Universidade Estadual de Feira de Santana
AVALIAÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL ESTUDO DE CASO
POVOADO DE VOLTA DAS PEDRAS Universidade Estadual de Feira de Santana
Departamento de Tecnologia Graduação em Engenharia Civil
Marcos Greyson Alves Coelho
FUNCIONAL E ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL ESTUDO DE CASO - RODOVIA BA 160 – NO SUB-TRECHO: IBOTIRAMA /
POVOADO DE VOLTA DAS PEDRAS
Feira de Santana
FUNCIONAL E ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL - TRECHO: IBOTIRAMA /
Marcos Greyson Alves Coelho
AVALIAÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL - ESTUDO DE CASO - RODOVIA BA 160 – NO SUB-TRECHO: IBOTIRAMA /
POVOADO DE VOLTA DAS PEDRAS
Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação submetido ao corpo docente do Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de Santana, como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil.
Marcos Greyson Alves Coelho
AVALIAÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL - ESTUDO DE CASO - RODOVIA BA 160 – NO SUB-TRECHO: IBOTIRAMA /
POVOADO DE VOLTA DAS PEDRAS
Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação submetido ao corpo docente do Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de Santana, como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil.
Feira de Santana, Bahia, 31 de agosto de 2009. Aprovada por:
________________________________________________ Eng. Mário Sérgio de Souza Almeida, M. Sc.
Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes
________________________________________________ Prof.ª Rosângela Leal Santos, D. Sc.
Universidade Estadual de Feira de Santana
________________________________________________ Orientador: Prof. Areobaldo de Oliveira Aflitos, M.Sc.
Dedico este trabalho aos meus pais, Maria Alves Coelho (Dona Mariquinha) e Cosme Alves Coelho, que foram meu porto seguro durante esta árdua
AGRADECIMENTOS
A sabedoria popular me ensinou que uma “Andorinha “só não faz verão. Por isso, neste momento paro para agradecer a todos que me impulsionaram nesta realização, principalmente:
Aos meus pais, pelo amor, carinho, dedicação, por acreditarem e fortalecerem o meu potencial;
As minhas irmãs, pelo amor, respeito e carinho que sempre tiveram por mim, sou orgulhoso por ter irmãs como vocês;
A minha sobrinha Tainá, por fazer o seu padrinho tão feliz com seu sorriso;
A minha namorada, minha companheira, sempre me ajudando com seu carinho, amor e amizade. Amo-te Fifi;
A meu amigo Izidoro, por ter acreditado em mim desde o começo, obrigado pela oportunidade;
Ao meu primeiro orientador na UEFS, professor Uchôa, sempre amigo e grande conselheiro. Levou-me para conhecer o mundo;
Ao mestre Areobaldo, que me ensinou o que é ser engenheiro. Grande profissional e principalmente um grande coração. Quando crescer quero ser igual a você;
A república dos 7 (sete) engenheiros, amigos que vou levar por toda vida, grandes momentos passamos juntos;
Aos amigos da UEFS e os que estão distantes agora, que mesmo de longe torceram pela minha vitória;
A empresa ENGEPROL, pela oportunidade de desenvolver este trabalho;
Ao Consultor do projeto, Engenheiro Cláudio Ângelo Valadão Albernaz por sua grande contribuição;
Ao mestrando e amigo Gerson Bastos pela ajuda na correção dos textos;
Ao Engenheiro do DNIT, Eng. Mário Sérgio de Souza Almeida pela participação na banca e pelas sugestões no enriquecimento do trabalho;
A professora Rosângela por ter participado da banca e contribuído para a melhora do trabalho;
RESUMO
AVALIAÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL - ESTUDO DE CASO - RODOVIA BA 160 – NO SUB-TRECHO: IBOTIRAMA /
POVOADO DE VOLTA DAS PEDRAS
Marcos Greyson Alves Coelho
Agosto/2009
Orientador: Prof. Areobaldo Oliveira Aflitos Programa: Engenharia Civil
Tendo o Brasil adotado o modal rodoviário a partir da década de 50 houve um incremento na construção de rodovias possibilitando a formação de um extensa malha rodoviária. Como o passar do anos, os investimentos foram cessando e os últimos relatórios da Confederação Nacional dos Transportes mostram que boa parte da malha rodoviária nacional apresenta deficiência para o tráfego. Para permitir o fluxo de cargas e passageiros, tem sido canalizados investimentos para atividades de restauração da malha existente e, com isso, a análise da condição estrutural e funcional atual das rodovias se torna impresindível para o projeto visando a sua reabilitação. Este trabalho realizou o levantamento da condição funcional e estrutural do pavimento, utilizando a viga Benkelman. Foram levantadas as deflexões máximas recuperáveis e as bacias de deformação para realizar a retroanálise, da rodovia Ba 160, no trecho entre as cidade de Ibotirama e Bom Jesus da Lapa e o sub-trecho Ibotirama e o povoado de Volta das Pedras. Os resultados mostram que o pavimento está em sua maior parte, com uma condição funcional péssima ou ruim e um condição estrutural BOA, já os módulos de resiliência, calculados pelo Retran5-L, apresentam na sua maior parte bons valores para base. Conclui-se que a rodovia necessita de uma restauração, caracterizada por remendos superficiais e profundos e em geral um novo revestimento, alguns segmentos deverão ser recontruidos.
ABSTRACT
STRUCTURAL AND FUNCTIONAL EVALUATION OF FLEXIBLE PAVEMENT - CASE STUDY - HIGHWAY BA 160 – IN THE SUB-EXCERPT: IBOTIRAMA /
POVOADO DE VOLTA DAS PEDRAS
Marcos Greyson Alves Coelho
August/2009
Advisor: Prof. Areobaldo Oliveira Aflitos, M.Sc. Program: Civil Engineering
Since the 1950's decade, when Brazil has adopted a new road system, there was an increment in road construction allowing the formation of an extensive highways network . As passing of the years, the investments went ceasing and the last reports of the National Confederation of the Transports show that good part of the national highways network presents deficiency for the traffic. To allow the flow of loads and passengers, the investments have been conducted for activities of restoration of the existent mesh and thus, the analysis of structural and functional condition of current roads become indispensable for the project and for highways rehabilitation. This work accomplished the rising of the functional and structural condition of the pavement, using the beam Benkelman. Maximum deflections and maximum recoverable deformation of the basins were measured to perform reverse engineering of the BA 160 highway, between Ibotirama and Bom Jesus da Lapa cities, specifically in a sub-section between Ibotirama and the village of Volta das Pedras. The results show that the pavement presents mostly functional condition with a poor or bad state and a good structural condition, as the modules of resilience, calculated by Retran5-L, have generally good values for the base. It is concluded that the highway needs a restoration, characterized by deep and superficial mendings and in general a new
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Valor de Serventia x Tráfego ou tempo e Deflexões x Fadiga (Bernucci et
al. 2007). ... 16
Figura 2 - Classificação dos pavimentos extensão total (CNT, 2007). ... 17
Figura 3 - Sistema de camadas e um pavimento e tensões solicitantes (Albernaz, 1997 apud Bernucci et al. 2007). ... 19
