UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA CLAUDEMIR MANTOVANI
FELIPE BRANGER
COMPARATIVO TÉCNICO-ECONÔMICO DE PAVIMENTO EM CONCRETO ASFÁLTICO E EM PAVER: ESTUDO DE CASO
Palhoça 2019
CLAUDEMIR MANTOVANI FELIPE BRANGER
COMPARATIVO TÉCNICO-ECONÔMICO DE PAVIMENTO EM CONCRETO ASFÁLTICO E EM PAVER: ESTUDO DE CASO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Huri Alexandre Raimundo, Ms.
Palhoça 2019
A todos aqueles que de alguma forma estiveram е estão próximos de nós, fazendo esta vida valer cada vez mais а pena.
AGRADECIMENTOS
Queremos primeiramente agradecer a nossas famílias pelo incentivo e apoio prestado durante toda a trajetória acadêmica.
Ao professor orientador Huri Alexandre Raimundo pelo empenho dedicado a nos passar conhecimento e orientação para realizar o projeto de pesquisa.
A instituição de ensino Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL, pelo seu corpo docente, direção, administração e estrutura.
E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da nossa formação, o nosso muito obrigado.
“O insucesso é apenas uma oportunidade para recomeçar com mais inteligência.” (Henry Ford).
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo promover uma análise técnico-econômica entre dois tipos de pavimentos: concreto asfáltico e paver, para aplicação em um loteamento urbano. O estudo calculou-se em uma avenida projetada como rua principal do loteamento Lisboa III, no município de São José. Para a análise, utilizou-se ensaios (CBR) para o dimensionamento dos pavimentos através do método DNER para asfalto e ABCP para lajota. Em seguida, realizou-se um levantamento de custos (matérias primas, mão-de-obra, transporte) a fim de verificar qual pavimento é mais vantajoso economicamente através de uma análise comparativa e, a partir do resultado do estudo, pode-se afirmar que o pavimento asfáltico é mais atrativo economicamente e no quesito velocidade de implantação.
ABSTRACT
The present work aims to promote a technical-economic analysis between two types of pavements: asphalt concrete and paver, for application in an urban allotment. The study was calculated on an avenue designed as the main street of the Lisboa III subdivision, in the municipality of São José. For the analysis, tests (CBR) were used to design the pavements using the DNER method for asphalt and ABCP for flagstone. Then, a cost survey (raw materials, labor, transportation) was carried out in order to verify which floor is the most economically advantageous through a comparative analysis and, from the result of the study, it can be stated that asphalt pavement is more attractive economically and at the speed of implementation. Keywords: Paver. Asphalt concrete. Costs.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Camadas que compõe o pavimento. ... 21
Figura 2 - Preparo da caixa de base. ... 29
Figura 3 - Compressão do agregado graúdo. ... 29
Figura 4 - Esparrame da primeira camada do material de enchimento. ... 30
Figura 5 - Irrigação para penetração do material de enchimento. ... 30
Figura 6 - Compactação do material com rolo vibratório liso tandem. ... 31
Figura 7 - Compactação do material com rolo de pneus. ... 32
Figura 8 - Execução da imprimadura. ... 32
Figura 9 - Tipos de deslocamentos resistidos por intertravamento. ... 33
Figura 10 - Arranjo de assentamento (tipo Espinha de peixe). ... 34
Figura 11 - Arranjo de assentamento (tipo Fileira). ... 34
Figura 12 - Arranjo de assentamento (tipo Trama). ... 34
Figura 13 - Aspectos da composição do pavimento flexível. ... 37
Figura 14 - Tipos de ensaios para determinar a resistência do solo. ... 41
Figura 15 - Planejamento de Pesquisa. ... 42
Figura 16 - Trecho de estudo. ... 43
Figura 17 – Local do estudo. ... 43
Figura 18. Pontos de coleta de amostras... 48
Figura 19 - Seção transversal da pavimentação asfáltica. Medidas em cm. ... 51
Figura 20 - Seção transversal da pavimentação em paver. Medidas em cm. ... 53
Figura 21 - Localização da pedreira. ... 55
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Efeito relativo de diversas cargas por eixo simples. ... 38
Gráfico 2 - Espessura necessária de sub-base. ... 39
Gráfico 3 - Espessura necessária de base (concreto rolado ou solo-cimento). ... 40
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Percentuais de veículos comerciais na faixa de projeto. ... 26
Tabela 2 - Espessuras mínimas de revestimento betuminoso... 36
Tabela 3 - Espessura e resistência de peças pré-moldadas. ... 40
Tabela 4 - Classificação dos veículos passantes no trecho. ... 45
Tabela 5 - Fatores de equivalência de carga do USACE. ... 46
Tabela 6 - Fatores de veículo. ... 46
Tabela 7 - TDMA x FV. ... 47
Tabela 8 - Amostras de CBR. ... 48
Tabela 9 - Resumo dos fornecedores de materiais e distâncias até a obra. ... 56
Tabela 10 - Preços estipulados pela pedreira... 57
Tabela 11 - Horas das Máquinas. ... 57
Tabela 12 - Orçamento para o pavimento asfáltico. ... 57
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Coeficiente de equivalência estrutural (K). ... 50 Quadro 2 - Espessura necessária de base puramente granular (HBG) - Procedimento B. ... 52
LISTA DE SIGLAS a - Ano
ATR - Automatic Traffic Recorders B - Espessura da Base;
c - Percentual de Veículos Comerciais CBR - California Bearing Ratio
DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes ESRD - Eixo Simples Rodado Duplo
FC - Fatores de Equivalência de Cargas FV - Fator de Veículo da Categoria h20 - Espessura da Sub-Base
Hm - Espessura Total do Pavimento Necessária para Proteger o Subleito Hn - Espessura do Reforço do Subleito
i - Categoria do Veículo
ISC - Índice de Suporte Califórnia j - Tipo de Eixo
K - Coeficiente de Equivalência Estrutural
KB - Coeficiente de Equivalência Estrutural da Base kN - KiloNewton
KR - Coeficiente de Equivalência Estrutural do Revestimento
Kref - Coeficiente de Equivalência Estrutural do Reforço de Subleito Ks - Coeficiente de Equivalência Estrutural da Sub-Base
m - Número de Eixos
MR - Módulo de Resiliência N - Eixo Padrão
Na - Número Equivalente de Aplicações do Eixo Padrão p - Período de Projeto
PPC - Peças Pré-moldadas de Concreto R - Espessura do Revestimento
Tf - Toneladas-Força V - Volume
VMD - Volume Médio Diário
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 17 1.1 JUSTIFICATIVA ... 18 1.2 PROBLEMA DE PESQUISA ... 18 1.3 OBJETIVOS ... 18 1.3.1 Objetivo Geral ... 18 1.3.2 Objetivos Específicos... 18 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 19
2 PAVIMENTOS: DEFINIÇÕES E CONCEITOS ... 20
2.1 CLASSIFICAÇÃO DAS VIAS ... 20
2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS ... 20
2.3 CLASSIFICAÇÃO DAS CAMADAS DO PAVIMENTO ... 21
2.3.1 Regularização de Subleito ... 22
2.3.2 Reforço do Subleito ... 22
2.3.3 Sub-base e Base ... 22
2.3.4 Revestimento ... 23
2.4 ESTIMATIVA DE TRÁFEGO E CÁLCULO DO NÚMERO “N” ... 23
2.4.1 Volume Médio Diário (VMD)... 23
2.4.2 Volume Médio Diário Anual (VMDA) ... 23
2.4.3 Classificação da Frota ... 24
2.4.4 Carregamento da Frota ... 24
2.4.5 Fatores de Equivalência de Carga por Eixo (FC) ... 24
2.4.6 Determinação do Número N ... 25
2.5 PAVIMENTOS FLEXÍVEIS ... 26
2.5.1 Conceitos e Generalidades de Pavimentos Flexíveis ... 26
2.5.2 Revestimentos Flexíveis Betuminosos ... 27
2.5.3 Processo Executivo ... 28
2.6 PAVIMENTOS INTERTRAVADOS ... 33
2.6.1 Conceitos e Generalidades de Pavimentos com Blocos Intertravados de Concreto (Pavers) ... 33
2.6.2 Modelo de Assentamento ... 33
2.6.3 Conservação e Manutenção ... 35
