral a 25ºC e do módulo de resiliência (ensaio triaxial de cargas repetidas).
Controle tecnológico e de qualidade da execução de cada camada:
Regularização do subleito: Grau de compactação, desvio do teor de umidade, Capacidade de suporte Califórnia - California Bearing Ratio (CBR) in situ com utilização do PD (penetração dinâmica);
Solo melhorado: Grau de compactação, desvio do teor de umidade, CBR in situ com utilização do PD, espessura da camada;
Solo-brita: Grau de compactação, CBR in situ, espessura da camada;
Brita Graduada Simples (BGS): Grau de Compactação, Equivalente de areia, CBR in situ, espessura da camada;
Pintura de Ligação: determinação da taxa de aplicação do ligante com o uso da “bandeja”;
Revestimento: Faixa III ou II da Prefeitura da Cidade de São Paulo (PMSP) ou Stone matrix asphalth (SMA) ou Open Graded Friction Course (OGFC): temperatura de espalhamento e de compressão, grau de compressão, espessura da camada.
Monitoramento, coleta de dados e análise;
Monitoramento contínuo;
Realização de estudo técnico/econômico das misturas estudadas;
2 REVISÃO DA LITERATURA
A degradação dos pavimentos flexíveis esta usualmente coligada ao aumento do tráfego, aumento das cargas dos veículos, temperatura etc. Os recursos financeiros para os trabalhos de manutenção são normalmente limitados e insuficientes para manter as estradas em um padrão de qualidade mínimo (ALVES, 2007).
Deste modo, o recurso ao reforço para aplicação em novos pavimentos ou reabilitação de pavimentos existentes deve ser concebido com o intuito de aumentar o tempo de vida útil dos pavimentos, visando à economia e sustentabilidade (REIS, 2009).
A utilização da tela de aço como reforço de pavimentos flexíveis, em geral, segundo Asphalt Academy (2008), tem como objetivo aperfeiçoar as estradas conferindo ao pavimento um claro benefício relativo a uma ou mais características essencialmente de natureza estrutural; aumentando o seu tempo de vida útil de forma que haja um gasto de recursos naturais menor, além de se tornar uma estrutura mais econômica de acordo com Europa (2002).
A aplicação da tela de aço é recomendada no reforço de camadas betuminosas com vista, essencialmente, ao controle de assentamentos diferenciais e ao aumento da capacidade de carga do pavimento segundo (Heavy Vehicle Simulator) HVS- Nordic (1998).
Trabalhos de investigação na Finlândia e Suécia têm demonstrado que o reforço de pavimentos flexíveis com telas de aço é uma técnica construtiva econômica para prevenir o aparecimento de trincas longitudinais de acordo com Rathmayer et al. (2002).
O trabalho levado a cabo, apoiado em estudos experimentais realizados em estradas e laboratório, mostrou também que a aplicação da tela de aço nos pavimentos flexíveis durante a sua construção e reabilitação conferia às estradas benefícios como o aumento da capacidade de carga, aumento da resistência ao aparecimento de trincas, aumento da resistência aos assentamentos laterais, diminuição do risco de aparecimento de trincas nas camadas de reforço por reflexão dos pavimentos existentes, etc. segundo Cost (2004).
Desde meados dos anos 80 que a Suécia tem adotado nas suas estradas as telas de aço. Na grande maioria dos casos os danos observados nas estradas eram fendas devidas as infiltrações de água nas micro fissuras dos pavimentos, que com as baixas temperaturas
solidifica aumentando de volume e, consequentemente, aumentavam-se as dimensões das trincas de acordo com Halonen et al. (2000).
A aplicação de telas de aço soldada em pavimentos é ainda restrita. Muitos dos casos conhecidos têm ainda um contexto de investigação científica apoiada em estudos experimentais de acordo com Reis (2009). Tem sido observado ao longo dos anos nas experiências realizadas em estradas existentes e em laboratório, que o problema mais sensível destes pavimentos é precisamente nas juntas.
2.1 EXPERIÊNCIAS INTERNACIONAIS
2.1.1 Finlândia e Suécia
O projeto REFLEX (Reinforcement of Flexible Road Structures with Steel Fabrics to Prolong Service Life), financiado pela União Europeia começou em março de 1999 e foi realizado durante um período de três anos até fevereiro de 2002, segundo Europa (2002).
O objetivo principal do projeto foi o desenvolvimento de uma nova metodologia na construção e restauração de estradas com o uso de tela de aço, para fazer com que as estruturas rodoviárias obtivessem um aumento no seu tempo de vida útil, levando a uma redução no uso de recursos naturais, redução da necessidade de manutenção, redução de acidentes e uma melhoria da segurança do tráfego rodoviário.
