UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
ALEXANDRE AMARANTE DA SILVA
COMPARATIVO ENTRE O MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE
PAVIMENTOS DNER E O NOVO MÉTODO MEDINA
Sinop-MT
2019/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
ALEXANDRE AMARANTE DA SILVA
COMPARATIVO ENTRE O MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE
PAVIMENTOS DNER E O NOVO MÉTODO MEDINA
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. Orientador/Prof.ª Orientadora: Ms Ana Elza Dalla Roza.
Sinop - MT
2019/2
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Espessura mínima de revestimento betuminosos. ... 12
Tabela 2 - Coeficiente estrutural equivalente ... 14
Tabela 3 - Critério de acordo com o tipo de via ... 16
Tabela 4 - Propriedade dos solos estudados ... 26
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 ... 14
Equação 2 ... 17
Equação 3 ... 19
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Determinação de espessuras do pavimento ... 13
Figura 2 - Determinação das espessuras método pelo método do CBR ... 14
Figura 3 - Prensa para penetração ... 15
Figura 4 - Aparelhagem para Determinação do Módulo de Resiliência dos Solos – Esquema do equipamento triaxial de carga repetida, LVDTs apoiados em hastes guias. ... 18
Figura 5 - Esquema Viga Benkelman ... 21
Figura 6 - Esquema do sistema de referência na Viga e no caminhão ... 22
Figura 7 - Exemplo posicionamento viga Benkelman e caminhão ... 23
Figura 8 – Panambi ... 24
Figura 9 – Belvedere ... 25
LISTA DE ABREVIATURAS
CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente CP - Corpo de Prova
DNER – Departamento Nacional de Estradas e Rodagem
DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes ISC – Índice de Suporte Califórnia
MeDiNa – Método de Dimensionamento Nacional MR – Modulo de Resiliência
UNEMAT – Universidade do Estado de Mato Grosso
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Comparativo entre o método de dimensionamento de pavimentos DNER e o novo método MeDiNa.
2. Tema: 30100003 – Engenharia Civil
3. Delimitação do Tema: 30103053 - Pavimentos 4. Proponente(s): Alexandre Amarante da Silva 5. Orientador(a): Ana Elza Dalla Roza
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso – UNEMAT.
7. Público Alvo: Estudantes na área de engenharia civil interessado em pavimentação, bem como profissionais formados, prefeituras, pesquisadores e o público em geral.
8. Localização: UNEMAT Campus Aquarela – Av. Francisco de Aquino Correa, S/N, Aquarela das Artes, Sinop-MT, Cep: 78555-475.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... I LISTA DE EQUAÇÕES ... II LISTA DE FIGURAS ... III LISTA DE ABREVIATURAS ... IV DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... V 1 INTRODUÇÃO ... 7 2 JUSTIFICATIVA... 9 3 OBJETIVOS ... 10 3.1 OBJETIVO GERAL ... 10 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 11
4.1 HISTÓRIA DA PAVIMENTAÇÃO NO BRASIL ... 11
4.2 METODOS DE DIMENSIONAMENTO ... 11
4.2.1 Método DNER ... 11
4.2.1.1 Índice Suporte California (CBR) ... 14
4.2.2 MeDiNa ... 16
4.2.2.1 Critério de Dimensionamento de acordo com o tipo de via ... 16
4.3 MODULO DE RESILIÊNCIA ... 17
4.3.1 Ensaio módulo de resiliência ... 17
4.3.2 Deformação Permanente ... 18
4.4 ANÁLISE DE DEFLEXÃO ... 20
4.4.1 Viga Benkelman ... 20
5 METODOLOGIA ... 24
5.1 LOCAIS DOS TRECHOS ANALISADOS ... 24
5.1.1 Trecho Panambi ... 24
5.1.2 Trecho Belvedere... 25
5.1.3 Trecho Curitiba ... 25
5.2 CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS ... 26
5.3 AVALIAÇÃO EM CAMPO ... 27
5.4 COMPARAÇÃO DAS DEFLEXÕES... 27
6 RECURSOS HUMANOS E MATERIAIS ... 29
7 CRONOGRAMA ... 30
1 INTRODUÇÃO
O Brasil possui uma grande malha rodoviária, porém, segundo dados da Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2019), apenas 12,4% dessas estradas são pavimentadas, e com o aumento da frota de veículos no país, principalmente de carga, fica evidente a grande necessidade aumentar a fração de estradas pavimentadas. O fato de uma porção tão baixa de área pavimentada deve-se principalmente ao custo do pavimento por quilômetro ser elevado, o que é ligado intrinsicamente ao custo do transporte de materiais utilizados para compor a estrutura do pavimento.
