ACADEMIA MILITAR DAS AGULHAS NEGRAS ACADEMIA REAL MILITAR (1810)
Bruno Michael da Silva
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS PAVIMENTOS RÍGIDOS E FLEXÍVEIS
Resende 2018
Bruno Michael da Silva
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS PAVIMENTOS RÍGIDOS E FLEXÍVEIS
Resende 2018
Monografia apresentada à Academia Militar das Agulhas Negras como parte integrante do Trabalho de Conclusão do Curso de Bacharel em Ciências Militares, sob a orientação do Cap Eng Faria.
Bruno Michael da Silva
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS PAVIMENTOS RÍGIDOS E FLEXÍVEIS
_____________________________________________
Cap QEM Faria Orientador
Resende 2018
Dedico este trabalho ...
...
...
...
AGRADECIMENTOS
RESUMO
SILVA, Bruno Michael da. Estudo comparativo entre os pavimentos rígidos e flexíveis.
Resende: AMAN, 2018. Monografia.
Cuida este estudo a respeito da comparação entre os pavimentos rígidos e flexíveis, tendo como objetivo analisar, com base nos materiais de composição e no tempo de uso, a durabilidade do pavimento de concreto em função do uso contínuo de veículos pesados e seus impactos em relação à manutenção. Para a realização do estudo foi utilizada uma metodologia bibliográfica. Foi analisado um estudo de Vasata e Silva Júnior (2013), no qual os autores constatam, através de orçamentos feitos, que o pavimento flexível, além de ser economicamente mais viável, também é o ideal para as rodovias brasileiras. Isso porque o pavimento rígido em concreto é recomendado para vias de tráfego pesado e corredores de ônibus (BRT). A sua construção apresenta um custo maior em comparação ao asfalto. O pavimento flexível é o mais usado para qualquer tipo de rodovia, esse tipo de pavimento permite a união dos materiais agregados, ele pode ser combinado com a borracha de pneus moídos, além de permitir a reutilização de diversos materiais por meio da reciclagem. Desta forma, tem-se que o objetivo geral do estudo foi atingido.
Palavras-chave: Pavimento flexível. Pavimento rígido. Materiais. Composição.
Durabilidade.
ABSTRACT
SILVA, Bruno Michael da. Comparative study between rigid and flexible pavements.
Resende: AMAN, 2018. Monograph.
This study deals with the comparison between rigid and flexible pavements, aiming to analyze, based on composite materials and time of use, the durability of the concrete pavement due to the continuous use of heavy vehicles and their impacts in relation to the maintenance. A bibliographic methodology was used to carry out the study. It was analyzed a study by Vasata and Silva Júnior (2013), in which the authors confirm, through budgets, that flexible pavement, besides being economically more feasible, is also the ideal for Brazilian highways. That's because rigid concrete pavement is recommended for heavy traffic lanes and bus corridors (BRT). Its construction has a higher cost compared to asphalt. The flexible floor is the most used for any type of highway, this type of pavement allows the union of the aggregate materials, it can be combined with the rubber of ground tires, besides allowing the reutilization of diverse materials through the recycling. In this way, the general objective of the study has been reached.
Keywords: Flexible pavement. Hard floor. Materials. Composition. Durability.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 9
2 REFERENCIAL TEÓRICO-METODOLÓGICO ... 11
2.1 Revisão da literatura e antecedentes do problema ... 11
2.2 Procedimentos de pesquisa ... 13
3 HISTÓRIA DA PAVIMENTAÇÃO ... 15
3.1 Pavimento flexível ... 15
3.2 Pavimentos rígidos ... 16
3.3 Funções de pavimentação ... 18
3.4 Fatores que influenciam o bom desempenho de um pavimento ... 19
3.5 Tipos de deterioração do pavimento ... 20
3.6 Causas dos pavimentos se deteriorarem ... 23
4 COMPARAÇÃO ENTRE A UTILIZAÇÃO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS E PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM RODOVIAS ... 24
4.1 Design estratégico ... 25
4.2 Comparação baseada nos custos ... 25
CONCLUSÃO ... 27
REFERÊNCIAS ... 29
ANEXO ... 30
ANEXO 1: IMPACTO DA CARGA NOS DOIS PAVIMENTOS ... 31
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1 INTRODUÇÃO
Trata este estudo a respeito da análise da comparação entre pavimento rígido e flexível em rodovias com grande tráfego de veículos pesados tendo em vista que, atualmente, a quantidade de veículos de transporte em massa como carretas de pranchas, ônibus e bem como o uso de caminhões para transporte e outros tipos de veículos de grande porte tem aumentado sobremaneira nos grandes centros urbanos, o que gera algumas consequências para os dois tipos de pavimentos alterando sua estrutura e durabilidade fazendo com que seja cada vez mais corriqueiro o cuidado com a fiscalização e manutenção para a boa conservação do pavimento com a finalidade de sempre mantê-los nos padrões especificados e previstos pelo DNIT.