As pesquisas realizadas na Finlândia e Suécia indicaram que o reforço de pavimentos flexíveis com tela de aço é um método de baixo custo para evitar rachaduras longitudinais de acordo com Halonen et al. (2000). Ensaios de campo e em laboratório ainda mostraram outras aplicações na construção e restauração de estradas para dar um melhor desempenho final como o aumento da capacidade de carga, o impedimento da deformação plástica, evitar as rachaduras reflexivas etc.
Na Suécia, o trecho escolhido para a aplicação da tela de aço, esta localizado numa estrada ao norte do país. Este trecho como pode ser visto na figura 1 a seguir foi escolhido por ter grandes ‘solavancos’, diversas rachaduras e danos causados pela geada. Sondagens realizadas no local mostraram que os materiais constituintes do pavimento eram formados siltes e argilas (VTI, 2003).
Figura 1: Defeitos do trecho em estudo.
Fonte: VTI (2003).
Para a aplicação da tela de aço, a equipe de projeto decidiu usar uma tela com as características de resistência à tração do aço fyk = 500 MPa e diâmetro = 5 mm, # 100 milímetros. Assim que teve inicio a colocação da tela de aço, levaram-se cerca de três horas até o término da instalação como pode ser observado na figura 2 a seguir em sua primeira seção de estudo. Após esta primeira etapa, na semana seguinte houve a aplicação da tela nos trechos restantes, totalizando num total de 7 seções de estudo.
Figura 2: Aplicação da tela de aço no trecho em estudo.
Durante a instalação da tela, foram feitas algumas observações. Devido ao mau posicionamento da tela, ela tendeu a ser dobrada para cima devido à carga aplicada pelos caminhões enquanto os mesmos passavam por cima do pavimento no momento da aplicação da camada asfáltica de acordo com VTI (2003). Estes defeitos foram corrigidos posteriormente, em cada seção de estudo, aplicando-se uma camada de cascalho sobre a tela, a fim de evitar futuras imperfeições.
Foram realizados diversos ensaios entre junho de 2000 até agosto de 2001, a fim de verificar as condições do reforço estrutural da tela de aço. Os resultados das medições de ensaios de carga com o FWD (Falling Weight Deflectometer) mostraram que a capacidade de suporte melhorou, mas eles não mostram grandes diferenças entre as várias seções de estudo.
Na inspeção visual, mostrou que o reforço de aço não pode evitar trincas transversais resultantes da geada. No entanto, há tendências claras para reforço de aço, quanto o impedimento da fissuração longitudinal. Observou-se ainda que a tela de aço é um reforço que tem a capacidade de controlar as rachaduras nas bordas do revestimento.
2.1.2 Portugal
Em seguida, descreve-se um caso de obra onde se procedeu à construção de um trecho experimental com o objetivo principal de avaliar o efeito da tela de aço na capacidade de carga, e o estudo através do recurso a modelação pelo Método dos Elementos Finitos no pavimento reforçado.
As ações consideradas na modelação do pavimento foram às mesmas consideradas nos ensaios experimentais, levando em conta as simplificações adotadas no modelo. As ações correspondentes ao ensaio foram obtidas pelo deflectômetro de impacto FWD (Falling Weight Deflectometer).
Na modelação numérica com recurso do Método dos Elementos Finitos (MEF) foi utilizado o programa comercial ADINA (“Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis”) de acordo com Reis (2009). Com base em modelos, foi feito um estudo paramétrico onde foi avaliada a influência da abertura da malha e da sua posição no pavimento.
O trecho em estudo do pavimento experimental foi dividido em várias partes de igual comprimento, onde foram combinadas diferentes espessuras da camada de regularização em
macadame betuminoso, em simultâneo com a aplicação de malhas com diferentes diâmetros das barras, conforme descreveu Alves (2007).
A obra analisada esta localizada no povoado de Amêndoa, no Concelho de Vila de Rei em Portugal. O trecho estudado conforme pode ser visto na figura 3 foi realizado pela empresa Construções JJR & Filhos, S.A. sendo ele realizado em 2005. De um modo geral, o trecho estudado tratava-se de uma estrada não pavimentada com alguns anos de construção, tendo sido apenas executados trabalhos relacionados com a pavimentação e pequenas correções do traçado.
Figura 3: Vista do trecho experimental estudado.
Fonte: Alves (2007).
