universidade federal do rio de janeiro ufrj...
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I
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO – UFRJ
ESCOLA POLITÉCNICA
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
INFLUÊNCIA DA SELEÇÃO DE MATERIAIS NA VIDA ÚTIL DE UM
PAVIMENTO ASFÁLTICO
Rubens Musco Mendes
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO
DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA
POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE
JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA
A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Orientadora: Sandra Oda
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
FEVEREIRO de 2017
II
INFLUÊNCIA DA SELEÇÃO DE MATERIAIS NA VIDA ÚTIL DE UM
PAVIMENTO ASFÁLTICO
Rubens Musco Mendes
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO
DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO
GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
__________________________________
Profa. Sandra Oda – DET/ UFRJ
__________________________________
Prof. Giovani Manso Ávila – DET/UFRJ
__________________________________
Eng. Leonardo Santana – SEOBRAS
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
FEVEREIRO de 2017
III
Mendes, Rubens Musco
INFLUÊNCIA DA SELEÇÂO DE MATERIAIS NA VIDA ÚTIL DE UM PAVIMENTO ASFÁLTICO./ Rubens Musco Mendes – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2017.
XIV, 122 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadora: Sandra Oda
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Civil, 2016.
Referências Bibliográficas: p. 121-122
1.Pavimento Asfáltico 2.Vida Útil 3. Seleção de Materiais
I. Oda, Sandra A. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil, III. Influência da seleção de materiais na vida útil de um pavimento asfáltico, RJ, Brasil.
IV
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, missão cumprida mãe!!! Desde quando eu era pequeno você deixou claro o seu sonho de ter um filho na Universidade Federal do Rio de Janeiro, sonho esse que
acabou se misturando com o meu e que, apesar da minha pouca idade e das adversidades que tive
ao longo da minha infância e juventude, nunca deixei de lutar para conseguir.
A toda a minha família, que é a minha maior base e onde encontro as pessoas mais
inspiradoras que eu tenho. Obrigado Aida, Heitor, Beto, Cláudia, Thiaguinho, André, Gi, Pipoca,
Nero, Tia Neyde, Vanderlei, Berenice, Alexandre, Diana, Telma, Rodrigo entre tantos outros que de alguma forma contribuíram para eu chegar até aqui.
Ao meu Pai-Irmão Bruno, que desde os seus 11 anos teve que assumir a responsabilidade
de ser um exemplo pra mim e assim o fez de forma exemplar.
Ao meu pai Sérgio, que apesar de não ter conhecido do jeito que eu gostaria, certamente foi
o meu maior anjo da guarda ao longo de todo esse tempo.
A todos os meus amigos de infância, Felipe Rocha, Felipe Augusto, Tadeu, João Marcos,
João Matheus, Cleto, Cocão, Bruno, Dutra, Luquinhas, Fernando e tantos outros que apesar de não nos encontrarmos com a frequência que gostaria, o carinho é sempre o mesmo.
Aos amigos que conquistei na UERJ, Fred, Fábio, Guima, Pedretti, Cozzo, Pedrão, Breno,
Bordalo, Iago, Leo Monstro e Renatão.
Aos amigos que a vida me deu de presente, Mauro e Marquinhos. Certamente sou uma
pessoa melhor após vocês terem entrado na minha vida.
Aos amigos da UFRJ, Pedro Monteiro, Matheus Candal, João Vitor, Arthur, Ana Laura,
Daniel, Alonso, Pablo, Aranha, Othon, Ricardinho, Thiago Barreto, que sem dúvida foram referência ao longo desses 6 anos de muita luta, finais de semana perdidos, e muita superação.
Aos amigos que a UFRJ me deu para a vida toda, Leonardo e Manuel. Agradeço-lhes pela
honra de poder considerá-los grandes irmãos.
À mineira que eu tive a sorte de conhecer ao longo dessa caminhada e que sempre me
apoiou em muitos momentos difíceis. Obrigado Marina Nascimento Evangelista.