2.7.1 Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis ... 35
2.7.2 Dimensionamento de Pavimentos Intertravados ... 38
2.7.3 Solo ... 41
3 METODOLOGIA ... 42
3.1 PLANEJAMENTO DE PESQUISA ... 42
3.2 ESCOLHA DO TRECHO ... 42
3.3 CONTAGEM ... 44
3.4 CLASSIFICAÇÃO DOS VEÍCULOS ... 44
3.5 DIMENSIONAMENTO ... 44
3.6 CUSTOS DOS DIFERENTES PAVIMENTOS ... 44
4 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO ... 45
4.1 DETERMINAÇÃO DO NÚMERO “N” ... 45
4.1.1 DETERMINAÇÃO DA FROTA PASSANTE ... 45
4.1.2 FATOR DE CARGA “FC” E FATOR DE VEÍCULO “FV” ... 45
4.1.3 CÁLCULO DO NÚMERO “N” ... 46
4.2 DETERMINAÇÃO DO CBR DE PROJETO ... 47
4.3 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS ... 49
4.3.1 Espessura mínima do revestimento ... 49
4.3.2 Espessura total do pavimento ... 49
4.3.3 Coeficiente de equivalência estrutural (K)... 49
4.3.4 Cálculo da espessura das camadas ... 50
4.4 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INTERTRAVADOS ... 51
4.4.1 Dimensionamento camada de base ... 51
4.4.2 Dimensionamento da espessura da lajota ... 52
4.4.3 Base de assentamento (pó de pedra) ... 53
5 ANÁLISE DE CUSTOS ... 54
5.1 LEVANTAMENTO DOS SERVIÇOS E QUANTITATIVOS ... 54
5.1.1 Etapas para pavimentação asfáltica (quantitativos) ... 54
5.1.2 Etapas para pavimentação com blocos intertravados (quantitativos) ... 54
5.2 FORNECEDORES DE MATERIAIS ... 55
5.3 CUSTOS ... 56
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 59
6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 59
ANEXOS ... 62
ANEXO A – CONTAGEM DE VEÍCULOS (RUA FRANCISCO INACIO DO NASCIMENTO) ... 63
ANEXO B - CONTAGEM DE VEÍCULOS (RUA ANTÔNIO JOVITA DUARTE) ... 64
ANEXO C – VEÍCULOS ADOTADOS NA CLASSIFICAÇÃO DO DNIT. ... 65
ANEXO D – ENSAIO CBR: AMOSTRA 1 ... 70
ANEXO E – ENSAIO CBR: AMOSTRA 2 ... 71
ANEXO F – ENSAIO CBR: AMOSTRA 3 ... 72
ANEXO G – ENSAIO CBR: AMOSTRA 4 ... 73
1 INTRODUÇÃO
Com o crescimento do volume de tráfego, se faz justificável a construção de uma estrutura que seja capaz de suportar os esforços solicitantes cada vez maiores que serão produzidos (PINTO et al., 2001).
A primeira estrada brasileira foi inaugurada em 1861, que ligava Petrópolis a Juiz de Fora, as diligências cruzaram a estrada a 20 km/h. As rodovias propriamente ditas só chegaram ao Brasil no século 20, pelo governador de São Paulo Washington Luís, e nas décadas de 40 e 50 as obras rodoviárias ganharam mais intensidades com o então presidente Juscelino Kubitscheck, e desde então é o principal meio de transporte de pessoas e cargas (LESSA, 2005).
Os primeiros registros do concreto asfáltico são de 3000 a.C., quando ele era usado para conter vazamentos de água em reservatórios, já passando pouco depois a pavimentar estradas no Oriente Médio. Nessa época, ele não era extraído do petróleo, mas feito com piche retirado de lagos pastosos. A partir de 1909, iniciou-se o emprego de asfalto derivado do petróleo, devido à sua maior pureza e viabilidade econômica, sendo esse o principal meio de produção do asfalto atualmente. (OLIVEIRA, 2018)
De acordo com Senço (2007), o uso de asfaltos oriundos de jazidas, foi utilizado primeiramente pelos franceses, em 1802. Os americanos, em 1830, e os ingleses em 1869 executaram as primeiras pavimentações de ruas.
Por outro lado, as peças de concretos intertravado (paver) começaram a serem usadas no final do século XIX, com as principais patentes sendo registradas na Europa. Na década de 60 o pavimento intertravado de concreto já se consolidava na Europa, e foi migrando para países como Estados Unidos e Japão, já no Brasil esse tipo de pavimento chegou na década de 70, passou por diversas mudanças, e hoje se consolida por seu baixo custo de aplicação e estética versátil e agradável (TETRACON, 2017).
Os gastos com manutenção e reconstrução precoce de nossos pavimentos são substanciais. Esses gastos são inaceitáveis uma vez que podemos dispor de equipamentos de laboratório e de campo que permitam um melhor entendimento dos materiais e de métodos de projeto teórico-empíricos. (BERNUCCI ET AL., 2010)
O presente trabalho visa avaliar as diferenças comportamentais e de custo destes dois tipos de pavimentos, realizando uma análise técnico-econômica fundamentada em dados reais, com coleta de amostras do solo de fundação, definição do subleito, definição do tráfego solicitante e dimensionamento das estruturas. E posteriormente gerar um comparativo entre o custo final dos dois tipos de pavimentos, abrangendo sua execução.
1.1 JUSTIFICATIVA
Visto que os recursos para a execução e manutenção e possíveis reconstruções de pavimentos tem um considerável custo no total de uma obra (loteamento), há a necessidade de que estudos demonstrem a viabilidade construtiva dentre diferentes tipos de pavimentos, tais como seus parâmetros técnico-econômicos. Além disso, tal estudo serve para apontar as vantagens e desvantagens entre os sistemas de pavimentação, bem como auxiliando no processo da tomada de decisão.
1.2 PROBLEMA DE PESQUISA
AO problemática desta pesquisa pode ser sintetizada com o seguinte questionamento: qual o tipo de pavimento, entre a utilização de concreto asfáltico e paver, se mostra mais atrativo do ponto de vista técnico-financeiro para o sistema viário de um loteamento?
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo Geral
Analisar de forma técnica-econômica entre alternativa de pavimentação utilizando estrutura flexível com concreto asfáltico comparativamente a uma estrutura com paver.
1.3.2 Objetivos Específicos
a) Realizar a análise do solo no terreno de pesquisa através da coleta de amostras e ensaios de laboratório;
b) Definir o tráfego solicitante; c) Definir a fundação do pavimento;
d) Dimensionar os pavimentos para a alternativa em concreto asfáltico e para a alternativa em paver;
e) Caracterizar as diferenças comportamentais das duas estruturas dimensionadas; f) Quantificar e Orçar os pavimentos dimensionados;
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
O capítulo 1 busca contextualizar o tema de forma muito breve, demonstrando um histórico sucinto sobre pavimentação assim como seus gastos, além de apresentar o problema de pesquisa junto com os objetivos que o presente estudo pretende alcançar.
O capítulo 2 traz uma revisão bibliográfica onde são abordados diversos temas referentes aos pavimentos de estudo, demonstrando classificações referentes a vias, pavimento e suas camadas, estimativa de tráfego, pavimentos flexíveis e semirrígidos, dimensionamento de pavimentos e sobre o solo.
No capítulo 3 apresenta-se os procedimentos metodológicos, demonstrando como a pesquisa será desenvolvida, assim como, o ambiente de estudo. Esse por sua vez, caracteriza-se no capítulo 4, com o intuito de levantar os dados do estudo para a realização da análicaracteriza-se.
O capítulo 5 são apresentadas as análises dos resultados encontradas, sintetizando-as em tabelas, gráficos e cálculos, a fim de alcançar os objetivos e responder o problema de pesquisa. No capítulo 6 são desenvolvidas as conclusões do estudo, demonstrando os principais resultados e suas contribuições. Por fim, apresentam-se todas as referências bibliográficas utilizadas na pesquisa.
2 PAVIMENTOS: DEFINIÇÕES E CONCEITOS
O pavimento é composto por camadas sobrepostas de diferentes materiais compactados a partir do subleito, adequado para atender estruturalmente e operacionalmente o tráfego, de forma durável e ao mínimo custo possível, considerando o serviço de manutenção e reabilitação obrigatórias (BALBO, 2007).