O contexto do estudo será a comparação destes dois tipos de pavimentos no que diz respeito à sua durabilidade além de, durante o trabalho, analisar outras características pertinentes aos dois tipos de materiais. Pode-se verificar que em algumas rodovias específicas que serão apresentadas no trabalho, torna-se nítida a viabilidade e necessidade da implantação de um tipo de pavimento específico de pavimento para determinada estrada, tendo em vista o esforço que aquela faixa de rolamento irá sofrer, a pressão causada pode danificar o pavimento e interferir na sua durabilidade e tempo de manutenção, diminuindo-os para que isso se evite, muitas rodovias brasileiras estão adotando balanças para que seja feita a conferência do peso das cargas transportadas por caminhoneiros e por ônibus de viagem.
“A engenharia é a arma de apoio ao combate que tem como missão principal apoiar a mobilidade, a contramobilidade e a proteção, caracterizando-se como um fator multiplicador do poder de combate.” (BRASIL, 1999, p 1-3).
Dentro do aspecto referente à mobilidade, destacam-se atividades como a construção e reparação de estradas. O referido trabalho pode contribuir em demasia para o desenvolvimento nacional economizando recursos públicos e mantendo as obras das rodovias brasileiras na melhor qualidade possível. Além disso, o referido tema é de grande importância para o oficial de engenharia que estará também nos batalhões de construção contribuindo sobremaneira com seu conhecimento para tomada de decisões; por isso é essencial que o oficial tenha o conhecimento de ambos os materiais de pavimentação.
O objetivo geral será analisar, com base nos materiais de composição e no tempo de uso, a durabilidade do pavimento de concreto em função do uso contínuo de veículos pesados e seus impactos em relação à manutenção. Serão observados os seguintes objetivos específicos: identificar os principais danos causados no pavimento flexível e do pavimento
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rígido em rodovias, o tempo de manutenção entre os dois tipos de pavimentação e os gastos com manutenção.
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2 REFERENCIAL TEÓRICO-METODOLÓGICO
Para desenvolver o tema usou-se um conjunto de bibliografias sendo que para desenvolver o assunto relacionado ao pavimento flexível foi estudado o manual do (DNIT 2006) a fim de obter referências para o assunto ao passo que para o desenvolvimento do pavimento rígido foi utilizado o manual da ABCP aos mesmos moldes do manual do DNIT para o outro pavimento.
2.1 Revisão da literatura e antecedentes do problema
Segundo o DNIT (2008), a repetição de deformações elásticas excessivas nos pavimentos resulta em fissuramento dos revestimentos betuminosos (ruptura por fadiga). Com base nisso, necessário se faz uma investigação a respeito do quanto de repetição no pavimento, aferindo o tempo de durabilidade, o pavimento consegue se manter inteiro.
De acordo com a ABCP (2002), o cimento portland é o material de construção de mais extenso uso no mundo. As características e propriedades desses concretos e argamassas vão depender da qualidade e proporções dos materiais com que são compostos.
O tipo de pavimentação flexível, ao sofrer constantes pressões por inúmeros veículos de grande classe concentrando os esforços verticais em um só ponto do pavimento e transferindo grande quantidade de pressão ao solo geram muitos tipos de problemas na constituição desse pavimento e em suas camadas. Em decorrência disso, a obra se torna ineficiente, os autos custos com manutenção são desanimadores aos cofres públicos, e principalmente, a segurança é posta à prova.
Assim, é oportuno problematizar a questão: como a substituição do tipo de pavimento ajudará na melhoria de tais problemas? Qual a diferença e eficiência do pavimento de concreto na sua durabilidade?
2.2 Procedimentos de pesquisa
A proposta da pesquisa é analisar o pavimento de asfalto e o de concreto.
Para a elaboração do trabalho foi feita uma pesquisa bibliográfica. A técnica da Pesquisa de campo bibliográfico foi utilizada como instrumento para obtenção de dados, utilizando fundamentação teórica prévia.
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As fontes de pesquisas consultadas foram manuais de pavimentação e outros trabalhos científicos da mesma natureza. Os dados técnicos sobre os dois tipos de pavimento foram retirados do Manual do DNIT e da ABCP.