Figura 4 - Esquema dos dados necessários para se fazer uma retroanálise de pavimento (Nóbrega, 2003 apud Bernucci et al., 2008). ... 20
Figura 5 - Conceito de Serventia – Desempenho (CAVALCANTE, 2005). ... 27
Figura 6 - Treliça para medição das flechas nas trilhas de roda. (DNIT, 2003b)... 31
Figura 7 - Exemplo de estação em pista simples. (Bernucci et al., 2007) ... 32
Figura 8 – Ilustração dos perfis transversal e longitudinal do pavimento (fonte: www.cibermetrica.com.br) ... 41
Figura 9 – Esquema do simulador de quarto de carro (DNIT, 2006). ... 43
Figura 10 – Ensaio do Pêndulo Britânico (BERNUCCI et al., 2007) ... 45
Figura 11 – Ensaio da Mancha de Areia (BERNUCCI et al., 2007) ... 45
Figura 12 - Esquema de diferentes bacias deflectométricas para uma mesma deflexão máxima (CAVALCANTE, 2005). ... 47
Figura 13 - Equipamento para ensaio triaxial dinâmico da COPPE - UFRJ ... 50
Figura 14 - Equipamento de Ensaio de Compressão Diametral (BERNUCCI, 2007). ... 52
Figura 15 – Compressão diametral – distribuição das tensões de tração e compressão nos planos diametrais: (a) – horizontal; (b) – vertical (MEDINA, 1997). 53 Figura 16 - Esquema do ensaio de placa (NÓBREGA, 2003). ... 61
Figura 17 - Esquema da viga Benkelman (DNER, 1994d). ... 62
Figura 18 - Esquema do posicionamento da viga Benkelman (DNER, 1994d). ... 62
Figura 19 - Ilustração do ensaio realizado com a viga Benkelman (BERNUCCI et al., 2007). ... 63
Figura 20 - Ilustração do Deflectôgrafo Digital (www.solostest.com.br, 2004 apud CAVALCANTE, 2005). ... 64
Figura 21 - Ilustração do Dynaflect (CAVALCANTE, 2005). ... 65
Figura 24 - Ilustração do FWD Dynatest 8000E ... 69
Figura 25 - Esquema do posicionamento da carga e dos geofones do FWD Dynatest 8000E (WSDOT, 1995a) ... 69
Figura 26 - Ilustração do FWD KUAB (http://www.dot.ca.gov/ apud CAVALCANTE, 2005). ... 70
Figura 27 – Efeito da Temperatura nas Deflexões dos Pavimentos Flexíveis (ROCHA FILHO, 1996) ... 74
Figura 28 - Fases da vida de um pavimento (DNER, 1998). ... 78
Figura 29 - Determinação dos módulos Ep e Esg ... 89
Figura 30 – Imagem de satélite 3D, em visada oblíqua baixa da região estudada (Fonte: Google Earth). ... 98
Figura 31 - Mapa de Localização (Fonte: Google Earth e DNIT). ... 100
Figura 32 - Planilha para levantamento de condição superficial do pavimento (Adaptada da norma DNIT 006/2003-PRO). ... 104
Figura 33 - Levantamento das flechas e também a presença das trincas tipo couro de jacaré... 105
Figura 34 - Planilha para cálculo do IGG ... 105
Figura 35 - Planilha aferição da Viga Benkelman. ... 107
Figura 36 - Fotos do ensaio com a viga Benkelman. ... 108
Figura 37 - Esquema para obtenção das deflexões e bacias de deformação. ... 109
Figura 38 - Planilha utilizada no levantamento das deflexões e bacias de deformação ... 110
Figura 39 - Segmentos de Comportamento Homogêneo. ... 113
Figura 40 - Distribuição linear dos Defeitos do Pavimento. ... 114
Figura 41 - Gráfico com as Deflexões, Flechas e Módulos de Resiliência da Base, Sub-Base e Subleito – Faixa Direita. ... 123
Figura 42 - Gráfico com as Deflexões, Flechas e Módulos de Resiliência da Base, Sub-Base e Subleito – Faixa Direita. ... 124
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação do pavimento - Extensão Total. (CNT, 2007) ... 17 Tabela 2 - Conceitos do Valor de Serventia Atual. (DNIT, 2003a) ... 28 Tabela 3 - Tipos de serviços em função do ICPF (DNIT, 2003a). ... 28 Tabela 4 - Conceitos de degradação do pavimento em função do IGG (DNIT, 2003b). ... 32 Tabela 5 - Principais defeitos, causas prováveis e correções. (Adaptado de PREUSSLER e PINTO, 2002) ... 35 Tabela 6 - Valores médios de módulos de resiliência para diversos tipos de solos .. 50 Tabela 7 – Critérios de fadiga (PINTO e PREUSSLER, 2002)... 55 Tabela 8 – Fatores que afetam a vida de fadiga das misturas asfálticas (CAVALCANTE, 2005). ... 55 Tabela 9 – Limite legal de carga por eixo (CAVALCANTE, 2005). ... 76 Tabela 10 - Critério para o estabelecimento das diretrizes de projeto. (DNIT, 2006) 78 Tabela 11 - Critério para o estabelecimento das diretrizes de projeto (DNIT, 2006). 80 Tabela 12 - Resultado do IGG por Segmento Homogêneo – DNIT 006/2003 - PRO. ... 120 Tabela 13 - Resultado da Avaliação Estrutural - DNER-PRO 011/79 – Método B. . 125
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 14 1.2 Justificativa... 20 1.3 Objetivo... 21 1.3.1 Objetivo geral... 21 1.3.2 Objetivos específicos... 22 1.4 Metodologia... 22
1.5 Estrutura do trabalho de Conclusão de Curso... 23
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 24
2.1 Avaliação de Pavimentos Flexíveis... 24
2.2 Avaliação Funcional de Pavimentos Flexíveis... 25
2.2.1 Avaliação subjetiva... 26
2.2.2 Avaliação objetiva... 29
2.2.3 Causas prováveis dos defeitos... 33
2.2.4 Avaliação de irregularidades de pavimentos... 39
2.2.5 Avaliação da aderência... 43
2.3 Avaliação Estrutural de Pavimentos Flexíveis... 46
2.3.1 Avaliação estrutural por ensaios destrutivos... 47
2.3.2 Avaliação estrutural por ensaios não-destrutivos... 56
2.3.3 Comparação entre diferentes equipamentos de ensaios não-destrutivos... 70
2.3.4 Fatores que influenciam nos levantamentos deflectométricos... 72
2.4 Avaliação do Tráfego... 75
2.5 Reforço de Pavimentos Asfálticos... 76
3 RETROANÁLISE DE BACIAS DE DEFLEXÃO DE PAVIMENTOS... 81
3.1 Introdução a Retroanálise... 81
4 DESCRIÇÃO DA RODOVIA ESTUDADA E METODOLOGIA UTILIZADA 98
4.1 Características da Região da Rodovia Estudada... 98
4.2 Localização e Características da Rodovia Estudada... 100
4.3 Estudos Realizados no Trecho Estudado... 101
4.3.1 Avaliação objetiva do pavimento... 101
4.3.2 Avaliação estrutural do pavimento... 106
4.4 Definição de Segmentos de Comportamento Homogêneo... 111
5 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS... 112
5.1 Resultado da Avaliação Funcional... 112
5.2 Resultado da Avaliação Estrutural... 121
6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS... 127
6.1 Conclusões... 127
5.2 Sugestões Para Pesquisas Futuras... 129
REFERÊNCIAS... 130
1 INTRODUÇÃO
As obras de pavimentação rodoviária tiveram um grande incremento a partir das décadas de 40 e 50 no Brasil, destacando-se um fato anterior: a criação em 1937, pelo presidente Getúlio Vargas, do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), subordinado ao Ministério de Viação e Obras Públicas. Depois da criação do DNER, vários outros fatores contribuíram para que isso ocorresse, entre os principais cita-se:
a) o intenso intercâmbio de técnicos do DNER, produziu-se uma grande
transferência de tecnologia oriunda dos Estados Unidos da América do Norte, avanço esse que foi fruto da tecnologia desenvolvida durante a 2ª Guerra Mundial. Em 1942, onde na construção de estradas e aeroportos iniciou o emprego do ensaio, recém-desenvolvido, California Bearing Ratio (CBR). Neste mesmo ano, o Brasil possuía apenas 1.300km de rodovias pavimentadas, uma das menores extensões da América Latina (BERNUCCI et al., 2007);
b) a criação da Petrobras em 1953;
c) a vinda das grandes montadoras mundiais para o Brasil;
d) e o intenso financiamento do modal rodoviário pelo Fundo Rodoviário
Nacional (FRN), que gerou um patrimônio representado por cerca de 68.000 km de rodovias federais, dos quais 51.000 Km pavimentadas.