À Construtora M. Alves e principalmente à família “Bretas”, sou eternamente grato pelo
período de estágio que deu significado a esse diploma e que me possibilitou adquirir valores que
levarei não só para todos os desafios profissionais que terei pela frente, como também para a vida toda.
E, principalmente a minha orientadora, Sandra Oda, não somente por todos os ensinamentos passados ao longo da graduação, mas pelo carinho, paciência, pela amizade, e pela
ajuda extraordinária na realização desse trabalho. Deixo a Universidade, tranquilo e esperançoso,
pois sei que como a senhora existem pessoas que lutam diariamente por uma UFRJ melhor.
V
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
INFLUÊNCIA DA SELEÇÃO DE MATERIAIS NA VIDA ÚTIL DE UM PAVIMENTO
ASFÁLTICO
Rubens Musco Mendes
Fevereiro/2017
Orientadora: Sandra Oda
Curso: Engenharia Civil
O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência das diferentes camadas e suas
combinações na vida útil de um pavimento asfáltico. Inicialmente, são apresentados dados
históricos e conceitos importantes dentro do meio da pavimentação, além da demonstração
de como é feito o processo de dimensionamento de um pavimento asfáltico através dos
métodos do DNIT. Em seguida, a análise das diferentes combinações de materiais em suas
camadas é feito através dos resultados apurados do programa SisPav, desenvolvido por
Felipe Franco em sua tese de doutorado em Engenharia Civil, defendida em 2007 , na
Escola Politécnica/ COPPE/UFRJ. Após a avaliação dos resultados para quatro volumes de
tráfego pré-estabelecidos, identificada e analisada a influência das camadas que
apresentam melhor desempenho na durabilidade desses pavimentos.
Palavras-chave: Pavimento Asfáltico, Vida Útil, Seleção de materiais.
VI
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Engineer
INFLUENCE OF THE SELECTION OF MATERIALS IN THE USEFUL LIFE OF AN
ASPHALT PAVEMENT
Rubens Musco Mendes
February /2017
Advisor: Sandra Oda
Course: Civil Engineering
The present work aims to evaluate the influence of different layers and their combinations
in the useful life of an asphalt pavement. Initially, important historical data and concepts
are given about pavements, as well as the demonstration of how the process of designing
an asphalt pavement is done through DNIT methods. Then, an analysis of the different
combinations of materials in their layers is done by the results obtained from the SisPav
program, developed by Felipe Franco in his doctoral thesis at COPPE / UFRJ, in 2007.
After an evaluation of the results from four types of pre-established traffic volumes, the
influence of the layers that present which the best performance in the durability of these
pavements is identified and analyzed.
Keywords: Asphalt Pavement, Useful life, Materials selection.
VII
Lista de Figuras
Figura 1 – Via Ápia ..................................................................................................................... 16
Figura 2 - Elementos constitutivo de uma estrada romana ............................................................. 18
Figura 3- Mapa das rotas e principais rios do Império Romano ..................................................... 18
Figura 4– Pintura de Carl Rakeman que retratada a construção da primeira estrada macadamizada
nos EUA (1823) ........................................................................................................................... 20
Figura 5- Tipos de pavimento ....................................................................................................... 25
Figura 6- Proporção de agregados em mistura .............................................................................. 30
Figura 7– Tipos de agregados ....................................................................................................... 31
Figura 8– – Ilustração da análise por peneiramento....................................................................... 32
Figura 9– Asfalto convencional x Asfalto borracha ...................................................................... 37
Figura 10– Emulsão Asfáltica de Petróleo .................................................................................... 40
Figura 11– Execução do Revestimento Asfáltico Usinado à Quente .............................................. 41
Figura 12– Camada Porosa de Atrito ............................................................................................ 42
Figura 13– Camadas Genéricas de um pavimento ......................................................................... 46
Figura 14- Configurações de Suspenção e Eixos ........................................................................... 55
Figura 15- Planilha de Contagem Volumétrica ............................................................................. 63
Figura 16- Layout de um posto de pesagem obrigatório ................................................................ 64
Figura 17- Aparelhagem do CBR ................................................................................................. 67
Figura 18- Ábaco de dimensionamento DNER ............................................................................. 71
Figura 19- Ábaco de dimensionamento DNER ............................................................................. 72