Em seguida, foram feitos o cruzamento das informações levantadas na leitura de outros trabalhos da seguinte forma:
a) organização e tabulação de características dos pavimentos;
b) verificação dos problemas principais de ambos os pavimentos
c) verificação do tempo de ocorrência de quando se iniciam os problemas d) análise comparativa dos problemas e apuração do de melhor viabilidade.
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3 HISTÓRIA DA PAVIMENTAÇÃO
Segundo DNIT (2006, p. 95), “pavimento é uma superestrutura constituída por um sistema de camadas de espessura finitas, assentadas sobre um semi-espaço considerado teoricamente como infinito (infra-estrutura ou terreno de fundação) a qual é designada de subleito.
Os asfaltos são constituídos por derivados do petróleo e podem ser obtidos de forma natural ou artificial, por processos físicos ou químicos. Ocorre naturalmente em lagos de asfalto e em asfalto rochoso (uma mistura de areia, calcário e asfalto).
Possui propriedades como consistência sólida ou semissólida, e cor escura.Sua principal aplicação é na construção civil, sendo utilizado como pavimento e impermeabilizante. Contudo, o primeiro registro sobre o uso do asfalto na construção foi em 615 a.C., durante o reinado do rei Nabopolassar, na Babilônia. O nome asfalto é proveniente do grego, demonstrando a sua familiaridade pelos gregos antigos. Já os romanos o utilizavam para selar seus banhos, reservatórios e aquedutos. Na era dos descobrimentos os europeus encontraram depósitos naturais de asfalto na Venezuela. Segundo uma carta escrita em 1595, por Sir Walter Raleigh, relatava a presença de asfalto na Ilha de Trindade, na costa da Venezuela.
Na época ele utilizou o material para calafetar os seus navios. Hoje, o lago de piche localizado à sudoeste da ilha de Trindade é o maior depósito de asfalto do mundo e a primeira fonte de asfalto na América, seguido do Lago Bermudez. O asfalto é produzido nas refinarias de petróleo através da destilação fracionada. Na destilação fracionada o óleo bruto é aquecido e suas frações separadas de acordo com o seu ponto de ebulição. As frações mais leves são produzidas primeiro e o material que permanece no fundo da torre de destilação são os produtos asfálticos (DNIT, 2006, p. 95).
3.1 Pavimento flexível
De acordo com DNIT (2006, p. 95), pavimentação flexível é aquela que todas as camadas sofrem deformações elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas.
Com relação à composição do pavimento, DNIT (2006, p. 78) afirma que:
Os materiais pétreos usados em pavimentação, normalmente conhecidos sob a denominação genérica de agregados, podem ser naturais ou artificiais. Os primeiros, são aqueles utilizados como se encontram na natureza, como o pedregulho, os seixos rolados, etc., ao passo que os segundos compreendem os que necessitam uma transformação física e química do material natural para sua utilização, como a escória e a argila expandida.
Os agregados usados em pavimentação podem ser classificados segundo a natureza, padrão ou distribuição dos grãos (DNIT, 2006).
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Figura 1: Classificação dos agregados usados na pavimentação Fonte: DNIT, 2006.
De acordo com DNIT (2006), os materiais que constituem os pavimentos flexíveis são: material asfáltico (aglutinantes), agregado graúdo (pedra ou seixo rolado) e agregado miúdo (areia ou pó de pedra).
As etapas do processo executivo do pavimento de concreto betuminoso usinado à quente (CBUQ) são: imprimação, lançamento do CBUQ, compressão e compactação do CBUQ e pintura de ligação (DNIT, 2006).
3.2 Pavimentos rígidos
Segundo DNIT (2006), pavimento rígido é aquele em que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação às camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as tensões provenientes do carregamento aplicado.
Os tipos de pavimento rígido são: pavimento de concreto simples, tipo whitetopping, estruturalmente armado, concreto rolado, com peças pré-moldadas, sobre laje em tabuleiros de obras de artes especiais (DNIT, 2006).
O pavimento de concreto simples divide-se em: placas de concreto simples, placas de concreto simples com barras de transferência, placas de concreto simples com armaduras distribuídas descontínua, placas de concreto simples com armadura distribuída contínua (DNIT, 2006).
De acordo com DNIT (2006), os materiais constituintes dos pavimentos rígidos são:
cimento portland (comum), agregado graúdo (brita), agregado miúdo (areia), água (tratada), aditivos químicos (plastificante), fibras (plásticas ou aço), selante de juntas (moldado),
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material de enchimento de juntas (fibras ou borracha) e aço (CA-50, CA-60 e CA-25).