A partir dos anos 70, o panorama começou a mudar. Logo no início da década, aconteceu o primeiro grande surto da crise do petróleo e em 1975 começou uma transferência gradativa de parcelas do FRN para o Fundo Nacional do Desenvolvimento (FND), chegando a 50% em 1979. Em 1982 esse processo foi
Nos dias atuais, segundo dados da Confederação Nacional de Transportes (CNT), mais de 90% do transporte de passageiros e 61% do transporte de cargas são realizados via setor rodoviário, onde os custos operacionais estão diretamente ligados aos gastos com combustíveis, pneumáticos e demais itens mecânicos. Aos custos que envolvem todos os usuários de rodovias podem-se acrescentar os atrasos de viagens, os congestionamentos e os acidentes de trânsito. Pode-se perceber que a qualidade e a capacidade das rodovias está diretamente ligada aos custos de movimentação destas.
Segundo o Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos – DNIT (2006),a idade dos pavimentos e a solicitação intensa do tráfego compõem o problema especialmente nas rodovias federais, onde grande parte da malha já superou a vida útil dos projetos originais.
As rodovias sustentam as demandas do nosso potencial de crescimento econômico e integram regiões, pessoas e o próprio país no cenário mundial, e com isso, devem ser entendidas prioritariamente como um patrimônio nacional. E, como para todo patrimônio, é necessário que haja um planejamento que considere sua manutenção e, neste caso específico, também sua expansão, já que a demanda por este tipo de infraestrutura de transportes é sempre crescente.
Segundo Pereira (2007), as atividades necessárias para fornecer e manter pavimentos em um nível adequado de serviço compreende o processo de gerência de pavimentos. Dentro de um sistema de gerência de pavimentos é de relevante importância a reabilitação das vias, que podem ser orientadas com a avaliação estrutural e funcional do pavimento. Para a tomada de decisões sobre intervenções a serem executadas em pavimentos flexíveis deve-se considerar a caracterização da condição estrutural e funcional, que por sua vez, pode ser acessada por processos de medidas de deflexões e levantamento de irregularidades superficiais, ver Figura 01.
Figura 1 - Valor de Serventia x Tráfego ou tempo e Deflexões x Fadiga (Bernucci et al. 2007).
No último levantamento a CNT apontou problemas nas rodovias nacionais. Verificou-se que a deficiência de planejamento provoca efeitos estruturais maléficos às rodovias, tais como: longos trechos rodoviários em estado crítico, 54,5% (47.777 km) da extensão pesquisada encontram-se com o pavimento em estado regular, ruim ou péssimo, 65,4% apresentam (57.253 km) sinalização com problemas, 42,5% (37.259 km) não possuem acostamento, 39,0% (31.880 km) possuem placas com a legibilidade deteriorada, ver Figura 02 e Tabela 01. Deste percentual, 16.393 km da
do tráfego e das intempéries pode evoluir para situações críticas de segurança, custo de recuperação e desempenho operacional.
Figura 2 - Classificação dos pavimentos extensão total (CNT, 2007).
Tabela 1 - Classificação do pavimento - Extensão Total. (CNT, 2007)
Segundo o último estudo da CNT em 2007, para a reversão deste cenário, é imprescindível a regularidade do fluxo de investimentos. E, para que isso ocorra, faz-se necessária a aplicação integral dos recursos destinados às rodovias, faz-sejam eles orçamentários ou suplementares, como é o caso da Contribuição de Intervenção no Domínio Econômico (CIDE). De imediato, para que o sistema rodoviário atinja padrões satisfatórios de segurança e de desempenho, estima-se um volume da ordem de R$ 23,6 bilhões e, para a correta manutenção da malha, investimentos de R$ 1,34 bilhão por ano, valores superiores aos historicamente aplicados.
Procurando evitar os custos mais altos para construção de novas rodovias, tem sido dada a ênfase gradualmente para atividades de restauração e com isso a análise da condição estrutural e funcional atual das rodovias se torna imprescindível para o dimensionamento destas.
A forma mais comum de avaliação estrutural no Brasil é a medida das deflexões com o uso da viga Benkelman, que é um ensaio não-destrutivo, empregado junto com a avaliação funcional, realizando a quantificação dos defeitos superficiais através de uma avaliação objetiva. Este conjunto de atividades configura-se na maneira mais adequada para determinar o dimensionamento do reforço do pavimento.
Segundo Albernaz (1997), as metodologias de dimensionamento de pavimentos rodoviários (novos ou recapeados) mais utilizados pelos projetistas foram desenvolvidas de maneira empírica, ou seja, com base em estudos e dados obtidos em laboratórios e em pistas experimentais. Uma das desvantagens deste tipo de metodologia é que as suas conclusões só devem ser aplicadas nos casos similares àqueles que foram considerados no seu desenvolvimento. Por exemplo, metodologias desenvolvidas a partir de estudos empíricos com solos de clima temperado podem não se aplicar muito bem em regiões de clima tropical, e vice-versa.
O surgimento do computador permitiu que metodologias de dimensionamento de pavimentos analíticas ou “racionais” (não empíricas), baseadas na Teoria da Elasticidade, tivessem um grande desenvolvimento nos últimos anos. Cálculos que levam dias param serem feitos manualmente, são hoje processados em segundos. As principais características físicas dos materiais considerados nestas metodologias são o módulo de resiliência e o coeficiente de Poisson, embora não se possa, ainda, abrir mãos de alguns parâmetros geotécnicos tradicionais nos quais está baseada toda a nossa experiência (ALBERNAZ,1997). Ver Figura 03.
Figura 3 - Sistema de camadas e um pavimento e tensões solicitantes (Albernaz, 1997 apud Bernucci et al. 2007).
Conforme Bernucci et al. (2007), para se aplicar o cálculo de tensões e deformações para um dimensionamento apropriado do reforço do pavimento, é necessário se conhecer a rigidez de todas as camadas do pavimento e do subleito. Como a maioria dos pavimentos, em uso, foi dimensionada pelo método do CBR (ou ISC), não se conhece a princípio essa característica dos materiais em cada trecho. Uma forma de resolver esse problema seria por meio da avaliação destrutiva por abertura de poços, que permitam coletar amostras para determinação destes parâmetros em laboratório. Mas isto é um serviço lento e causa transtornos adicionais ao pavimento.
A busca por métodos que trouxessem menos interrupções e destruição das vias e que permitisse inferir os módulos de elasticidade das camadas do pavimento e do subleito fez surgir uma nova técnica, que é baseada na interpretação das bacias de deformação – a retroanálise. A Figura 4 indica os elementos necessários para entender o conceito do método de retroanálise de pavimentos. Conhecendo-se a carga externa aplicada, as características básicas dos tipos de materiais presentes em cada camada e suas espessuras, para a qual foi obtida a bacia deflectométrica, é possível calcular os módulos de elasticidade a partir das deflexões obtidas.
Figura 4 - Esquema dos dados necessários para se fazer uma retroanálise de pavimento (Nóbrega, 2003 apud Bernucci et al., 2008).
Diante deste contexto, o presente trabalho tratará da avaliação funcional e estrutural de um trecho da Rodovia BA-160, entre a cidade de Ibotirama e o povoado de Volta das Pedras (Pedrinhas), na região oeste do Estado da Bahia, com extensão de 32,00 km.