O elevado custo está atrelado ao tipo de material usado normalmente, que é encontrado em jazidas localizadas a uma longa distância do trajeto em pavimentação, o que implica nesse aumento do custo de transporte. Ocorre também muitos casos em que há necessidade de reforço do pavimento prematuramente, devido à danos que podem estar relacionados com erro de execução, ou pelo fato do método de dimensionamento utilizado no projeto não condizer com a real estrutura necessária para conter os danos devido as solicitações do tráfego.
O método de dimensionamento mais difundido atualmente no Brasil (DNER), tem como parâmetro principal o Índice de Suporte Califórnia do solo, sendo esse método o responsável pelo descarte dos materiais do subleito nos projetos de pavimentação por não atingirem o CBR mínimo. Por ser um método empírico, várias situações de projetos são tratadas de forma simplificada/generalista descartando diversos parâmetros que podem comprometer o desempenho de um pavimento. Além do fato desse método não avaliar os parâmetros de fadiga do material quando submetido a tensões cíclicas. A camada de revestimento é determinada para qualquer tipo ligante, o que acaba resultando revestimentos que não resistem aos carregamentos aplicados.
O novo Método de Dimensionamento Nacional – MeDiNa busca trazer uma realidade diferente para o cenário Brasileiro, avaliando a melhor os materiais utilizados e disponibilizando uma ferramenta para dimensionamento de pavimentos. Através do Módulo de Resiliência – MR dos materiais e da sua deformação permanente é possível dimensionar um pavimento que atenda aos critérios de vida útil do projeto e a área trincada máxima nesse período, obtendo assim uma estrutura durável e que necessite menos de manutenções. Além de aumentar a gama de solos que podem
ser utilizados na estrutura do pavimento, o que abre caminhos para se utilizar material do subleito ou material próximo ao trecho a ser pavimentado.
Assim portanto, a presente pesquisa visa comparar o antigo método de dimensionamento com o novo método, através da avaliação de três trechos localizados em Sinop-MT que foram dimensionados pelo método DNER. Verificando a deformação permanente em campo e comparando-a com os resultados do software. Além de propor um dimensionamento utilizando o método MeDiNa para os mesmo parâmetros do projeto.
2 JUSTIFICATIVA
Os solos de textura fina são frequentemente descartados para uso nas camadas de base e sub-base dos pavimentos, simplesmente por não possuírem granulometria adequada ou por não possuir CBR mínimo de acordo com o critério do método DNER. Mas será realmente necessário comparar um solo brasileiro com uma brita graduada encontrada na Califórnia para saber se é possível utiliza-lo no pavimento. Um novo método está sendo implantado no Brasil, um método mecanístico-empírico que avalia realmente a resistência do solo a fadiga, o que nos leva a ter uma abrangência maior de solos que poderão ser utilizados para compor a estrutura das camadas dos pavimentos, inclusive solos do próprio subleito, diminuindo assim o custo com transporte e consequentemente o custo por km do pavimento. Não será necessário o uso apenas de solos granulares encontrados em jazidas que muitas vezes se localizam longe do local a ser pavimentado.
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Analisar por meio do software MeDiNa três trechos pavimentados dimensionados utilizando o método DNER.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Verificar a deflexão nos trechos utilizando viga BENKELMAN.
• Dimensionar o mesmo trecho com base nos materiais utilizados em sua camada através do software MeDiNa.
• Comparar a deflexão no trecho com a deflexão virtualmente calculada.
• Verificar se o pavimento está superdimensionado, subdimensionado ou dimensionado corretamente.
4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
4.1 HISTÓRIA DA PAVIMENTAÇÃO NO BRASIL
O dimensionamento de pavimento no Brasil é realizado principalmente desde o final da década de 1950 até os dias atuais pelo método do antigo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem – DNER que desde de 2002 passou a se chamar DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Esse método foi trazido ao Brasil pelo engenheiro Murilo Lopes de Souza baseado no método do Corpo de Engenheiro Militares dos Estados Unidos e seu principal parâmetro de cálculo é o Índice de Suporte Califórnia – ISC (PINTO, 2016).