Utilizam-se as juntas para: controle de fissuras, seção enfraquecida na placa de concreto, formada por meio de corte ou ranhura (profundidade 1/4 e 1/6 da altura da placa).
Podem ser transversais ou longitudinais. Para manter as placas unidas usa-se barras de ligação, para transferir as cargas de uma placa para outra utiliza-se barras de transferência (DNIT, 2006).
O processo de execução do pavimento rígido começa com o lançamento, distribuição e adensamento. Logo após é feito o corte de juntas, a cura e selagem e finalmente o nivelamento e acabamento (DNIT, 2006).
A principal diferença entre os pavimentos flexível e rígido é a distribuição de tensões nas camadas subjacentes. O pavimento flexível funciona como camada de rolamento, e quem absorve os esforços devido ao tráfego é a fundação. No pavimento rígido: a camada de rolamento também funciona como estrutura, redistribuindo os esforços e diminuindo a tensão imposta à fundação (DNIT, 2006).
Pela figura abaixo observa-se a composição do pavimento flexível e do pavimento rígido.
Figura 2: Pavimento flexível e pavimento rígido: composição Fonte: worpress.com, 2018.
Pela tabela abaixo observa-se a diferença entre pavimento flexível e pavimento rígido.
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Tabela 1: Pavimento flexível e pavimento rígido: diferenças Fonte: worpress.com, 2018.
Observa-se que os dois tipos de pavimentos atendem as características de segurança, de conforto e de economia (manutenção, operação e segurança). Em um país tão grande e com condições adversas, como os diferentes tipos de solo e situações climáticas, além de cargas que passam pelas estradas de formas diferentes, é muito difícil dar uma única solução. O comparativo entre pavimentos não trata, evidentemente, de procurar a simples substituição dos pavimentos betuminosos pelos de concreto, ignorando toda uma tecnologia desenvolvida durante muitos anos, trata-se apenas de criar uma nova opção (DNIT, 2006).
3.3 Funções de pavimentação
Segundo Adlinge (2015), uma superfície de condução suave (baixa rugosidade) é essencial para o conforto da condução e, ao longo dos anos, tornou-se medida de como os usuários da via percebem uma estrada. A aspereza pode surgir de várias causas, na maioria das vezes por deformação estrutural.
Além de um conforto de condução, o outro requisito do usuário da estrada é o da segurança. Segurança, especialmente durante a chuva as condições podem estar ligadas a uma perda de atrito superficial entre o pneu e a superfície do pavimento. Um pavimento deve, portanto, fornecer suficiente fricção de superfície e textura para garantir a segurança do usuário da estrada sob todas as condições (ADLINGE, 2015).
O solo de suporte abaixo do pavimento é comumente chamado de subleito, se for
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sobrecarregado pelas cargas aplicadas no eixo, ele se deformará e perderá sua capacidade de suportar essas cargas por eixo. Portanto, o pavimento deve ter capacidade estrutural suficiente (resistência e espessura) para reduzir adequadamente as tensões reais, de modo que elas não excedam a força do subleito. Os requisitos de resistência e espessura de um pavimento podem variar muito dependendo da combinação do subleito, tipo e condição de carga (magnitude e número de cargas por eixo) (ADLINGE, 2015).
A superfície do pavimento atua como uma superfície de impermeabilização que evita as camadas de suporte subjacentes, incluindo o subleito de ficar saturado pela entrada de umidade. Quando saturado, o solo perde sua capacidade de suportar adequadamente as cargas aplicadas no eixo, o que levará à falha prematura do pavimento (ADLINGE, 2015).
3.4 Fatores que influenciam o bom desempenho de um pavimento
De acordo com Adlinge (2015), o tráfego é o fator mais importante que influencia o desempenho do pavimento. O desempenho dos pavimentos é principalmente influenciado pela magnitude da carga, configuração e número de repetições de carga por veículos. O dano causado pela passagem a um pavimento por um eixo é definido em relação ao dano por passagem de uma carga por eixo padrão, que é definida como uma carga de eixo único de 80 kN (E80). Assim, um pavimento é projetado para suportar um certo número de repetições de carga de eixo padrão (E80) que resultarão em uma determinada condição de deterioração.
A umidade pode enfraquecer significativamente a força de suporte de materiais de cascalho natural, especialmente o subleito. A umidade pode entrar na estrutura do pavimento através de rachaduras e buracos na superfície e lateralmente, e do lençol freático subjacente através de ação capilar. O resultado da entrada de umidade é a deterioração do pavimento e lubrificação de partículas, perda de intertravamento de partículas e subsequente deslocamento de partículas resultando em falha na pavimentação (ADLINGE, 2015).
