Dissertação de Mestrado
EQUIVALÊNCIA OPERACIONAL ENTRE
EQUIPAMENTOS DEFLETOMÉTRICOS
-ESTUDO DE CASO EM RODOVIA
LOCALIZADA EM OURO BRANCO - MG
AUTOR: LUIZ HENRIQUE COSTA GOMES
ORIENTADOR: Prof. José Leomar Fernandes Júnior (D.Sc)
COORIENTADOR: Cláudio Ângelo Valadão Albernaz (M.Sc)
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA DA UFOP
Catalogação:
sisbin@sisbin.ufop.br
G633e Gomes, Luiz Henrique Costa.
Equivalência operacional entre equipamentos defletométricos [manuscrito] :
estudo de caso em rodovia localizada em Ouro Branco - MG / Luiz Henrique
Costa Gomes. - 2012.
xvii, 86f.: il., color.; grafs.; tabs.; mapas.
Orientador: Prof. Dr. José Leomar Fernandes Júnior.
Coorientador: Prof. MSc. Cláudio Ângelo Valadão Albernaz.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto.
Escola de Minas. Núcleo de Geotecnia - NUGEO.
Área de concentração: Geotecnia de Pavimentos.
1. Pavimentos - Teses. 2. Avaliação estrutural - Teses. 3. Vigas - Viga
Benkelman - Teses. 4. Defletômetro de impacto - Teses. I. Fernandes Júnior,
José Leomar. II. Albernaz, Cláudio Ângelo Valadão. III. Universidade Federal
de Ouro Preto. IV. Título.
Todo nosso conhecimento se inicia com sentimentos
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho à minha amada esposa Daniela
e aos meus pais Fábio e Maria
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus pela força e inspiração na realização deste trabalho.
Agradeço a minha esposa e companheira Daniela pelo estímulo, compreensão e paciência.
Agradeço aos meus pais pelos princípios morais ensinados.
Agradeço aos meus mentores José Leomar e Cláudio Albernaz que foram grande fonte de
inspiração e estímulo na realização desta empreitada.
Agradeço à Strata Engenharia Ltda por proporcionar a minha participação em um curso
desta natureza. Seja pela maleabilidade na questão dos horários ou pela disponibilidade dos
equipamentos e equipe para realização dos ensaios. Gostaria de lembrar especialmente os
amigos Paulo Gontijo, Lucas Rebelo, Francisco Almeida, Marcelo Henrique, Sérgio
Alencar, Luiz Márcio, Marílio Caldeira, Breno Andrade, Roberta Alves, Frederico
Junqueira e Eduardo Quirino.
Agradeço ao Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais o auxílio prestado em
diversas etapas deste trabalho. Lembro-me especialmente dos Engenheiros José Flávio do
Nascimento, Cláudio Lima e Rogério.
Agradeço à Universidade Federal de Ouro Preto, pelo brilhantismo no pioneirismo de
implantar um curso de mestrado profissional ligado à área de pavimentação. Em especial
aos professores Romero César Gomes e Adilson Lago que souberam entender todas as
dificuldades em relação à disponibilidade de tempo, fato este que permitiu a conclusão
desta etapa da minha vida profissional.
Aos profissionais da Pattrol Pavimentos traçados e Obras Ltda; que contribuíram
sobremaneira na realização dos ensaios geotécnicos desta dissertação. Lembrança especial
aos engenheiros Bruno e Almir.
Finalmente, agradeço aos colegas de curso pela troca de conhecimento ocorrida. Em
particular aos amigos Antônio Fontana, Elizeu Zica e Sávio Firmino pelo apoio
incondicional nos momentos de dificuldade.
RESUMO
O avanço tecnológico acelerou o desenvolvimento da humanidade, de tal forma que
processos que demandavam grande quantidade de mão de obra e muito tempo, hoje, com o
advento da informática, podem ser realizados de maneira mais rápida e eficiente. No
entanto, devem ser balizados por experiências passadas, com as quais devem ser
comparados os novos métodos e equipamentos, para que não sejam cometidos erros de
interpretação e, consequentemente, não haja desperdício de recursos. Anualmente, em todo
o mundo, vultosas quantias de dinheiro são destinadas a pesquisas visando o
aperfeiçoamento dos procedimentos de auscultação de pavimentos e o aumento da eficácia
dos métodos de dimensionamento de reforço estrutural. Grande parte dessas pesquisas
concentra-se no estudo da deformabilidade elástica como parâmetro definidor da
capacidade estrutural do pavimento, conjunto estratificado de camadas que poder ser
analisado a partir das tensões e deformações geradas em seu interior quando o mesmo é
solicitado por cargas exteriores. De acordo com a filosofia de aprendizado constante, que
une as experiências passadas e a dinamicidade atual, o presente trabalho investiga a
possibilidade de equivalência operacional entre dois equipamentos amplamente utilizados
no Brasil e no mundo para a avaliação estrutural de pavimentos, a viga Benkelman e o
defletômetro de impacto (Falling Weight Deflectometer, FWD). O primeiro foi utilizado
com a configuração preconizada pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de
Transporte (DNIT), enquanto o segundo foi utilizado em oito configurações diferentes,
resultantes da combinação de diferentes níveis de carregamento aplicado e diferentes áreas
de aplicação da carga. As análises realizadas compararam as bacias defletométricas, as
deflexões reversíveis máximas, os módulos de resiliência e as tensões e deformações
geradas. Os resultados obtidos confirmam as evidências de que não existe uma correlação
universal entre os dois equipamentos e que as melhores correlações possíveis devem ser
feitas considerando-se os fatores que melhor caracterizam a individualidade de cada
rodovia em estudo.
Palavras-Chave: Pavimentos, avaliação estrutural, viga Benkelman, defletômetro de
impacto, equivalência operacional.
ABSTRACT
The technological advancement has accelerated the development of the human kind in such
way that processes that have required lots of manpower and a lot of time, today, with the
advent of computer technology, can be performed more quickly and more efficiently.
However, they must still be based on past experiences, which should be compared to new
methods and equipments to avoid misinterpretation and waste of resources. Annually in the
world, large amounts of money are applied for research aimed at improving the procedures
of structural evaluation of pavements and the effectiveness of the methods of pavement
reinforcement design. Those researches are focused on the study of the elastic deformability
as a parameter that define the structural capacity of the pavement layered system that can be
analyzed from the stresses and strains generated in its interior when it is submitted to
external loads. According to the philosophy of constant learning, linking past experiences to
the current dynamicity, this work investigated the possibility of operational equivalence
between two devices widely used in Brazil and in the world for structural evaluation of
pavements, the Benkelman beam and the Falling Weight Deflectometer (FWD). The first
one was used with the configuration recommended by the National Department of
Transport Infrastructure (DNIT), while the second one was used in eight different
configurations, resulting from the combination of different levels of applied load and
different load application areas. The analysis compared the deflection basins, the maximum
elastic deflections, the resilient modulus and stresses and strains in the layered system. The
results confirm the evidence that there is no universal correlation between the two devices
and that the best possible correlations should be developed considering the factors that best
characterize the particularities of each highway under the study.