O Brasil é um país com grande extensão territorial e um grande problema de infraestrutura associado à sua extensão é a dificuldade de implantação de uma malha rodoviária que atenda as demandas de segurança, suporte ao tráfego elevado de cargas e eficiência estrutural. Um agravante a este problema é a ineficiência do pavimento em cumprir com seu objetivo, pois o dimensionamento mais utilizado no Brasil atualmente é puramente empírico e não reflete a situação dos solos Brasileiros. Vendo a situação atual dos pavimentos do Brasil diversos grupos e órgãos como a Rede Temática do Asfalto, a PETROBRÁS, o DNIT, centros de pesquisa e universidades Brasileiras vem desenvolvendo metodologias de ensaios e análises na área.
Em 2007 Filipe Augusto Cinque de Proença Franco propôs um software que auxilia no cálculo do estado de tensões no pavimento e análise de desempenho de materiais, a partir disso o programa chamado SisPav passou por modificações até chegar na sua versão atual denominada MeDiNa - Método de Dimensionamento Nacional de Pavimentos, que além de ter um significado em relação ao seu uso também é uma homenagem a um dos criadores do método, Dr. Jacques de Medina (VENDRUSCULO, et al., 2018).
4.2 METODOS DE DIMENSIONAMENTO
4.2.1 Método DNERO método do DNER avalia a capacidade do solo por meio do ISC e correlaciona esses dados com o número N de projeto. A partir disso pode se especificar a composição das camadas do pavimento e sua respectiva espessura visando a
proteção do subleito em relação a ruptura por cisalhamento, porém esse método não avalia os efeitos de fadiga no pavimento (FRANCO, 2007).
A espessura mínima da camada de revestimento betuminoso é determinada em função do número N de projeto e os valores mínimos são demonstrados na Tabela 1.
Tabela 1 - Espessura mínima de revestimento betuminosos.
N Espessura mínima e tipo de revestimento
betuminoso N ≤ 5 x 105 Tratamento superficial 5 x 105< N ≤ 106 CBUQ 5cm 106 < N ≤ 5 x 106 CBUQ 7,5cm 5 x 106< N ≤ 5 x 107 CBUQ 10cm 5 x 107> N CBUQ 12,5cm Fonte: DNIT (2006)
O número N é o número equivalente de operações de eixo simples de 8,2 toneladas, seu cálculo está demonstrado na norma do DNIT (2006) e envolve parâmetros referente ao volume médio de tráfego, quantidade de eixo por veículo, crescimento anual do tráfego entre outros.
De acordo com DNIT (2006) tem-se os seguintes critérios estabelecendo valores mínimos de 20% de ISC e expansão menor ou igual a 1% para a camada de sub-base, 60% para base com tráfego N ≤ 5 × 106, e, 80% para base com tráfego N >
5 × 106, com expansão máxima de 0,5%. Outro requisito estabelecido é o valor mínimo
de 2% para CBR do subleito, e no caso de solos com valores inferiores a este e/ou apresentem expansão maior que 2%, é imprescindível realizar estabilização da camada ou substituí-la.
A determinação da espessura total do pavimento do pavimento é obtida em função do número N e da capacidade de suporte (CBR) através do ábaco da Figura 1.
Figura 1 - Determinação de espessuras do pavimento Fonte: DNIT (2006)
Entra-se no eixo da abcissa (X) com o valor N de projeto e segue-se verticalmente até encontrar a reta que corresponde a capacidade de suporte do subleito, seguindo horizontalmente até o eixo das ordenadas (Y) que indica espessura total do pavimento para os parâmetros de projeto utilizados. Caso haja camada de sub-base, mesmo que o CBR seja superior a 20, a espessura do pavimento necessário para protegê-la é determinada utilizando o valor CBR 20 (PINTO, 2016).
Determinado os dados referentes às camadas do pavimento e de posse dos dados obtido no ensaio de CBR determina-se as espessuras das camadas a partir das inequações apresentadas na Figura 2. Lembrando-se que deve ser adotar a espessura do revestimento betuminoso em função do número N para que as inequações não fiquem indeterminadas (DNIT, 2006).
