UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
HENRIQUE FURTADO ALVES
AVALIAÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL DAS RODOVIAS MT-449
E MT-242
Sinop
2015/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
HENRIQUE FURTADO ALVES
AVALIAÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL DAS RODOVIAS MT-449
E MT-242
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof.ª Orientadora: Ana Elza Dalla Roza.
Sinop
2015/2
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Condição da malha rodoviária brasileira ... 7
Figura 2 – Patologias nas rodovias ... 8
Figura 3 – Esquema da seção transversal do pavimento ... 13
Figura 4 – Classificação e definição das patologias dos pavimentos ... 15
Figura 5 – Representações das curvas de desempenho de um pavimento ... 16
Figura 6 – Identificação do trecho de estudo na MT-449 ... 19
Figura 7 – Identificação do trecho de estudo na MT-242 ... 20
Figura 8 – Classificação de Veículos ... 21
Figura 9 – Fatores de equivalência de operação ... 23
Figura 10 – Resumo dos defeitos – Codificação e Classificação ... 25
Figura 11 – Resumo dos Outros defeitos – Codificação e Classificação ... 26
Figura 12 – Valor dos fatores de ponderação ... 27
Figura 13 – Representação das áreas de avalição ... 28
Figura 14 – Conceitos de degradação do pavimento em função do IGG ... 29
Figura 15 – Treliça Metálica ... 29
Figura 16 – Esquema de instalação da Viga Benkelman ... 30
LISTA DE ABREVIATURAS
AASHTO – American Association of State Highway Officials ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM – American Society for Testing and Materials CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento CERL – Construction Engineering Research Laboratory CNT – Confederação Nacional do Transporte
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes FAMATO – Federação da Agricultura e Pecuária de Mato Grosso IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
ICDF – Índice da Condição do Pavimento Flexível IES – Índice do Estado da Superfície
IGG – Índice de Gravidade Global
IGGE – Índice de Gravidade Global Expedito IGI – Índice de Gravidade Individual
IMEA – Instituto Mato-Grossense de Economia Agrícola LVC – Levantamento Visual Contínuo
PIB – Produto Interno Bruto PCI – Pavement Condition Index PRO – Procedimento
TER – Terminologia
VMD – Volume Médio Diário VSA – Valor de Serventia Atual
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Avaliação Funcional e Estrutural das Rodovias Mt-449 E Mt-242. 2. Tema: 30103053 – Pavimentos.
3. Delimitação do Tema: Avalição funcional e estrutural. 4. Proponente: Henrique Furtado Alves.
5. Orientador: Ana Elza Dalla Roza.
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso –
UNEMAT.
7. Público Alvo: Acadêmicos, docentes, pesquisadores, empresas de
pavimentação e prefeituras.
8. Localização: Avenida dos Ingás, n° 3001, Centro – Sinop – MT, CEP
78.550-000.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ... III
LISTA DE ABREVIATURAS ... IV DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... V 1 INTRODUÇÃO ... 7 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 10 3 JUSTIFICATIVA ... 11 4 OBJETIVOS ... 12 4.1 OBJETIVO GERAL ... 12 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 12 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 13 5.1 PAVIMENTOS ... 13
5.2 PATOLOGIA DOS PAVIMENTOS ... 14
5.3 AVALIAÇÃO DOS PAVIMENTOS ... 15
5.3.1 Avaliação Funcional dos Pavimentos ... 16
5.3.2 Avaliação Estrutural dos Pavimentos ... 17
6 METODOLOGIA ... 19
6.1 TRECHOS DE ESTUDO ... 19
6.1.1 Subtrechos ... 20
6.2 MÉTODOS ... 20
6.2.1 Levantamento do Histórico ... 21
6.2.2 Levantamento das condições de tráfego e do Volume Médio Diário (VMD) ...21
6.2.3 Determinação do número N ... 22
6.2.4 Levantamento das condições do pavimento utilizando o IGG ... 24
6.3 DETERMINAÇÃO DA CONDIÇÃO ESTRUTURAL ... 29
6.3.1 Afundamento de Trilha de Roda ... 29
6.3.2 Deformação Plástica Usando a Viga Benkelman ... 30
6.4 PLANO DE MANUTENÇÃO ... 31
7 RECURSOS MATERIAIS ... 33
8 CRONOGRAMA ... 34
1
INTRODUÇÃO
Segundo estudo feito pela Confederação Nacional dos Transportes (CNT) em 2014, a malha rodoviária brasileira é de aproximadamente 1.691.000 (um milhão seiscentos e noventa e um mil) quilômetros, destes, apenas 12% são providos de pavimentação, o que corresponde a aproximadamente 202.920 (duzentos e dois mil novecentos e vinte) quilômetros. Os percentuais de rodovias problemáticas, rodovias que possuem curvas perigosas sem dispositivos de segurança e sem acostamento são ilustrados na Figura 1.