1.2 Justificativa
Como a escolha do Brasil a partir da década de 50 em adotar o modo rodoviário como sua principal forma de transporte de passsageiros e cargas, acabou afastando os investimentos em outros modos de transporte e isso fez com que a concentração aumentasse a cada dia nas rodovias, juntando se a isso o descaso dos governantes, os resultados podem ser observados nos últimos relatórios da Confederação Nacional dos Transportes, onde os estudos mostram que boa parte da malha rodoviária nacional apresenta problemas.
competitividade, notadamente, no quesito infra-estrutura de transportes, devido a uma matriz modal deficiente, onde as estradas (principal meio de escoamento da produção nacional) encontram-se em estado tal que não são capazes de atender as necessidades de transporte de carga nacionais. Essa realidade nos torna pouco competitivos no mercado exterior e cria uma situação econômica nacional insustentável. Procurando evitar os custos mais altos na construção de novas rodovias, a ênfase vem sendo gradualmente transferida para atividades de restauração e com isso a análise da condição estrutural e funcional atual das rodovias se torna fundamental para o redimensionameto destas.
É a partir das análises estrutural e funcional desses pavimentos que podemos conhecer suas reais condições e os resultados desses estudos fornecem informações valiosas ao projetista para que este possa escolher a alternativa adequada para o dimensionamento da restauração do pavimento danificado. A forma mais comum de avaliação estrutural no Brasil é a medida das deflexões utilizando a viga Benkelman, a utlização de ensaios não-destrutivos, como no caso da viga Benkelman, utilizados juntos com inventário de defeitos da avaliação funcional, configura-se na maneira mais adequada para determinar o dimensionamento do reforço do pavimento e com isso implantar condições seguras e compatíveis ao trânsito das rodovias brasileiras.
1.3 Objetivo
1.3.1 Objetivo geral
O estudo tem como objetivo avaliar funcional e estruturalmente o pavimento flexível de um sub-trecho da rodovia BA 160, que liga a cidade de Ibotirama até o povoado de Volta das Pedras (Pedrinhas), utilizando as normas do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (DNIT) . Evoluindo para a quantificação dos módulos de deformabilidade efetivamente mobilizados em campo, usando o programa de retroanálise RETRAN 5L.
1.3.2 Objetivos específicos
Os objetivos específicos consistem em:
• Identificar e detalhar os defeitos do pavimento de um trecho da rodovia BA 160 que liga as cidades de Ibotirama a Bom Jesus da Lapa , sub- trecho entre a cidades de Ibotirama e o povoado de Volta das Pedras (32 Km);
• Avaliar a condição funcional utilizando a metodologia do DNIT, com a norma DNIT 006/2003 - PRO;
• Avaliar a condição estrutural utilizando a viga Benkelman, inclusive levatantando as bacias de deformação;
• Utilizando os dados do levantamento deflectométrico e do estudo geotécnico estimar os módulos de resiliência do pavimento utilizando o programa Retran5-L;
• Aplicar a norma DNER 011/79 – Método B, na proposição de solução de engenharia para reabilitação desse sub-trecho rodoviário;
• Indicar soluções plaúsiveis para intervenções corretivas.
1.4 Metodologia
1) Revisão Bibliográfica: Livros, artigos científicos, teses, dissertações e
periódicos (revistas, jornais, etc.);
2) Levantamento da condição atual da superfície do pavimento utilizando o PRO
006/2003 do DNIT;
3) Levantamento do comportamento estrutural existente no pavimento através
estudo deflectométrico utilizando a viga Benkelman, com a obtenção das bacias de deformação, utilizando a DNER ME - 024/94, para avaliar a condição estrutural;
1.5 Estrutura do trabalho de Conclusão de Curso
Este trabalho de conclusão de curso é constituído de seis capítulos.
No Capítulo 1, apresenta-se a introdução ao assunto e a sua relevância no contexto atual de reabilitação das rodovias;
No Capítulo 2, é feita uma sucinta revisão bibliográfica versando sobre os métodos atuais de avaliação funcional e estrutural de pavimentos flexíveis;
No Capítulo 3, aborda-se a retroanálise em pavimentação e descreve-se o programa utilizado neste trabalho, bem como, os principais programas utilizados no Brasil para a análise de tensões e deformações;
No Capítulo 4, estão explicitadas as características da rodovia estudada e a descrição da metodologia utilizada nesta avaliação;
No Capítulo 5, são apresentados e discutidos os resultados da avaliação funcional e estrutural não-destrutiva do sub-trecho;
No Capítulo 6, é realizada a sumarização das conclusões e sugestões para pesquisas futuras.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo é apresentada a revisão bibliográfica sobre avaliação funcional e avaliação estrutural de pavimentos flexíveis.
2.1 Avaliação de Pavimentos Flexíveis
Segundo o manual de restauração de pavimentos asfálticos do DNIT (2006), a condição de um pavimento representa o nível de degradação resultante dos processos associados ao meio ambiente e ao seu uso continuado pelo tráfego. A avaliação desta condição é possível por meio do conhecimento de diversos parâmetros de referência, já normalizados, que permitem a determinação das:
a) Condições de superfície; b) Condições estruturais;
c) Condições de rugosidade longitudinais; d) Avaliação das solicitações do tráfego; e) Condições de aderência pneu/pavimento;
Segundo Medina et. al. (1994), para se conceber o projeto de restauração de um pavimento é preciso que se conheça a condição (ou estado) do pavimento que se degrada pela ação do tráfego (avaliação funcional e avaliação estrutural), as solicitações do tráfego, capacidade de carga e a estrutura do pavimento e os fatores climáticos ou ambientais ocorrentes.
A condição funcional distingue-se da condição estrutural, onde a primeira refere-se ao conforto ao rolamento, dispêndio do usuário, influência do meio ambiente, segurança e aspectos estéticos. A condição estrutural, abrange as características de resistência e deformabilidade das camadas do pavimento e do subleito, face às
A avaliação de superfície de pavimentos é uma atividade que, mediante procedimentos padronizados de medidas e observações, permite inferir condições funcionais e estruturais dos pavimentos.
Segundo Fernandes et.al. (1994) apud Cavalcante (2005), os objetivos da avaliação de pavimentos são:
• verificar se a função pretendida ou o desempenho esperado está sendo alcançado;
• fornecer informações para o planejamento da restauração de pavimentos existentes;
• fornecer informações para melhorar a tecnologia de projeto, construção e manutenção;
• avaliar a capacidade estrutural;
• quantificar ou qualificar a deterioração física (trincamento, deformação e desgaste);
• efeitos relacionados ao usuário (irregularidade longitudinal ou serventia, segurança e aparência);
• custos de operação do usuário e benefícios associados à variação de serventia e segurança.
Deste modo, para se analisar um pavimento, necessita-se incontestavelmente de uma grande quantidade de atividades que venham fornecer informações que demonstrem o seu estado funcional e estrutural, através de parâmetros como: as deformações permanentes, os defeitos de superfície, a irregularidade longitudinal, a deflexão recuperável, a solicitação do tráfego, a capacidade estrutural do pavimento, a aderência entre pneu/pavimento e os agentes do intemperismo. Estes elementos servem para planejar medidas corretas de intervenções que venham a restaurar as características estruturais e de funcionalidade do pavimento estudado.
2.2 Avaliação Funcional de Pavimentos Flexíveis
Do ponto de vista do usuário, o estado da superfície do pavimento é o mais importante, pois os defeitos ou irregularidades nessa superfície são percebidos uma vez que afetam seu conforto (BERNUCCI et al., 2007).
Segundo o Manual de Restauração do DNIT (2006), o desempenho funcional refere-se à capacidade do pavimento satisfazer sua função principal, que é de fornecer uma superfície com serventia adequada em termos de qualidade de rolamento.
Conforme o Manual de restauração de pavimentos asfálticos do DNIT, para a avaliação das características funcionais de um pavimento, ou a serventia por ele externada, torna-se imprescindível definir o tipo dos defeitos superficiais representativos e promover o seu levantamento, que podem ser através de duas técnicas distintas:
• A técnica das avaliações subjetivas, que permitem definir o estado de degradação do pavimento a partir de conceitos qualitativos (alfanuméricos);
• A técnica das avaliações objetivas, que permite expressar a degradação do pavimento através de quantificação numérica e da distribuição de severidade das diversas manifestações de ruína.