O subleito é o solo subjacente que suporta as cargas de roda aplicadas. Se o subleito for muito fraco para suportar as cargas da roda, o pavimento irá flexionar excessivamente, o que acaba por fazer com que o pavimento falhe. Se naturais variações na composição do subleito não são adequadamente abordadas pelo desenho do pavimento, as diferenças no desempenho do pavimento serão experimentadas (ADLINGE, 2015).
Falha na obtenção de compactação adequada, condições inadequadas de umidade durante a construção, qualidade dos materiais e espessura de camada precisa (após a compactação) afeta diretamente o desempenho de um pavimento. Estas condições salientam a
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necessidade de pessoal qualificado e a importância de uma boa inspeção e procedimentos de controlo de qualidade no momento da construção (ADLINGER, 2015).
O desempenho do pavimento depende de como, quando e como a manutenção é executada. Não importa quão bem o pavimento é construído, vai deteriorar ao longo do tempo com base nos fatores mencionados. O momento da manutenção é muito importante. Assim, adiar a manutenção devido a restrições orçamentárias resultará em uma significativa perda dentro de alguns anos (ADLINGER, 2015).
3.5 Tipos de deterioração do pavimento
De acordo com Adlinger (2015), as quatro principais categorias de deteriorações comuns da superfície do pavimento asfáltico são: rachamento; deformação da superfície;
desintegração (buracos, etc.); defeitos de superfície (sangramento, etc.).
Craqueamento: os tipos mais comuns de craqueamento são: fissuração por fadiga;
fissuração longitudinal; rachaduras transversais; bloqueio de rachaduras; quebra de deslizamento; rachaduras reflexivas e quebra de borda (ADLINGER, 2015).
Figura 3: Fissuração por fadiga Fonte: worpress.com, 2018.
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Figura 4: Fissuração longitudinal Fonte: worpress.com, 2018.
Figura 4: Rachaduras transversais Fonte: worpress.com, 2018.
Segundo Senço (2007), fissuração por fadiga é comumente chamada de craqueamento de jacaré. Esta é uma série de rachaduras interligadas criando pequenos pedaços irregulares de pavimento. É causada pela falha da camada ou base da superfície devido a repetidas cargas de tráfego (fadiga). Eventualmente, as rachaduras levam à desintegração da superfície, como mostrado na figura. O resultado final são buracos. O craqueamento de jacaré é geralmente associado a problemas de base ou drenagem. Pequenas áreas podem ser fixadas com um reparo de área. Áreas maiores exigem recuperação ou reconstrução. A drenagem deve ser cuidadosamente examinada em todos os casos.
As rachaduras longitudinais são rachaduras longas que correm paralelas à linha central da estrada. Estes podem ser causadas falhas nas juntas, ou podem ser induzidos por carga.
Compreender a causa é fundamental para selecionar o reparo adequado. Múltiplas rachaduras paralelas podem eventualmente se formar a partir da rachadura inicial. O fenômeno,
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conhecido como deterioração, é geralmente um sinal de que os reparos de rachadura não são a solução adequada (SENÇO, 2007).
Fendas transversais se formam em ângulos aproximadamente retos em relação à linha central da via. Elas são espaçadas regularmente e têm algumas das mesmas causas que as rachaduras longitudinais. Fissuras transversais serão inicialmente amplamente espaçadas. Elas geralmente começam como linhas finas ou rachaduras muito estreitas e aumentam com a idade. E se não devidamente seladas e mantidas, rachaduras secundárias ou múltiplas se desenvolvem, paralelas à fissura inicial. As razões para o craqueamento transversal, e os reparos, são semelhantes àqueles para rachaduras longitudinais. Além do que, problemas térmicos podem levar a rachaduras de baixa temperatura se o cimento asfáltico estiver muito duro (SENÇO, 2007).
Bloco rachado é uma série interconectada de rachaduras que divide o pavimento em pedaços irregulares. Isso às vezes é o resultado de rachaduras transversais e longitudinais que se cruzam. Eles também podem ser devido à falta de compactação durante a construção. A rachadura do bloco de baixa gravidade pode ser reparada por um curso de desgaste fino.
Enquanto as rachaduras ficam mais severas, as sobreposições e a reciclagem podem ser necessárias. Se forem encontrados problemas básicos, a recuperação ou reconstrução pode ser necessária (SENÇO, 2007).