A estrutura do pavimento é um sistema formado por várias partes, constituída de um conjunto que sofrerá deslocamentos e tensões como parte de resistir às cargas solicitantes pelos veículos e pelo clima. Ou seja, como qualquer outra estrutura de construção civil, as cargas são distribuídas de forma compatível com a resistência de cada camada do pavimento (MOTTA, 1995).
2.1 CLASSIFICAÇÃO DAS VIAS
Para Balbo (2007) as vias podem ser classificadas como:
• Vias expressas - primárias e secundárias: fazem ligações rápidas em escala metropolitana e há trânsito de passagem exclusivo;
• Vias arteriais - primárias e secundárias: possuem trânsito de passagem permanente e ligações em escala metropolitana e em escalas de zonas;
• Vias coletoras - primárias e secundárias: têm ligação em escalas de bairros e trânsito de passagem local equilibrado;
• Vias locais - residencial e outras: possuem trânsito local predominante e a ligação em escala de unidade de vizinhança.
2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS
De acordo com Bernucci et al. (2010) os pavimentos são classificados tradicionalmente em três tipos, sendo eles: rígidos, semirrígidos e flexíveis. Já o DNIT (2006) traz as seguintes definições para esses pavimentos:
• Flexíveis - São aqueles em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas. Exemplo: Pavimentação asfáltica com as camadas de base e sub-base de brita graduada;
• Semirrígidos - São formadas por uma base com adição de cimento ou outro material aglutinante com propriedades cimentícias. Exemplo típico: Camada de solo-cimento revestida por uma camada asfáltica;
• Rígidos - São aqueles em que o revestimento tem muito mais rigidez em relação às camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as tensões provenientes do carregamento aplicado. Exemplo típico: Pavimento constituído por placas de concreto de cimento Portland.
2.3 CLASSIFICAÇÃO DAS CAMADAS DO PAVIMENTO
Os pavimentos são múltiplas camadas sobre uma fundação chamada subleito, sendo que o comportamento de toda a estrutura depende da espessura de cada uma das camadas (BERNUCCI et al., 2010).
Segundo Balbo (2011), o pavimento, respeitando uma terminologia coerente, é constituído pelas seguintes camadas, em ordem de execução: subleito, reforço do subleito, sub-base, base e revestimento (Figura 1). Todavia, não necessariamente deve-se possuir camada de sub-base ou de reforço do subleito. Pois onde se identifica que o solo possui, analisado em ensaio, as devidas resistências, pode-se ou não fazer uso da cama de reforço de subleito. Figura 1 - Camadas que compõe o pavimento.
2.3.1 Regularização de Subleito
O subleito é o terrapleno que servirá de apoio para o pavimento, considerado a sua fundação, pois é a camada mais profunda da estrutura, e deve ser analisada até onde as cargas, produzidas pelo tráfego, podem agir (BALBO, 2007).
Desta forma, a regularização do subleito refere-se à operação destinada a conformar o leito estradal, transversal e longitudinalmente, obedecendo às larguras e cotas constantes das notas de serviço de terraplenagem do projeto, compreendendo cortes ou aterros até 20 cm de espessura (DNIT, 2010b).
2.3.2 Reforço do Subleito
De acordo com Balbo (2007), o reforço de subleito é a camada com espessura variável, melhora a capacidade de suporte de carga do subleito, com característica técnica inferior à da camada superior (sub-base), e superior à do material do subleito. Sendo usado, se a capacidade de suporte à carga do material de subleito for muito baixa.
Segundo DNIT (2010a), é uma camada estabilizada com material com resistência superior ao do solo e inferior ao material da sub-base, utiliza-se quando for necessário reduzir a camada da sub-base.
2.3.3 Sub-base e Base
A sub-base é a camada que possui a mesma função da base, é executada sobre o subleito ou o reforço do subleito (BALBO, 2007). DNIT (2010a) destaca que a espessura da camada de sub-base compactada não deve ser inferior a 10cm e nem superior a 20cm, caso esteja estipulado em projeto que a camada deve ser superior a 20 cm, devem ser subdivididas em camadas parciais.
“Elas podem ser divididas em dois grupos: granuladas e estabilizadas. As granulares podem ter granulometria fechada ou aberta, sendo a última mais usual em pisos industriais. Quanto às estabilizadas as mais comuns são constituídas por solo cimento e brita graduada tratada com cimento” (ANAPRE, 2009).
Camada de pavimentação destinada a resistir aos esforços verticais oriundos dos veículos, distribuindo-os adequadamente à camada subjacente, executada sobre a sub-base, subleito ou reforço do subleito devidamente regularizado e compactado (DNIT, 2010a).
Base é a camada de pavimentação destinada a resistir aos esforços verticais oriundos dos veículos, distribuindo-os adequadamente à camada subjacente, executada sobre a sub-base, subleito ou reforço do subleito devidamente regularizado e compactado (DNIT, 2010a).
2.3.4 Revestimento
É a camada que recebe cargas verticais e horizontais oriundas do tráfego, transmitindo as camadas subjacentes. Além de melhorar a superfície de rolamento quanto às condições de conforto e segurança, e resistir aos desgastes (BALBO, 2007).
2.4 ESTIMATIVA DE TRÁFEGO E CÁLCULO DO NÚMERO “N”
O pavimento é dimensionado em função do número de operações de um eixo tomado como padrão durante determinado período de projeto adotado, este número é conhecido como número equivalente N, o eixo padrão brasileiro é um Eixo Simples Rodado Duplo (ESRD) com carga de 8,2t (DNIT, 2006).
Para cálculo do número N ser realizado é necessária a determinação do tráfego futuro, para isso são definidos alguns elementos relativos ao tráfego (DNIT, 2006).
2.4.1 Volume Médio Diário (VMD)
Volume Médio Diário (VMD) corresponde à média diária do volume de tráfego de uma determinada seção para um período menor que um ano. Enquanto o Volume Médio Diário Anual (VMDA) utiliza-se de todos os volumes diários durante um ano, o VMD pode ser medido para um período de seis meses, um mês, uma semana, ou menor período, como, por exemplo, um ou dois dias. Normalmente, esse parâmetro é determinado por pesquisadores utilizando-se de contadores manuais, que registram os dados coletados em formulário de campo (GOMES, 2004).
2.4.2 Volume Médio Diário Anual (VMDA)
O VMDA representa o valor médio de todos os volumes diários registrados durante um ano em uma dada seção de uma via. A determinação do verdadeiro valor desse parâmetro somente é possível por meio de contagens contínuas ou permanentes, efetuadas por equipamentos eletrônicos que, por intermédio de um sensor indutivo, instalado na pista da
rodovia, determina a presença ou não de um veículo. Esses equipamentos são conhecidos como ATR (Automatic Traffic Recorders) e os dados de volume armazenados por eles são normalmente registrados em períodos de uma hora e por faixa de tráfego (GOMES, 2004).
2.4.3 Classificação da Frota
A grande diversidade de efeitos gerados sobre o pavimento pelos diversos tipos de veículos rodoviários levou à necessidade de dispor de uma classificação da frota, a mais detalhada possível, em particular no que se refere aos veículos de carga (ver Anexo C – Veículos Adotados na Classificação do DNIT) (DNIT, 2006).
2.4.4 Carregamento da Frota
Assim como a classificação da frota, os pesos por eixo de cada um dos tipos de veículos de carga são igualmente importantes. Se a distribuição da carga por eixo não for adequadamente considerada, as previsões da solicitação futura do tráfego serão provavelmente imprecisas. Portanto, para a avaliação do efeito do tráfego sobre o pavimento é preciso conhecer as cargas por eixo com as quais os veículos de carga solicitam a estrutura. Isto pode ser feito preferencialmente por meio de pesagens levadas a efeito no próprio trecho, ou em trecho com comportamento de tráfego similar. Os procedimentos de pesagem existentes são: balanças fixas, balanças portáteis e sistemas automáticos de pesagem, que permitem pesagem contínua através de longos períodos (DNIT, 2006).
2.4.5 Fatores de Equivalência de Carga por Eixo (FC)
A conversão do tráfego misto em um número equivalente de operações de um eixo considerado padrão é efetuada aplicando-se os chamados Fatores de Equivalência de Cargas (FC). Estes fatores permitem converter uma aplicação de um eixo solicitado por uma determinada carga em um número de aplicações do eixo-padrão que deverá produzir um efeito equivalente. Os conceitos adotados nos diversos métodos para a definição da equivalência de cargas são os mais variados, e não dependem exclusivamente do eixo-padrão considerado (DNIT, 2006).