2.2.1 Avaliação subjetiva
Segundo Bernucci et al (2007) o primeiro método estabelecido de forma sistemática para a avaliação funcional foi o da serventia de um dado trecho de pavimento, concebida por Carey e Irick (1960) para as pistas experimentais da AASHO (American Association of State Highway Officials, hoje AASHTO, American Association of State Highway and Transportation Officials).
De acordo com Cavalcante (2005), a serventia pode ser definida como sendo a capacidade de um determinado pavimento proporcionar um rolamento suave, confortável, seguro e econômico, atendendo a função para o qual fora projetado num tempo t, na época da observação (figura 5). Onde sua principal preocupação é
A determinação de conforto de rolamento através de uma avaliação subjetiva define o modelo de serventia que o pavimento proporciona em um determinado momento de sua vida, e este padrão é designado de Valor de Serventia Atual (VSA), conhecido internacionalmente como Present Serviceability Ratio (PSR). O Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transporte – DNIT, apresenta uma metodologia que permite a avaliação das condições de um pavimento existente, com bases subjetivas. As avaliações subjetivas são efetuadas por grupos de indivíduos devidamente treinados que, trafegando um trecho de pavimento tido como homogêneo e obedecendo a instruções especiais, conferem notas ao trecho em uma escala variável de zero a cinco, onde a nota cinco representa o pavimento em condições muito boas e zero em situação precária.
No Brasil, a avaliação subjetiva foi oficializada no procedimento DNIT 009/2003-PRO, que foi elaborada com base nos estudos da ASSHO Road Test, recebendo a nomenclatura de VSA (Valor da Serventia Atual).
O Valor da Serventia Atual pode ser definida como sendo a medida subjetiva das condições de superfície de um pavimento, feita por uma equipe de pelo menos 5 avaliadores que percorrem o trecho sob análise, a uma velocidade próxima e abaixo da velocidade permitida, em segmentos homogêneos de no máximo 2 Km, anotando suas opiniões sobre a capacidade do pavimento de atender às exigências do tráfego
Cada avaliador atribui uma nota subjetiva que varia no intervalo de 0 a 5. A média das notas individuais corresponde ao VSA, de acordo com os seguintes conceitos:
Tabela 2 - Conceitos do Valor de Serventia Atual. (DNIT, 2003a)
A Norma DNIT 008/2003 – PRO (DNIT, 2003b) normaliza outro processo de levantamento que tem por objetivo avaliar a condição da superfície de modo contínuo, ela fixa as condições exigíveis na avaliação da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos pelo processo de Levantamento Visual Contínuo determinando-se o ICPF – Índice de Condição de Pavimentos Flexíveis, em que o técnico atribui uma nota de 0 a 5 ao trecho, semelhante ao PSI, procedimento esse relativo ao conforto e à segurança do usuário ao mesmo tempo em que proporciona também os elementos necessários para o cálculo do IGGE – Índice de Gravidade Global Expedito e do IES – Índice do Estado de Superfície do Pavimento. É executado a uma velocidade média de 30 a 40 km/h, onde os técnicos no interior do veículo registram as ocorrências dos defeitos na faixa de rolamento. Os segmentos são estabelecidos pelos avaliadores com 1 km de extensão, de maneira a anotar as ocorrências preponderantes que ocorrem na superfície do pavimento. Ver Tabela 3.
2.2.2 Avaliação objetiva
A avaliação objetiva fornece o estado do pavimento detalhadamente, com várias informações que não são diretamente obtidas na avaliação subjetiva, podendo ela ser compreendida como o processo que busca definir o nível de serventia através do inventário das degradações superficiais e geométricas existentes.
A condição da superfície de um pavimento asfáltico deve ser levantada, analisando-se analisando-seus defeitos e prováveis causas, e atribuindo indicadores numéricos ponderadores que classifiquem seu estado geral. O DNIT 006/2003 – PRO (DNIT, 2003c) estabelece um método de levantamento sistemático de defeitos e atribuição do Índice de Gravidade Global (IGG), esta metodologia baseou-se no “Severity Index” utilizado no Canadá pelo “Saskatchewn Department of Highways and Transportion”, e contribui para auxiliar nos projetos de reforço. Para sistemas de gerência de manutenção emprega-se geralmente o DNIT 007/2003 – PRO (DNIT, 2003d). Muitas vezes o levantamento dos defeitos e o cálculo do IGG precedem o levantamento estrutural para poder melhor embasá-lo.
A compreensão dos conceitos próprios à terminologia dos defeitos é muito importante para que estes sejam corretamente identificados. Existem muitas vezes dificuldades na classificação dos defeitos, seja por sua morfologia ou por sua gênese, que poderão ser agravadas em função da falta de controle tecnológico da qualidade durante a fase de execução do pavimento. Isto pode contribuir para que diversas causas concorram, simultaneamente para a manifestação de um defeito. Portanto, deve-se distinguir a morfologia de um defeito da sua gênese, onde a primeira está relacionada com a forma de um dado defeito e a segunda refere-se as possíveis causas inerentes ao referido defeito.
No Brasil, os defeitos levantados são aqueles apresentados pela Norma DNIT 005/2003-TER (DNIT, 2003e) esta norma define os termos empregados nos defeitos que ocorrem nos pavimentos flexíveis e semi-rígidos.
Quadro 01 - Resumo dos defeitos com sua codificação e classificação (DNIT, 2003e)
Para o levantamento dos defeitos são utilizadas planilhas para anotações das ocorrências, material para demarcação de estacas e áreas da pesquisa, e treliça
Figura 6 - Treliça para medição das flechas nas trilhas de roda. (DNIT, 2003b)
Para o cálculo do IGG faz-se a anotação numa planilha utilizando a terminologia e codificação de defeitos apresentados no quadro 01, existentes na área demarcada. Observe-se que não se dá importância neste método à área atingida pelo defeito, mas à sua ocorrência ou não. Os afundamentos nas trilhas de roda externa e interna devem ser mensurados com o auxílio da treliça metálica, figura 6, e anotados na planilha na coluna referente à estação onde foi feita uma única medida em cada trilha. A determinação da área da pista é de forma amostral, esta área e o distanciamento entre elas são prefixados pela especificação do DNIT. Nas rodovias de pista simples a cada 20m, alternados entre faixas, portanto, em cada faixa a cada 40m; nas rodovias de pista dupla, a cada 20m, na faixa mais solicitada pelo tráfego, em cada uma das pistas. A superfície de avaliação corresponde a 3m antes e 3m após cada uma das estacas demarcadas, totalizando em cada estação uma área correspondente a 6m de extensão e largura igual a da faixa a ser avaliada. A Figura 7 mostra um exemplo das estações em pista simples. O procedimento da norma DNIT 006/2003 – PRO, considera 15% da área total avaliada.
Para que os dados coletados no inventário sejam processados, deve-se inicialmente separar os segmentos com as mesmas características (homogêneos), em seguida,
determina-se as frequências absolutas e relativas das falhas anotadas, bem como a média aritmética e a variância das flechas das trilhas de roda. Para os defeitos e parâmetros estatísticos das flechas deve-se atribuir um fator ponderador que exprime a sua importância em relação à serventia.
Os valores da frequência relativa de cada tipo de defeito, da média aritmética e variância das flechas multiplicadas pelo seu fator ponderador correspondente resultam num produto que é o IGI (indicie de gravidade individual). A soma de todos os valores de IGI resulta no IGG (Indicie de Gravidade Global) do segmento homogêneo.
Através do resultado do IGG pode-se classificar o estado geral do pavimento referente ao segmento homogêneo.