Figura 2 - Determinação das espessuras método pelo método do CBR Fonte: (DNIT, 2006) 𝑅. 𝐾𝑅+ 𝐵. 𝐾𝐵 ≥ 𝐻20 𝑅. 𝐾𝑅+ 𝐵. 𝐾𝐵+ ℎ20.𝐾𝑠 ≥ 𝐻𝑛 𝑅. 𝐾𝑅+ 𝐵. 𝐾𝐵+ ℎ20.𝐾𝑠 + ℎ𝑛. 𝐾𝑅𝑒𝑓 ≥ 𝐻𝑚 Equação 1
Os valores de K referem-se ao coeficiente de equivalência estrutural que variam conforme o material da camada do pavimento, são obtidos através da Tabela 2.
Tabela 2 - Coeficiente estrutural equivalente
Materiais Coef. Estrutural
Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,00 Base ou revestimento de pré- misturado a quente, e graduação densa 1,70 Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa 1,40 Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,20
Camada granular 1,00
Sub-base de pedregulho arenoso 0,77 Solo cimento resistência a compressão 7 dias > 45 kg/cm² 1,70 Solo cimento resistência a compressão 7 dias entre 45 kg/cm² e 28 kg/cm² 1,40 Solo cimento resistência a compressão 7 dias entre 28 kg/cm² e 21 kg/cm² 1,20
Fonte: Adaptado de DNIT (2006)
4.2.1.1 Índice Suporte California (CBR)
O ensaio ISC de forma simplificada é realizado a partir da compactação na umidade ótima de um corpo de prova contendo a amostra do material que posteriormente mediante avaliação e dimensionamento pode compor a camada de base, sub-base, reforço e subleito. Após a moldagem do corpo de prova, em um
cilindro padronizado segundo norma do DNIT (2016), o conjunto é submerso em água por 4 dias, verificando-se a cada 24 horas a expansão com o uso de um extensômetro. Após a etapa de imersão, o Corpo de Prova – CP é colocado em uma prensa (
Figura 3) que através de um pistão, aplica carga estática, crescente monotonicamente, a uma velocidade de 1,27 mm/min efetuando-se a leitura no extensômetro nos tempos 0,5, 1,0’, 1,5’, 2,0’, 4,0’, 6,0’, 8,0’ e 10,0’ min e a partir destes dados obtém-se a curva pressão por penetração, denominada curva CBR. O maior valor encontrado da pressão, entre a penetração de 0,1 ou de 0,2 polegadas, é o valor de pressão que deve ser comparado com o valor de uma brita graduada padrão encontrada na Califórnia e utilizada por O. J. Porter desenvolvedor do ISC. Esta relação determina o CBR da amostra, dado em porcentagem (DNIT, 2016).
Figura 3 - Prensa para penetração Fonte: (DNIT, 2016)
4.2.2 MeDiNa
O software MeDiNa referente ao Novo Método de Dimensionamento Mecanístico-Empírico de Pavimentos Asfálticos, um Convênio UFRJ / DNIT, está em sua versão Beta 1.1.3.0 (setembro/2019) e possui além do dimensionamento de pavimentos asfálticos, um software secundário responsável pela retroanálise do pavimento (BackMeDiNa), uma ferramenta destinada para dimensionamento de reforço de pavimento. A partir da análise das tensões, deformações e deslocamentos o MeDiNa verifica e dimensiona um pavimento que atenda aos critérios de dimensionamento propostos pelo DNIT (DALLA ROZA, 2018).
O MeDiNa é caracterizado por ser um método de dimensionamento Mecanístico-empírico o que segundo Coutinho (2011) consiste em aplicar os princípios da Mecânica dos pavimentos, analisando o solo como uma estrutura de várias camadas que sofre ações cíclicas de cargas do tráfego e clima.
Para analisar o desempenho de um pavimento um dado essencial é o Módulo de Resiliência – MR que expressa a relação de tensão-deformação de um material submetido a um ensaio de múltiplas cargas. Além do MR outros parâmetros de cálculo utilizados são os coeficiente de Poisson, afim de interpretar a rigidez das camadas, e os coeficientes referentes a fadiga para revestimentos asfálticos e deformação permanente para as camadas granulares e solos (FRANCO, 2007).