Key-words: Pavements, structural evaluation, Benkelman beam, Falling Weight
Deflectomer, operational equivalence.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Modelo de distribuição de tensões em solos de Joseph Boussinesq ... 9
Figura 2.2 - Modelo de distribuição de tensões em solos de Barber e Palmer ... 9
Figura 2.3 - Modelo de distribuição de tensões em solos de Donald Burmister ... 10
Figura 2.4 - Viga Benkelman em operação ... 14
Figura 2.5 - Esquema da viga Benkelman ... 14
Figura 2.6 - Curviômetro ... 16
Figura 2.7 - Deflectógrafo Lacroix ... 16
Figura 2.8 - Equipamento Defletométrico Dynaflect... 18
Figura 2.9 - Falling Weight Deflectometer em operação... 19
Figura 2.10 - Esquema de Ensaio do FWD ... 20
Figura 2.11 - Delineamento dos assentamentos reversíveis com o FWD... 21
Figura 3.1 - Mapa de Situação do Trecho Estudado... 47
Figura 3.2 - Seção Transversal do Trecho ... 50
Figura 3.3 - Jazida Campina ... 51
Figura 3.4 - Pedreira ... 53
Figura 3.5 - Areal ... 54
Figura 3.6 - Detalhe de Demarcação do Trecho ... 55
Figura 3.7 - Esquema de Demarcação do Trecho ... 56
Figura 3.8 - Etapa de Carregamento do Caminhão... 57
Figura 3.9 - Campanha Defletométrica realizada com a viga Benkelman... 58
Figura 3.10 - Campanha Defletométrica realizada com o FWD ... 58
Figura 3.11 - Perfil Constitutivo do Pavimento Existente (Lado Direito e Lado Esquerdo)
... 60
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 - Correlações entre o FWD e a viga Benkelman ... 3
Tabela 2.1 - Programas de Retroanálise... 39
Tabela 2.2 - Parâmetros utilizados no processo de Análise Mecanística... 45
Tabela 3.1 -
roctor
Modificado (55 golpes)... 52
Tabela 3.2
-Intermodificado (40 golpes)... 52
Tabela 3.3
-Intermediário (26 golpes)... 52
Tabela 3.4 - Parâmetros geotécnicos da jazida com adição de Areia com utilização do
Proctor Modificado (55 golpes) ... 52
Tabela 3.5 - Parâmetros Geotécnicos da jazida com adição de Areia com utilização do
Proctor Intermodificado (40 golpes) ... 53
Tabela 3.6 - Resultados granulométricos do material pétreo obtido na Pedreira ...54
Tabela 3.7 - Parâmetros geotécnicos do material pétreo obtido na Pedreira ... 54
Tabela 3.8 - Parâmetros geotécnicos obtidos a partir da análise de material do Areal ... 55
Tabela 3.9 - Discriminação das campanhas defletométricas utilizando o FWD ... 59
Tabela 4.1 - Características geométricas e geotécnicas do pavimento existente ... 63
Tabela 4.2 - Características elásticas das estruturas do banco de dados e incrementos de
variação dos módulos no processo iterativo do Retran5-L ... 64
Tabela 4.3 - Carregamento padronizado viga Benkelman (Eixo padrão DNIT) ... 64
Tabela 4.4 - Configurações FWD com placa de 0,30 m de diâmetro ... 65
Tabela 4.5 - Configurações FWD com placa de 0,45 m de diâmetro ... 65
Tabela 4.6 - Bacias de deformação médias... 67
Tabela 4.7 - Valores médios de deflexão máxima referentes a ensaios com Viga
Benkelman e diferentes configurações de FWD... 68
Tabela 4.8 - Valores médios dos Módulos de Resiliência da camada de revestimento
determinados por retroanálise ... 70
Tabela 4.9 - Valores médios dos Módulos de Resiliência da camada de base determinados
por retroanálise... 71
Tabela 4.10 - Valores médios dos Módulos de Resiliência da camada de sub-base
determinados por retroanálise ... 72
Tabela 4.11 - Valores médios dos Módulos de Resiliência do subleito determinados por
Retroanálise ... 73
Tabela 4.12 - Valores médios de tensão horizontal na face inferior do revestimento 74
Tabela 4.13 - Valores médios de deformação horizontal na face inferior do revestimento .. 76
Tabela 4.14 - Valores médios de tensão no topo do subleito... 77
Tabela 4.15 - Valores médios de deformação vertical no topo do subleito ... 78
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1.1 - Correlações obtidas por vários pesquisadores (tipo D
FWD= a D
VB+ b)... 4
Gráfico 4.1 - Bacias médias de ensaios com Viga Benkelman e oito configurações do
FWD... 67
Gráfico 4.2 - Comparação entre a Viga Benkelman e as oito configurações adotadas para
o FWD pelo método da Raiz Média Quadrática (RMS)... 68
Gráfico 4.3 - Comparação entre Deflexões Máximas Médias (Viga Benkelman e FWD)... 69
Gráfico 4.4 - Comparação das Médias dos Módulos de Resiliência do Revestimento ... 70
Gráfico 4.5 - Comparação das Médias dos Módulos de Resiliência da Base ... 71
Gráfico 4.6 - Comparação das Médias dos Módulos de Resiliência da Sub-base ... 72
Gráfico 4.7 - Comparação das Médias dos Módulos de Resiliência do Subleito ... 74
Gráfico 4.8 - Valores Médios de Tensão Horizontal na Fibra Inferior do Revestimento... 75
Gráfico 4.9 - Valores médios de Deformação Horizontal na fibra inferior do
Revestimento ... 76
Gráfico 4.10 - Valores médios de Tensão Vertical no topo do subleito ... 77
LISTA DE SÍMBOLOS, NOMENCLATURA E
ABREVIAÇÕES
CBR
Califórnia Bearing Ratio
CBUQ
Concreto Betuminoso Usinado à Quente
cm centímetro
DEP-DNER Diretoria de Estudos e Projetos do Departamento Nacional de Estradas de
Rodagem
DNER Departamento
Nacional
de Estradas de Rodagem
DNIT
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte
r
Deformação Axial Resiliente
D.
maxDensidade máxima
D
0Deflexão reversível máxima
E
pMódulo de Elasticidade do Pavimento
E
sMódulo de Elasticidade do Subleito
ESG
Módulo do Subleito
Exp.