As cargas dos veículos causam deflexões nas camadas do pavimento e alteram o estado de tensões e deformações. Cada carga provoca um efeito destrutivo e reduz a vida remanescente
do pavimento. Diferentes configurações de eixos e cargas produzem deflexões diferenciadas, que reduzem a vida remanescente do pavimento de diversas maneiras. Os fatores de equivalência de carga por eixo são utilizados para fazer conversões das várias possibilidades de carga por eixo em números de eixo-padrão (DNIT, 2006).
2.4.6 Determinação do Número N
Na determinação do número N são considerados fatores relacionados à composição do tráfego referentes a cada categoria de veículo, aos pesos das cargas transportadas e sua distribuição nos diversos tipos de eixos dos veículos. Seus valores anuais e acumulados durante o período de projeto são calculados com base nas projeções do tráfego, sendo necessário para isso o conhecimento qualitativo e quantitativo da sua composição presente e futura. Esse conhecimento é obtido por meio das pesagens, pesquisas de origem e destino, contagens volumétricas classificatórias e pesquisas de tendências da frota regional ou nacional (DNIT, 2006).
Segundo DNIT (2006), no caso de pavimentos flexíveis, considerando o conceito do fator de equivalência, o número de operações do eixo-padrão (N) é calculado pela seguinte fórmula (1):
𝑁 = ∑𝑎=1𝑎=𝑝𝑁𝑎 (1)
Onde:
N = Número equivalente de aplicações do Eixo Padrão, durante o período de projeto a = ano no período de projeto
p = número de anos do período de projeto
Na = Número equivalente de aplicações do Eixo Padrão, durante o ano “a”, em que:
𝑁𝑎 = ∑𝑖=1𝑖=𝑘∗ 𝐹𝑉𝑖 ∗ 365 ∗ 𝐶 (2)
Onde:
i = categoria do veículo, variando de 1 a k
Via = Volume de veículos da categoria i, durante o ano a do período de projeto c = Percentual de veículos comerciais na faixa de projeto, conforme a Tabela 1.
FVi = Fator de veículo da categoria i, em que: 𝐹𝑉𝑖 = ∑𝑗=1
𝑗=𝑚
∗ 𝐹𝐶𝑗 (3)
Onde:
j = tipo de eixo, variando de 1 a m. m = número de eixos do veículo i
FCj = fator de equivalência de carga correspondente ao eixo j do veículo i. Tabela 1 - Percentuais de veículos comerciais na faixa de projeto.
Número de faixas de Tráfego da rodovia Percentual de veículos comerciais na faixa de projeto (c)
2 (pistas simples) 50%
4 (pista dupla) 35 a 48%
6 ou mais (pista dupla) 25 a 48%
Fonte: DNIT (2006, p. 246).
2.5 PAVIMENTOS FLEXÍVEIS
2.5.1 Conceitos e Generalidades de Pavimentos Flexíveis
Entende-se como pavimento flexível, uma estrutura composta por múltiplas camadas com o objetivo de resistir e distribuir esforços provenientes do tráfego, oferecer melhores condições de rolamento no que se refere à segurança e conforto, bem como servir como uma capa impermeabilizadora das camadas inferiores que compõe a estrutura. Quando o carregamento é aplicado sobre o pavimento, todas as camadas trabalham em conjunto distribuindo a carga em parcelas uniformes e equivalentes (DNIT, 2006).
Pavimento flexível é aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas (DNIT, 2006).
A camada de rolamento dos pavimentos flexíveis é constituída por concreto asfáltico, podendo ser combinado com diversos outros componentes asfálticos dependendo das características da construção a ser realizada (DNIT, 2006).
Possui um processo de execução relativamente baixo comparado a outras estruturas, bem como o seu custo inicial que também fica abaixo dos demais processos construtivos. Esses
são fatores que contribuem para que cerca de 96% da malha rodoviária brasileira seja constituída por pavimentos do tipo flexível (DNIT, 2006).
2.5.2 Revestimentos Flexíveis Betuminosos
De acordo com o DNIT (2006), os revestimentos betuminosos são constituídos por associação de agregados e materiais betuminosos. Essa associação pode ser feita de duas maneiras clássicas: por penetração e por mistura.
a) Revestimentos por Penetração: essa modalidade envolve dois tipos distintos:
• Penetração Invertida: São os revestimentos executados através de uma ou mais aplicações de material betuminoso, seguida(s) de idêntico número de operações de espalhamento e compressão de camadas de agregados com granulometrias apropriadas. Conforme o número de camadas tem-se os intitulados: tratamento superficial simples, duplo ou triplo. No qual o tratamento simples, executado com o objetivo primordial de impermeabilização ou para modificar a textura de um pavimento existente, é denominado capa selante (DNIT, 2006).
• Penetração Direta: São os revestimentos executados através do espalhamento e compactação de camadas de agregados com granulometria apropriada, sendo cada camada, após compressão, submetida a uma aplicação de material betuminoso e recebendo, ainda, a última camada, uma aplicação final de agregado miúdo. Revestimento típico, por "penetração direta", é o Macadame Betuminoso, o qual possui um processo construtivo similar ao Tratamento Duplo e comporta espessuras variadas e bem maiores, em função do número de camadas e das faixas granulométricas correspondentes. É usado, com frequência, como camada de base (DNIT, 2006).
b) Revestimentos por Mistura: Nos revestimentos betuminosos por mistura, o agregado é envolvido com o material betuminoso, antes da compressão. Quando o pré-envolvimento é feito em usinas fixas, resultam os "Pré- misturados Propriamente Ditos" e, quando feito na própria pista, têm-se os "Pré-misturados na Pista" (road mixes) (DNIT, 2006). Conforme os seus respectivos processos construtivos, são adotadas ainda as seguintes designações:
• Pré-misturado a Frio - Quando os tipos de agregados e de ligantes utilizados permitem que o espalhamento seja feito à temperatura ambiente.
• Pré-misturado a Quente - Quando o ligante e o agregado são misturados e espalhados na pista ainda quentes.
Conforme a graduação dos agregados com que são executados, os "Pré-misturados" e os Road mixes podem ser de graduação aberta ou densa. Os de graduação densa em geral não requerem capa selante, que é obrigatória nos de graduação aberta. Quando o agregado natural ou artificial é constituído predominantemente de material passando na peneira n° 10 (abertura 2,0 mm), ou seja, de areia, tem-se os "Roadmixes" e os "Pré-misturados" Areia-Betume (DNIT, 2006).
2.5.3 Processo Executivo
Os trabalhos para implementação da pavimentação se iniciam logo após a execução da terraplanagem, corrigindo falhas da superfície terraplanada através da regularização (preparo do subleito). O nivelamento do subleito é feito utilizando-se distribuidores mecânicos de agregados e irrigadoras. Para a compressão do solo, utiliza-se também rolos compressores de três rolos metálicos com cerca de 12 toneladas (SENÇO, 2001).
O preparo do subleito, embora não enseje uma descrição didaticamente evoluída, é uma operação que, se não for executada com todos os requisitos técnicos, pode comprometer todo o trabalho de pavimentação. Sendo o suporte sobre o qual vão trabalhar as camadas do pavimento, e sendo o receptáculo final das cargas transmitidas através do pavimento, o subleito mal executado fatalmente trará danos a toda a estrutura (SENÇO, 2001).
De acordo com o Senço (2001) são finalizadas e verificadas as preparações do subleito e reforço, dá-se o início da execução da caixa de base (Figura 2), podendo essa ser constituída por agregados graúdos, como pedra britada, material de enchimento e água como ligante.
Figura 2 - Preparo da caixa de base.
Fonte: Senço (2001, p.20).
Ainda de acordo com Senço (2001), o agregado graúdo será espalhado sobre o leito com uma espessura uniforme de modo que se obtenha os alinhamentos e perfis definido em projeto. Utilizam-se rolos compressores de três rodas (Figura 3) para a compactação do material, sendo que a rolagem deve começar pelas bordas de modo que as rodas traseiras cubram ao menos metade do rastro da passada anterior. A compressão se dá até que todos os fragmentos se unam até que não haja "ondas" a frente do rolo. Após a primeira compressão, é feita a distribuição do material de enchimento sobre a superfície do agregado graúdo com uma espessura na ordem de 2 cm, introduzindo nas frestas existentes nos vazios do agregado, para isso utilizando-se vassouras mecânicas ou mesmo vassouras manuais. A operação finaliza quando o material de enchimento não penetra mais nos vazios da camada, como mostra a Figura 4.