A tela de aço soldada utilizada mostrada na figura 4 a seguir foi pré-fabricada tendo como finalidade uma maior facilidade construtiva, o que se traduz numa situação economicamente mais vantajosa. Foi assim utilizada tela soldada com barras de diâmetros 3,0mm, 3,8 mm e 5,0 mm, com abertura da malha de 100 mm nas duas direções ortogonais.
Figura 4: Vista da malha de aço e sua fixação.
Fonte: Alves (2007).
A fundação do pavimento experimental foi constituída por solos resultantes de formações de xistos medianamente alterados, apresentando elementos à base de quartzito.
A base é formada por um agregado britado de origem calcária. A camada asfáltica utilizada foi da classe de penetração 50/70, sendo os agregados constituintes britados e de origem quartzítica.
Após a conclusão da aplicação da tela no trecho experimental como visto na figura 5 a seguir, e de modo a poder ser avaliada a capacidade de carga do pavimento, foram realizados ensaios de carga com deflectômetro de impacto FWD.
Figura 5: Colocação da tela de aço.
A modelação computacional do pavimento foi efetuada com uma simplificação de bissimetria, de modo a permitir a utilização de menos memória por parte do programa ADINA segundo Reis (2009). Para a modelação não foram utilizadas as dimensões totais, mas sim uma parte com as dimensões apropriadas de forma aos resultados experimentais coincidirem ou estarem muito próximos dos obtidos através do modelo de elementos finitos.
Analisando os resultados obtidos, verificou-se que a modelação teórica traduz o comportamento observado quando dos ensaios experimentais. Após a calibração dos modelos foi possível verificar as vantagens da utilização da tela de aço como elemento de reforço, traduzindo-se numa menor deformação do pavimento.
A principal conclusão que se pode extrair é que a tela de aço pode ser considerada como um elemento de reforço eficaz, especialmente quando posicionada na interface da camada de desgaste com a camada de regularização e com uma abertura de tela de 5cm.
2.1.3 Estados Unidos da América
Nos Estados Unidos, o Instituto de Transportes do Texas (Texas Transport Institute), tem estado envolvido em numerosos projetos de investigação sobre a utilização de reforços em pavimentos. Boa parte das pesquisas tem sido realizada pelos Drs. Robert Lytton, J Button e J Epps. Testes de laboratório e de campo estão em andamento e publicações internacionais têm sido feitas ao longo dos anos, mostrando os resultados obtidos pela utilização da tela de aço nos pavimentos.
Neste caso em estudo, o objetivo da pesquisa foi investigar o estado da arte e desenvolver informações sobre a eficácia relativa de produtos comercialmente disponíveis, levando em conta a obtenção de produtos que representam as diferentes categorias de materiais comercializados para redução da reflexão de rachaduras em sobreposições de concreto asfático usina a quente - HMA (Hot Misture Asphalt).
Também foi pesquisada a identificação e utilização do melhor modelo disponível para analisar os dados de laboratório e determinar as propriedades do material que têm o maior efeito sobre desempenho de sobreposição.
Foi realizada uma extensa revisão das publicações sobre o assunto, e levantado informações pertinentes sobre, aplicação, desempenho e custos dos tipos de reforços. Os pesquisadores
selecionaram diferentes produtos de reforço, e neles foi incorporado o HMA, sendo avaliado em laboratório através da medição quanto à resistência e a fissuração térmica como descreveu Cleveland et al. (2002).
Pesquisadores do Instituto de Transportes do Texas desenvolveram um programa de computador para verificar aplicação dos reforços no pavimento. O programa permitiu a avaliação adicional de cenários alternativos de sobreposição dos reforços para incorporar no tratamento das trincas. Com base nas conclusões deste estudo, foram feitas conclusões que garantiram o desempenho dos reforços em tratamento de trincas, mas também ocorreram falhas.
Geralmente, a relação custo-benefício em reduzir as rachaduras por reflexão é pequena. Testes de laboratório indicaram que o uso de asfalto emulsionado produziu um plano de cisalhamento fraco, o que poderia promover a derrapagem durante a sobreposição na construção do pavimento.
A partir dos dados conclusivos, foram feitas recomendações baseadas nas informações adquiridas com a investigação. O programa de computador que foi desenvolvido para este projeto, deverá ser usado com cenários alternativos quando considerado os reforços asfálticos, a fim de realizar o tratamento de trincas por reflexão de acordo com Cleveland et al. (2002).
2.1.4 Itália
Em 2001, com a finalidade de verificar o desempenho estrutural do pavimento reforçado com tela de aço em relação ao pavimento semelhante sem reforço, um trecho experimental foi construído, alternando secções com e sem reforço de aço, sendo monitorado com o FWD.