Expansão
FWD
Falling Weight Deflectometer
GC
Grau de Compactação
HDM
Highway Development and Management Model
IPR-DNER
Instituto de Pesquisas Rodoviárias do Departamento Nacional de Estradas de
Rodagem
ºC graus
Celsius
hz hertz
h
eqespessura equivalente
h
ótimaumidade ótima
h
pespessura do pavimento
IP
Índice de Plasticidade
kgf quilograma
força
km
2quilômetro quadrado
km/h
quilômetro por hora
kN
quilo Newton
kPa
quilopascal
lb
libra
Lf Leitura
Final
Li Leitura
Inicial
LL
Limite de Liquidez
LVDT
Linear Variable Differential transformer
m
metro
ME
Método de Ensaio
MG
Minas Gerais
μ
minμ mínimo
μ
máxμ máximo
μ
pCoeficiente de Poisson do Pavimento
μ
sCoeficiente de Poisson do Subleito
mm
milímetro
mm/s
milímetro por segundo
ms
milissegundo
MR
Módulo de Resiliência
N
número de amostras
´´
polegada
%
porcentagem
ppm
parte por milhão
q
carga distribuída
Q
carga concentrada
r
raio
RMS
Raiz média quadrática
s
segundo
S
desvio padrão
SI
Sistema Internacional
SNEF
número estrutural efetivo do pavimento
TSCE
Teoria de Sistemas de Camadas Elásticas
1
tensão vertical
dtensão desvio axial
3tensão confinante
Tx
espessura efetiva do pavimento
USACE
United States Army Corps of Engineers
US
United States
VB Viga
Benkelmam
X
média aritmética
X
mín.X Mínimo
X
Max.X Mínimo
LISTA DE ANEXOS
Anexo I - Resultados dos Levantamentos Defletométricos executados com a utilização da
viga Benkelman.
Anexo II - Resultados dos Levantamentos Defletométricos executados com a utilização do
Falling Weight Deflectometer.
ÍNDICE
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ... 1
1.1 - Justificativa da Dissertação... 1
1.2 - Objetivos da Dissertação ... 5
1.2.1 - Objetivo Geral ... 5
1.2.2 - Objetivos Específicos ... 5
1.3 - Estrutura da Dissertação ... 6
CAPÍTULO 2 - ESTUDO DA DEFORMABILIDADE ELÁSTICA EM PAVIMENTOS
FLEXÍVEIS - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 8
2.1 - Histórico... 8
2.2 - Equipamentos Defletométricos Utilizados em Pavimentos... 11
2.2.1 - Considerações Gerais ... 11
2.2.2 - Descrição dos Equipamentos... 13
2.2.2.1 - Viga Benkelman (VB) ... 13
2.2.2.2 - Curviômetro... 15
2.2.2.3 - Deflectógrafo Lacroix... 16
2.2.2.4 - California Travelling Deflectometer... 17
2.2.2.5 - Dynaflect... 17
2.2.2.6 - Road Rater ... 18
2.2.2.7 - WES-16 Kip ... 19
2.2.2.8 - Falling Weight Deflectometer (FWD)... 19
2.3 - Determinação dos Módulos de Resiliência... 22
2.3.1 - Considerações Gerais ... 22
2.3.2 - Obtenção dos Módulos de Resiliência em Laboratório... 23
2.3.2.1 - Determinação dos Módulos de Resiliência em Solos... 23
2.3.2.1.1 - Comportamento resiliente dos solos granulares... 25
2.3.2.1.2 - Comportamento resiliente de solos coesivos ... 30
2.3.2.2 - Determinação dos Módulos de Resiliência em Misturas
Asfálticas ... 32
2.3.3 - Obtenção dos Módulos de Resiliência Utilizando Retroanálise ... 34
3 - ESTUDO DE CASO RELACIONANDO DEFLEXÕES OBTIDAS POR
PROCESSOS ESTÁTICOS E DINÂMICOS... 46
3.1 - Considerações Gerais... 46
3.2 - Caracterização da Rodovia em Estudo ... 46
3.2.1 - Histórico do Trecho... 46
3.2.2 - Características Gerais da Região ... 47
3.2.3 - Características Geométricas do Trecho ... 49
3.2.4 - Materiais Empregados na Pavimentação... 51
3.3 - Metodologia de Estudo Utilizada para os Levantamentos de Campo ... 55
3.3.1 - Demarcação do Trecho... 55
3.3.2 - Levantamentos Defletométricos com a Utilização da Viga Benkelman... 57
3.3.3 - Levantamentos Defletométricos com a Utilização do FWD ... 58
3.3.4 - Determinação do Perfil Constitutivo do Pavimento Existente... 59
4 - ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 62
4.1 - Análise de Equivalência VB e FWD Quanto à Bacia de Deflexão ... 67
4.2 - Análise de Equivalência VB e FWD Quanto à Deflexão Máxima ... 68
4.3 - Análise de Equivalência VB e FWD Quanto aos Módulos de Resiliência... 69
4.4 - Equivalência VB e FWD Quanto à Tensão Horizontal na Face Inferior do Revestimento
... 74
4.5 - Equivalência VB e FWD Quanto à Deformação Horizontal na Face Inferior do
Revestimento... 75
4.6 - Equivalência VB e FWD Quanto à Tensão Vertical no Topo do Subleito... 76
4.7 - Equivalência VB e FWD Quanto à Deformação Vertical no Topo do Subleito... 77
5 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS... 79
5.1 - Conclusões sobre o Estudo Realizado ... 79
5.2 - Sugestões para Pesquisas Futuras ... 80
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 81
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
1.1 - JUSTIFICATIVA DA DISSERTAÇÃO
Anualmente em todo o mundo vultosas quantias de dinheiro são destinadas a pesquisas
visando o aperfeiçoamento dos procedimentos de auscultação de pavimentos e o aumento
da eficácia das metodologias de dimensionamento de reforço estrutural.
Grande parte das pesquisas hoje desenvolvidas se baseia no estudo da deformabilidade
elástica como parâmetro definidor da capacidade estrutural do pavimento. Neste contexto, o
pavimento é visto como um conjunto estratificado de camadas que pode ser analisado a
partir das tensões, deformações e deslocamentos gerados em seu interior, quando o mesmo
é solicitado por cargas exteriores.
Todo este esforço é motivado principalmente, pelo desenvolvimento de estruturas que
elevem ao máximo a relação benefício/custo e que consequentemente tragam maior retorno
à sociedade. Entende-
menores custos de projeto,
de construção e manutenção das rodovias. Os elementos desta tríade devem estar em
perfeita consonância gerando, desta forma, condições satisfatórias para que haja um
aumento na vida útil do pavimento.
Um parâmetro de suma importância, e que é amplamente utilizado no diagnóstico e no
dimensionamento de pavimentos, são as deflexões elásticas exibidas quando o mesmo é
solicitado pelas cargas transmitidas pelos eixos dos veículos. No início da aplicação das
técnicas de levantamento defletométrico de pavimentos, em meados do século passado,
quando eram realizados os ensaios de placa e, em seguida, os ensaios com a viga
Benkelman, eram medidas apenas as deflexões nos pontos de aplicação da carga e,
eventualmente, a uma distância de 0,25 metros a partir desse ponto, para o cálculo do raio
de curvatura. Modernamente, são levantados no campo vários pontos da bacia de deflexão,
de modo a caracterizá-la completamente em profundidade e em extensão. No Brasil, grande
parte da experiência acumulada está baseada em bacias de deflexões obtidas através da viga
Benkelman, que utiliza um carregamento quase-estático. No entanto, este processo tem suas
limitações, sejam elas de operação ou de morosidade dos levantamentos de campo.