4.2.2.1 Critério de Dimensionamento de acordo com o tipo de via
A definição do tipo de via segue a hierarquia divulgada pelo DNIT e a partir dessa caracterização, define-se para o projeto de acordo com a Tabela 3 os critérios de confiabilidade e deformação permanente máxima para cada via (FRANCO e MOTTA, 2018).
Tabela 3 - Critério de acordo com o tipo de via
Tipo de via
Sistema: Confiabilidade Área trincada
Deformação Permanente Arterial Principal 95% 30% 10 mm Arterial primário 85% 30% 13 mm Arterial Secundário 75% 30% 20 mm Coletor Primário 85% 30% 13 mm Coletor Secundário 75% 30% 20 mm Local 65% 30% 20 mm
4.3 MODULO DE RESILIÊNCIA
O módulo de resiliência é considerado como um meio de medir a deformação elástica do material que foi submetido a repetidas cargas. O MR pode ser definido para solo quanto para materiais de pavimentação que ainda não foram tratados com ligante; é obtido por meio de ensaio de ensaio triaxial com carga repetidas de forma cíclica (COUTINHO, 2011). Através do ensaio de compressão diametral de carga repetida, pode se obter o MR para misturas asfálticas (MEDINA e MOTTA, 2015).
Para materiais com comportamento resiliente linear o módulo de resiliência é constante, no caso de o material não apresentar comportamento linear, o projetista pode optar por definir as características do material por meio de equações, tal como a Equação 2 a fim de representar melhor as propriedades do material (FRANCO e MOTTA, 2018).
A equação mais aceitável estatisticamente para determinação do MR no Brasil está demonstrada na Equação 2 e é utilizada pelo software MeDiNa. Este modelo foi proposto com base no estudo de solos de subleito, sub-base e base por Macêdo (1996), gerando um coeficiente de determinação maior que 0,96.
𝑀𝑅 = 𝑘
1𝜎
3𝑘2𝜎
𝑑𝑘3Equação 2
Em que:
MR - Módulo de Resiliência
𝜎
3 - Tensão confinante;𝜎d
-tensão desviadora cíclica;k1, k2 e k3 -parâmetros experimentais.
4.3.1 Ensaio módulo de resiliência
O ensaio do módulo de resiliência é realizado a partir da aplicação de uma tensão axial repetida N vezes relacionando-a com deformação axial resiliente, assim é possível obter-se o MR. Moldam-se corpos de prova compactados na umidade ótima, sendo geralmente para solos finos cilindros de 10 cm de diâmetro por 20 cm de altura, e para os solos granulares cilindros de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura.
Na câmera tri axial como exemplifica a Figura 4 são aplicadas tensão confinante e tensão desvio conhecidas (DNIT, 2018a).
Figura 4 - Aparelhagem para Determinação do Módulo de Resiliência dos Solos – Esquema do equipamento triaxial de carga repetida, LVDTs apoiados em hastes guias.
Fonte: (DNIT, 2018a)
4.3.2 Deformação Permanente
O aparecimento de afundamentos de trilha de roda (ATR) pode estar relacionada aos ligantes asfálticos e/ou a deformação permanente nas camadas do
pavimento (GUIMARÃES, 2001). Pode-se afirmar que a deformação permanente de um material fornece informações importantes para avaliar a qualidade dos materiais, auxiliando no dimensionamento coerente dos pavimentos (DNIT, 2018b).
Segundo Guimarães (2009) o ensaio para determinar a deformação permanente é realizado de forma similar ao ensaio para determinar o MR, utilizando a mesma câmera triaxial da Figura 4 contanto que o equipamento possua os LVDTs (linear variable differential transformer) apoiados em hastes guias, sendo esses, aliado ao programa que gerencia o equipamento triaxial, os responsáveis por medirem a deformação no corpo de prova. O programa registra as leituras de deformação permanente e resilientes automaticamente em um intervalo determinado de tempo. São necessários um número mínimo de 150.000 ciclos de aplicação de cargas com frequência de 1 Hz para se avaliar a deformação permanente ao longo do ensaio. Vale ressaltar que a deformação resultante do primeiro golpe é descartada.
Em sua tese Guimarães (2009) propôs um modelo de previsão da deformação permanente demonstrado na Equação 3, em que essa modelagem foi estimada através de ensaios realizados com solos tropicais brasileiros, sendo nove corpos de prova por ensaio (DNIT, 2018b).