Figura 20- Menu principal do programa ....................................................................................... 76
Figura 21- Tela Estrutura do Programa ......................................................................................... 77
Figura 22- Tela Tráfego do Programa ........................................................................................... 78
Figura 23- Tela Clima do Programa ............................................................................................. 80
Figura 24- Apresentação de resultados ......................................................................................... 81
Figura 25- Exemplo do relatório gerado pelo programa ................................................................ 82
Figura 26 - Exemplificação de volume de tráfego para Tráfego Muito Pesado .............................. 85
Figura 27 - Fadiga na capa de rolamento ...................................................................................... 86
Figura 28 - Deformação permanente em trilha de roda.................................................................. 87
Figura 29 - Exemplo de resultados ............................................................................................... 88
Figura 30 - Resultados para reforço de 6 cm .............................................................................. 107
VIII
Lista de Quadros
Quadro 1- Tipos de deficiência..................................................................................................... 23
Quadro 2- Pontos críticos na extensão total pesquisada................................................................. 24
Quadro 3- Pontos críticos na extensão total pesquisada................................................................. 28
Quadro 4– Propriedade dos solos de cada classe MCT.................................................................. 29
Quadro 5- Dimensões nominais das peneiras ................................................................................ 33
Quadro 6– Consumo de asfalto no Brasil entre 1997 e 2014. ........................................................ 34
Quadro 7 – Tipos de Polímero ...................................................................................................... 36
Quadro 8– Camadas de Revestimentos ......................................................................................... 48
Quadro 9– Materiais mais empregados e suas abreviações ............................................................ 50
Quadro 10- Materiais comumente empregados em cada camada de um pavimento ....................... 51
Quadro 11 - Método de Ensaio e suas normas .............................................................................. 52
Quadro 12– Especificação de Serviço e suas normas .................................................................... 53
Quadro 13– Diferentes situações de carregamento para um mesmo pavimento. ............................ 54
Quadro 14- Terminologia de veículos de acordo com o DNER (atual DNIT) ................................ 58
Quadro 15- Carga x Eixo ............................................................................................................. 59
Quadro 16- Fatores de Equivalência de carga da USACE ............................................................. 69
Quadro 17- Percentual de veículos comerciais na faixa de projeto ................................................ 70
Quadro 18- Coeficientes de equivalência estrutural dos materiais ................................................. 73
Quadro 19- Espessuras mínimas de revestimentos asfálticos ......................................................... 73
Quadro 20- Volumes de tráfego avaliados .................................................................................... 83
Quadro 21– Base de dados resumida ............................................................................................ 84
Quadro 22 - Resultados de TS para Tráfego Leve ......................................................................... 89
Quadro 23 – Resultados de dano crítico (%) para Tráfego Leve .................................................... 90
Quadro 24 – Resultados de vida útil (anos) para Tráfego Leve ..................................................... 90
Quadro 25– Resultados de deformação (cm) para Tráfego Leve ................................................... 91
Quadro 26 – Análise de CA 9,5+AB ............................................................................................ 91
Quadro 27– Resumo de resultados para Tráfego Leve .................................................................. 92
Quadro 28– Resumo de combinações para tráfego médio ............................................................. 94
Quadro 29 - Resultados de TS para Tráfego Médio ...................................................................... 95
Quadro 30 - Resultado de dados críticos (%) para Tráfego Médio................................................. 95
Quadro 31- Resultados de vida útil (anos) para Tráfego Médio ..................................................... 96
Quadro 32 – Resultados de deformação (cm) para Tráfego Médio ................................................ 97
Quadro 33 – Análise de CA12,5 + CAP30/45 ..................................... Erro! Indicador não definido.