Figura 1 – Condição da malha rodoviária brasileira Fonte: CNT (2014).
Nesta mesma pesquisa foram apresentadas as principais patologias encontradas nos pavimentos, conforme a Figura 2.
62,10% 49,70% 60,10% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00%
Problematicas Curvas Perigosas e/ou sem dispositivos de
segurança
Figura 2 – Patologias nas rodovias Fonte: CNT (2014).
Esta situação das rodovias brasileiras é um espelho das condições de rolamento das rodovias estaduais, segundo o Departamento de Infraestrutura e Transporte (DNIT), em 2013 o Estado de Mato Grosso possuía aproximadamente 40.778 quilômetros de rodovias, delas apenas 7.345 quilômetros eram pavimentadas.
De acordo com a CNT (2014), 85,3% da rodovias mato-grossenses eram consideradas regular ou péssimas. O motivo dessa degradação é devido ao grande volume de veículos pesados trafegantes, responsáveis pelo escoamento da produção mato-grossense.
A produção agrícola, segundo o IMEA (2014), é o principal setor da economia estadual, sendo o responsável por aproximadamente 30% do PIB (Produto Interno Bruto), 35% da mão de obra empregada e por 40% das exportações nacionais.
Além da produção agrícola, a produção de base florestal também é destaque no cenário estadual, correspondendo a uma produção média de três milhões de metros cúbicos de madeira em tora ao ano, sendo o segundo maior estado fornecedor de madeira nativa. Da produção total, 25% é mantida no estado, 65% é comercializada nacionalmente e 10% são exportados.
44,7 19,1 3,3 0,5 Com desgaste do pavimento Trincas e Remendos Trilhas de roda, ondulações e buracos Pista destruida
Como o Estado do Mato Grosso tem a sua economia em torno de produção agrícola e florestal, é notória a demanda por infraestrutura eficiente e barata para escoar estes produtos.
Com isso, as rodovias mato-grosensses merecem um olhar especial com relação a manutenção e reparos constantes, afim de evitar patologias advindas do fluxo contínuo de veículos pesados, muitas vezes com sobrecarga, que por sua vez afetam a segurança e o conforto para os usuários. Frente a isso, como as patologias aumentam de maneira mais acelerada do que a execução de medidas mitigadoras, intencionou-se o desenvolvimento deste estudo. Para isso, será elaborada a avaliação funcional e estrutural das rodovias estaduais MT-449 e MT-242, levando em consideração o revestimento utilizado, o histórico de manutenção, tráfego existente e as condições atuais de trafegabilidade do pavimento, para definir um plano de intervenção no mesmo.
2
PROBLEMATIZAÇÃO
O aumento da produção mato-grossense e o grande fluxo sazonal de veículos pesados, às vezes com sobrecarga, faz com que o pavimento se degrade mais rápido. A situação precária das rodovias mato-grossenses, ocasionou uma perda na produção agrícola de R$ 500 milhões, conforme a Federação da Agricultura e Pecuária de Mato Grosso (FAMATO - 2014). É válido ressaltar também a redução do conforto de rodagem, aumentando o tempo de viagens, e o aumento na taxa de veículos quebrados e ocorrência de acidentes.
Portanto com os dados advindos das avaliações funcionais e estrutural, será possível determinar um plano de manutenção, o qual aumentará o tempo de vida útil do pavimento, consequentemente amenizando muitos dos problemas citados anteriormente.
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JUSTIFICATIVA
O estado de Mato Grosso, segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE - 2013), possui 3.182.114 habitantes, o que corresponde a 1,58% da população brasileira, e taxa de crescimento demográfico de 1,9% ao ano. Ultimamente, o estado tem recebido fluxos migratórios consideráveis, por consequência da expansão da produção agrícola. Já a taxa de crescimento da economia do estado foi de 9,9%, o que está bem acima do crescimento da economia brasileira, correspondente a 2,7% em 2011. Este crescimento é proveniente principalmente da produção de grãos, já que o Estado é o maior produtor do país. Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB), em 2014 a produção de grãos no estado representou 24,8% do cultivo agrícola nacional, o que equivale a aproximadamente 195,5 milhões de toneladas, e é responsável por aproximadamente 30% do PIB.
Mesmo com investimentos realizados em infraestrutura, os mesmos não acompanharam o crescimento da produção, gerando assim problemas logísticos para o escoamento. Portanto, a construção e manutenção das rodovias é de extrema importância, já que a principal forma de transporte da produção, dos bens e de pessoas, são as rodovias. Como 85,3% das rodovias do Estado são consideradas regular ou péssimas, acarreta-se na ineficiência do escoamento e encarecimento dos produtos mato-grossenses. De acordo com a Federação da Agricultura e Pecuária de Mato Grosso (FAMATO), estimou-se o prejuízo de aproximadamente R$ 500 milhões com problemas no escoamento da produção em 2014 devido às más condições das rodovias utilizadas.