Rachaduras de derrapagem são rachaduras em forma de meia lua com ambas as extremidades apontadas para os veículos que se aproximam. Eles são criados pelas forças horizontais do tráfego. Eles são geralmente um resultado de má ligação entre a camada de superfície de asfalto e a camada abaixo. A falta de um revestimento de aderência é um fator primordial em muitos casos. Reparar requer a remoção da área escorregada e repavimentação.
Certifique-se de usar um revestimento de aderência no novo pavimento (SENÇO, 2007).
A rachadura reflexiva ocorre quando um pavimento é coberto com concreto betuminoso de mistura quente e as rachaduras refletem através da nova superfície. Chama-se rachadura reflexiva porque reflete o padrão de rachadura do pavimento da estrutura abaixo.
Como esperado do nome, rachaduras reflexivas são realmente cobertas por rachaduras reaparecendo na superfície. Eles podem ser reparados em técnicas similares às outras rachaduras mencionadas acima. Antes de colocar qualquer revestimento as rachaduras devem ser devidamente reparadas (SENÇO, 2007).
As rachaduras de borda normalmente começam como formas crescentes na borda do pavimento. Elas vão se expandir a partir da borda até que elas começam a se parecer com jacaré rachando. Este tipo de craqueamento é resultado da falta de apoio do ombro devido ao
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material fraco ou excesso de umidade. Elas podem ocorrer em uma seção restrita quando a água subsuperficial provoca uma fraqueza no pavimento. Em baixa severidade, as rachaduras podem ser preenchidas. À medida que a gravidade aumenta, os remendos e a substituição de áreas danificadas podem ser necessários. Em todos os casos, o excesso de umidade deve ser eliminado e os ombros reconstruídos com bons materiais (SENÇO, 2007).
3.6 Causas dos pavimentos se deteriorarem
De acordo com Senço (2007), o aumento súbito do tráfego, especialmente nas novas estradas, onde o projeto é baseado em menor tráfego, é a principal causa de rachaduras.
Depois da construção da estrada, o tráfego de outras estradas também se transfere para aquela estrada. Assim, acelera a falha por fadiga (Cracking Alligator).
Outra causa pode ser a variação de temperatura, bem como a provisão de ombros ruins leva a falhas na borda. A provisão de subleito argiloso pobre resulta em corrugação na superfície e aumenta em desnível. Condições de drenagem inadequadas, especialmente durante as estações das chuvas, forçam a água a entrar no pavimento a partir dos lados, bem como da superfície superior. No caso da camada betuminosa aberta, este fenômeno torna-se mais perigoso e a camada superior fica separada das camadas inferiores (SENÇO, 2007).
Se a temperatura do betume / misturas betuminosas não for mantida de forma adequada, também conduzirá o pavimento à falha. O aquecimento excessivo do betume reduz a propriedade de ligação do mesmo. Se a temperatura da mistura betuminosa foi baixada, em seguida, a compactação não será adequada levando a corrugações longitudinais (SENÇO, 2007).
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4 COMPARAÇÃO ENTRE A UTILIZAÇÃO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS E PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM RODOVIAS
Segundo Vasata e Silva Júnior (2013), dois tipos de pavimentos são colocados no Brasil, pavimento rígido e pavimento flexível. Em termos simples, um pavimento flexível pode ser definido como uma camada de pavimento composta de uma mistura de agregados e betume, aquecida e misturada adequadamente e depois colocada e compactada em um leito de camada granular. Pavimentos rígidos, por outro lado, são feitos de concreto de cimento ou lajes de concreto armado, colocados sobre uma camada de concreto de baixa resistência ou em uma camada bem compactada de agregados ou ambos.
Um pavimento flexível típico consiste num curso de superfície betuminosa sobre o curso de base e o percurso de sub-base. O curso de superfície pode consistir em uma ou mais camadas betuminosas ou Um mix de asfalto quente. Estes pavimentos têm uma força de flexão insignificante e, portanto, sofrem deformação sob a ação de cargas (VASATA e SILVA JÚNIOR, 2013).
A capacidade estrutural de pavimentos flexíveis é alcançada pela ação combinada das diferentes camadas do pavimento. A carga dos caminhões é aplicada diretamente no curso de desgaste, e se dispersa (na forma de um cone truncado) com profundidade nos cursos de base, sub-base e subleito e, finalmente, no solo. Uma vez que a tensão induzida pela carga de tráfego é mais alta no topo, a camada superficial tem rigidez máxima (medida pelo módulo resiliente) e contribui mais para a resistência do pavimento. As camadas abaixo têm menor rigidez, mas são igualmente importantes na composição do pavimento. A camada de subleito é responsável por transferir a carga das camadas acima para o solo (VASATA e SILVA JÚNIOR, 2013).