Quadro 34– Resumo de resultados para Tráfego Médio ................................................................ 98
Quadro 35– Combinações selecionadas para o Tráfego Pesado ................................................... 100
Quadro 36 – Resultados de dano crítico (%) para Tráfego Pesado............................................... 102
Quadro 37– Resultados de vida útil (anos) para Tráfego Pesado ................................................. 103
Quadro 38 – Resultados de deformação (cm) para Tráfego Pesado ............................................. 104
Quadro 39 -– Resumo de desempenho para Tráfego Pesado ....................................................... 105
IX
Quadro 40 – Combinações para análise crítica em Tráfego Pesado ............................................. 106
Quadro 41– Análise para CAP30/45 ........................................................................................... 106
Quadro 42– Análise para Gap Graded + Borracha ...................................................................... 108
Quadro 43– Análise para CPA + Borracha ................................................................................. 109
Quadro 44– Combinações selecionadas para Tráfego Muito Pesado ........................................... 111
Quadro 45 - Resultados de danos críticos (%) para Tráfego Muito Pesado .................................. 112
Quadro 46 - Resultados de vida útil (anos) para Tráfego Muito Pesado ...................................... 112
Quadro 47– Resultados de deformação (cm) para Tráfego Muito Pesado .................................... 114
Quadro 48– Resumo de resultados para Tráfego Muito Pesado ................................................... 115
Quadro 49– Resumo de resultados para Tráfego Muito Pesado ................................................... 116
Quadro 50 - Análise para CPA+AP ............................................................................................ 116
Quadro 51– Análise para CAP30/45 ........................................................................................... 117
Quadro 52– Análise para CA 9,5+AP ......................................................................................... 118
X
Lista de Abreviaturas e Siglas
AASHO – American Association of State Highway and Transportation Officials
AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABPv – Associação Brasileira de Pavimentação
BGS – Brita Graduada Tratada com Cimento
BGTC – Brita Graduada Tratada com Cimento
CNT – Confederação Nacional de Transportes
CPA – Camada Porosa de Atrito
CAUQ – Concreto Asfáltico Usinado a Quente
DET – Departamento de Engenharia de Transportes
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
IPR – Instituto de Pesquisas Rodoviárias
MS – Macadame Seco
PMF – Pré-Misturado a Frio
SAFL – Solo Arenoso Fino Laterítico
SisPav – Sistema para Análise e Dimensionamento Mecanístico-Empírico de Pavimentos
Flexíveis
TSS – Tratamento Superficial Duplo
TST – Tratamento Superficial Triplo
XI
Sumário Capítulo 1 – Introdução .................................................................................................13
1.1. Justificativa ....................................................................................................................... 13
1.2. Objetivos ........................................................................................................................... 14
1.3. Estrutura do Trabalho ........................................................................................................ 14
Capítulo 2 – Pavimentação ............................................................................................15
2.1. História ............................................................................................................................. 15
2.2. Tipos de Pavimentos.......................................................................................................... 25
2.3. Materiais: Solos, Agregados e Asfalto ................................................................................ 27
2.3.1 Solos .........................................................................................................27
2.3.2 Agregados .................................................................................................30
2.3.3. Asfaltos ....................................................................................................34
2.4. Materiais preparados para pavimentação.......................................................................... 40
2.4.1. Concreto Asfáltico (CA) ............................................................................40
2.4.2. Camada Porosa de Atrito (CPA) ...............................................................42
2.4.4. Gap Graded .............................................................................................43
2.4.5. Tratamento Superficial .............................................................................44
2.4.6. Brita Graduada Simples (BGS) .................................................................44
2.4.7. Macadame Seco (MS) ..............................................................................45
2.4.8. Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC) .........................................45
2.5. Camadas ........................................................................................................................... 45
2.5.1. Revestimentos ..........................................................................................47
2.5.2. Reforços de Subleitos ..............................................................................48
2.5.3. Base e Sub-base .....................................................................................49