Assim, o correto planejamento, execução e manutenção das rodovias proporciona maior conforto, trafegabilidade e segurança, facilitando o escoamento da produção e reduzindo os gastos com combustível e manutenção dos veículos.
4
OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Realizar a avaliação funcional e estrutural de duas rodovias do Estado do Mato Grosso correlacionando as análises com tráfego.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Determinar o volume médio diário (VMD);
• Determinar o número operações de eixo padrão N; • Determinar do Índice de Gravidade Global (IGG);
• Determinar a deflexão do pavimento através da viga Benkelman; • Relacionar o tráfego com o IGG e deflexão.
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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 PAVIMENTOS
Segundo SENÇO (1997), pavimento é uma estrutura construída após terraplanagem e destinada, econômica e simultaneamente, em seu conjunto, a:
i. Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego;
ii. Melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança; iii. Resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a
superfície de rolamento.
Os pavimentos são classificados da seguinte forma:
i. Pavimentos Flexíveis: são constituídos por revestimento betuminoso, apoiada sobre camada de base, sub-base, reforço do subleito e subleito, compostos por materiais granulares;
ii. Pavimento Rígidos: são compostos por placas de cimento Portland sobre solo de fundação, onde as placas trabalham como revestimento e base. As camadas componentes de uma seção transversal típica de um pavimento são compostas por: subleito, regularização do subleito, reforço do subleito, sub-base, base e revestimento, como pode ser visto na Figura 3.
Figura 3 – Esquema da seção transversal do pavimento Fonte: Manual de Pavimentação – DNIT (2006).
Segundo BERNUCCI et al. (2010), os revestimentos flexíveis no Brasil são compostos por agregados minerais, de tamanho e origem variados, com ligantes asfálticos, quando feita adequadamente esta composição proporciona impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência a derrapagem, a fadiga e ao trincamento térmico. Porém com o passar dos anos, a ação das intempéries (chuva e sol) e do tráfego provocam desgaste do revestimento, facilitando o aparecimento de patologias.
5.2 PATOLOGIA DOS PAVIMENTOS
Para a engenharia, patologias são defeitos, danos, anormalidades, que se propagam e interferem em suas funções. As patologias em pavimentos consistem no estudo dos defeitos estruturais ou funcionais que surgiram durante a utilização do mesmo. Os defeitos nos pavimentos flexíveis, terminologia, descrição e classificação dos defeitos nos pavimentos, são descritas na norma DNIT 005/2003-TER, e os níveis de severidade são determinados seguindo “Distress Identification Manual for
the Long-Term Pavement Performance Program - June 2003”.
As patologias nos pavimentos recebem de acordo com DNIT (2003) uma classificação, separadas inicialmente por fendas, afundamento, ondulação, escorregamento, exsudação, desgaste e remendo. A Figura 4 ilustra esta classificação.
Fendas
Fissura
Fenda de largura capilar existente no revestimento, posicionada transversal, longitudinal ou obliquamente ao eixo da via, somente
perceptível à vista desamada a uma distancia de 1,50m
Trincas
Isoladas
Transversal predominantemente ortogonal ao Trinca com direção eixo da via
Longitudinal
Trinca com direção predominantemente paralela ao
eixo da via
Retração Fenômenos de retração térmica ou
reflexão de trincas subjacentes
Interligadas
"Couro de Jacaré"
Interligadas sem direções preferenciais
"Blocos" definidos com largura de 0,3 a 3m Interligadas formando blocos bem
Afundamento
Deformação permanente caracterizada por deformações da superfície do pavimento, acompanhada, ou não, de solevamento, podendo ser oriunda
afundamento plástico ou de consolidação
Ondulação Deformação caracterizada por ondulações ou corrugações transversais na
superfície do pavimento
Escorregamento Deslocamento do revestimento em relação à camada subjacente do pavimento, com aparecimento de fendas em forma de meia-lua Exsudação Excesso de ligante betuminoso na superfície do pavimento
Desgaste Efeito do arrancamento progressivo do agregado do pavimento
Panela falta de aderência entre as camadas superpostas, causando desplacamento Cavidade que se forma no revestimento por diversas causas ( inclusive por das camadas)
Remendo Panela preenchida com uma ou mais camadas de pavimento na operação denominada de "tapa-buraco"
Figura 4 – Classificação e definição das patologias dos pavimentos Fonte: DNIT (2003)
A identificação destas patologias se dá através de observação do trecho em estudo, através deste levantamento e de ensaios específicos é possível avaliar a real condição dos pavimentos.