O experimento foi realizado em uma estrada rural (SS 121), na Sicília (Itália). A estrada tem um único sentido com duas faixas de 3,75 m de largura, e um acostamento de 0,50 m de largura, em cada direção. O trecho experimental da estrada foi construído sobre um aterro, na pista da direita, cobrindo uma distância de 250 metros entre os quilômetros 9+410 ÷ 9+160 (CAFISO; DI GRAZIANO, 2007).
Esses autores descrevem que o trecho experimental foi construído como parte do trabalho de manutenção, que consistia na fresagem parcial e reconstrução do pavimento existente. A parte experimental foi subdividida, de modo a ter mais de uma comparação, utilizando dois tipos de
tela posicionada em duas profundidades diferentes (8 e 15 cm), com um esquema final da área sob investigação, conforme mostrado na Figura 6.
Figura 6: Esquema do trecho experimental.
Fonte: Cafiso; Di Graziano (2007).
As características dos dois tipos de tela de aço utilizadas nas seções experimentais são mostradas na Figura 7. No quadro 1 estão apresentadas as características das telas utilizadas.
Quadro 1: Características das telas utilizadas.
Tipo de tela Abertura da malha (mm) Distância entre as barras (mm) Diâmetro da malha (mm) Diâmetro da barra transversal k longitudinal (MN/m) K transversal (MN/m) Forte 83,5 165 2,7 3,4 2,7 11,5 Suave 83,5 165 2,4 4,4 22,7 19,34
Fonte: Cafiso; Di Graziano (2007).
Figura 7: Características geométricas.
Fonte: Fonte: Cafiso; Di Graziano (2007).
Tela de aço S Tela de aço L Tela de aço S Tela de aço L Tela de aço S
Após cinco anos, analisando–se os resultados, os autores concluíram que após cinco anos de serviço sob as mesmas condições de trafego, houve a dissipação de 33% do período de vida do pavimento sem reforço e somente 15% no pavimento reforçado com tela de aço, mostrando uma extensão na razão de duas vezes da vida residual quando comparado com o pavimento sem reforço.
2.1.5 África do Sul
Em meados de novembro de 2003, na África do Sul, um grupo de técnicos em estradas resolveu investigar o desenvolvimento de uma orientação sobre a utilização de reforços asfálticos. Esta investigação levou em conta as principais funções do reforço (evitar as trincas por reflexão, proteger as camadas asfálticas contra o tráfego intenso, etc.).
Esta investigação foi desenvolvida, pois, mesmo com uma grande quantidade de pesquisas sendo realizadas sobre a utilização do reforço estrutural, não estava havendo uma divulgação eficaz destas praticas de construção na África do Sul.
Isto acabou levando à falta de compreensão da tecnologia, falta de consciência dos resultados das pesquisas, implementação de má qualidade, dentre outros.
O objetivo da orientação desenvolvida foi fornecer uma síntese das práticas para a utilização dos reforços na pavimentação com base em práticas internacionais sendo, portanto, o objetivo principal, a contribuição para uma redução no custo da reconstrução, levando a reabilitação das estradas tendo em vista as condições de sustentabilidade desenvolvidas na África do Sul de acordo com Asphalt Academy (2008).
O foco da orientação está na construção e reabilitação de estradas com camadas asfálticas, sendo que ela foi feita usando o conhecimento acumulado de profissionais da área, incluindo representantes dos fabricantes da tela de aço, organizações internacional de pesquisa, autoridades rodoviárias, consultores de engenharia, indústria de asfalto e outros que têm uma longa experiência de trabalhar no campo dos reforços asfálticos.
De acordo com a orientação, foi constatado que a aplicação de reforço com tela de aço, melhora a vida útil do pavimento. A estrutura da tela aberta alcança o agregado de asfalto, resultando em uma alta resistência ao cisalhamento na interface do reforço e no asfalto assim
bem como o bloqueio melhora a transferência de carga para o reforço (ASPHALT ACADEMY, 2008).
A estrutura da tela de aço aberta permite que cada fio integra-se no asfalto, e, portanto, efetivamente atua como um pedaço de agregado contínuo com a matriz asfáltica, que constitui aproximadamente 40% da composição em uma forma contínua de massa asfáltica.
A tela de aço, quando instalada e revestida por betume, acaba inibindo o efeito da corrosão. Experiências mostraram que nenhum betume adicional é necessário para o asfalto, já que o betume da superfície revestida pela tela de aço é maior que a área de superfície revestida da tela.