Tabela 4 - Conceitos de degradação do pavimento em função do IGG (DNIT, 2003b).
2.2.3 Causas prováveis dos defeitos
De acordo com Preussler e Pinto (2002), como as estruturas dos pavimentos e as condições ambientais são muito diversas, existem vários manuais ou catálogos de identificação e causas de defeitos (nacionais e estrangeiras). Entretanto, existe um bom nível de padronização e similaridade entre os manuais mais conhecidos. As orientações que serão mostradas na Tabela 05 são em grande parte provenientes dos Manuais de Identificação de Defeitos da AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Ofificials) e SHRP (Strategic Highway Research Program) e são compatíveis com as classificações vigentes no país.
Segundo Bernucci et al. (2007), os defeitos de superfície podem aparecer precocemente (devido a erros ou inadequações) ou a médio ou longo prazo (devido à utilização pelo tráfego e efeitos das intempéries). Entre os erros ou inadequações que levam à redução da vida de projeto, destacam-se os seguintes fatores, agindo separada ou conjuntamente: erros de projeto; erros ou inadequações construtivas; erros ou inadequações nas alternativas de conservação e manutenção.
Bernucci et. al. (2007), destaca alguns exemplos de problemas construtivos que podem gerar os defeitos nos pavimentos asfálticos: espessuras menores que as previstas em projeto; falta de compactação apropriada das camadas, causando deformações e afundamentos excessivos ou rupturas localizadas; técnica de compactação inadequada, com uso de equipamentos de baixa eficiência; compactação de misturas asfálticas em temperaturas inadequadas ou variabilidade de temperatura na massa asfáltica durante o processo de compactação; erros nas taxas de imprimação ou pintura de ligação, entre outros.
Os principais defeitos de superfície dos pavimentos com revestimento asfáltico e os mecanismos de ocorrência ajudam no diagnóstico da patologia e são úteis na programação da reabilitação. Preussler e Pinto (2002) fazem a descrição dos principais defeitos, as causas prováveis e possíveis correções, ver Tabela 5. As fotos utilizadas nesta Tabela foram retiradas do Livro Pavimentação Asfáltica –
Formação Básica para Engenheiros, Bernucci et al (2007) e do livro Pavimentação Rodoviária – Conceitos fundamentais sobre pavimentos flexíveis de Preussler e Pinto (2002).
2.2.4 Avaliação de irregularidades de pavimentos
Conceitua-se irregularidade como o conjunto dos desvios da superfície viária em relação a um plano de referência, desvios estes que afetam a qualidade do rolamento, a dinâmica dos veículos e a ação dinâmica das cargas sobre a via. (PREUSSLER e PINTO, 2002)
As distorções da superfície é um fenômeno que pode ter origem congênita, ou seja, decorrer de imperfeições no processo executivo, assim como pode resultar de problemas ocorridos após a construção, como o resultado da ação do tráfego, do clima e outros fatores.
Segundo Cavalcante (2005), existe dois tipos de irregularidades de pavimento, são elas:
• a irregularidade transversal, atribuída à fluência plástica ou à consolidação diferencial de uma ou mais camadas do pavimento e/ou do solo de fundação, ocorrentes nas trilhas de roda, e
• a irregularidade longitudinal, atribuída aos afundamentos plásticos ou de consolidação, localizados ou generalizados, associados a outros defeitos tais como as ondulações e corrugamentos.
No Brasil, normalmente, as medidas de irregularidade transversal têm sido processadas através do levantamento de seções transversais dispostas em intervalos regulares, de estaca a estaca, onde são feitas medições pontuais do valor máximo das flechas nas trilhas de roda (interna e externa), utilizando-se a treliça mostrada na figura 6.
uma largura variável de alguns milímetros a centímetros e depende do tipo de equipamento empregado (BERNUCCI et al 2007).
Na figura 8, consta uma ilustração dos perfis transversal e longitudinal do pavimento.
Segundo o DNIT (2006), a determinação da irregularidade longitudinal de um pavimento pode ser considerada, com boa aproximação, como uma medida indireta de sua serventia. Desta forma, tornou-se prática corrente na avaliação dos pavimentos por intermédio de equipamentos que forneçam a irregularidade, pois os valores das irregularidades são utilizados diretamente, sem a necessidade de convertê-los em índice de serventia, uma vez que a irregularidade é uma medida objetiva, enquanto o índice de serventia apresenta um caráter subjetivo.
Figura 8 – Ilustração dos perfis transversal e longitudinal do pavimento (fonte: www.cibermetrica.com.br)
Os equipamentos destinados à medida da irregularidade de um pavimento podem ser agrupados de acordo com em:
• medidores do perfil da superfície do pavimento;
• medidores de “resposta” do veículo às distorções da superfície do pavimento.
Existe uma grande variedade de equipamentos destinados a medida da irregularidade dos pavimentos rodoviários, classificados em quatro grupos distintos a seguir apresentados (DNIT, 2006):
a) Sistemas de medida direta do perfil: neste grupo se enquadram aqueles que envolvem medidas diretas ou manuais da geometria vertical do pavimento, retratando as distorções que afetam a dinâmica dos veículos, mediante emprego de equipamentos de topografia ou instrumentos adequados. Os resultados obtidos devem ser processados para fornecer valores estatísticos indicativos de irregularidade. Cita-se, por exemplo, o método de Nível e Mira e a viga Abay do TRRL;
b) Sistemas de medidas indiretas do perfil: neste grupo se enquadram aqueles que executam medidas mecanizadas do perfil da via. Os dados resultantes devem ser processados para fornecer valores como amplitude de onda, coeficiente de irregularidade, etc. Como exemplo, pode-se citar o Perfilômetro Dinâmico de Superfície – GMR, o Perfilômetro da AASHTO, Analisador de perfil longitudinal – APL, Perfilômetro CHLOE entre outros;
c) Sistemas baseados na reação do veículo ou tipo-resposta: neste grupo se enquadram aqueles que executam medidas relativas entre as oscilações do eixo traseiro do veículo e sua carroceria e os registram acumulativamente. A partir destes valores é determinada, estatisticamente, a irregularidade do pavimento. Como exemplo, pode-se citar o Rugosímetro BPR, Maysmeter e o Sistema integrador IPR/USP;
d) Sistemas de medida com sonda sem contato: neste grupo se enquadram aqueles que se baseiam na reflexão de uma onda sonora ou raio laser emitido por um dispositivo acoplado ao veículo. Como exemplo, pode-se citar o Perfilômetro “laser” do TRRL e o Perfilômetro “acústico” da Universidade FELT, Perfilômetro PRIMAL entre outros.
Em Brasília no ano de 1982, como resultado de uma pesquisa internacional de medição de irregularidade promovida pelo Banco Mundial em 1980, foi estabelecida
O índice é expresso pela relação entre os movimentos acumulados da suspensão do veículo e a distância percorrida pelo veículo, geralmente, a unidade de medida do IRI é m/km.
No Brasil, utiliza-se o “quociente de Irregularidade” – QI como escala padrão de medição reconhecido mundialmente, a partir do uso do “Perfilômetro Dinâmico de Superfície”. O modelo de quarto-de-carro consiste em um sistema composto por uma massa, uma roda, um amortecedor e uma mola (ver figura 9). A resposta da à irregularidade obtida pela simulação de movimentos no quarto-de-carro, é aceita como uma medida padrão de irregularidade e é expressa em contagens por quilômetro (cont./km).
Figura 9 – Esquema do simulador de quarto de carro (DNIT, 2006).
Segundo DNIT (2006), os dados de Q.I. utilizados na PICR, realizada entre 1975 a 1981, foram obtidos por um equipamento do tipo-resposta (Maysmeter), devidamente calibrado em bases niveladas por meio de um perfilômetro GMR.
Os conceitos de QI e IRI são bastante similares, e na prática, podem ser correlacionados. Uma relação aproximada entre QI e IRI é dada por: QI = 13 IRI.