5.3 AVALIAÇÃO DOS PAVIMENTOS
Conforme HASS e HUDSON (1978), a avaliação dos pavimentos consiste em uma etapa de extrema importância para os sistemas de gerência de pavimentos. Tendo em vista a estrutura do pavimento, considera-se que a mesma vai à ruptura devido a deterioração funcional e estrutural de forma acumulativa desde o início de sua abertura ao tráfego. Para possibilitar a avaliação dos pavimentos, os seguintes conceitos devem ser considerados: serventia, desempenho, gerência, restauração,
manutenção preventiva, reforço e reconstituição. Na Figura 5 é possível verificar a curva de desempenho do pavimento ao longo dos ciclos de restauração.
Figura 5 – Representações das curvas de desempenho de um pavimento Fonte: Pavimentação asfáltica – BERNUCCI et al. (2010).
5.3.1 Avaliação Funcional dos Pavimentos
A avaliação funcional analisa o conforto e a qualidade de rolamento da pista, focando diretamente no ponto de vista do usuário. Para isso vários procedimentos existem e a seguir há a descrição de alguns deles.
• DNIT-PRO 009/2003 – Avaliação Subjetiva da Superfície de pavimentos Flexíveis e Semi-Rígidos – para indicar o grau de conforto para o rolamento uma avaliação é feita por um grupo de cinco pessoas, devidamente conhecedoras da norma, as quais percorrem o trecho e atribuíram notas de 0, a 5,0, sendo 0,0 péssimo e 5,0 ótimo.
• DNIT-PRO 006/2003 – Avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos – Possibilita inventariar e classificar as ocorrências aparentes e as deformações permanentes nas trilhas de roda dos pavimentos. Para isso, deve ser realizada a contagem e classificação das patologias e medir as deformações das trilhas de roda, utilizando a treliça de alumínio padronizada, a qual permite determinar o Índice de Gravidade Global (IGG).
• DNIT-PRO 007/2003 – Levantamento para avaliação da condição de superfície de subtrecho homogêneo de rodovias de pavimentos flexíveis e semi-rígidos para gerência de pavimentos e estudos e projetos - tem como finalidade
servir como base para gerência de pavimentos, estudos e projetos, visando determinar o grau de degradação dos pavimentos.
• DNIT-PRO 008/2003 – Levantamento visual contínuo para avaliação da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos – tem sua avaliação baseada no Índice de Condição dos Pavimentos Flexíveis (ICPF), o Índice de Gravidade Global Expedito (IGGE) e o Índice do Estado de Superfície do pavimento (IES). O IES considera as condições do pavimento como ótimo, bom, regular, ruim e péssimo.
• ASTM D 6433/2011 – Standart Practice for Road and Parking Lots
Pavement Condition Surveys – determina o Índice de Condição do Pavimento
"Pavement Condition Index (PCI)" para estradas e estacionamentos. O PCI foi desenvolvido pelo corpo de engenheiros de Exército dos Estados Unidos (CERL –
Construction Engineering Research Laboratory/U.S. Army). 5.3.2 Avaliação Estrutural dos Pavimentos
A avalição estrutural refere-se a verificação da capacidade de carga do pavimento e sua estrutura, o qual pode estar diretamente ligada ao projeto e dimensionamento do pavimento. Os defeitos estruturais comumente vindos do repetitivo fluxo de cargas geram deformações elásticas (recuperáveis) e plásticas (permanentes). As deformações elásticas são basicamente responsáveis pelas formações das trincas, enquanto as deformações plásticas, pelos efeitos do tipo de afundamento de trilhas de roda.
Para realizar este tipo de avaliação pode-se utilizar os seguintes métodos: destrutivo, que consiste na abertura de poços de sondagem para realizar a investigação estrutural de cada camada; semidestrutivo, que consiste na abertura de pequenos pontos, os quais são colocados pequenos equipamentos portáteis para avaliar a capacidade de carga do pavimento; ou não-destrutivo, o qual pode ser feito periodicamente para acompanhar a variação da capacidade de carga com o tempo de uso.
Para determinar a avaliação funcional por métodos não-destrutivos são utilizados a Viga Benkelman e o Falling Weight Deflectometer (FWD), seguindo os procedimentos das normas apresentadas a seguir.
• DNER-ME 024/1994 – Determinação das deflexões no pavimento pela viga Benkelman – Consiste em um procedimento simples o qual utiliza a viga e um caminhão com eixo traseiro simples de roda dupla pesando 8,2 toneladas. A Viga posicionada de acordo com a norma, permitira efetuar a leitura dos extensômetros, os quais medem o deslocamento do pavimento devido a carga do caminhão.
• DNER-PRO 273/1996 – Determinação de deflexões utilizando deflectômetro de impacto tipo “Falling Weight Deflectometer (FWD)” – Tratasse de um equipamento para medir deslocamentos elásticos causados pelo impacto da queda de um peso a uma certa altura. A leitura dos deslocamento é feita por sensores acoplados a um suporte.
6
METODOLOGIA
6.1 TRECHOS DE ESTUDO
As rodovias selecionadas para a elaboração deste projeto são as rodovias estaduais MT-449 e MT-242.