O notável avanço tecnológico observado nas últimas décadas deu origem uma nova linha de
equipamentos capazes de obter bacias de deflexões a partir de carregamentos dinâmicos
(que simulam o veículo em movimento) com maior produtividade e menor possibilidade de
interferência humana. O principal representante destes equipamentos no Brasil é o aparelho
denominado Falling Weight Deflectometer (FWD).
No entanto, observa-se que as deflexões obtidas pela viga e o FWD em um mesmo local de
um pavimento são diferentes, devido aos tipos diferenciados de carregamentos utilizados
por estes equipamentos. Muitos esforços foram realizados na tentativa de se obter equações
de correlação entre as bacias finais obtidas por estes equipamentos.
Segundo o Manual de Restauração de Pavimentos Flexíveis (DNIT,2006), um trabalho efetuado
por FABRÍCIO et al. (1996) estabeleceu algumas correlações entre as deflexões características
medidas com a viga Benkelman e com o FWD
-O objetivo de tais correlações, é de propiciar o emprego das deflexões obtidas com o FWD
nos métodos adotados pelo DNIT (de projeto de reforço de pavimento flexíveis e Sistema
de Gerência de Pavimento) e no Modelo HDM adotado pelo Banco Mundial.
Os resultados obtidos por Fabrício (1996) foram os seguintes:
a) para deflexões características D
FWD<85×10
2mm
-D
B= 20,645(D
FWD19)
0,351(1.1)
Coef. de determinação R
2= 0,952
b) para deflexões características D
FWD>85×10
2mm
-D
B= 8,964(D
FWD60)
0,715(1.2)
Coef. de determinação R
2= 0,933
em que:
D
FWD= deflexão característica obtida por viga FWD
As correlações entre deflexões características obtidas por viga Benkelman e FWD são
dependentes de diversos fatores e, principalmente, da resposta elástica da estrutura de
pavimento que está sendo avaliada. Portanto, não existem correlações de aplicação
generalizada, porém, constata-se que geralmente as deflexões características Benkelman e
os respectivos desvios padrões possuem valores superiores aos obtidos pelo FWD.
Os projetistas que utilizarem o FWD devem estabelecer suas próprias correlações com base
em pesquisas locais.
PINTO (1991) apresentou a seguinte correlação entre as medidas de deflexão obtidas com a
viga Benkelman, de acordo com a metodologia do DNIT, e o FWD, aplicando uma carga
equivalente ao do método DNER ME 024 / 94:
D
VB5,73 +1,396D
FWD,
(1.3)
Onde:
D
VB= Deflexão Benkelman
D
FWD= Deflexão FWD
Neste sentido, BORGES (2001), estudou vários modelos de correlação que são
apresentados na tabela 1.1 e no gráfico 1.1.
Tabela 1.1 - Correlações entre o FWD e a viga Benkelman.
(Fonte: Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos DNIT 2006).
CORRELAÇÕES OBTIDAS
POR MEIO DE VALORES DE:
MODELOS DE CORRELAÇÃO
Y = aX+ B
Deflexões características de cada segmento
D
VB= 1,343 D
FWD-5,814
R
2= 0,84
D
VB= 1,248 D
FWDR
2= 0,83
Deflexões de todos os segmentos
D
VB= 1,251 D
FWD-2,412
R
2= 0,75
D
VB= 1,205 D
FWDR
2= 0,74
Deflexões médias de cada segmento
D
VB= 1,339 D
FWD-6,243
R
2= 0,80
D
VB= 1,210 D
FWDR
2= 0,79
Deflexões espessura de 5,0cm de
revestimento
D
VB= 1,180 D
FWD-0,710
R
2= 0,73
D
VB= 1,193 D
FWDR
2= 0,73
Deflexões espessura de 10,0cm de
revestimento
D
VB= 1,486 D
FWD-11,144
R
2= 0,77
D
VB= 1,237 D
FWDR
2= 0,74
Gráfico 1.1
Correlações obtidas por vários pesquisadores (tipo D
FWD= a D
VB+ b).
(Fonte: Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos DNIT 2006).
Verifica-se, pelo gráfico 1.1, que os resultados das equações de correlação entre os valores
das deflexões medidas com a VB (carga no eixo = 8,2 tf ou 80,4 kN) e com o FWD
(diâmetro da placa-batente = 0,30 m e carga de ensaio = 40 kN) produzem resultados
significativamente diferentes. Portanto, nota-se a dificuldade em se comparar deflexões
medidas com equipamentos com configuração geométrica e modo de aplicação de cargas
diferentes, como é o caso da viga Benkelman e do FWD.
SESTINI et al. (1998), abordou análise de dados obtidos em rodovias do estado de São
Paulo com os dois equipamentos em questão. A conclusão do trabalho apontou que as
deflexões obtidas com a viga foram inferiores que àquelas obtidas com o FWD, conforme
pode ser descrito na equação abaixo:
D
Benk= 0,64 x D
FWD(1.4)
R
2= 0,087
Uma outra abordagem do problema seria definir uma configuração de ensaio do FWD, ou
da viga Benkelman, que produzisse, durante o levantamento de campo, uma bacia de
deformação, senão igual, pelo menos, semelhante à bacia que seria produzida pelo outro
equipamento.
Com essa finalidade, ALBERNAZ (1997) elaborou um estudo paramétrico visando a
determinação de uma configuração de ensaio do FWD (diâmetro da placa–batente e valor
da carga a ser aplicada) que produzisse uma bacia de deformação com perfil longitudinal
semelhante ao de uma bacia que seria gerada se o levantamento fosse feito com a viga
Benkelman, considerando a carga de 8,2 tf (80,4 kN). Os resultados desse estudo
simplificado indicaram que o diâmetro da placa deveria ser de 0,33 m, e a carga de 5,0 tf,
ou 49 kN, aproximadamente.
A dissonância encontrada entre os valores defletométricos obtidos, por estes dois
equipamentos influi decisivamente no diagnóstico e no dimensionamento do pavimento,
podendo levar ao sub ou ao superdimensionamento do mesmo. Ambas as situações oneram
sobremaneira a sociedade. Na primeira hipótese através de problemas precoces no
pavimento aumentando assim o seu custo de manutenção. Na segunda hipótese através do
desperdício gerado através da adoção de intervenções em níveis acima do necessário.
1.2 - OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO
1.2.1 - Objetivo Geral
O objetivo geral desta dissertação é avaliar, para um determinado trecho de estrada, a
possibilidade de igualdade de parâmetros estruturais de pavimento obtidos a partir de dados
defletométricos oriundos de equipamentos quase estáticos e de equipamentos de impacto.
Para tanto, foi desenvolvido um estudo de caso, onde os resultados obtidos através da
utilização dos dados da VB (tomados como referência), são comparados com os resultados
obtidos através da utilização dos dados do FWD em 8 configurações distintas.
1.2.2 - Objetivos Específicos
Os objetivos específicos desta dissertação, que consubstanciam seu objetivo geral são:
FWD em 8 configurações distintas quanto ao raio da placa de aplicação da carga e
cargas aplicadas.
Comparação entre os valores médios de deflexão reversível máxima obtida com a
viga Benkelman e o FWD em suas 8 configurações.