Os sul-africanos realizaram ensaios sob as mesmas condições de temperatura e carga. Ficou evidente que a seção não reforçada faliu por trincamento, apresentando deformação permanente significativa conforme figura a seguir.
Figura 8: Pavimento sem reforço e com reforço.
Fonte: Asphalt Academy (2008).
2.2 COMPARAÇÕES DE PREÇOS E CUSTOS COM OUTRAS TECNOLOGIAS
O estudo de aplicação da tela de aço em rodovias ainda é algo considerado recente, tendo o início de suas aplicações por volta de 1970 em países europeus, com o intuito de aprimorar o conhecimento sobre o desempenho do pavimento assim como seu comportamento.
Sem reforço
Reforço no meio da camada
Reforço na base da camada (interface com a camada de base)
Diversos estudos com aplicações da tela de aço foram efetuados em países como nos Estados Unidos e África do Sul, onde se pode observar que os pavimentos reforçados com tela de aço apresentaram as seguintes características básicas:
Prolongamento da vida útil do pavimento em 30%;
Menor necessidade de manutenção;
Menores custos com conservação.
Dentre os estudos efetuados nos países onde de aplica a tela de aço, alguns autores comparam a funcionalidade da tela com os geossintéticos. Esses produtos são constituídos por uma grande variedade de materiais e formas, cada um adequado a um determinado uso ou necessidade. As principais obras que utilizam esses materiais são: aeroportos, ferrovias, rodovias, aterros, estruturas de contenção, reservatórios, canais e barragens.
Tendo em vista as opções de se prolongar a vida útil do pavimento e o seu desempenho, a aplicação dos geossintéticos começo recentemente a ser utilizada no Brasil. Em 2004 a Maccaferri em parceria com a Universidade do Vale do Itajaí (Univali) junto com a construtora Viapav, utilizaram em um período de três meses, 215 metros quadrados de geotêxtil a um custo de aproximadamente três milhões de reais, a fim de verificar a sua funcionalidade.
Pode-se concluir assim que o custo para implementação do metro quadrado de geotêxtil por mês é de R$ 4.650,00. Em contra partida ao alto custo, os estudos revelaram que até o presente momento os resultados são satisfatórios, porém outros estudos mais viáveis financeiramente estão em análise, como a aplicação de geossintéticos nas rodovias brasileiras.
Como o estudo aqui apresentado, será o pioneiro da aplicação da tela de aço soldada em rodovias brasileiras, será possível definir os seus custos para a sua implementação, conservação e ainda fazer uma comparação mais eficaz em relação ao geossintético, mostrando também ser uma alternativa mais econômica e principalmente ambiental.
A seguir é demonstrada uma comparação de preços entre três tipos de faixas de concreto asfáltico (C.A.), juntamente com e sem a aplicação das telas Q138 e Q139.
Figura 9: Esquema da tela de aço da Gerdau.
Fonte: Gerdau (2012).
Figura 10: Proposta de aplicação da tela.
Nota: Ensaio de compactação Proctor na energia intermediária (PI)
Fonte: Acervo pessoal (2012).
80mm e 40mm
Sem tela e com tela: Q138 e Q159
BGS GC > 100% PI CBR > 80% e< 0,5% BGS CAUQ 15,0 cm Pintura Ligante SOLO BRITA GC = 100% PI CBR > 20% e< 1,0% BGS SOLO MELHORADO CBR =9% exp. < 1,0% GC = 100% PN Subleito CBR = 5,0% exp. < 2,0% GC > 100% PN 15,0 cm 15,0 cm 6m
Para o cálculo de valores das camadas constituintes do pavimento, foi levada em consideração a tabela de preço unitário (TPU) do DER/SP, com data de Referência de 31/12/2011.
Quadro 2: Demonstrativo financeiro.
Data de Referência: 31/12/2011
Subitem Nome Unidade Preço Unitário (R$)
23.02.01 MELH/PREPARO SUB-LEITO - 100% EN m2 0,980
23.04.02.09 SUB-BASE OU BASE DE SOLO BRITA 70% BRITA m3 115,250
23.04.03.01 SUB-BASE OU BASE BRITA GRAD. SIMPLES m3 160,260
23.04.07.03
BASE SOLO ESTABILIZADO QUIMICAMENTE PARA
SOLO ARENOSO m
3 35,920
23.05.02 IMPRIMADURA BETUMINOSA LIGANTE m2 1,230
23.08.02 CONC.ASF.US.QUENTE - BINDER GRAD.B C/DOP m3 436,430
23.08.03.03 CAMADA ROLAMENTO - CBUQ - GRAD.C - COM DOP m3 458,880
23.08.05 CONC. ASF. MODIFICADO P/POLIMERO m3 460,040
Fonte: Acervo pessoal (2012).