A rodovia estadual MT-449 (Rodovia da Mudança), possui 148,7 km de extensão com revestimento em Tratamento Superficial Duplo (TSD), executado em etapas, durante o período de 2004 a 2007. A concessão da rodovia teve início em 2010 para a Associação de Beneficiários da Rodovia da Mudança em parceria com o Governo do Estado de Mato Grosso. A rodovia liga os municípios de Lucas do Rio Verde e Tapurah e é considerada a principal rota até a BR-163 que é uma das principais rotas de escoamento da produção do estado. A Figura 6 mostra a localização do trecho a ser estudado na MT – 449.
Figura 6 – Identificação do trecho de estudo na MT-449 Fonte: Adaptado do Google Earth, 2015.
O outro objeto de estudo será a rodovia estadual MT-242 que possui 63 km de extensão com revestimento em Tratamento Superficial Duplo (TSD), executado em etapa única pela associação mantenedora da rodovia em 2006, no mesmo ano deu-se início a concessão para a APASI Concessionária que a administra até os dias atuais. A rodovia liga os municípios de Sorriso e Ipiranga do Norte, além de ser
Tapurah
Praça de pedágio MT-449
Lucas do Rio Verde
uma rota importante de escoamento da produção. A Figura 7 mostra a localização do trecho a ser estudado na MT – 242.
Figura 7 – Identificação do trecho de estudo na MT-242 Fonte: Adaptado do Google Earth, 2015.
6.1.1 Subtrechos
Para realizar os levantamentos serão determinados subtrechos após expedição a campo, sendo analisados os trechos mais críticos das rodovias. Segundo o procedimento DNIT 007 – 2003, os subtrechos deverão ser homogêneos e possuir 100 metros de comprimento.
6.2 MÉTODOS
Para alcançar os objetivos deste trabalho, serão utilizados os métodos de ensaios normatizados pelo DNIT e pela ASSHTO, realizando o levantamento técnico, o qual permitirá a análise das condições funcionais e estruturais do pavimento existente. Para isso será realizado:
• Levantamento do histórico de manutenções;
• Determinação do Volume Médio Diário (VMD) e do Número de operações de eixo padrão (Número N);
• Determinação do Índice de Gravidade Global (IGG); • Ensaio de deflexão através da viga Benkelman.
Ipiranga do Norte
Praça de pedágio MT-242
BR-163
6.2.1 Levantamento do Histórico
As associações Beneficiários da Rodovia da Mudança e APASI Concessionária, disponibilizaram os dados de tráfego, tipo de pavimento, plano de manutenção atual, os quais serão analisados, de modo a permitir a verificação das condições atuais das rodovias estudadas.
6.2.2 Levantamento das condições de tráfego e do Volume Médio Diário (VMD)
Para poder avaliar o volume de tráfego serão utilizados os dados referentes às contagens volumétricas, classificatórias e direcionais de tráfego obtidas pelos pontos de pedágio das associações mantenedoras das rodovias. Como o tráfego nas rodovias Mato-grossenses sofre variações sazonais devido a períodos de safra e entre-safra, será levado em conta o levantamento anual de veículos.
Através do volume anual das rodovias é possível classificar os veículos de acordo com DNIT(2006), classificação a ser adotada está apresentada na Figura 8.
Figura 8 – Classificação de Veículos
Fonte: Manual de Manutenção de Pavimentos Asfálticos – DNIT (2006).
Símbolo Configuração Descrição
Automóvel Utilitário 2C Ônibus 2C Caminhão 3C Caminhão 4C Caminhão 2S1 Semi-Reboque 2S2 Semi - Reboque 2S3 Semi - Reboque 3S2 Semi - Reboque 3S3 Semi - Reboque 2C2 Reboque 2C3 Reboque
Com a contagem de veículos feita pelas associações nos pontos de pedágio das respectivas rodovias, durante o ano de 2014, é possível verificar que 75% do volume de veículos que trafegam na MT-449 são veículos de carga (ADMINISTRADORA DE PEDÁGIO RODOVIA DA MUDANÇA – 2014) , com mais de 4 eixos. E na MT-242 menos de 25% dos veículos que trafegam nela são veículos comerciais (APASI Concessionária – 2014).
Através destes mesmos dados é possível obter o VMD baseado no ano de 2014 para a MT-449 é 1992 veículos por dia e para a MT-242 é 680 veículos por dia. Este mesmo fator será determinado para o ano de 2015, através do volume total de veículos que passaram pela rodovia neste ano dividido por 365, obtendo assim o VMD do ano de 2015 para as duas rodovias.
6.2.3 Determinação do número N
O número de operações de eixo padrão, ou simplesmente número N, leva em consideração diversos aspectos da rodovia, como o tráfego atual e projeção para o futuro, clima, fatores de eixo e de carga assim como o período de projeto.