A deformação permanente máxima adotada como critério de projeto, pode ser a que restringe a carga que será aplicada no topo do subleito ou o parâmetro de controle referente ao somatórios das deformações permanentes de cada camada do pavimento (DALLA ROZA, 2018).
ε
𝑝(%) =
Ψ1(
𝜎3 𝜌0)
𝛹2(
𝜎𝑑 𝜌0)
𝛹3𝑁
𝛹4 Equação 3 Sendo:ε
p (%)- deformação permanente; 𝛹1, 𝛹2, 𝛹3, 𝛹4 - parâmetros de regressão;𝜎
3 - tensão confinante;𝜎
d - tensão desvio;𝜌
0 - tensão de referência (tensão atmosférica);4.4 ANÁLISE DE DEFLEXÃO
A retroanálise de bacias deflectométricas é um modo de se obter o MR da estrutura do pavimento, das camadas e do subleito. Essas propriedades das camadas do pavimento são obtidas “in situ”, (dados essenciais no dimensionamento do reforço do pavimento), evitando sondagens (minora necessidade de ensaios destrutivos), o que torna possível saber as características das camadas de forma rápida e representativa, demonstrando a realidade estrutural das camadas do pavimento (NÓBREGA, 2003; PINTO, 2016).
A bacia de deflexão é conhecida há muitos anos, mas foi o melhoramento operacional para sua obtenção aliada aos métodos computacionais para realizar a retroanálise que viabilizaram a utilização do método mecanístico-empírico no dimensionamento de reforço de pavimentos. O deflectômetro móvel da Califórnia, conhecido como FWD e a viga Benkelman automatizada proporcionaram uma facilidade e velocidade na obtenção da bacia deflectométrica se sobrepondo ao uso da viga Benkelman tradicional (MEDINA e MOTTA, 2015; PINTO, 2016).
4.4.1 Viga Benkelman
As normas brasileiras para dimensionamento de reforço de pavimentos fazem uso de dados obtidos através da utilização da Viga Benkelman, pelo fato de ser uma ferramenta barata em comparação ao FWD e estar bastante difundida pelo país no dimensionamento de projetos para reforço de pavimentos, pois pode-se medir deflexão reversível do pavimento sem necessidade de destruição do pavimento, sendo também utilizada para identificar falhas ou deficiências estruturais no pavimento (ARRUDA, 2018).
A Viga Benkelman é um aparelho simples cuja função é medir deflexões de pavimento, é composta por uma parte fixa e uma viga móvel, como pode-se ver na Figura 5. A parte fixa é apoiada em 3 pontos reguláveis no pavimento. A viga móvel é ligada à parte fixa através de uma articulação localizada próxima ao extensômetro. A ponta de prova da viga fica em contato com pavimento onde se deseja medir a deflexão e a outra extremidade fica conectada a um extensômetro que realizara a coleta de dados quando houver movimento vertical da ponta de prova (CORREA e SANTOS, 2016).
Figura 5 - Esquema Viga Benkelman Fonte: (DNIT, 2010)
De acordo com DNIT (2010) o cálculo das deflexões pode ser realizado utilizando a Equação 4.
𝐷
0= (𝐿
0− 𝐿
𝑓) ∗ 𝑎 𝑏
⁄
𝐷
𝑛= (𝐿
𝑛− 𝐿
𝑓) ∗ 𝑎 𝑏
⁄
Equação 4
Onde:
𝐷0 = Deflexão real ou verdadeira, em centésimos de milímetro;
𝐿0 = Leitura inicial, em centésimos de milímetro;
𝐿𝑓 = Leitura final, em centésimos de milímetro;
É necessário um caminhão carregado com 8,2 toneladas no eixo traseiro simples de roda dupla, que é responsável pela carga a qual será medida a deformação elástica. Há um vibrador que possui a função de reduzir ao mínimo o atrito entre as peças móveis durante o ensaio a fim de evitar possíveis falhas do ponteiro do extensômetro. Uma das funções da viga da viga é medir a área de influência da carga aplicada. Após a medição inicial desloca-se o caminhão para frente até o ponto em que a carga não exerça mais influência sobre a viga, sendo realizado assim a leitura final (DNIT, 2010). Pode-se observar o posicionamento do caminhão e da Viga nas figuras 6 e 7.