Comparação entre os módulos de resiliência médios (camada de revestimento, base,
sub-base e subleito) obtidos através de retroanálise, entre as campanhas realizadas
com a viga Benkelman e o FWD em suas 8 configurações.
Comparação dos valores médios de tensão e deformação horizontal/vertical na fibra
inferior do revestimento asfáltico e no topo do subleito obtidos com a viga
Benkelman e o FWD em suas 8 configurações.
1.3 - ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
A presente dissertação foi organizada em cinco capítulos a seguir resumidos.
O capítulo 1 apresenta a justificativa da presente dissertação, os objetivos a serem
alcançados e a estrutura do presente trabalho.
O capítulo 2 faz uma breve revisão bibliográfica a respeito do estado de conhecimento sobre a
deformabilidade elástica de pavimentos. Destaca o avanço ocorrido nesta área e importância
deste parâmetro, nos dias atuais, na área de pavimentação. São enfocados os principais
equipamentos utilizados para medição de deflexão, bem como a importância da deformabilidade
elástica na obtenção dos módulos resilientes e no dimensionamento de pavimento.
O capítulo 3 apresenta um estudo realizado em um trecho teste localizado na cidade de
Ouro Branco em Minas Gerais. Inicialmente são enfocadas informações relativas ao projeto
de implantação do trecho. Em seguida é exposta a metodologia utilizada neste estudo de
caso. Todos os procedimentos para demarcação do trecho, campanhas defletométricas com
a viga Benkelman (equipamento quase estático) e o FWD (equipamento dinâmico), bem
como todas as prospecções geotécnicas realizadas são devidamente detalhadas.
O capítulo 4 apresenta todos os resultados obtidos a partir de uma completa análise
mecanística da estrutura, buscando estudar a possibilidade de se encontrar uma
compatibilização de carregamento entre os dois equipamentos de forma a gerar resultados
similares entre os mesmos.
O capítulo 5 traz a conclusão da dissertação e sugestões para futuras pesquisas sobre
deformabilidade de pavimentos e assuntos correlatos.
O Anexo I apresenta todos dos resultados defletométricos obtidos através dos
levantamentos realizados no trecho teste com a viga Benkelman.
O Anexo II apresenta todos dos resultados defletométricos obtidos através dos
levantamentos realizados no trecho teste com o Falling Weight Deflectometer.
O Anexo III apresenta todos os resultados laboratoriais realizados referentes às camadas do
pavimento existente.
CAPÍTULO 2
ESTUDO DA DEFORMABILIDADE ELÁSTICA EM
PAVIMENTOS FLEXÍVEIS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - HISTÓRICO
A deformabilidade elástica pode ser conceituada como a propriedade que determinado
material tem de absorver energia de deformação, que é completamente dissipada após a
remoção de forças externas. Este é hoje um parâmetro de grande importância para o
diagnóstico e dimensionamento de pavimentos flexíveis. O seu perfeito conhecimento nos
permite avaliar de maneira satisfatória a capacidade estrutural das camadas do pavimento,
bem como, explicar grande parte dos motivos que levam um pavimento rodoviário à ruína.
O primeiro grande passo para o estudo da deformabilidade elástica em solos foi dado por
BOUSSINESQ (1885), que baseado na Teoria da Elasticidade formalizada por CAUCHY
(1822), apresentou uma série de equações inter-relacionando forças de contato sobre o
contorno de um sólido semi-infinito. As conclusões deste trabalho são valiosas e serviram
como fundamento para diversos outros estudos realizados no âmbito do cálculo de tensões e
deformações.
Neste estudo, Boussinesq admitia o solo como um material homogêneo, isotrópico e que
tinha seu sistema de tensões caracterizado pelo módulo de deformação e coeficiente de
Poisson, seguindo à Lei de Hooke. As suas equações foram desenvolvidas a partir de
equações diferenciais para cargas pontuais. Dentro destas prerrogativas, torna-se possível o
cálculo das tensões e deformações a uma profundidade z afastada da vertical de aplicação
da carga.
Observa-se, no entanto, uma limitação deste modelo para utilização em pavimentos
rodoviários, onde na maioria das vezes encontram-se materiais heterogêneos, com
comportamento não linear e dependente do estado de tensões em que se encontram. No
entanto, segundo HUANG (1993), para pequenos carregamentos, em comparação com a
resistência do material analisado, repetidos por um grande número de vezes, a deformação
abaixo de cada repetição de carga é completamente recuperável e proporcional à carga e
pode ser considerada como elástico linear.
Figura 2.1 - Modelo de distribuição de tensões em solos de Joseph Boussinesq.
BARBER e PALMER (1940) procuraram particularizar os estudos de Boussinesq para
pavimentos que envolviam duas camadas de materiais distintos. Na oportunidade, eles
lançaram o conceito de espessura equivalente, ou, seja a espessura do pavimento poderia
ser substituída por uma espessura equivalente de subleito.
Figura 2.2 Modelo de distribuição de tensões em solos de Barber e Palmer.
Foi admitido que o coeficiente de Poisson igual a 0,5, e também que o módulo de
elasticidade do pavimento é maior que o módulo de elasticidade do subleito, resultando que
a deformação do pavimento é menor que a do subleito. Para relações entre o módulo de
elasticidade do pavimento (E
p) e o módulo de elasticidade do subleito (E
s) superiores a 100,
o erro pode ser considerado desprezível. Para relações da ordem de 20, o erro já é sensível,
e para relações da ordem de 2 o erro já é bastante acentuado.
O comportamento dos pavimentos e os fatores que o afetam não foram levados em conta.
Este modelo, não permite a abordagem de um sistema de camadas, em função de não existir
a possibilidade do cálculo de recalques em diferentes profundidades dentro do pavimento.
Em 1945, foi dado um grande salto qualitativo no tocante a análise estrutural de
pavimentos. Donald Burmister, engenheiro especialista e professor da Columbia University
em Nova York, preocupado com a crescente construção de aeroportos desencadeadas com o
advento da Segunda Guerra Mundial e com questões relacionadas a constituição de aterros
com materiais de propriedades distintas entre si, publicou uma série de artigos onde
enfocava o estudo de tensões e deformações em estruturas contendo duas e três camadas.
Estes estudos posteriormente vieram a ser chamados de TSCE (Teoria de Sistemas de
Camadas Elásticas) e se apoiaram nas seguintes premissas:
Todas as camadas são elásticas e lineares em termos de respostas dos materiais;
Todas as camadas são infinitas na direção horizontal;
Todas as camadas possuem espessura constante;
Não existem descontinuidades a menos na superfície do pavimento;
Não existem forças da gravidade agindo sobre o sistema;
Não existem deformações nem tensões iniciais residuais.
Ressalta-se ainda, que para a análise dos problemas à luz da TSCE são necessários
alguns dados de entrada como: coeficiente de Poisson, módulo de elasticidade dos
materiais envolvidos, espessuras das camadas e magnitude e distribuição das cargas
atuantes.