Para atender as normas de dimensionamento de projeto do DNIT (2006), é necessário calcular a projeção do tráfego, utilizando a Equação 1.
V!= V! 1+∝ ! (1)
Sendo:
V!= Volume projetado; V!= Volume existente; ∝= Taxa de crescimento;
t= Período de projeção em anos.
Como neste trabalho não será realizado o dimensionamento da rodovia, e sim verificar se a mesma suporta o trafego existente, o período de projeção (t), será igual a zero.
Para determinar o fator de carga é considerado o limite máximo de peso admissível por lei e a quantidade de veículos-tipo necessários para equivaler a esta carga. Os fatores de equivalência serão obtidos através dos ábacos da Figura 9.
Figura 9 – Fatores de equivalência de operação Fonte: Manual de Pavimentação – DNIT (2006).
O fator de eixo é obtido através da média ponderada dos eixos dos veículos, demonstrada na Equação 02. F! = !! !"" . 2 + !! !"" . 3 + ⋯ + !! !"" . n (2) Sendo: F!= Fator de Eixo;
P!= Porcentagem de veículos com 2 eixos; P!= Porcentagem de veículos com 3 eixos; P!= Porcentagem de veículos com n eixos.
Determinado os parâmetros de tráfego, o número equivalente de operações do eixo padrão (número N) é corrigido pelo fator de eixo e pelo fator de carga, ao longo do período do projeto. O número N então é obtido pela Equação 3.
N = 365. VMD. P. F!. F!. F! (3) Sendo:
N= Número equivalente de operações do eixo padrão;
VMD= Volume Médio Diário anual no sentido mais solicitado; P= Período de projeto;
F!= Fator de Carga; F!= Fator de Eixo;
F!= Fator Regional (admitido como 1 para o estado de Mato Grosso); F!= Fator veículo – F! = F!. F!.
Como dito anteriormente, estamos verificando se a rodovia suporta o trafego existente, então o período de projeto (P) igual a um.
6.2.4 Levantamento das condições do pavimento utilizando o IGG
Para obter o levantamento das condições do pavimento será utilizado o procedimento DNIT-PRO 006/2003, e a terminologia definida pela norma DNIT 005/2003 – TER.
Este procedimento possibilita inventariar e classificar as ocorrências aparentes e as deformações permanentes nas trilhas de roda dos pavimentos. Para isso, deve-se: ser elaborada a contagem e classificação das patologias, porém não considera-se a extensão das mesmas; e medir as deformações das trilhas de roda utilizando a treliça de alumínio padronizada descrita na norma.
Os defeitos levados em consideração e suas respectivas classificações estão nas Figuras 10, 11 e o fator de ponderação, na Figura 12.
Os fatores de ponderação dos afundamentos das trilhas de roda são definidos pelos critérios a seguir:
i. Quando a média aritmética das médias das flechas for menor ou igual a 30 mm, o fator de ponderação será 4/3 e o Índice de Gravidade Individual (IGI) será igual a 40;
ii. Quando a média das variâncias das flechas for menor ou igual a 50mm, o fator de ponderação será 1, e quando for maior que 50mm, o Índice de Gravidade Individual (IGI) será 50.
FENDAS CODIFICAÇÃO CLASSE DAS FENDAS Fissuras FI - - - Trincas no revestimento geradas por deformação permanente excessiva e/ou decorrentes do fenômeno de fadiga Trincas Isoladas Transversais Curtas TTC FC-1 FC-2 FC-3 Longas TTL FC-1 FC-2 FC-3 Longitudinais Curtas TLC FC-1 FC-2 FC-3 Longas TLL FC-1 FC-2 FC-3 Trincas Interligadas “Jacaré” Sem erosão acentuada nas bordas das trincas J - FC-2 - Com erosão acentuada nas bordas das trincas JE - - FC-3 Trincas no revestimento não atribuídas ao fenômeno de fadiga Trincas Isoladas
Devido à retração térmica ou dissecação da base (solo-cimento) ou do revestimento TRR FC-1 FC-2 FC-3 Trincas Interligadas “Bloco” Sem erosão acentuada nas bordas das trincas TB - FC-2 - Com erosão acentuada nas bordas das trincas TBE - FC-3
Figura 10 – Resumo dos defeitos – Codificação e Classificação Fonte: DNIT - PRO 006/2003.
Figura 11 – Resumo dos Outros defeitos – Codificação e Classificação Fonte: DNIT - PRO 006/2003.