Figura 3 - Compressão do agregado graúdo.
Figura 4 - Esparrame da primeira camada do material de enchimento.
Fonte: Senço (2001, p.23).
Na sequência, é feita uma irrigação na superfície, conduzindo o material de enchimento até o interior do agregado graúdo com a utilização de água, como mostra a Figura 5. Esse processo evidencia novas frestas na parte superior da camada. Após essa operação, deve-se aguardar a total evaporação da água na superfície para que se repita todo o processo dede a etapa de compressão até a etapa de irrigação. O processo se repete até que a compressão não implique no deslocamento aparente do agregado graúdo e que não haja mais fresta a serem ocupadas pelo material de enchimento, ou seja, de modo que não se consiga a penetração do material de enchimento entre os vazios do agregado graúdo (SENÇO, 2001).
Figura 5 - Irrigação para penetração do material de enchimento.
Fonte: Senço (2001, p.23).
Ainda segundo Senço (2001), Após o término da base de macadame hidráulico, deve-se mantê-la protegida por meio de um processo de cura que consiste em condeve-servar a superfície úmida, através de irrigações por espaços de tempo que permitam manter esse umedecimento,
Esse período de cura deve estender-se por sete a quinze dias, até que seja construída a pintura correspondente à imprimadura impermeabilizante e ligante.
A próxima etapa é a construção da base de brita graduada. A sua mistura se dá em uma usina com capacidade superior a 100 t/h, composta por três ou mais silos, dosador e misturador. A mistura dos agregados deve ocorrer de acordo com os quantitativos previstos nos ensaios de fixação (SENÇO, 2001).
A mistura preparada e já umedecida na usina deve apresentar-se homogênea ao sair do misturador e, ao chegará pista, deve ser distribuída pelo equipamento adequado, em camadas uniformes. Nessa operação, deve-se verificar se não existem sulcos ou saliências que, após a compressão, possam provocar ondulações na superfície da base. Nas áreas em que haja dificuldade ou impedimento da distribuição com o distribuidor próprio, poder-se-á realizar essa operação manualmente. Após o espalhamento da mistura, inicia-se a compactação, a qual deve começar das bordas para o centro de modo que o rolo cubra, em cada passada, pelo menos metade da largura correspondente à passada anterior A compactação deve ser feita até que a massa específica aparente atinja o valor previsto no projeto do pavimento. A umidade deve ser contínua por todo o trecho em obras, e deve ser mantida dentro dos limites de tolerância previstos nas normas construtivas (SENÇO, 2001).
A primeira etapa de compactação é feita por rolos compressores lisos (Figura 6), já o acabamento é feito por rolos compressores lisos de pneu (Figura 7), os quais proporcionam superfícies uniformes e isentas de saliências.(SENÇO, 2001)
Figura 6 - Compactação do material com rolo vibratório liso tandem.
Figura 7 - Compactação do material com rolo de pneus.
Fonte: ECIVIL (2019).
Após a execução da base, é feita a imprimadura (pintura de ligação), conforme mostra a Figura 8, gerando um aumento de aderência entre a camada inferior e o revestimento, também o impermeabilizando (SENÇO, 2001)
Figura 8 - Execução da imprimadura.
Fonte: Corsini (2013).
Nenhum tráfego deve ser permitido sobre a base construída, sob pena do prematuro deslocamento das pedras graúdas e deterioração da estrutura. (SENÇO, 2001).
2.6 PAVIMENTOS INTERTRAVADOS
2.6.1 Conceitos e Generalidades de Pavimentos com Blocos Intertravados de Concreto (Pavers)
Pavimento intertravado semirrígido trata-se de um tipo de piso que pode ser considerado o substituto do paralelepípedo, muito em função de similar aparência entre ambos. Também é conhecido como paver, bloquete ou pavimentos drenantes (CRUZ, 2003).
Cruz (2003) destaca que pavers são blocos de concreto pré-fabricados que são assentados sobre uma camada de areia e intertravados entre si pelo atrito entre as peças bem como por contenção lateral considerando o seu modo de encaixe. Tal intertravamento consiste na capacidade que as peças alcançam após seu assentamento, seja impedindo movimentos verticais, horizontais, giro ou de rotação, conforme mostra a Figura 9.
.
Figura 9 - Tipos de deslocamentos resistidos por intertravamento.
Fonte: Associação Brasileira De Cimento Portland (2013).
Suas juntas são preenchidas por material de rejunte permitindo a pronta utilização do pavimento. Este tipo de pavimento pode ser utilizado em uma vasta possibilidade de locais, como calçadas, parques e ciclovias, além de possuir várias colorações (CRUZ, 2003).
2.6.2 Modelo de Assentamento
O tipo de arranjo para assentamento escolhido definirá a aparência estética do pavimento de peças pré-moldadas de concreto (PPC). Não há consenso entre os pesquisadores
sobre a interferência do formato das PPC no desempenho dos pavimentos, mas há concordância com relação ao fato de que o arranjo influi em sua durabilidade (CRUZ, 2003).
As Figuras 10, 11 e 12 mostram os tipos de arranjos mais utilizados nos pavimentos semirrígidos.
Figura 10 - Arranjo de assentamento (tipo Espinha de peixe).
Fonte: Cruz (2003, p. 19).
Figura 11 - Arranjo de assentamento (tipo Fileira).
Fonte: Cruz (2003, p. 19).
Figura 12 - Arranjo de assentamento (tipo Trama).
2.6.3 Conservação e Manutenção
De acordo com Muller (2005), as irregularidades nos pavimentos intertravados podem ter origem quando:
• O processo construtivo é mal executado;
• O tráfego de veículos é maior do que aquele para o qual o pavimento foi projetado; • Quando as variações climáticas interferem nas propriedades dos materiais utilizados.
Para Muller (2005), os pavimentos de pavers possuem como vantagens a necessidade reduzida de manutenção e sua simplicidade de execução, quando comparados aos pavimentos asfálticos.
2.7 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS
De acordo com DNIT (2006), o dimensionamento do pavimento depende:
• Condições do subleito: resistência, textura, estrutura, composição, velocidade de carregamento e grau de confinamento;
• Condições climáticas e ambientais; • Características do tráfego.
Para elaboração do projeto, se faz necessário: • Estudo de tráfego;
• Estudo do subleito;
• Pesquisa sobre materiais a serem utilizados nas camadas.
2.7.1 Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis
Para Kostulski (2015), dimensionar um pavimento significa determinar as espessuras das camadas que o constituem de forma que estas camadas (reforço do subleito, sub-base, base e revestimento) resistam e transmitam ao subleito as pressões impostas pelo tráfego, sem levar o pavimento à ruptura, deformações ou desgastes excessivos.
Os métodos empíricos de dimensionamento têm como base o método CBR (California Bearing Ratio), processo desenvolvido pelo DNIT (2006), o qual roteiriza o dimensionamento de pavimentos flexíveis em função dos seguintes fatores:
• Número equivalente de operações do eixo padrão (N); • Espessura total do pavimento durante um período de projeto.
O número “N” de equivalentes operações de eixo simples padrão de rodas duplas de 80 kN é a transformação de todos os tipos de eixos e cargas dos veículos comerciais que trafegarão sobre o pavimento em um eixo simples padrão de rodas duplas equivalente de 80 kN. Consideram-se apenas os veículos comerciais no cálculo do número “N”, visto que os automóveis possuem carga de magnitude desprezível em relação aos veículos comerciais, o qual é utilizado na determinação da espessura mínima que a camada superficial de revestimento betuminoso deve contemplar, tendo como finalidade proteger a camada de base dos esforços impostos pelo tráfego e preservar o revestimento de uma ruptura, a qual é obtida por meio da Tabela 2 (DNIT, 2006).
Tabela 2 - Espessuras mínimas de revestimento betuminoso.
Fonte: DNIT (2006, p.147).