Quanto à tela de aço, foi levando em conta os valores abaixo indicados:
Q138: R$ 104,50/painel (preço sem impostos)
Q159: R$119,60/painel (preço sem impostos)
Um painel = 6m x 2,45m = 14,7m2, portanto, 1m2 = Valor da tela / 14,7m2
Q138: R$ 7,11/m2 (preço sem impostos)
Figura 11: Revestimento com 40 mm.
Fonte: Acervo pessoal (2012).
Figura 12 Revestimento com 40 mm.
Fonte: Acervo pessoal (2012).
Dessa maneira, verifica-se que com a tela, o valor é maior do que sem ela. É importante ressaltar que foram levadas algumas considerações para o cálculo:
Sem tela - FAIXA II = 74,28/m2
Com tela - FAIXA II = 81,39/m2 (9,5% mais cara).
2.3 QUESTIONAMENTOS QUANTO À UTILIZAÇÃO DA TELA SOLDADA COMO REFORÇO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS E DA UTILIZAÇÃO DO CAP COM O ADITIVO CCBIT
2.3.1 O Reflex ainda tem sido utilizado?
Sim. Principalmente em países da comunidade europeia, onde a sua aplicação se mostrou bastante eficaz devido a vários experimentos feitos a partir do projeto REFLEX, iniciado na década de 80 pela Suécia e Finlândia. Além disso, sua utilização tem sido feita na África do Sul, onde lá, eles possuem um manual de aplicação de reforços estruturais onde também constam os geossintéticos.
2.3.2 Quais as rodovias/locais em que foi feito, ou que estão sendo feitas com tela soldada?
Em Portugal, a obra está localizada no povoado de Amêndoa, no Concelho de Vila de Rei e na Suécia, na Autoestrada E6 a oeste do país. Só temos o conhecimento destes 2 nomes de locais específicos, sendo que em ambos a tela foi aplicada no ano de 2009.
2.3.3 O processo foi “validado” ou ainda está em experimento?
O último experimento que foi relatado nos artigos, data do ano de 2009, sendo que desde meados dos anos 80 que a Suécia tem adotado nas suas estradas as telas de aço.
2.3.4 Vantagens e desvantagens da tecnologia do Reflex
Quadro 3: Vantagens e desvantagens do Reflex.
Vantagens Desvantagens
Prolongamento da vida útil do pavimento Maiores custos de implantação
Menor necessidade de manutenção Sensibilidade nas juntas das telas
Menores custos com conservação Não combate trincas transversais
2.3.5 Vantagens da utilização da tecnologia do asfalto morno (adição de CCBit ao CAP) 2.3.5.1 O que é warm asphalt ou asfalto morno?
Asfalto morno representa um grupo de tecnologias que permitem uma redução nas temperaturas das misturas asfálticas na fase de aplicação.
Estas tecnologias tendem a reduzir a viscosidade do asfalto e fornecer cobertura completa do agregado em temperaturas que vão de 20 a 55°C mais baixas que as temperaturas usuais de misturas. Melhora a trabalhabilidade a temperaturas mais baixas permitindo também, melhora a compactação uma vez que a viscosidade é menor. Melhorando compactação, a densidade tende a reduzir a permeabilidade e endurecimento do ligante devido ao envelhecimento, que tende a melhorar o desempenho em termos de resistência à quebra e suscetibilidade à umidade.
A tecnologia do warm asphalt também têm o potencial de ser benéfica durante o tempo frio pois a mistura pode ser compactada a temperaturas mais baixas ou, quando as misturas devem ser transportadas por longas distâncias antes da aplicação.
O menor diferencial entre a temperatura ambiente e a temperatura da mistura, resulta em um ritmo mais lento de resfriamento. O CCBit113AD e o único produto no mercado que aumenta e muito o ponto de amolecimento do CAP, mais que qualquer outro produto, como pode ser observado na figura 11.
Figura 11: Ponto de amolecimento Anel Bola.
40 50 60 70 80 90 100 110 0 1 2 3 4 So ft e n in g p o in t R in g a n d B a ll [° C]
Added CCBit 113AD [%]
Entwicklung Erweichungspunkt Ring und Kugel
Probenr. 2 und 8 (Bitumen 60/90) Probenr. 5 und 3 (Bitumen 60/90) Probenr. 6 und 1 (Bitumen 60/90) Probenr. 7 und 4 (Bitumen 90/130) Adição de CCBit 113AD (%)
P onto de a mol ec im ento Ane l-B ola (%)
Fonte: Acervo pessoal (2012).