2.5.4. Imprimação e Pintura de ligação ..............................................................49
2.5.5. Tipos de materiais empregados nas camadas ..........................................50
Capítulo 3 – Dimensionamento de Pavimentos ...........................................................54
XII
3.1. Tráfego: análise para dimensionamento ............................................................................ 54
3.1.1 Introdução dos critérios de avaliação ........................................................54
3.1.2. Equivalência entre cargas (FEC) ..............................................................60
3.1.3. Composição do Tráfego Misto ..................................................................61
3.2. Subleito, a base do Dimensionamento ............................................................................... 65
3.2.1 Importância do Dimensionamento .............................................................65
3.2.2. California Bearing Ratio (CBR) .................................................................66
3.3. Determinação do Número N .............................................................................................. 68
3.4. Método do Projeto de Pavimentos .................................................................................... 70
3.5. Software SisPav ................................................................................................................. 75
3.5.1. O que é o software ..................................................................................75
3.5.2. Manipulação da ferramenta .....................................................................75
3.5.3. Apresentação de Resultados ...................................................................80
Capítulo 4 – Estudo de Caso .........................................................................................83
4.1. Base do estudo .................................................................................................................. 83
4.1.1 Dados utilizados ........................................................................................83
4.1.2 Modelos de degradação para avaliação ....................................................86
4.2. Análise para Tráfego Leve (N = 𝟏𝟎𝟓) ................................................................................. 89
4.2.1 Seleção de combinações ..........................................................................89
4.2.1 Resultados para tráfego leve .....................................................................89
4.3. Análise para Tráfego Médio (N = 𝟏𝟎𝟔) .............................................................................. 93
4.3.1 Seleção de combinações ..........................................................................93
4.3.2 Resultados para tráfego médio ..................................................................95
4.4. Análise para Tráfego Pesado (N = 𝟏𝟎𝟕) ............................................................................. 99
4.4.1 Seleção de combinações ..........................................................................99
4.4.2 Resultados para tráfego pesado .............................................................. 101
4.5. Análise para Tráfego Muito Pesado (N = 𝟏𝟎𝟖) ................................................................. 110
4.5.1 Seleção de combinações ........................................................................ 110
4.5.2. Resultados para tráfego muito pesado .................................................. 111
XIII
Capítulo 5 – Considerações finais .............................................................................. 119
Referências Bibliográficas .......................................................................................... 121
13
Capítulo 1 – Introdução
1.1. Justificativa Pavimentos são estruturas de múltiplas camadas e de espessuras finitas sobre uma
superfície final de terraplanagem. Pavimentar uma via de circulação de veículos é uma
obra relacionada à Engenharia Civil que tem como finalidade aprimorar as condições de
tráfego, considerando as questões econômicas e de resistência técnica em decorrência do
impacto causado pela movimentação de veículos e pelas condições climáticas. Por outro
lado, se preocupa em proporcionar ao usuário condições de rolamento em superfície mais
regular, mais aderente, menos ruidosa e compatível com a ação dinâmica dos pneus,
visando condições econômicas, de segurança e de conforto.
A intenção deste Projeto de Graduação é ter a possibilidade de deixar uma
contribuição para futuros estudos na UFRJ, visto que um trabalho de conclusão de curso
sobre pavimentação tem uma função acadêmica muito importante. Além de contribuir para
a produção intelectual na UFRJ, possibilita a disponibilização de dados, para futuras
pesquisas sobre pavimentação e, consequentemente, para a melhoria dos transportes no
nosso país.
Por outro lado, tem uma função social de relevância, visto que contribui para
incentivar a conscientização de que devem ser ampliados os investimentos de recursos e a
vontade politica destinados à pesquisa em prol da melhoria e ampliação da infraestrutura
de transporte.
A ampliação, a construção de novas rodovias e sua manutenção são fatores
fundamentais para o desenvolvimento do nosso país, pois os cidadãos precisam de uma
rede viária em boas condições para satisfazer as suas necessidades de sobrevivência e de
comunicação. A inexistência de estradas pavimentadas e o mau estado das existentes além
de aumentar o custo das viagens, representam um impacto no preço final dos produtos
comercializados no mercado nacional, contribuindo para agravar a economia.