OUTROS DEFEITOS CODIFICAÇÃO
Afundamento Plástico Local Devido à fluência plástica de uma ou mais camadas do pavimento ou do subleito ALP da Trilha Devido à fluência plástica de uma ou mais camadas do pavimento ou do subleito ATP De Consolidação Local Devido à consolidação diferencial ocorrente em camadas do pavimento ou do subleito ALC da Trilha Devido à consolidação diferencial ocorrente em camadas do pavimento ou do subleito ATC
Ondulação/Corrugação - Ondulações transversais causadas por
instabilidade da mistura betuminosa constituinte do revestimento ou da base
O
Escorregamento (do revestimento betuminoso) E
Exsudação do ligante betuminoso no revestimento EX
Desgaste acentuado na superfície do revestimento D
“Panelas” ou buracos decorrentes da desagregação do
revestimento e às vezes de camadas inferiores P
Remendos
Remendo Superficial RS
Figura 12 – Valor dos fatores de ponderação Fonte: DNIT - PRO 006/2003.
O levantamento de cada seção é feito de forma manual, e a medida dos afundamentos das trilhas de roda deve ser obtida com a treliça de alumínio. Para critérios de determinação das áreas de avaliação serão consideradas estações de ensaio afastadas em 20 metros alternando as faixas de tráfego. Já a superfície de avaliação é a área determinada por 3 metros avante e 3 metros à ré das estações, conforme a Figura 13.
Ocorrência Tipo
Codificação de ocorrências de acordo com a Norma DNIT 005/2002-TER
Fator de Ponderação
fp
1 Fissuras e Trincas Isoladas (FI, TTC,
TTL, TLC, TLL e TRR) 0,2
2 FC-2 (J e TB) 0,5
3
FC-3 (JE e TBE)
0,8 NOTA: Para efeito de ponderação
quando em uma mesma estação forem constatadas ocorrências tipos 1, 2 e 3, só considerar as do tipo 3 para o cálculo
da frequência relativa em percentagem (fr) e Índice de Gravidade Individual (IGI); do mesmo modo, quando forem verificadas ocorrências tipos 1 e 2 em uma mesma estação, só considerar as
do tipo 2.
4 ALP, ATP e ALC, ATC 0,9
5 O, P, E 1
6 EX 0,5
7 D 0,3
Figura 13 – Representação das áreas de avalição Fonte: Acervo Particular, 2015.
Os procedimentos de cálculo do Índice de Gravidade Individual (IGI), descritos na norma DNIT 006, sendo obtido pela multiplicação da frequência relativa (f!) determinada pela Equação 4, pelo seu fator de ponderação (f!), como mostra a Equação 5. Para determinar o Índice de Gravidade Global (IGG), é realizado a somatória dos IGIs, conforme Equação 6.
f! = !!!"##
! (4)
Sendo:
f!= frequência relativa; f!= frequência absoluta;
n= número de estações inventariadas.
IGI = f!. f! (5)
Sendo:
IGI= Índice de Gravidade Individual; f!= frequência relativa;
f!= fator de ponderação (Figura 11).
IGG = IGI (6)
Sendo:
IGG= Índice de Gravidade Global;
IGI= Somatória dos Índices de Gravidade Individual;
A condição de pavimento em função do IGG pode ser observada na Figura 14.
Conceitos Limites Ótimo 0 < IGG ≤ 20 Bom 20 < IGG ≤ 40 Regular 40 < IGG ≤ 80 Ruim 80 < IGG ≤ 160 Péssimo IGG > 160
Figura 14 – Conceitos de degradação do pavimento em função do IGG Fonte: DNIT - PRO 006/2003.
6.3 DETERMINAÇÃO DA CONDIÇÃO ESTRUTURAL
6.3.1 Afundamento de Trilha de Roda
A obtenção de dados referente ao afundamento da trilha de roda será feito utilizando a treliça metálica ilustrada na Figura 15, conforme a norma DNIT – PRO 006/2003. A treliça é colocada perpendicularmente ao pavimento, de forma que a régua fique inserida na trilha de roda. Assim, é possível medir as flechas de deformação existente nas trilhas.
Figura 15 – Treliça Metálica Fonte: DNIT - PRO 006/2003.
6.3.2 Deformação Plástica Usando a Viga Benkelman
Como descrito por BERNUCCI et al. (2010), para o ensaio de avaliação estrutural através da viga Benkelman é necessário um caminhão com eixo traseiro simples de roda dupla, carregado com 8,2 toneladas, que aplicará a carga de modo a realizar a medição da deformação elástica, conforme a Figura 16.
Figura 16 – Esquema de instalação da Viga Benkelman Fonte: BERNUCCI et al., 2010.
A calibração da viga será realizada de acordo com a norma DNER-PRO 175/1994, e o ensaio seguindo o método de ensaio DNER-ME 24/1994, que consiste em:
• Colocar a ponta de prova da viga entre os pneus da roda traseira do caminhão, exatamente sob o seu eixo;
• Fazer a leitura inicial do extensômetro;
• Após realizar a leitura, o caminhão deverá afastar-se dez metros da ponta de prova ou até o extensômetro não acusar mais variação na leitura;
• Faz-se a leitura final do extensômetro.