Observa-se, para diversos tipos de cimento asfáltico de petróleo, que quanto mais CCBit é incorporado, maior é o ponto de amolecimento. Na figura 12 é mostrado como a adição de CCBit diminui a penetração.
Figura 12: Penetração versus adição de CCBit.
Fonte: Acervo pessoal (2012).
Observa-se que com o aumento da porcentagem de CCBit, o material fica menos viscoso. As figuras 13 e 14 mostram a modificação do asfalto com adição de CCBit.
Figura 13: Modificação de Ligante. Adição de CCBit 113AD (%)
Pe ne tra çã o (1/10 mm )
Asfalto Morno Modificado com CCBit
Fonte: Acervo pessoal (2012).
Figura 14: Adesividade entre ligante e agregado.
Fonte: Acervo pessoal (2012).
2.3.5.2 Melhorias nas características do ligante
a) CAP normal (50/70)
ponto de amolecimento (°C ) = 46 a 54
penetração (0,1 mm) = 50 a 70
b) CAP modificado com CCBit113AD (depende da porcentagem de adição do aditivo, que varia de 2 a 3%)
ponto de amolecimento (°C ) = acima de 80
penetração (0,1 mm) = aprox. 30
excelente adesividade com todos os agregados
2.3.5.3 Características do asfalto morno utilizando o aditivo
Após a adição do CCBIT113AD no tanque de CAP comum e sua total homogeneização (aprox. 1 hora de agitação), a temperatura no tanque CCBit113AD pode ser reduzida para 150 °C.
Usando o CAP modificado com CCBit113AD no tanque, a temperatura da mistura pode ser reduzida para 145~150 °C, economizando combustível e diminuindo a emissão de gases nocivos.
Para a aplicação da massa asfáltica modificada com CCBit113AD não há necessidade de equipamentos especiais. Normalmente não se utiliza rolo de pneu. A compactação deve começar em torno de 130~125 °C e terminar por volta de 90 °C.
2.3.5.4 Benefícios da utilização do cap aditivado com CCBit113AD
a) Meio Ambiente
Redução do consumo de energia;
Não nocivo à saúde (gases respirados pelos trabalhadores);
Redução da emissão de gases;
b) Qualidade
Melhoria da trabalhabilidade (fluidez);
Maior resistência contra deformação permanente;
Excelente comportamento em altas e baixas temperaturas de -35 °C até 100 °C;
Excelente adesividade com todos os agregados.
c) Custo Beneficio
Método de perda zero durante o processo e 100% reciclável
Fácil manuseio e estabilidade na estocagem do ligante modificado
Melhoria acentuada no custo benefício devido ao aumento da vida útil
Acentuada redução nos custos de reparação/manutenção
Fácil aplicação e redução de energia de compactação
Devido ao aumento do ponto de amolecimento, da redução da penetração, da excelente adesividade e através dos resultados obtidos nos ensaios de deformação permanente, podemos afirmar que a expectativa da vida útil do pavimento com ligante modificado pelo aditivo CCBit113AD é o dobro de um Concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ) comum.
3 PAVIMENTO REFLEX REALIZADO NAS INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS DA GERDAU
As instalações da Gerdau Aço Longos ficam na Rodovia Pres. Castelo Branco, km 52, s/nº. Ronda 18147-000 – Araçariguama – SP. As figuras 15 e 16 apresentam a localização aproximada da área de estudo.
Figura 15 - Localização da área de estudo.
Figura 15 – Vista da Gerdau.
Fonte: Google Maps Brasil (2012).
3.1 Descrição do Experimento
O pavimento foi executado em 2005. As informações do projeto e execução foram fornecidas pelo Eng. João Batista Rodrigues da Silva do IBTS. O tráfego para um período de operações de 12 horas (diárias) foi considerado como de 540 caminhões.
Tais veículos, ainda, estariam distribuídos nas seguintes categorias de eixos rodoviários: 40% de caminhões com apenas um eixo simples roda dupla (ESRD); 10% de caminhões com eixo tandem duplo (ETD), trucados; 50% de carretas com um ESRD e um eixo tandem triplo (ETT).