Merecem ainda destaque os estudos conduzidos HOGG (1938) e ODEMARK (1949). As
tensões calculadas por estes dois pesquisadores oferecem resultados comparáveis com as
calculadas por Burmister. Para o sistema de duas camadas, as tensões verticais e os
recalques são praticamente iguais, quer calculados por Hogg, quer calculados por
Burmister. Já as tensões radiais e de cisalhamento da primeira camada apresentam ligeiras
diferenças.
2.2 - EQUIPAMENTOS DEFLETOMÉTRICOS UTILIZADOS EM PAVIMENTOS
2.2.1 - Considerações Gerais
A disseminação no uso da TSCE e o avanço tecnológico foram fatores que
impulsionaram de maneira expressiva o desenvolvimento de tecnologia na área de
avaliação de pavimentos. Com o uso das novas ferramentas era possível se obter
respostas a respeito do pavimento de maneira mais rápida minimizando o tempo
necessário.
Os equipamentos utilizados em ensaios de avaliação não-destrutiva para medidas das respostas
mecânicas da estrutura, segundo SMITH E LYNTTON (1985), classificam-se em 3 grupos:
Grupo 1:
O primeiro grupo é composto de equipamentos quase-estáticos, que medem as deflexões do
pavimento sob carregamento através de veículo que se desloca lento o suficiente para que
não ocorra influência de forças inerciais. Nesta categoria estão incluídos a viga Benkelman,
o curviômetro, o deflectógrafo Lacroix e o Califórnia Travelling Deflectometer. Nesta
classe a velocidade é muito baixa, variando de 0,8 a 5 km/h; exceto para o curviômetro no
qual a velocidade é de 18 km/h. Segundo SHAHIN (1995) a utilização destes equipamentos
não é indicada no caso de pavimentos rígidos, por falta de acurácia nas leituras das
deflexões com valores muito baixos, além de não possibilitarem a avaliação do sistema de
transferência de cargas nas juntas.
Grupo 2:
No segundo grupo encontram-se equipamentos de carregamento dinâmico em regime
permanente, que aplicam uma carga estática na superfície do pavimento. O caráter
dinâmico do ensaio é obtido a partir da indução de uma vibração harmônica estável.
Existem dois tipos de geradores de força dinâmica:
No primeiro a carga cíclica que é gerada através da rotação de dois volantes desbalanceados
que giram em sentidos contrários. Desta maneira, os vibradores podem aplicar uma
amplitude de força, numa dada frequência. O Dynaflect é incluído nesse grupo;
No segundo a carga cíclica é gerada por meio de um sistema eletro-hidráulico, cuja amplitude de
carregamento independe da frequência de operação, isto é, para uma mesma carga pode se
utilizar diferentes frequências. Está nesta categoria o Road Rater nas suas várias versões e o
vibrador WES 16 Kip do corpo de engenheiros do exército americano (USACE). Ao utilizar
estes equipamentos é extremamente importante certificar-se de que estão adequadamente
calibrados e que a intensidade da força aplicada (pico a pico) ao pavimento seja menor que duas
vezes a pré-carga estática para evitar o deslocamento do equipamento na superfície do
pavimento. A deflexão produzida pela força dinâmica é medida por um referencial inercial, ou
seja, a variação da deflexão de pico a pico é comparada com a variação da força dinâmica pico a
pico, evitando desta maneira, que a alteração do estado de tensões, provocado pela pré-carga
estática, modifique a resposta do pavimento ao carregamento dinâmico.
Grupo 3:
No terceiro grupo estão incluídos equipamentos que medem as deflexões a partir de
carregamento por impulso. Estes aplicam uma força transiente ao pavimento pelo impacto
causado por um peso elevado a uma determinada altura em um sistema guia para em
seguida ser liberado. O peso em queda choca-se com uma placa que transmite a força ao
pavimento. Esta força pode ser variada pela alteração do conjunto de massas e/ou altura de
queda através de um processo de tentativa e erro. Estão incluídos neste grupo os FWD
comercialmente disponíveis (Dynatest, Kuab, Phonix e outros).
Segundo ALBERNAZ (1997), dos equipamentos citados o mais utilizado em todo o mundo
tem sido a viga Benkelman e suas variações. No entanto, os equipamentos do tipo FWD
vêm sendo utilizados em larga escala, principalmente a partir da década de 80, devido à sua
versatilidade, à quantidade de dados que podem ser levantados em um único ensaios e à sua
elevada produtividade.
2.2.2 - Descrição dos Equipamentos
2.2.2.1 - Viga Benkelman (VB)
Este equipamento foi desenvolvido em 1953 por A.C. Benkelman e tem como objetivo medir os
deslocamentos verticais do pavimento. É amplamente utilizado no Brasil tendo em vista, seu
baixo custo de aquisição, quando comparado com equipamentos mais sofisticados.
Inicialmente, a viga Benkelman era unicamente utilizada para determinação da deformação
reversível máxima. No entanto, com o passar do tempo, passou-se a utilizar este
equipamento também para a definição da bacia de deformação, visto a importância deste
parâmetro, para a caracterização do estado de tensão da estrutura de pavimentos rodoviários
e aeroportuários.
A viga Benkelman consiste em um equipamento muito simples que necessita de um
caminhão com eixo traseiro simples com roda dupla carregado com 80 kN, para aplicar a
carga sob a qual será medida a deformação elástica. Seu uso no Brasil é regulamentado pelo
método de ensaio DNER ME 24/94 Determinação das deflexões pela viga Benkelman e
pelo procedimento DNER PRO 175/94
Aferição da viga Benkelman. (DNER, 1994)
Figura 2.4 Viga Benkelman em operação.
(Fonte:
BERNUCCI, L. B.; et al., 2007).
Figura 2.5 Esquema da viga Benkelman.
O ensaio completo consiste das seguintes etapas:
Colocar a ponta de prova da viga Benkelman entre os pneus de uma das rodas
geminadas do eixo traseiro do caminhão, colocando-a exatamente sob o seu eixo.
Fazer uma leitura inicial no extensômetro, que se situa sobre o braço móvel da viga
leitura Li.
Fazer o caminhão se afastar lentamente até 10 m de distância da ponta de prova, ou
até que o extensômetro não acuse mais variação de leitura.
Ler no extensômetro a leitura final Lf.
A leitura final corresponde ao descarregamento do pavimento e todo o deslocamento
recuperado é associado à deformação elástica do pavimento (deflexão). Calcula-se a
deflexão D
0pela seguinte expressão:
D
0=(Li-Lf).K
(2.1)
Onde k é a constante da viga dada pela relação entre o braço maior e o braço menor,
articulados.
Com o passar dos anos, algumas modificações foram realizadas na viga Benkelman, com o
intuito de melhorar a acurácia e a velocidade dos levantamentos. Dentre estas melhorias,
pode-se citar a cri
medição automática da linha de influência através de cinco sensores verticais denominados
LVDT, registrando automaticamente a temperatura da superfície do pavimento. As
informações são monitoradas e armazenadas através de software próprio.