Portanto, a continuação da insuficiência de investimentos de recursos e de vontade
politica destinados à melhoria e ampliação da infraestrutura de transporte traz como
consequência a paralização de obras essenciais para o progresso do país e retomada do
crescimento das atividades produtivas. Compromete, assim, o respeito a um dos princípios
14
básicos da Constituição de 1988, o respeito ao direito de ir e vir do cidadão e a existência
de uma sociedade verdadeiramente democrática.
1.2. Objetivos O presente trabalho tem como objetivo avaliar a vida útil do pavimento asfáltico
com o uso de diferentes tipos de materiais e combinações feitas nas camadas de
revestimento, base, sub-base e reforço. Essa avaliação será limitada pelas falhas de trincas
por fadiga e deformação permanente na camada de revestimento. O estudo de caso será
feito através de dados hipotéticos de número de repetições de um eixo-padrão (N = 105,
106, 107 e 108) e dos parâmetros de cada mistura obtidos, por meio da dissertação de
mestrado do Engenheiro Rogério Neto, USP, 2004 e relatório da Nova Dutra. A ferramenta
utilizada para o estudo de caso é o programa de computador SisPav, Sistema para Análise
e Dimensionamento Mecanístico-Empírico de Pavimentos Flexíveis. Após a obtenção
dos resultados para cada volume de tráfego, serão apresentadas as combinações e misturas
que apresentaram melhor desempenho em cada camada.
1.3. Estrutura do Trabalho O projeto está estruturado seguindo um fluxo lógico de apresentação,
demonstrando, no capítulo 2, além de dados sobre a evolução da pavimentação ao longo da
história internacional e brasileira, conceitos importantes sobre os tipos de pavimentação e
seus materiais convencionalmente empregados nas rodovias brasileiras.
No capítulo 3, com base no Manual de Pavimentação e Estudos de Tráfego do
DNIT, apresenta-se o processo de dimensionamento de um pavimento asfáltico, desde a
coleta de dados e estudo de tráfego, até o dimensionamento do número N e espessuras
mínimas para cada camada. Ao final do capítulo, a ferramenta principal para o nosso
estudo de caso, ou seja, o programa SisPav será devidamente apresentada.
No capítulo 4, são analisados, inicialmente, os parâmetros e dados que serão
utilizados para a obtenção de resultados. Em seguida, serão apresentados o estudo de caso
com o programa SisPav e os resultados obtidos para cada situação analisada.
Finalmente, no capítulo 5, são feitas considerações finais com sugestões de
trabalhos futuros.
15
Capítulo 2 – Pavimentação
2.1. História Apesar dos objetivos deste trabalho estar relacionado fundamentalmente com a
análise da influência dos diferentes materiais utilizados na construção de pavimentação
asfáltica e sua vida útil, serão traçadas neste item algumas considerações sobre o histórico
da pavimentação.
O homem, a fim de obter melhor acesso às áreas cultiváveis e às fontes de madeira,
rochas, minerais e água, além do desejo de expandir sua área ou território de influência,
criou o que chamamos de Estradas.
Construir, adequar e preservar os caminhos se constitui em atividades essenciais
realizadas pelas civilizações mais remotas que se preocuparam em criar condições
necessárias de comunicação para favorecer o desenvolvimento das interações econômicas e
culturais regionais, a mobilidade de pessoas e dos exércitos para garantir a segurança e a
expansão territorial. Assim, os simples caminhos foram se transformando em estradas de
acordo com a transformação da complexidade social das civilizações.
As evidências arqueológicas de veículos com rodas datam do quarto milênio a. C.
na Mesopotâmia e na Europa Central. A sua difusão pela Eurásia, Vale do Rio Indo,
Europa do Norte e do Ocidente foi muito importante para o desenvolvimento dos
transportes, gerando a necessidade da utilização de materiais mais resistentes para a
construção de estradas (PREGO, 2001).