Ainda segundo Kostulski (2015), a altura total, também conhecida como Hm, é obtida por meio da aplicação da equação 𝐻𝑚 = 77,67 . 𝑁0,0482 . 𝐶𝐵𝑅−0,598, e uma vez determinadas as espessuras Hm, Hn, H20, as quais estão relacionadas com o número N e o CBR, as espessuras da base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito (hn) são obtidas pela resolução sucessiva das seguintes inequações:
𝑅𝐾𝑅+ 𝐵𝐾𝐵 ≥ 𝐻20 (4)
𝑅𝐾𝑅+ 𝐵𝐾𝐵+ ℎ20𝐾𝑆 ≥ 𝐻𝑛 (5)
𝑅𝐾𝑅+ 𝐵𝐾𝐵+ ℎ20𝐾𝑆+ ℎ𝑛𝐾𝑅𝑒𝑓 ≥ 𝐻𝑚 (6)
KR: coeficiente de equivalência estrutural do revestimento; R: espessura do revestimento;
KB: coeficiente de equivalência estrutural da base; B: espessura da base;
H20: espessura de pavimento sobre a sub-base;
Ks: coeficiente de equivalência estrutural da sub-base; h20: espessura da sub-base;
Hn: espessura do pavimento sobre a camada com IS = n;
Kref: coeficiente de equivalência estrutural do reforço de subleito; hn: espessura do reforço do subleito;
Hm: espessura total do pavimento necessária para proteger para proteger o subleito.
As espessuras das camadas constituintes são determinadas através da multiplicação das espessuras obtidas para o material padrão (base granular) pelos coeficientes estruturais parciais correspondentes a cada tipo de material. Cada camada possui um coeficiente de equivalência estrutural (k), que relaciona a espessura que a camada deve possuir de material padrão (base granular), com a espessura equivalente do material que realmente irá compor a camada (KOSTULSKI, 2015).
A composição final das camadas do pavimento será disposta de acordo com a Figura 13.
Figura 13 - Aspectos da composição do pavimento flexível.
Fonte: DNIT (2006, p.149).
Onde:
R: espessura do revestimento; B: espessura da base;
H20: espessura de pavimento sobre a sub-base; h20: espessura da sub-base;
Hn: espessura do pavimento sobre a camada com IS = n; hn: espessura do reforço do subleito;
Hm: espessura total do pavimento necessária para proteger para proteger o subleito.
2.7.2 Dimensionamento de Pavimentos Intertravados
Para Carvalho (1998), o método sugerido, em caráter experimental, é uma adaptação daquele concebido por A. A. Lilley e B. J. Walker3, aplicando-se as instalações submetidas a tráfego de veículos comerciais.
O Gráfico 1 permite a transformação do número previsto de solicitações de uma certa carga por eixo, no número de solicitações equivalentes de uma carga padrão de 8,2 tf por eixo simples. O gráfico fornece o fator de equivalência, que multiplicado pelo número de solicitações diárias previstas para determinada carga, leva ao número equivalente de solicitações diárias de carga padrão (CARVALHO, 1998).
Gráfico 1 - Efeito relativo de diversas cargas por eixo simples.
Já o Gráfico 2 é utilizado para estipular as espessuras de sub-base em função do valor do CBR (California Bearing Ratio) do subleito e do número de solicitações do eixo padrão (N) (CARVALHO, 1998).
Toma-se como nota:
a) Quando N < 0,5 x 10^6, o material da sub-base deve possuir um valor de CBR mínimo de 20%;
b) Quando N ≥ 0,5 x 10^6, o material da sub-base deve possuir um valor de CBR mínimo de 30%;
c) Quando N < 0,5 x 10^6 e o material do subleito possuir um valor de CBR igual ou superior a 20%, não é necessária camada de sub-base;
d) Quando N ≥ 0,5 x 10^6 e o material do subleito possuir um valor de CBR igual ou superior a 30%, não é necessária camada de sub-base.
Gráfico 2 - Espessura necessária de sub-base.
Fonte: Carvalho (1998, p. 22).
Para a determinar a espessura necessária da camada base, utiliza-se o Gráfico 3 em função do número de solicitações do eixo padrão. É importante observar que, quando o número de solicitações do eixo padrão (N) for inferior a 1,5 x 10^6, a camada de base não será necessária. No entanto, recomenda-se o emprego dessa camada com espessura mínima de 10
cm, quando o número de solicitações (N) estiver compreendido entre 1,5 x 10^6 e 10^7 (CARVALHO, 1998).
Gráfico 3 - Espessura necessária de base (concreto rolado ou solo-cimento).
Fonte: Carvalho (1998, p. 22).
Para fazer o dimensionamento do revestimento, a ABCP 2010 disponibiliza uma tabela com as orientações a serem seguidas, tabela 3.
Tabela 3 - Espessura e resistência de peças pré-moldadas.
2.7.3 Solo
Em algumas situações, o solo do local determinado a ser feito a obra não apresenta as características e condições exigida pela obra, com baixa resistência, muito compressível ou não ser viável economicamente (TRINDADE et al., 2008).
Quando o solo não atende as especificações de projeto, é determinada a substituição desses materiais por outros que apresentem características capaz de suportar a carga solicitada, muita das vezes a escolha do método depende de fatores, dentre eles, o de ordem econômica (TRINDADE et al., 2008).
São necessários diversos ensaios para determinar a resistência do solo, esses ensaios são divididos em dois grupos de amostras, indeformadas e deformadas conforme mostra a Figura 14.
Figura 14 - Tipos de ensaios para determinar a resistência do solo.
Fonte: Motta (2010, p. 61).
Para pavimentação as amostras, geralmente, usadas são as deformadas, e os ensaios destinados a pavimentação são: compressão simples, resistência à tração por compressão diametral, CBR em português conhecido por índice de suporte Califórnia – ISC e módulo de resiliência – M R. (BAPTISTA, 1978)
A estabilização de solos refere-se aos métodos de construção e aplicação das camadas, subleito, sub-base, base e revestimento, capaz de suportar as cargas definidas em projetos e imposta pelo tráfego, resistindo ao desgaste com o decorrer do tempo e as intempéries sem degradação. (BAPTISTA, 1978)
3 METODOLOGIA
3.1 PLANEJAMENTO DE PESQUISA
O presente trabalho segue como um estudo de caso visando uma abordagem clara e abrangente sobre o tema de estudo. Realiza-se visitas ao local de estudo, utiliza-se pesquisas bibliográficas em livros e artigos técnicos referentes ao tema de modo a embasar os argumentos apresentados.
Utiliza-se ensaios de laboratório a luz dos procedimentos metodológicos de pavimentação discriminados nos normativos técnicos (compactação e CBR/Expansão), para os solos abaixo do greide de pavimentação definido no Projeto Geométrico de um loteamento, a fim de definir a fundação do pavimento e o próprio dimensionamento da estrutura.
Na sequência, são dimensionados os pavimentos e realizada a análise técnica-econômica, a fim de definir a melhor alternativa de pavimentação entre paver e concreto asfáltico para o estudo de caso.
O fluxograma que foi seguido, pode ser observado na Figura 15. Figura 15 - Planejamento de Pesquisa.
Fonte: Os autores.
3.2 ESCOLHA DO TRECHO
O trecho de análise, foi a Avenida L-7 localizado em um loteamento, em função de ser a rua principal, ou seja, possuindo a maior trafegabilidade, com 5,5m de largura em cada sentido e 618m de extensão.
Figura 16 - Trecho de estudo.
Fonte: Google Maps.
Figura 17 – Local do estudo.
3.3 CONTAGEM
A segunda etapa do estudo consisti na contagem de veículos. Como é um trecho em construção, a contagem ocorreu nas futuras vias de acesso ao trecho de estudo, Rua Antônio Jovita Duarte e Rua Francisco Inácio do Nascimento.
O procedimento de contagem adotou o método de n° 4 - contagem entre 6 horas e 22 horas em 5 dias consecutivos, conforme método que utiliza contadores manuais, atendendo a um nível de precisão C, o qual apresenta-se de boa qualidade e atende às necessidades do presente estudo.
Para o estudo em questão, foram contabilizados somente ônibus e caminhões, ou seja, foram desprezados os veículos de passei por possuírem cargas insignificantes a nível de cálculo.
3.4 CLASSIFICAÇÃO DOS VEÍCULOS
A classificação dos veículos foi realizada conforme o manual de estudos de tráfego do DNIT (2006), variando de acordo com as metodologias de dimensionamento das diferentes tipologias de pavimento, adotando-se o cálculo do número "N" para pavimentos de concreto asfáltico e blocos intertravados.