2.2.2.2 - Curviômetro
O curviômetro foi desenvolvido para medir deflexões em pavimentos flexíveis com o
veículo a uma velocidade de 18 km/h, considerada relativamente alta. A aceleração vertical
em um ponto da superfície do pavimento é medida por um geofone localizado entre as duas
rodas de teste, dando deste modo, não só o valor da curvatura naquele ponto, mas também o
valor máximo no pico da curva de deflexão. A deflexão é então obtida através da integração
do sinal do aparelho medidor, sendo que a medida da curvatura da bacia de deflexão é
obtida através das medidas da velocidade e da aceleração vertical. No veículo é levada uma
viga de deflexão eletrônica similar à viga Benkelman.
Figura 2.6 Curviômetro.
(Fonte: Acervo Strata Engenharia).
2.2.2.3 - Deflectógrafo Lacroix
Esse equipamento fabricado na Europa é um caminhão adaptado para execução de ensaios e
registro de resultados de forma totalmente automatizada. O veículo se move a uma
velocidade constante de cerca de 3 km/h, com eixo de carga com peso igual a 13 tf. As
deflexões são medidas, entre as rodas duplas do caminhão, por um bastão sensor conectado
a uma viga de referência, enquanto o veículo se movimenta. A unidade produz gráficos e os
dados são registrados em uma fita magnética para análises posteriores com computador.
Figura 2.7 Deflectógrafo Lacroix.
(Fonte: Acervo Strata Engenharia).
2.2.2.4 - California Travelling Deflectometer
Este equipamento foi desenvolvido pelo Departamento de Transportes da Califórnia.
Trata-se de duas vigas instaladas numa estrutura metálica fixada ao caminhão. No processo de
medição, as vigas são rebaixadas até o pavimento à frente do eixo traseiro e o caminhão
inicia a aproximação a uma velocidade de 3 km/h. Ao passar cada eixo traseiro sob as
vigas, as deflexões são registradas automaticamente por meio de sensores de deflexão
instalados nas vigas. Após a passagem das rodas, a estrutura é automaticamente suspensa e
posicionada novamente à frente do eixo traseiro para início de nova medição.
2.2.2.5 - Dynaflect
O Dynaflect foi o primeiro equipamento disponível comercialmente que utilizou um princípio
dinâmico de carregamento. Segundo UDIM E HUDSON (1989), este equipamento depois da
viga Benkelman foi o mais amplamente utilizado nos Estados Unidos para avaliação não
destrutiva de pavimentos. O equipamento consiste basicamente de um trailer rebocado por
veículo, onde estão instalados o sistema de carregamento e os sensores de deflexão. O
carregamento aplicado ao pavimento é obtido através de um gerador de força dinâmica instalado
no trailer, que através de um sistema de pesos excêntrico aciona duas rodas de aço, distantes 50
cm entre si em sentidos opostos a uma frequência de 8 Hz produzindo uma carga máxima de
1000 lb (454 kgf) de pico a pico. As deflexões produzidas pelo carregamento dinâmico aplicado
ao pavimento são automaticamente registradas por 5 (cinco) geofones instalados com
espaçamentos de 12 polegadas (30,5 cm) a partir do centro da carga (entre as duas rodas de aço).
Segundo SMITH & LYTTON (1985), existem algumas limitações técnicas para utilização deste
equipamento:
Necessidade de aplicação de uma pré-carga estática em cada estação de ensaio, com
valor superior a duas vezes o valor da carga que será utilizada nos ensaios;
Baixa magnitude de carregamento aplicada no pavimento;
Não permite a variação da frequência nem do carregamento aplicado ao pavimento;
Não pode ser registrada a deflexão diretamente sob o ponto de aplicação da carga.
Figura 2.8 Equipamento Defletométrico Dynaflect.
(Fonte: Acervo Strata Engenharia).
2.2.2.6 - Road Rater
O Road Rater foi o segundo equipamento defletométrico disponível comercialmente a
utilizar o modo dinâmico de carregamento. Consiste basicamente de um trailer rebocado
por veículo, onde estão instalados o sistema de carregamento e os sensores de deflexão. A
aquisição de dados é automática e todas as operações de ensaio podem ser comandadas via
computador. Segundo SMITH & LYTTON (1985), existem três modelos de Road Rater
que fornecem faixas específicas de carregamentos. O modelo 400B aplica cargas de 2,2 a
13,3 kN; as cargas aplicadas pelo modelo 2000 variam de 4,4 a 28,9 kN e o modelo 2008
aplica cargas de 4,4 a 42,1 kN. O carregamento dinâmico aplicado ao pavimento é obtido
por meio de um sistema eletro-hidráulico que desenvolve a aceleração de uma massa
alternadamente acima e abaixo de um ponto médio. As deflexões são registradas por meio
de quatro sensores, sendo o primeiro posicionado diretamente sob o ponto de aplicação da
citadas algumas vantagens de
utilização deste equipamento em relação ao Dynaflect:
Disponibilidade de modelos que aplicam cargas elevadas ao pavimento;
Possibilidade de variação do carregamento aplicado ao pavimento, dentro da faixa
de cargas disponíveis em cada modelo;
2.2.2.7 - WES-16 Kip
É um equipamento desenvolvido pelo U.S Waterways Experiment Station para a avaliação de
pavimentos aeroportuários. O equipamento foi construído em um trailer de 11 m de
comprimento, onde estão contidos o sistema de vibração, os sensores de deflexão e o sistema de
carregamento. SHAHIN (1995) explica que, antes da execução dos ensaios, é necessária a
aplicação de uma pré-carga de 16000lb. (7265 kgf). E para as medições das deflexões, as cargas
dinâmicas situam-se ao redor de 30000 lb (13620 kgf), com frequências que variam de 5 a 10
Hz. O carregamento aplicado ao pavimento é registrado por um conjunto de três load cells
instalado na placa de carga. Para medição das deflexões, os sensores são posicionados em linha,
equidistantes do centro de aplicação do carregamento.
2.2.2.8 - Falling Weight Deflectometer (FWD)
Os equipamentos mais atuais de medida de deslocamentos elásticos de um pavimento são
os de impulso gerado pelo impacto de um peso suspenso a certa altura, sobre amortecedores
que comunicam o choque a uma placa metálica apoiada sobre o pavimento, no ponto de
leitura da deflexão máxima. A intensidade da força aplicada simula o efeito da passagem
de um veículo entre 60 e 80 km/h sobre a superfície do pavimento.
Figura 2.9 Falling Weight Deflectometer em operação.
(Fonte: Strata Engenharia, 1999).
h1E1 h2E 2 h3E 3 E m
Figura 2.10 Esquema de Ensaio do FWD.
(Fonte: Strata Engenharia, 1999).
O equipamento é totalmente automatizado, sendo rebocado por um veículo utilitário leve
que carrega parte do sistema de aquisição de dados feito por computador, conectado aos
sensores instalados na parte rebocada, que é o defletômetro propriamente dito.