Considera-se que uma das mais antigas estradas foi destinada ao uso de trenós para
o transporte dos blocos de pedra necessários para a construção das pirâmides no Egito, por
volta dos anos 2600-2400 a. C. Os egípcios foram os primeiros a dar aos caminhos abertos
uma verdadeira forma de via, construindo drenos laterais e executando até mesmo, ainda
que primeiramente, a pavimentação (BERNUCCI, 2010). De certa maneira, os serviços de
pavimentação executados até então por egípcios, pelos povos orientais e pelos gregos
restringiam-se a extensões de vias para facilitar as atividades comerciais, a mobilidade de
pessoas para os centros religiosos, para assistirem às cerimônias, às competições esportivas
e para a movimentação do exército.
O registro arqueológico de uma das mais antigas estradas revestida de pedra é
datada do ano de 1500 a. C. e foi construída na Grécia (PREGO, 2001). No entanto, o
legado da civilização romana sobre as técnicas de construção em geral e particularmente,
16
em relação à pavimentação dos caminhos, ou seja, de construção de estradas teve um
enorme impacto social, pois se aliou estritamente à construção do Império Romano.
Ademais, as técnicas de pavimentação dos romanos perduraram por mais de dois mil anos
e se estendeu por várias regiões além da Europa. Em decorrência do domínio romano sobre
a atual Península Ibérica, este legado romano chegou até nós, pois serviu de referência para
a construção das estradas no período histórico conhecido como Brasil Colônia (PREGO,
2001).
A edificação dos eixos viários construídos com base nos caminhos traçados pelos
povos que habitavam as regiões que gradualmente eram conquistadas de início se
assentava em fins estratégico-militares. No entanto, foi um fator determinante para o
desenvolvimento das redes comerciais, para as interações culturais e para a integração
político-administrativa das áreas que compunham o Império Romano. Desta forma, o
termo latino pavimentum foi absorvido em vários idiomas que receberam influência da
língua latina (RODRIGUES, 2004).
Isto pode ser exemplificado pela construção da Via Ápica que foi praticamente a
primeira estrada a merecer atenção técnica específica em relação à pavimentação. Foi por
iniciativa do censor Claudio Appio Cieco, no ano de 312 a. C., responsável por seu projeto
e construção. Ligava Roma à cidade de Tarento, com o objetivo principal de viabilizar a
comunicação entre a cidade de Roma, a região centro-sul da península itálica e as
províncias orientais (CHEVALLIER, 1972).
Figura 1 – Via Ápia
Fonte: Roma . Pasado e Presente. Roma: Vision, 2011.
17
Os construtores da época eram obrigados a tirar o melhor proveito possível dos
materiais disponíveis nas regiões próximas. A necessidade de aproveitamento de materiais
locais para obras de pavimentação, algo que ainda ocorre nos dias atuais, já era seguida
pelos arquitetos romanos.
De acordo com várias obras escritas pelos romanos, dentro as quais se destaca o
Tratado sobre Arquitetura escrito por Vitrúvio, no século I d. C., é possível conhecer
algumas referências sobre os processos de construção.
Após a delimitação do traçado da estrada no terreno, abria-se uma trincheira ou fossa
da largura que a calçada teria, procedendo-se à extração da terra até ser encontrado material
“duro”, rocha ou solo firme. Este nivelamento e compactação do solo eram feitos manualmente
com instrumentos rudimentares.
Posteriormente, era executado um lastro ou cama do empedrado. Esse lastro se
constituía numa camada de terra argilosa e pedras de vários tamanhos, dispostas de forma bem
compactadas (stratumen),cuja espessura dependia das condições do terreno e da importância da
via, variando entre 300mm e 600mm; esse lastro de pedra tinha a função de melhorar as
condições de apoio para as camadas superiores.
Com o objetivo de regularizar a superfície, antes de se estabelecer o pavimento,
adicionava-se uma camada composta por saibro, pedras de pequenas e médias dimensões e cal,
tudo bem compactado. Este nucleus ou camada intermédia designava-se por rudus ou ruderatio.