Os pavimentos flexíveis são projetados de tal forma que a carga que chega ao subleito não exceda a capacidade de suporte do solo do subleito. Consequentemente, as espessuras das camadas acima do subleito variam dependendo da força do solo que afeta o custo de um pavimento a ser construído (VASATA e SILVA JÚNIOR, 2013).
Os pavimentos rígidos são assim denominados devido à alta rigidez à flexão da laje de betão e, consequentemente, a estrutura do pavimento desvia muito pouco a carga devido ao elevado módulo de elasticidade do seu curso superficial. A laje de concreto é capaz de distribuir a carga de tráfego em uma grande área com pequena profundidade, o que minimiza a necessidade de várias camadas para ajudar a reduzir o estresse. O tipo mais comum de pavimento rígido consiste em barras de fixação e barras de ligação. Barras de pino são barras
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de aço curtas que fornecem uma conexão mecânica entre as placas sem restringir o movimento da junta horizontal. As barras de ligação, por outro lado, são barras de aço ou conectores deformados usados para manter as faces das lajes adjacentes em contato. Embora eles possam fornecer uma quantidade mínima de transferência de carga, eles não são projetados para atuar como dispositivos de transferência de carga e são simplesmente usados para "amarrar" as duas lajes de concreto juntas (VASATA e SILVA JÚNIOR, 2013).
4.1 Design estratégico
Segundo Trombetta (2010), o projeto do pavimento varia de acordo com as condições do solo e a quantidade de tráfego que se espera que seja transportado durante sua vida útil. Os pavimentos flexíveis são projetados com base no coeficiente de rolamento do solo do subleito e no número esperado de eixos acumulados (medidos em milhões de eixos padrão) durante a vida útil do pavimento. Estes pavimentos são projetados por um período de 15 anos. O método de design permite o uso de materiais convencionais e estabilizados em qualquer camada do pavimento.
Os pavimentos rígidos são projetados para um período de 30 a 40 anos e o projeto de espessura de pavimentos rígidos é influenciado pela carga de tráfego, solo de subleito, umidade e diferencial de temperatura. Primeiro, a espessura dos pavimentos rígidos é projetada para falhas por fadiga. As espessuras calculadas dos pavimentos são então verificadas quanto à combinação crítica de tensões de carga e tensões de temperatura (TROMBETTA, 2010).
4.2 Comparação baseada nos custos
Estudo realizado por Vasata e Silva Júnior (2013) apresentam um orçamento de processo construtivo de uma via com dimensões de 12 m de largura por 1.600 m de comprimento, para pavimento flexível.
Os gastos com escarificação, escavação e remoção da terra até 1Km ficaram em R$
96.715,07. A compactação do subleito R$ 18.418,18. O reforço do subleito em 18240 m3 R$
131.920,44. A sub base granular com 4800 m3 R$ 155.298,83. A base granular com 1920 m3 R$ 91.602, 24. A imprimação em 19200 m2 R$ 26.523,46. O concreto betuminoso em 1440 m3 R$ 865.831,49. Perfazendo um total de R$ 1.386.309,69. De acordo com a tabela abaixo:
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Ação Valor em R$
escarificação, escavação e remoção da terra 96.715,07
compactação do subleito 18.418,18
reforço do subleito 131.920,44
sub base granular 155.298,83
base granular 91602,24
imprimação 26.523,46
concreto betuminoso 865.831,49
TOTAL: 1.386.309,69
Tabela 2: Orçamento da construção de pavimento flexível Fonte: Vasata e Silva Júnior, 2013.
Vasata e Silva Júnior (2013) apresentam um orçamento de processo construtivo de uma via com dimensões de 12 m de largura por 1.600 m de comprimento, para pavimento rígido.
Os gastos com escarificação, escavação e remoção da terra até 1Km ficaram em R$
96.715,06. A compactação do subleito R$ 18.418,18. A sub base granular com 2880 m3 R$
122.604,34. O concreto em 3648 m3 R$ 1.679.154,05. Perfazendo um total de R$
1.916.891,63. De acordo com a tabela abaixo:
Ação Valor em R$
escarificação, escavação e remoção da terra 96.715,06
compactação do subleito 18.418,18
sub base granular 122.604,34
concreto 1.679.154,05
TOTAL: 1.916.891,63
Tabela 3: Orçamento da construção de pavimento rígido Fonte: Vasata e Silva Júnior, 2013.