No Brasil, têm sido aplicados com maior freqüência os “sistemas medidores de irregularidade do tipo resposta” – SMITR, estes aparelhos necessitam de calibração pelo fato de suas características não permanecerem estáveis ao longo do tempo,
não sendo nem as mesmas para veículos diferentes. Desta forma, faz-se importante a calibração de tal equipamento segundo as normas:
a) DNER PRO-164/94 (DNER, 1994a) – A calibração e Controle de Sistemas Medidores da Irregularidade de Superfície de Pavimentos.
b) DNER ES-173/94 (DNER, 1986) – Método de Nível e Mira para Calibração de Sistemas Medidores de Irregularidades.
c) DNER PRO-182/87(DNER, 1994b) – Medição de Irregularidade de Superfície de Rodovias com Medidores Tipo Resposta.
d) DNER PRO- 229/89(DNER, 1994c) – Restauração de sistemas medidores de irregularidade de pavimentos (Sistemas Integradores IPR/USP Maysmeter)
2.2.5 Avaliação da aderência
Segundo DNIT (2006), a principal propriedade do pavimento no que diz respeito à segurança, independentemente de fatores relacionados com as condições em planta, perfil e seção transversal da rodovia, é a sua capacidade de proporcionar a adequada aderência e atrito entre a sua superfície e os pneus dos veículos.
Os segmentos com baixo valor de aderência e/ou altos índices de acidentes devem ser identificados nos relatórios de inventário. Tais identificações permitem ao órgão rodoviário realizar uma análise mais profunda em cada caso, e com isso avaliar as necessidades e programar medidas corretivas locais.
Nas especificações atuais do DNIT sobre misturas betuminosas foram incluídos dois Métodos simples para avaliação das condições de aderência Pneu/Pavimento, a saber:
Os equipamentos portáteis dos métodos citados pelo DNIT em sua especificação são bastante econômicos e, podem fornecer informações importantes sobre o coeficiente de atrito e a macro-estrutura dos revestimentos.
O pêndulo britânico determina por uma medida escalar o grau de escorregamento (ou derrapagem) presente na superfície de um pavimento. Esse dito escorregamento pode ser tratado também como o grau de aderência entre o pneu e o pavimento, ou também chamado como coeficiente de atrito cinemático, ver Figura 10.
O ensaio da mancha de areia avalia a macro-textura e caracteriza a superfície do pavimento quanto a sua capacidade de drenar a água confinada entre o pneu e o pavimento, e quantifica a densidade, ou seja, a distância média entre grânulos individuais de agregados aflorados na superfície do pavimento, ver Figura 11.
Figura 10 – Ensaio do Pêndulo Britânico (BERNUCCI et al., 2007)
2.3 Avaliação Estrutural de Pavimentos Flexíveis
Segundo o Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT, o levantamento da condição estrutural do pavimento fornece informações valiosas ao projetista quanto a sua condição estrutural, o grau de degradação e permite a seleção e dimensionamento da mais adequada alternativa de restauração.
A avaliação estrutural de um pavimento está diretamente associada a sua capacidade de resistir às cargas atuantes, o que pode ser vinculado diretamente ao projeto do pavimento e ao seu dimensionamento.
Os defeitos estruturais resultam especialmente da repetição das cargas e vinculam-se às deformações elásticas e plásticas. As deformações elásticas são mensuradas por equipamentos chamados deflectômetros por medirem os deslocamentos verticais dito recuperáveis, que são chamados de “deflexões” do pavimento. Tais deformações verticais são responsáveis pela maioria das trincas que surgem durante a vida do pavimento, e que pode levar à fadiga do revestimento. As deformações plásticas se acumulam durante os anos de vida de um pavimento e os seus resultados são os defeitos do tipo afundamento localizado ou das trilhas das rodas, essas deformações são realizadas através da treliça normatiza pelo DNIT (BERNUCCI et al., 2007).
Conforme Cavalcante (2005), o conhecimento da condição estrutural do pavimento e do subleito possibilita o diagnóstico dos defeitos que tenham sido originados por um problema estrutural. Sendo assim, a análise dos parâmetros elásticos obtidos no levantamento estrutural permite inferir sobre a real condição em que se encontra a estrutura, e assim, dimensionar o reforço objetivando compatibilizar as diversas características mecânicas dos materiais que compõem o pavimento reforçado frente às solicitações futuras do tráfego e efeitos climáticos.
seu valor, mais resiliente é a estrutura e, consequentemente, maior será o seu comprometimento estrutural. Porém, estruturas distintas podem apresentar a mesma deflexão recuperável máxima (figura 12), por este fato, tornam-se imprescindíveis medidas auxiliares a diferentes distâncias no sentido de se obter a linha de influência da bacia de deformação elástica, e assim, caracterizar melhor o pavimento, obtendo-se por processos de retroanálise, os módulos de resiliência das camadas da estrutura, bem como analisar a contribuição de cada camada na deflexão máxima.
Figura 12 - Esquema de diferentes bacias deflectométricas para uma mesma deflexão máxima (CAVALCANTE, 2005).
A avaliação estrutural de pavimentos pode ser realizada por ensaios destrutivos e ensaios não destrutivos.
A diferença entre os métodos destrutivos e os não destrutivos diz respeito à ocorrência ou não da retirada do material do pavimento para ser analisado em laboratório.
2.3.1 Avaliação estrutural por ensaios destrutivos
Ocasionalmente torna-se necessário a remoção de partes da estrutura do pavimento para se determinar onde e porque os problemas estão ocorrendo através de ensaios
Segundo Macêdo (1996), as propriedades medidas em ensaios destrutivos não refletem, na sua totalidade, o estado de tensão e condições ambientais ao longo do tempo, pelo fato de não estar bem representada as condições dos materiais em campo (estado de tensões, índice de vazios, etc.) sob a ação combinada de cargas e do clima. Porém, apesar destas ressalvas, os ensaios de laboratórios são bastante utilizados para determinação de parâmetros elásticos e de resistência e também, como ponto positivo, destaca-se nos ensaios de laboratórios, o fato que uma amostra pode ser condicionada milhões de vezes sob condições de contorno controladas.
Os dois principais ensaios para avaliação estrutural destrutiva são: ensaio triaxial dinâmico e ensaio de compressão diametral dinâmico.
2.3.1.1 Ensaio triaxial dinâmico
O ensaio triaxial dinâmico objetiva 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 tempo de pulso e freqüência da carga aplicada.
O ensaio consiste basicamente em duas fases. A primeira, chamada 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
Sendo:
MR = módulo de resiliência;
σd = tensão desvio, que é a tensão aplicada vertical e repetidamente durante o
ensaio;
εr = deformação específica axial resiliente.
No Brasil, o ensaio é normatizado pelo método de ensaio DNER-ME 131/94. De acordo com o método, o corpo-de-prova cilíndrico deve ter dimensões tais que o diâmetro seja pelo menos 4 vezes maior que o diâmetro máximo das partículas. Em geral, utilizam-se corpos de prova de 10 ou 15cm de diâmetro. Recomenda-se também que a altura seja aproximadamente o dobro do diâmetro.
Segundo MEDINA (1997), o termo resiliência significa energia armazenada em um corpo deformado elasticamente, que é devolvida quando cessam as tensões causadoras das deformações; ou seja, é a energia potencial de deformação.
Um estudo interessante foi o de Salí Franzoi (1990) apud Balbo (2007), buscando conhecer o comportamento dos solos lateríticos em relação aos não lateríticos, realizou ensaios triaxiais de carga repetida com diversos solos do estado de São Paulo, na Tabela 6, encontram-se os valores médios dos módulos de resiliência para valores constantes de σ3 = 0,02 Mpa e σd = 0,03 Mpa. O que se verifica é que os solos lateríticos apresentam comportamento resiliente superior aos não lateríticos. De acordo com a classificação MCT (Miniatura Compactada Tropical), classificação dos solos tropicais criada por Nogami e Villibor em 1981 e melhorada em 1991, os solos tipo LA´, são os solos arenosos finos lateríticos; os solos LG´, são as argilas lateríticas e os solos NA´ e NS´ são os solos com comportamento não lateríticos.