Os valores obtidos nas leituras inicial e final se referem respectivamente ao carregamento e ao descarregamento do pavimento. Como o deslocamento do pavimento está relacionado à deformação elástica do mesmo, esta será calculada utilizando a Equação 9.
d! = L!− L! . K (9) Sendo:
d!= Deformação do pavimento; L!= Leitura inicial do extensômentro; L!= Leitura final do extensômentro; k= Constante da Viga Benkelman.
Para calcular o raio de curvatura, normalmente é necessário a leitura de mais um ponto de deflexão, normalmente situado a 25 cm da leitura inicial. Esses dados gerarão um arco de parábola de raio “R” determinado pela Equação 10.
R =!(!!"#$
!!!!") (10)
Sendo:
R= Raio de curvatura em metros;
d!= Deformação do pavimento em centésimos de milímetros;
d!"= Deformação do pavimento em centésimos de milímetros a 25 cm da leitura inicial.
6.4 PLANO DE MANUTENÇÃO
Os planos de manutenção serão determinados considerando o levantamento da condição do pavimento, de acordo com o procedimento DNIT – PRO 006/2003, e as deflexões levantadas pela Viga Benkelman. A Figura 17 mostra as possíveis decisões de acordo com as condições do pavimento existente.
IGG F e AP% 𝐝𝟎 𝐞 𝐝𝐚𝐝𝐦
DECISÃO QUANTO AO APROVEITAMENTO DA ESTRUTURA EXISTENTE E QUANTO ÀS MEDIDAS CORRETIVAS A SEREM LEVADAS EM CONTA NO PROJETO
𝐝𝟎 ≤ 𝐝𝐚𝐝𝐦
1. Aproveitamento total do valor residual do pavimento existente.
2. Programação de reparos locais, se necessário.
3. Programação de tratamento de rejuvenescimento, se necessário.
𝟑𝐝𝐚𝐝𝐦≥
𝒅𝟎> 𝐝𝐚𝐝𝐦
1. Aproveitamento total do valor residual do pavimento existente.
2. Programação de reparos locais, se necessário.
3.Projeto de reforço com base no critério de deformabilidade. IGG ≤ 180 F ≤ 30 mm e AP% ≤ 33% 𝐝𝟎> 𝟑𝐝𝐚𝐝𝐦
1. Aproveitamento total ou parcial do valor residual do pavimento existente.
2. Programação de reparos locais, se necessário.
3. Projeto de reforço com base no critério de deformabilidade e projeto de reforço com base no critério de resistência, no caso de aproveitamento total do valor residual do pavimento existente.
Projeto de nova estrutura com base no critério de resistência, no caso de aproveitamento total do valor residual do pavimento existente.
F ≤ 30 mm e AP% ≤ 33%
___
1. Aproveitamento total ou parcial do valor residual do pavimento existente.
2. Programação de reparos locais.
3. Projeto de reforço com base no critério de resistência, no caso de aproveitamento total do valor residual do pavimento existente.
Projeto de nova estrutura com base no critério de resistência, no caso de aproveitamento parcial do valor residual do pavimento existente.
IGG > 180 ___ ___ Remoção parcial ou total do pavimento existente e sua substituição parcial ou total por nova estrutura projetada com base no critério de resistência.
Figura 17 – Critério para o estabelecimento das diretrizes de projeto Fonte: Manual de restauração de pavimentos asfálticos - DNIT - 2006. Sendo:
IGG = Índice de Gravidade Global;
F= Valor médio das flechas nas trilhas de roda;
AP% = porcentagem de afundamento plástico de reconhecida gravidade; d!= Deflexão de projeto, referida à carga de 4,1 tf;
d!"#= Deflexão admissível pelo pavimento existente, referida à carga de 4,1 tf, em se considerando o tráfego que ele suportaria durante o período compreendido entre a data de sua colocação em serviço e a data correspondente ao final do período de projeto estabelecido para efeito de análise.
7 RECURSOS MATERIAIS
Para a realização do presente estudo serão utilizados os equipamentos pertencentes ao curso de Engenharia Civil da Universidade do Estado de Mato Grosso campus universitário de Sinop, para verificar o afundamento das trilhas de roda e a deformação do pavimento.
O caminhão, com eixo traseiro simples de roda dupla, carregado com 8,2 toneladas e os dados de tráfego serão disponibilizados pelas associações mantenedoras das rodovias, visto que os dados obtidos colaborarão com o plano de manutenção das rodovias estudadas.
8 CRONOGRAMA
ATIVIDADES 2016
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV
Coleta inicial de dados
Levantamento das condições
dos pavimentos
Executar ensaios nos
pavimentos
Análise e conclusões
Apresentação e correção
Entrega da versão final da
9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
ADMINISTRADORA DE PEDÁGIO RODOVIA DA MUDANÇA. Resumo do
movimento por eixos. 2014. (Encaminhado por e-mail).
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