Analisando-se as tabelas de orçamento encontram-se os valores de R$ 1.386.309,69 para o pavimento flexível e R$ 1.916.861,63 para o pavimento rígido. Diferença de R$
530.551,94, demonstrando que para esta situação o pavimento rígido é 38% mais caro que o pavimento flexível (VASATA e SILVA JÚNIOR, 2013).
CONCLUSÃO
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Este estudo teve como objetivo analisar, com base nos materiais de composição e no tempo de uso, a durabilidade do pavimento de concreto em função do uso contínuo de veículos pesados e seus impactos em relação à manutenção.
Para realização do trabalho, foi utilizado um estudo de caso, onde foi feita a comparação do pavimento flexível e do pavimento rígido, a fim de verificar em termos técnicos e econômicos qual o melhor a ser utilizado.
Nos pavimentos asfálticos, estão em geral presentes camadas de base, de sub-base e de reforço do subleito. A regularização do subleito camada irregular sobre o subleito. Corrige falhas da camada final de terraplenagem ou de um leito antigo de estrada de terra.
Quando existente, o reforço do subleito trata-se de uma camada de espessura constante sobre o subleito regularizado. Tipicamente um solo argiloso de qualidades superiores a do subleito.
A sub-base encontra-se entre o subleito (ou camada de reforço deste) e a camada de base. Material deve ter boa capacidade de suporte. Previne o bombeamento do solo do subleito para a camada de base.
A base se encontra abaixo do revestimento, fornecendo suporte estrutural. Sua rigidez alivia as tensões no revestimento e distribui as tensões nas camadas inferiores. Nos pavimentos asfálticos, a camada de base é de grande importância estrutural. As bases podem apresentar uma das seguintes diversas constituições: granular ou coesiva.
Os revestimentos flexíveis são revestimentos constituídos por associação de agregados e materiais betuminosos. Esta associação pode ser feita de 2 maneiras: penetração ou mistura.
No pavimento flexível a carga se distribui em parcelas proporcionais à rigidez das camadas.
Todas as camadas sofrem deformações elásticas significativas e as deformações até um limite não levam ao rompimento. A qualidade do SL é importante pois é submetido a altas tensões e absorve maiores deflexões.
No pavimento rígido, a placa absorve a maior parte das tensões. A distribuição das cargas faz-se sobre uma área relativamente maior. É pouco deformável e mais resistente à tração. A qualidade de SL pouco interfere no comportamento estrutural.
Os tipos de deteriorização do pavimento são: craqueamento: os tipos mais comuns de craqueamento são: fissuração por fadiga; fissuração longitudinal; rachaduras transversais;
bloqueio de rachaduras; quebra de deslizamento; rachaduras reflexivas e quebra de borda.
As principais causas dos pavimentos se deteriorarem são: o aumento súbito do tráfego, a variação de temperatura, condições de drenagem inadequadas, se a temperatura do betume /
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misturas betuminosas não for mantida de forma adequada, também conduzirá o pavimento à falha.
No estudo de caso observado foi constatado que o orçamento da construção de um pavimento flexível é muito mais econômico do que um pavimento rígido, chegando essa economia em torno de 38%.
Ao final conclui-se que o pavimento rígido em concreto é recomendado para vias de tráfego pesado e corredores de ônibus (BRT). A sua construção apresenta um custo maior em comparação ao asfalto. O pavimento flexível é o mais usado para qualquer tipo de rodovia, esse tipo de pavimento permite a união dos materiais agregados, ele pode ser combinado com a borracha de pneus moídos, além de permitir a reutilização de diversos materiais por meio da reciclagem.
REFERÊNCIAS
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ADLINGER, S. Pavement deterioration and its causes. Disponível em: <www.
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Guia básico de utilização do cimento portland. 7.ed. São Paulo: ABCP, 2002.
DENIT. Manual de pavimentação. 3.ed. Rio de Janeiro: DENIT, 2006.
SENÇO, W. Manual técnico de pavimentação: volume 1. 2ª ed. São Paulo: Pini, 2007.
TROMBETTA, J. Avaliação, diagnóstico e manutenção de pavimentos flexíveis. Pato Branco: Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2010.
VASATA, A. C. D. P.; SILVA JÚNIOR, I. Análise comparativa entre sistemas de pavimentação rígida e flexível quanto a sua viabilidade técnica e econômica para
aplicação em via urbana. Disponível em: <www.
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/1506/1/PB_DACOC_2013_1_01.pdf>.
Acesso em: 10 jun. 2018.
ANEXO
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ANEXO 1: IMPACTO DA CARGA NOS DOIS PAVIMENTOS
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Fonte: Revista científica multidisciplinar, 2018.