Procedência Textura MCT HRB hót (%) Mr (Mpa)
SP - 310 / Km 222 Areia Siltosa LA A - 2 - 4 10 150
SP - 425 / E280 Areia LA´ A - 6 11 250
SP - 255 / Km 63 Areia Argilosa LA´ A - 6 12 340
Jazida S.André (SP) Argila LG´ A - 7 - 5 27 200
SP - 333 / Km 320 Argila Siltosa LG´ A - 7 - 5 23 500
SP - 310 / Km 257 Argila Siltosa LG´ A - 7 - 5 24 300
SP - 55 / Km 94,9 Areia NA´ A - 1 - B 14 45
SP - 280 / Km 40 Silte Arenoso NS´ A - 6 21 32
SP - 280 Silte NS´ A -7 - 5 22 80
Tabela 6 - Valores médios de módulos de resiliência para diversos tipos de solos
Figura 13 - Equipamento para ensaio triaxial dinâmico da COPPE - UFRJ
2.3.1.2 Ensaio de compressão diametral dinâmico
O ensaio de compressão diametral é utilizado na determinação da resistência à tração, o módulo resiliente e a resistência à fadiga das misturas asfálticas. Este ensaio foi desenvolvido pelo professor Fernando Luiz Lobo Carneiro para a
MEDINA & MOTTA (2005), atribui-se a Schmidt, da CHEVRON, Califórnia, a aplicação deste ensaio sob carregamento dinâmico a misturas asfálticas.
A ABNT 15087/2004 normatiza este ensaio, que consiste basicamente no seguinte procedimento:
• medir a altura (H) e o diâmetro (D) do corpo-de-prova com paquímetro;
• colocar o corpo de prova na estufa ou sistema de refrigeração, por um período de duas horas, de modo a se obter a temperatura especificada para o ensaio;
• ajustar o corpo de prova na prensa e aplicar a carga progressivamente, com uma velocidade de deformação de 0,8 + 0,1 mm/s, até que se dê a ruptura;
• com o valor de carga de ruptura (F) obtido, calcula-se a resistência à tração do corpo-de-prova segundo a expressão:
(2.2)
Sendo:
σR – resistência à tração, kgf/cm2; F – carga de ruptura dinâmico, kgf; D – diâmetro do corpo-de-prova, cm; H – altura do corpo-de-prova, cm;
A aparelhagem normalmente utilizada para a realização deste ensaio é a prensa Marshall, sendo os corpos de prova idênticos aos utilizados no ensaio de módulo resiliente, em dimensões e forma de obtenção. Na figura 14 pode-se observar um exemplo de um equipamento utilizado no ensaio de compressão diametral de carga repetida.
Figura 14 - Equipamento de Ensaio de Compressão Diametral (BERNUCCI, 2007).
a) Módulo de resiliência de misturas betuminosas
No Brasil, tradicionalmente emprega-se o ensaio de tração indireta por compressão diametral de cargas repetidas para determinação do módulo de resiliência de misturas asfálticas, já que este simula o comportamento mecânico dos revestimentos na região onde ocorrem deformações de tração, responsáveis pela fadiga da camada e, conseqüentemente, pela vida de serviço da estrutura.
Segundo PINTO e PREUSSLER (2002), resumidamente, pode-se dizer que o módulo de resiliência de misturas betuminosas é a relação entre a tensão desvio (σd)
aplicada repetidamente no plano diametral vertical de uma amostra cilíndrica de mistura betuminosa e a deformação específica recuperável (εr) correspondente à
tensão aplicada, numa temperatura T(ºC), para certa frequência de aplicação de
carga. Tem-se adotado a temperatura de 25ºC, com freqüência de 60 solicitações
Figura 15 – Compressão diametral – distribuição das tensões de tração e compressão nos planos diametrais: (a) – horizontal; (b) – vertical (MEDINA, 1997).
b) Vida de fadiga de misturas betuminosas
A fadiga é definida pela ASTM (1979) apud Bernucci et al. (2007) como o processo da mudança estrutural permanente, progressiva e localizada que ocorre em um ponto do material sujeito a tensões de amplitudes variáveis que produzem fissuras que conduzem para totalizar a falha após um determinado número de ciclos.
Conforme Preussler (1983), os materiais betuminosos utilizados em revestimentos de pavimentos, sob ação do tráfego, são submetidos a carregamentos dinâmicos de curta duração e tensões muito abaixo das que possam provocar plastificação excessiva do material, têm um comportamento aproximadamente elástico. Estas condições são compatíveis com aquelas que ocorrem nos pavimentos sob ação do tráfego.
vida de fratura refere-se ao número total de aplicações de certa carga necessária à fratura completa da amostra e a vida de serviço ao número total de aplicações desta mesma carga que reduzem o desempenho ou a rigidez inicial da amostra a um nível pré-estabelecido.
Os ensaios dinâmicos para determinar a vida de fadiga dos materiais requerem maior tempo em relação ao ensaio para determinação do módulo de resiliência.
Com relação ao tipo de carregamento aplicado, que devem representar condições extremas que podem ocorrer em campo, os ensaios de fadiga podem ser de dois tipos:
• tensão controlada: aplicação constante de carga e deformações resultantes variando com o tempo;
• deformação controlada: aplicação de cargas repetidas que produzem uma deformação repetida constante ao longo do ensaio.
Conforme Pinto e Preussler (2002), o comportamento à tensão ou deformação controlada dependerá tanto da espessura e do módulo de rigidez do revestimento, como do módulo da estrutura subjacente.
Segundo Medina (1997), o ensaio laboratorial de vida de fadiga tradicionalmente realizado no país para definição do número de repetições de carga é feito por compressão diametral à tensão controlada (TC), sendo a carga aplicada numa freqüência de 1Hz através de equipamento pneumático. No decorrer do ensaio, a deformação de tração aumenta até o rompimento completo do corpo-de-prova. Este tipo de ensaio é compatível com a caracterização de materiais de revestimentos asfálticos mais espessos em decorrência de absorção das tensões pelo revestimento com relação às camadas subjacentes.
controlada como sendo o número de repetições da carga capaz de reduzir o desempenho ou rigidez inicial da amostra a um nível pré-estabelecido. Estes autores consideram que uma redução de módulo de rigidez ou de resiliência, da ordem de 50%, define o fim do ensaio, ou seja, da vida de fadiga.
Os critérios de fadiga preconizados nos ensaios a tensão ou deformação controlada apresentados na Tabela 7.
Tabela 7 – Critérios de fadiga (PINTO e PREUSSLER, 2002).
Segundo Preussler (1983) os fatores que afetam a vida de fadiga das misturas asfálticas sejam a tensão controlada ou a deformação controlada, estão mostrados na Tabela 8.
Tabela 8 – Fatores que afetam a vida de fadiga das misturas asfálticas (CAVALCANTE, 2005).
A vida de fadiga é expressa tradicionalmente em função do número de solicitações necessárias para a conclusão do ensaio, tendo sido relacionada a um dos seguintes parâmetros seguintes (BENEVIDES, 2000):
(2.3) (2.4) (2.5) (2.6) Sendo:
N – número de repetições de carga necessárias à ruptura do corpo-de-prova, vida de fadiga;
σt – tensão de tração aplicada;
εt – deformação de tração aplicada;
∆σ – diferença entre as tensões horizontal e vertical;
Ki, ni – parâmetros experimentais determinados a partir dos resultados do
ensaio.
σt - resistência à tração aos 28 dias de idade.