Figura 6 - Esquema do sistema de referência na Viga e no caminhão Fonte: (DNIT, 2010)
Figura 7 - Exemplo posicionamento viga Benkelman e caminhão Fonte: (MARCOS, 2018)
5 METODOLOGIA
5.1 LOCAIS DOS TRECHOS ANALISADOS
Os pontos que serão estudados nessa pesquisa já foram anteriormente avaliados por Dalla Roza (2018), serão analisados 3 dos 12 pontos apresentados em sua tese. Os locais receberam os nomes dos residenciais onde foram feitas as coletas dos solos.
De acordo com Dalla Roza (2018) a classificação pedológica dos locais Panambi, Belvedere e Curitiba é Latossolo Vermelho-Amarelo, na classificação MCT os 3 são LG’ (solo argiloso laterítico). E ainda os trechos construídos foram dimensionados pelo método DNER com camada de base e sub-base constituída de cascalho laterítico com espessura de 15 cm cada. O revestimento betuminoso é composto por uma camada de tratamento superficial duplo (TSD).
5.1.1 Trecho Panambi
O ponto denominado como Panambi está localizado em Sinop nas coordenadas Lat. 11°53’17.17”S e Long. 55°28’57.67”O, sendo esse ilustrado na Figura 8 como também o seu respectivo trajeto de acesso (em azul) a partir da BR 163.
Figura 8 – Panambi
5.1.2 Trecho Belvedere
Da mesmo forma que o anterior, o ponto Belvedere está localizado em Sinop e pode ser visualizado na Figura 9, suas coordenadas são Lat. 11°53’52.53”S e Long. 55°28’37.88”O. A linha em azul indica o trajeto de acesso a partir da BR 163. Pode se notar na Figura 9 que Belvedere e Panambi são próximos um do outro.
Figura 9 – Belvedere
Fonte: Adaptado (GOOGLE EARTH, 2019)
5.1.3 Trecho Curitiba
O ponto denominado Curitiba esta localizado nas coordenadas Lat. 11°52’55.71”S e Long. 55°31’33.06”O. Sua localização geográfica pode ser observada na Figura 10 assim como seu trajeto de acesso a partir da BR 163.
N l k tj c v v d g h r
Figura 10 – Curitiba
Fonte: Adaptado (GOOGLE EARTH, 2019)
5.2 CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS
A partir do estudo de Dalla Roza (2018) pode-se obter as seguintes propriedades dos materiais dispostos na Tabela 4. Panambi, Belvedere e Curitiba referem-se as propriedades do solo do subleito do local estudado, vale ressaltar que os ensaios foram realizados na energia intermediária de compactação e os parâmetros de deformação permanente e módulo de resiliência serão considerados os mesmos para verificação de dimensionamento nas camadas de base, sub-base e subleito. A laterita Sinop refere-se ao cascalho laterítico usualmente utilizado nas estruturas das camadas de pavimentação no município devido a carência de material pétreo granular na região.
Tabela 4 - Propriedade dos solos estudados
Solo Módulo de resiliência Parâmetros de deformação
K1 K2 K3 ψ1 ψ2 ψ3 ψ4
Panambi 123,74 0,36 -0,66 0,21 0,45 1,93 0,04 Belvedere 283,04 0,28 -0,49 0,18 0,00 1,40 0,05 Curitiba 147,52 0,19 -0,56 0,11 0,05 1,76 0,05
Laterita Sinop 1453,64 0,51 -0,16 0,10 -0,04 1,00 0,04 Fonte: Adaptado (DALLA ROZA, 2018)
Os valores de CBR serão solicitados junto as empresas executoras dos trechos.
5.3 AVALIAÇÃO EM CAMPO
O ponto em que deve ser medidas as deflexões do pavimento deve estar devidamente marcado obedecendo o critério da distância prefixada no software MeDiNa. É importante salientar que viga será posiciona no eixo central do pavimento. O caminhão deve estar posicionado de forma que o conjunto de rodas duplas traseiras esteja centrado sobre o ponto marcado. O eixo de carga do caminhão deve ficar perpendicular ao eixo da faixa de rolamento e a ponta de prova deve ficar no meio do eixo, colocando-a sobre o ponto marcado (CORREA e SANTOS, 2016). A partir do posicionamento inicia-se as medidas de campo obtidas com a viga Benkelman.