O ensaio, regulado no país pela norma DNER PRO 273/96 Determinação das deflexões
utilizando o defletômetro de impacto tipo Falling Weight Deflectometer FWD, envolve as
seguintes etapas:
Deslocamento do trailer para o local do ensaio, com o posicionamento do
equipamento na estação desejada;
Seleção da configuração da massa (conjunto de pesos) a ser utilizada na campanha
de ensaios, com posterior fixação das mesmas em local apropriado;
Acionamento no microcomputador do programa que controla as operações de
abaixamento da placa de carga, da barra de geofones e de posicionamento dos pesos
para queda de uma altura pré-determinada;
Liberação dos pesos para queda, através de uma pessoa localizada dentro do veículo
rebocador;
A cada ensaio realizado, são exibidos na tela, a altura de queda, pico de pressão na
placa e a força correspondente e os picos de deflexões registradas em cada sensor;
após o término da operação, os sensores e a placa são suspensos e o sistema emite
um sinal sonoro indicando que o trailer pode ser transportado para a próxima
estação de ensaio.
Figura 2.11 - Delineamento dos assentamentos reversíveis com o FWD.
(Fonte: Dynatest).
Existem hoje no mundo, uma série de fabricantes deste tipo de equipamento, dentre eles
podem ser citados:
FWD DYNATEST
Equipamento totalmente automatizado para avaliação da capacidade de carga dos
pavimentos, consistindo em um carro reboque montado com um sistema elétrico/hidráulico
de aplicação de carga e medida de deflexão. Este tipo de FWD produz breves pulsos de
carga de 7 a 12 kN (700 a 12000 kgf) de amplitude, com duração de 25 a 30 ms. Este
sistema admite a aplicação de até cinco configurações de massa em combinação com até
quatro alturas de queda, sendo desta forma, escolhida a combinação que deverá satisfazer
aos tipos de eixos preponderantes que solicitam o pavimento. As deflexões são medidas
usando sete sensores sísmicos facilmente removíveis, acoplados a cabos móveis ao longo
de uma barra metálica, o valor de pico registrado por cada transdutor é gravado na memória
do microprocessador. Este equipamento permite, através de uma bateria de apoio, uma
unidade eletro-hidráulica e de vários interruptores, que a operação seja completamente
controlada do assento do motorista.
FWD KUAB
A unidade FWD KUAB é um carro reboque totalmente coberto por uma casa de metal,
onde as portas do fundo da unidade são abertas quando se inicia os testes, permitindo, desta
forma, que o equipamento desça até a superfície do pavimento. A operação é totalmente
automatizada. Este equipamento é de origem sueca e seu princípio de operação é
semelhante ao do FWD Dynatest diferenciando-se apenas no valor da carga aplicada ao
pavimento que pode variar de 12 a 15 kN (1200 a 15000 kgf). A resposta produzida é
medida através de sismômetros que podem ser calibrados em campo por um micrômetro
incorporado ao equipamento. A carga é gerada por um sistema de duas massas permitindo,
desta forma, que haja uma duração mais extensa de pulsação, com o objetivo de representar
melhor a duração da carga pelos caminhões.
FWD PHONIX
O FWD Phonix é também um carro reboque que consiste de uma casa de metal que protege
o peso de queda, esse peso é constituído de um corpo cilíndrico (em nove seções) com no
máximo 3 kN (300 kgf). A queda da massa provoca um pulso de carga com magnitude
variando de 10,2 a 102,3 kN ( 1020 a 10230 kgf). As deflexões que são geradas são
medidas por três ou seis transdutores de deflexão ajustáveis. O sistema eletrônico desta
unidade consiste em um microcomputador, software de controle e sensores. Outras opções
incluem um microcomputador IBM-PC, instrumentos de medida da temperatura do ar e da
superfície do pavimento e um sistema de impressão.
2.3 - DETERMINAÇÃO DOS MÓDULOS DE RESILIÊNCIA
2.3.1 - Considerações Gerais
Segundo MEDINA & MOTTA (2005), os estudos sobre o comportamento resiliente dos
materiais utilizados em pavimentação foram iniciados na década de 1930 com Francis
Hveem, que foi o primeiro a relacionar as deformações recuperáveis (resiliência) com as
fissuras surgidas nos revestimentos asfálticos. Foi ele também que adotou o termo
sicamente
deformado elasticamente, a qual é devolvida quando cessam as tensões causadoras das
Hveem concluiu que muitas das fissuras detectadas no pavimento tinham
origem no processo de fadiga que sofriam os materiais, causados pela repetição excessiva
de pequenas deformações elásticas. Para se efetuar a análise de deformabilidade de uma
estrutura de pavimento, é necessário conhecer as relações tensão-deformação ou os
módulos de resiliência dos materiais que comporão as camadas da mesma.
O módulo de resiliência dos materiais envolvidos em pavimentação normalmente é obtido
de duas maneiras: em laboratório ou em campo (através da retroanálise).
2.3.2 - Obtenção dos Módulos de Resiliência em Laboratório
Os ensaios laboratoriais na área de engenharia procuram simular as condições reais
encontradas em campo visando à determinação das propriedades mecânicas dos materiais.
No que se refere à obtenção do módulo de resiliência observa-se que para determinação
deste parâmetro em solos é amplamente utilizado o ensaio de compressão axial à cargas
repetidas. No que diz respeito às misturas asfálticas observa-se uma maior variabilidade.
São utilizados ensaios de viga a flexo-tração, compressão diametral e axial entre outros.
Serão abordadas, nesta dissertação, de maneira mais específica as metodologias de ensaio
abordadas no país, sendo, o triaxial dinâmico de cargas repetidas em solos e o de
compressão diametral em misturas asfálticas. Serão abordados ainda, alguns fatores
intervenientes na magnitude dos módulos de resiliência e os modelos hoje utilizados para
descrever o comportamento dos solos.
2.3.2.1 - Determinação dos Módulos de Resiliência em Solos
introduzido nos estudos de pavimentação pelo professor H. Bolton Seed na década de 1950 na
Universidade da Califórnia, Berkeley, quando da investigação da deformabilidade do solo do
subleito da pista experimental da AASHO. SEED e FEAD (1959) fizeram uma adaptação para o
aparelho pneumático dinâmico do equipamento triaxial estático então existente.
Este ensaio tem como objetivo reproduzir em laboratório as condições de carregamento
impostas ao pavimento pela solicitação do tráfego, e dessa forma, simular o comportamento
resiliente dos materiais utilizados. Nestes ensaios a força aplicada atua sempre no mesmo
sentido de compressão, de zero até um máximo e depois diminui até anular-se, ou atingir um
patamar inferior, para atuar novamente após pequeno intervalo de repouso (fração de segundo)
procurando reproduzir as condições de carregamento de campo. A velocidade do veículo e o
fluxo de tráfego são simulados respectivamente pelo pulso e frequência da carga aplicada.
O ensaio consiste basicamente em duas fases. A primeira, chamada de fase de
condicionamento, objetiva reduzir a influência das grandes deformações plásticas e reduzir
o efeito da história de tensões no valor do módulo de resiliência. A obtenção dos valores de
Mr é feita na segunda etapa do ensaio, onde para cada par de tensões 1 e 3 é feita a
medida da deformação resiliente r. Para cada par de tensões, o módulo de resiliência pode
ser definido por:
Onde :
r d R
M
(2.2)
d =
Tensão desvio axial repetida;
r =