3.5 DIMENSIONAMENTO
Os dimensionamentos (pavimento rígido e pavimento flexível) do trecho de estudo seguiu os procedimentos descritos nos itens 2.7.1 e 2.7.2 do presente relatório.
3.6 CUSTOS DOS DIFERENTES PAVIMENTOS
Para a determinação dos custos dos diferentes tipos de pavimentos (aquisição de matérias primas, execução das etapas construtivas, transporte), utilizou-se dados oriundos de pesquisa de preço em lojas/empresas fornecedoras locais de materiais para pavimentação.
Os custos dos pavimentos foram determinados após o dimensionamento das espessuras das camadas e dos materiais que são comummente utilizados em projetos de concreto asfáltico e blocos intertravados, levando em consideração as estruturas que foram dimensionadas mais o uso de maquinários e mão-de-obra empregados.
4 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO
4.1 DETERMINAÇÃO DO NÚMERO “N”
4.1.1 DETERMINAÇÃO DA FROTA PASSANTE
Para determinar o volume de tráfego no trecho de estudo foi realizada a contagem de veículos que por lá transitaram, Anexos A e B. A contagem foi realizada entre às 06h até as 18h durante cinco dias consecutivos, no período compreendido entre 16 de setembro de 2019 à 20 de setembro de 2019. Para fins de dimensionamento do pavimento, foram considerados apenas os veículos de carga (caminhões e ônibus), de modo que os demais não possuem influência significativa no cálculo.
Feita a contagem, os veículos foram classificados conforme tabela 4: Tabela 4 - Classificação dos veículos passantes no trecho.
Fonte: Os autores.
4.1.2 FATOR DE CARGA “FC” E FATOR DE VEÍCULO “FV”
Considerou-se que os veículos descritos na Tabela 4 trafegam no limite legal de carregamento por eixo admitido na Legislação brasileira (lei 7.408/85 - lei da balança), determinou-se o fator de carga através das seguintes equações para cada eixo do veículo, conforme Tabela 5:
Tabela 5 - Fatores de equivalência de carga do USACE.
Fonte: DNIT (2016).
Por fim, a determinação do fator de veículo deu-se através do somatório do fator de todos os eixos de cada veículo, conforme tabela 6:
Tabela 6 - Fatores de veículo.
Fonte: Os autores.
4.1.3 CÁLCULO DO NÚMERO “N”
Com as seguintes informações: • TMDA do trecho por tipo de veículo; • Composição dos veículos por tipo e classe; • Fator climático Regional (adotado atualmente =1) • Fator de veículos;
• Fator de Distribuição Direcional do tráfego (pista simples = 50%). É possível determinar o número “N”, através da seguinte equação:
Tabela 7 - TDMA x FV. Fonte: Os autores. 𝑁 = 365 ∗ (𝑇𝑀𝐷𝐴Ô𝑁𝐼𝐵𝑈𝑆∗ 𝐹𝑉Ô𝑁𝐼𝐵𝑈𝑆+ 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐶𝐴𝑀𝐼𝑁𝐻Õ𝐸𝑆 ∗ 𝐹𝑉𝐶𝐴𝑀𝐼𝑁𝐻Õ𝐸𝑆) ∗ 𝐹𝐷 ∗ 𝐹𝑅 ∗ 𝑃 (7) 𝑃(𝑝𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜) = 10𝑎𝑛𝑜𝑠 ∴ 𝑁 = 365 ∗ 357,143 ∗ 50% ∗ 1 ∗ 10 ∴ 𝑁 = 6,52𝑥105 4.2 DETERMINAÇÃO DO CBR DE PROJETO
Para a determinação do CBR de projeto, foram realizadas coletas de amostras de em quatro pontos distintos do trecho em estudo para posteriormente ser feito ensaios no LEC - UNISUL (Laboratório de Engenharia Civil), no entanto, devido a dificuldades com relação a disponibilidade por parte dos acadêmicos em realizar tais ensaios, não foi possível chegar a resultados satisfatórios. Em função disso optou-se pela utilização de ensaios encomendados pela construtora do empreendimento, conforme os anexos D, E, F e G. A figura 18 mostra os pontos de coleta de amostras.
Figura 18. Pontos de coleta de amostras.
Fonte: Google Maps.
O CBR de projeto seguiu o método IP 01/2004 da prefeitura de São Paulo conforme segue: Cálculo do CBR médio: 𝐶𝐵𝑅𝑚é𝑑𝑖𝑜 =∑𝐶𝐵𝑅 𝑛 (8) Tabela 8 - Amostras de CBR. Fonte: Os autores. 𝐶𝐵𝑅𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 7,19% Cálculo de Desvio Padrão (S):
𝑆 = √∑(𝐶𝐵𝑅𝑖−𝐶𝐵𝑅𝑚é𝑑𝑖𝑜)2
𝑛−1 (9)
𝑆 = √6,99 3 𝑆 =1,53% Cálculo do CBR de projeto: 𝐶𝐵𝑅𝑃 = 𝐶𝐵𝑅𝑚é𝑑𝑖𝑜− 𝑆∗𝑡0,90 √𝑛 (10)
O valor para "t" de Student, segue no Anexo H. 𝐶𝐵𝑅𝑃 = 7,19 −
1,53 ∗ 1,64 ∗ 0,90 √4
𝐶𝐵𝑅𝑃 = 6,50%
4.3 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS
4.3.1 Espessura mínima do revestimento
A espessura do revestimento para 𝑁 = 6,52𝑥105, de acordo com a Tabela 2, será de 5cm (mínima).
4.3.2 Espessura total do pavimento
De posse do CBR de projeto e o número “N”, é possível determinar a espessura de cada camada que constituirá o pavimento, através da utilização da seguinte equação:
𝐻𝑡 = 77,67 ∗ 𝑁0,0482∗ 𝐶𝐵𝑅−0,598 (11)
𝐻𝑡 = 77,67 ∗ 6,52 ∗ 1050,0482∗ 6,50−0,598∴ 𝐻𝑡 = 48,35
𝐻20 = 77,67 ∗ 6,52 ∗ 1050,0482∗ 20−0,598∴ 𝐻20 = 24,69
4.3.3 Coeficiente de equivalência estrutural (K)
De acordo com o material construtivo do pavimento, haverá um coeficiente de equivalência estrutural característico, ou seja, cada camada possui um “K”.
Quadro 1 - Coeficiente de equivalência estrutural (K). Fonte: DNIT (2006). Logo: 𝐾𝑅= 2,0 𝐾𝐵= 1,0 𝐾𝑆= 1,0 𝐾𝑅𝑒𝑓= 1,0
4.3.4 Cálculo da espessura das camadas
Para a determinação das camadas de base (B) e sub-base (h20), utilizam-se as inequações (4) e (5):
Base:
5 ∗ 2,0 + 𝐵 ∗ 1,0 = 24,69 ∴ 𝐵 = 14,69𝑐𝑚, 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎 − 𝑠𝑒 15𝑐𝑚. Sub-base:
Figura 19 - Seção transversal da pavimentação asfáltica. Medidas em cm.
Fonte: Os autores.
4.4 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS INTERTRAVADOS
A Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) dispões de dois métodos para dimensionamento de pavimentos de blocos pré-moldados, sendo eles: o procedimento A (ABCP - ET27) ou o procedimento B (PCA - Portland Cement Association).
O presente dimensionamento seguirá o procedimento B (PCA - Portland Cement Association).
4.4.1 Dimensionamento camada de base
O dimensionamento da espessura da camada de base consiste na leitura da Quadro 2, a qual relaciona o número “N” com o CBR de projeto.
Quadro 2 - Espessura necessária de base puramente granular (HBG) - Procedimento B.
Fonte: Porland Cement Association.
Para um CBR 6,50% e o número 𝑁 = 6,52𝑥105, a espessura mínima será adotada com
22cm para camada de base granular.
4.4.2 Dimensionamento da espessura da lajota
Seguindo a Tabela 3, adota-se uma espessura de 8,0 cm para blocos que possuam FCK mínimo de até 35 Mpa.
4.4.3 Base de assentamento (pó de pedra)
O pavimento irá sobrepor uma base de assentamento de 5cm de pó de pedra de pedra, parâmetro fixado pelo DNIT, garantindo que a resistência à compressão simples seja de no mínimo 35 MPa e a carga seja distribuída sem rompimento e o afundamento do bloco.
Figura 20 - Seção transversal da pavimentação em paver. Medidas em cm.