Com base em tais elementos, chegou-se a montante de eixos, para cinco anos de operação, com a seguinte distribuição: 886.950 eixos simples roda dupla (ERSD); 98.550 eixos tandem duplo (ETD); 492.750 eixos tandem triplo (ETT). Para o dimensionamento dos pavimentos empregou-se o critério de carga máxima legal, adotando-se os seguintes pesos por tipo de eixo: ESRD = 100 kN; ETD = 170 kN; ETT = 255 kN.
Com base em tais considerações, tendo-se em conta o critério oficial brasileiro para o dimensionamento de pavimentos asfálticos, chegou-se a um número equivalente de repetições de carga do eixo padrão de 80 kN igual a 7,2 x 106.
As espessuras dos pavimentos foram definidas contemplando-se duas situações (a) pavimento com base cimentada em brita graduada tratada com cimento (BGTC), do tipo semirrígido, que, naturalmente tendendo apresentar fissuração por retração e fadiga da base, tenderia a propagar tais fissuras pela camada de revestimento, de maneira mais veloz, servindo aos propósitos da malha de aço; inclusive, tal tipo de pavimento é de emprego bastante comum e nas regiões Sul e Sudeste do Brasil; (b) pavimento do tipo flexível, com base granular em brita graduada simples (BGS), de amplo emprego no território nacional.
Foram selecionados três tipos de telas soldadas: Q-92, Q-138 e Q-159. A pista de acesso, no trecho experimental, com 150 m de extensão, será construída contemplando em meia pista o pavimento semirrígido e na outra meia pista o pavimento flexível. Tais pistas foram divididas em quatro trechos, com 37,5 m cada um deles, sendo que no primeiro não foi empregada tela soldada (controle) em ambos os lados. No segundo, terceiro e quarto trecho, respectivamente, empregou-se as telas mencionadas, cada uma delas para ambas as pistas, em pavimento semirrígido e em pavimento flexível.
O revestimento, em sua primeira camada, foi realizado com mistura asfáltica com espessura final de 30 mm, sobre a qual, nos trechos selecionados, foram instaladas as telas soldadas. Após imprimação betuminosa do conjunto, foi aplicada a segunda camada de concreto asfáltico usina a quente (CAUQ), com 50 mm de espessura. Nas figuras 17 e 18 estão apresentadas as seções executadas, recordando que as seções possuem 38 m e foram os instrumentos instalados nas bordas direitas das faixas de rolamento, próximos às guias e sarjetas, aproximadamente a meio caminho de cada seção experimental.
Figura 15: Seções transversais da pista da Gerdau.
Fonte: Gerdau (2005).
O valor da capacidade de suporte do subleito (CBR) igual a 5%.
Figura 16: Sessões executadas.
3.2 RESULTADOS APRESENTADO PELO PAVIMENTO SITUADO NA GERDAU
Foram realizadas medições de campo para a avaliação estrutural do pavimento, utilizando-se a viga de Benkelman.
A avaliação das deflexões com viga de Benkelman em cada seção experimental serviu para determinar a capacidade de recuperação elástica de pavimentos reforçados com as telas soldadas. Em pista, o procedimento adotado foi o emprego de relógio comparador digital com precisão de milésimos de milímetros para garantir acurácia nos resultados e análises. O caminhão de testes empregado, foi o mesmo para as provas de carga dinâmicas, possuía um eixo dianteiro simples com 56 kN e eixo traseiro tipo tandem (trucado) com carga de 21,06 kN.
É importante, inicialmente, com base nos valores de deflexões de dezenas de testes repetitivos e afastados 500 mm um do outro, para cada seção de teste, ressaltar que os seguintes aspectos foram verificados, durante as provas de carga estáticas bem como após análises detalhadas posteriores:
A seção 1a apresentou deformação resiliente excessiva, o que não era esperado para uma seção com base em BGTC; embora apenas testes destrutivos em pista possam trazer esclarecimentos melhores, é de se supor que algo falhou na execução da BGTC nessa seção, pois a mesma não atingiu a rigidez requerida e típica desse material;
A seção 4a, de modo oposto, ofereceu uma rigidez absolutamente incomum, o que impediu inclusive a leitura de deflexões, após diversas tentativas em pista;
As seções em pavimentos flexíveis apresentaram deflexões bastante elevadas, uma provável combinação entre a carga de eixo empregada para os testes com um solo resiliente de subleito, além de possível saturação excessiva da base na data dos testes, uma vez que durante vários dias que antecederam os testes ocorreram chuvas torrenciais excessivas.
As seções 2 a e 3 a apresentaram resultados mais típicos para pavimentos semirrígidos, quando se observam graficamente raios de curvatura maiores em comparação a todas as demais seções em que os pavimentos são flexíveis, que por sua vez apresentam um ponto de