Para a leitura inicial liga-se o vibrador e anota-se o valor de L0 a partir do momento que o extensômetro indicar movimento menor igual que 0,01 mm/min, ou após 3 minutos de funcionamento do vibrador. A leitura final (Lf) ocorre após caminhão ser deslocado lentamente, por no mínimo 10 metros para frente, quando o extensômetro indicar movimento menor igual a 0,01 mm/min, ou após 3 minutos decorridos da ligação do vibrador. A pressão dos pneus deve ser 550 kPa (80 psi), (DNIT, 2010; CORREA e SANTOS, 2016).
5.4 COMPARAÇÃO DAS DEFLEXÕES
Com o uso do MeDiNa serão inseridas as propriedades dos materiais dos três trechos estudados nessa pesquisa, obtendo assim os dados das bacias de deflexão fornecidos no relatório emitido pela ferramenta. A partir disso, pode-se comparar esses dados com os obtidos em campo através da Viga Benkelman. Com isso pode-se relatar pode-se os dados fornecidos pelo MeDiNa estão de acordo com a realidade do pavimento.
Também será possível avaliar a estrutura do pavimento em questão as deformações máximas admissíveis e determinar por meio do software a vida útil de cada trecho de pavimento, destacando se o pavimento está superdimensionado, subdimensionado ou dimensionado corretamente. Se o dimensionamento do
pavimento não estiver de acordo com os critérios mínimos estabelecidos (deformação máxima, vida útil, área trincada) para o projeto será proposto uma nova estrutura dimensionada com os mesmos materiais de cada trecho que atenda aos requisitos do projeto.
6 RECURSOS HUMANOS E MATERIAIS
Essa pesquisa precisará dos seguintes equipamentos e ferramentas para a coleta e análise de dados:
• Viga Benkelman (cedida pela UNEMAT);
• Software Medina, AEMC, BackMeDiNa disponibilizado no site do DNIT; • Caminhão de eixo simples e rodas duplas carregado com 8,2 ton; • Trena;
• Celular para registro de imagens e anotações; • Motorista caminhão;
7 CRONOGRAMA
A Tabela 5 abaixo demonstra a distribuição das tarefas previstas na execução da pesquisa estabelecendo datas-limites para coleta de dados, análise, redação e conclusão do trabalho.
Tabela 5 - Cronograma de atividades.
ATIVIDADES
ANO 2020
FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV Encontros com o orientador Pesquisa bibliográfica preliminar Leituras e elaboração de resumos Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados em campo Redação do artigo Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca
8 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
ARRUDA, R. D. M. Avaliação estrutural de pavimento flexível com uso da viga Benkelman e software Medina. Projeto de Pesquisa (graduação em Engenharia Civil). Universidade do Estado do Mato Grosso. Sinop. 2018.
CORREA, A. M. ; SANTOS,. Estudo comparativo de ánalise de deflexões a viga Benkelman e FWD (Falling Weight Deflectometer). Universidade do Vale do Paraiba. São José dos Campos. 2016.
COUTINHO, J. C. P. Dimensionamento de pavimento asfáltico: Comparação do método do DNER com um Método Mecanístico-Empírico aplicada a um trecho, 2011. Dissertação (Mestrado em engenharia Geotécnica) - Universidade Federal de Ouro Preto, Outro Preto, 2011.
CNT - CONFEDERAÇÃO NACIONAL TRANSPORTES. Pesquisa CNT de Rodovias 2019. Relatório Gerencial. Brasília, p. 236. 2019.
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DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - DNIT 172/2016 - ME. Solos – Determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas – Método de ensaio, Brasília, 2016.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - DNIT 134/2018-ME. Pavimentação – Solos – Determinação do módulo de resiliência – Método de ensaio. 2018a.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - DNIT 179/2018 - IE. Pavimentação – Solos – Determinação da deformação
permanente – Instrução de ensaio. Rio de Janeiro. 2018b.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - DNIT 133/2010 - ME. Pavimentação asfáltica – Delineamento da linha de influência longitudinal da bacia de deformação por intermédio da Viga Benkelman – Método de ensaio. Rio de Janeiro. 2010.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT-2006. Manual de Pavimentação. 3a Edição, Rio de Janeiro, DNIT-2006.
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