5 ANÁLISE DE CUSTOS
5.1 LEVANTAMENTO DOS SERVIÇOS E QUANTITATIVOS
O trecho em questão possui 618m de comprimento por 11m de largura, totalizando uma área de 6.800m². Com isso segue o levantamento do quantitativo e serviços para a execução dos pavimentos.
5.1.1 Etapas para pavimentação asfáltica (quantitativos)
Primeiramente foi feito um levantamento de áreas e volumes, de acordo com o tipo de serviço:
Regularização e compactação de subleito:
618𝑚 ∗ 11𝑚 = 6.800𝑚²
Execução e compactação de base e ou sub-base com macadame seco: 6.800𝑚2∗ 0,23 = 1.564𝑚³
Execução e compactação de base e ou sub-base com brita graduada: 6.800𝑚2∗ 0,13 = 884𝑚³
Execução de imprimação com asfalto diluído cm-30: 618𝑚 ∗ 11𝑚 = 6.800𝑚²
Execução de imprimação ligante (pintura de ligação) com emulsão asfáltica rr-1c; 618𝑚 ∗ 11𝑚 = 6.800𝑚²
Concreto asfáltico usinado a quente:
6.800𝑚2∗ 0,05 ∗ 2,4 = 816𝑡𝑜𝑛
5.1.2 Etapas para pavimentação com blocos intertravados (quantitativos)
Assim como na etapa anterior, foi feito um levantamento de áreas e volumes, de acordo com o tipo de serviço:
Regularização e compactação de subleito:
618𝑚 ∗ 11𝑚 = 6.800𝑚²
Execução e compactação de base e ou sub-base com brita graduada: 6.800𝑚2 ∗ 0,2 = 1.360𝑚³
Volume de pó de pedras para assentamento:
6.800𝑚2∗ 0,05 = 340𝑚³
Pavimentação com lajota:
618𝑚 ∗ 11𝑚 = 6.800𝑚²
5.2 FORNECEDORES DE MATERIAIS
De modo a reduzir os custos com transporte, optou-se por buscar fornecedores com entrega embutida no preço de venda dos itens e o mais próximo possível da obra.
Os agregados (pó de pedra, brita graduada e macadame) e usinagem do CBUQ foram obtidos na pedreira, localizada a cerca de 5,4 km da obra, conforme Figura 21.
Figura 21 - Localização da pedreira.
Já os blocos intertravados foram obtidos na Casa da Areia, localizada a cerca de 3,2 km da obra, conforme Figura 22.
Figura 22 - Localização do fornecedor de pavers.
Fonte: Google Maps.
Abaixo, segue a tabela com as distâncias entre os fornecedores e a referida obra. Tabela 9 - Resumo dos fornecedores de materiais e distâncias até a obra.
Fonte: Os autores.
5.3 CUSTOS
As seguintes tabelas de custos listam os valores referentes a todas as etapas para os dois tipos de pavimentação aqui propostos bem como os seus preços de aquisição. Os valores referentes às etapas de execução dos serviços e os valores referentes ao preço de aquisição dos materiais são resultados de pesquisas de preços em fornecedores locais, já com o preço de transporte embutido, já para o custo de mão de obra e maquinas, foram cedidos pela empresa os valores de contrato com o empreiteiro.
Tabela 10 - Preços estipulados pela pedreira. PRODUTO VALOR BGS R$ 55,00 MACADAME R$ 36,95 PÓ DE PEDRA R$ 36,00 CBUQ R$ 280,00 IMPRIMAÇÃO R$ 2,60 PRINTURA DE LIGAÇÃO R$ 4,50 Fonte: Os autores.
Tabela 11 - Horas das Máquinas.
MÁQUINA HORA
PATROL R$ 190,48
ROLO R$ 162,34
Fonte: Os autores.
Tabela 12 - Orçamento para o pavimento asfáltico. ASFALTO
MATERIAL QUANTIDADE DE MATERIAL CUSTO
base 1020 m³ R$ 56.100,00
sub-base 1904 m³ R$ 70.352,80
cbuq 816 ton R$ 228.480,00
imprimação 6800 6800 m² R$ 17.680,00
pintura de ligação 6800 6800 m² R$ 30.600,00
CONSIDERANDO QUE A MOTONIVELADORA FAÇA 20M3 POR HORA
MATERIAL CUSTO POR HORA HORAS CUSTO
BASE 190,48 51,00 R$ 9.714,48
SUB-BASE 190,48 95,20 R$ 18.133,70
CONSIDERANDO QUE O ROLO COMPACTADOR FAÇA 60M3 POR HORA
MATERIAL CUSTO POR HORA HORAS CUSTO
BASE 162,34 17 R$2.759,78
SUB-BASE 162,34 32 R$5.194,88
MEIOS FIOS 1x0,30x0,10 (m)
QUANTIDADE CUSTO POR M CUSTO TOTAL
2248 R$10,00 R$22.480,00
CUSTO TOTAL PARA EXECUÇÃO DA ASFALTO R$ 461.495,64
Tabela 13 - Orçamento para o pavimento com blocos intertravados. PAVER
MATERIAL CUSTO
base 1564 m³ R$ 86.020,00
fornecimento e assentamento de paver 55,00 por m² R$ 374.000,00 CONSIDERANDO QUE A MOTONIVELADORA FAÇA 20M3 POR HORA
MATERIAL CUSTO POR HORA HORAS CUSTO
BASE 190,48 78,20 R$ 14.895,54
CONSIDERANDO QUE O ROLO COMPACTADORFAÇA 60M3 POR HORA
MATERIAL CUSTO POR HORA HORAS CUSTO
BASE 162,34 26,00 R$ 4.220,84
MEIOS FIOS 1x0,30x0,10 (m)
QUANTIDADE CUSTO POR M CUSTO TOTAL
2248 R$10,00 R$ 22.480,00
CUSTO TOTAL PARA EXECUÇÃO DA PAVER R$ 501.616,38
Fonte: Os autores.
O gráfico 4 apresenta o custo total na execução dos dois tipos de pavimentos, tabelas 12 e 13, em valores absolutos.
Gráfico 4. Comparativo entre tipos de pavimento.
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Na presente pesquisa, pode-se comparar dois modelos de pavimentação para um loteamento. Foi escolhido a Avenida L-7 por ser a de maior trafegabilidade.
A partir da contagem da frota passante nas vias de acesso e sua classificação, foram elaborados dimensionamentos para os dois tipos de pavimento (concreto asfáltico e paver) definindo a espessura e os materiais componentes de cada camada, de modo a atender o tráfego para um período de 10 anos.
Em termos de economia, o pavimento em concreto asfáltico saiu cerca de 8% mais em conta comparado ao em paver, no entanto, para manutenções futuras o pavimento em paver é o mais viável, pois é possível trocar apenas as peças do trecho danificado com resultados imperceptíveis.
O pavimento asfáltico é mais confortável para o usuário, pois além de não produzir tanto ruído, não há tanta trepidação.
Outro fator importante é quanto ao processo executivo, enquanto a pavimentação é majoritariamente mecanizada (reduz drasticamente o tempo de execução), a pavimentação em paver segue um processo manual.
Com base nos dados, conclui-se que o pavimento asfáltico é mais vantajoso tanto economicamente quanto na velocidade de aplicação.
6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Em função das observações realizadas durante a pesquisa recomenda-se para trabalhos futuros:
• Visto que o pavimento em paver possui uma maior facilidade para reparos futuros, verificar formas para baratear a sua implantação;
• Replicar a mesma metodologia para outros trechos a fim de comparar o projeto de menor custo;
7 REFERÊNCIAS
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BALBO, J T. Pavimentação asfáltica: Materiais, projeto e restauração. 1ª Reimpressão. São Paulo: Oficina de Textos, 2011.
BALBO, J. T. Pavimentação asfáltica. São Paulo: Oficina de Textos, 2007.
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BERNUCCI, L. B.; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J. A. P.; SOARES, J. B. Pavimentação Asfáltica - Formação Básica para Engenheiros. 3º Reimpressão. Rio de Janeiro: Petrobras: ABEDA, 2010.
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CRUZ, L. O. M. Pavimento Intertravado de Concreto: Estudo dos Elementos e Métodos de Dimensionamento. 2003. 281f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2003.
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https://www.ecivilnet.com/dicionario/o-que-e-rolo-compactador-pneumatico.html. Acesso em: 20 maio 2019.