A um nível mais elevado dispunha-se as margines que flanqueavam a calçada,
limitando-a e servindo de contrafortes que impediam o seu esboroamento. Finalmente,
pavimentava-se o nível superior (summumdorsum ou summa crusta) que era um pouco
abaulado ao centro, constituía-se de rochas básicas, recortadas e justapostas, permitindo o
escoamento das águas das chuvas para as bermas, sendo o tamanho das lajes do pavimento
variado (RODRIGUES, 2004, p. 19).
18
Figura 2 - Elementos constitutivo de uma estrada romana
Fonte: RODRIGUES, 2004.
Portanto, há mais de 2.000 anos os romanos já possuíam uma boa malha viária de
aproximadamente 5000 km que cobria as regiões imperiais, desde a Muralha de Antonino,
na Escócia até a cidade de Jerusalém, incluindo partes do Norte da África.
Figura 3- Mapa das rotas e principais rios do Império Romano
Fonte: http://orbis.stanford.edu/ORBISversion1.pdf
19
Após o declínio do Império Romano a construção de estradas teve um pequeno
desenvolvimento ao longo da Idade Média e aliou-se ao desenvolvimento das cidades e das
atividades comerciais, a partir do século XII, na Inglaterra, França.
Cabe ressaltar a existência no século XV da construção de estradas pelas
civilizações dos maias e dos incas, na América Central, Norte e no noroeste da América do
Sul.
De acordo com Balbo (2015) o uso de técnicas romanas de pavimentação estendeu-
se praticamente até meados do século XVIII, quando em 1770, o Engenheiro Pier-Maria
Jerolame Trésaguet inovou os critérios de pavimentação na França. A sua técnica consistia
basicamente em uma camada de Fundação, formada aproximadamente de 30 cm de pedras
cravadas, cuja finalidade era uma uniformização das condições de apoio e de uma camada
superior de 8 cm a 10 cm de pedras trituradas, dispostas à mão e posteriormente
compactadas, de maneira a ocorrerem poucos espaços vazios.
Balbo (2015) afirma que, em 1820, o engenheiro escocês John Loudon Mac-Adam,
por meio da sua experiência em construção e manutenção de estradas, publicou suas notas
técnicas que divergiam das técnicas construtivas propostas anteriormente pelo seu colega
francês. Resumidamente, Mc-Adam defendia os seguintes argumentos:
A cravação de pedras na fundação para a uniformização do terreno que fora
empregada pelos romanos, era dispensável;
A camada de material granular não necessitaria de confinamento, algo que impediria
um melhor escoamento da água;
As pedras deveriam apresentar um diâmetro uniforme, variando entre 4 cm e 5 cm,
sendo, para tanto, necessário um rigoroso controle de qualidade; e
As pedras seriam espalhadas em camadas sobrepostas, de espessura crescente, não
havendo a necessidade do uso de aglomerantes, pois a própria água lançada sobre a camada
faria o papel de ligante. A espessura final dessa camada poderia variar entre 15 cm a 25 cm.
Assim, pela primeira vez criou-se uma especificação para o material atualmente
conhecido por macadame hidráulico.
As ideias sustentadas por Mac-Adame e Thomas Telford iniciaram a utilização da
pedra marroada e da pedra britada na construção de estradas de rodagem.
20
Figura 4– Pintura de Carl Rakeman que retratada a construção da primeira estrada
macadamizada nos EUA (1823)
Fonte: https://pt.wikipedia.org/Macadame - US Department of Transportation Federal
Highway Administration (acesso 2008-10-10)
No final do século XIX, diante das novas condições geradas pela Revolução
Industrial, desenvolvimento populacional, ampliação das atividades econômicas e da
necessidade de comunicação, cresceu a busca por revestimentos mais duráveis.
Em 1876 foi construído pela primeira vez o pavimento de concreto de cimento
Portland, na França e, logo depois nos Estados Unidos que passou a ser utilizado até 1930
(PREGO, 2001)
Com a expansão da utilização do cimento Portland nas construções na segunda
metade do século XIX, o concreto viria a ser utilizado na pavimentação de vias, como
ocorreu pela primeira vez em Grenoble (França), em 1876. Nos Estados Unidos, também
nesse mesmo ano, na cidade de Bellafontaine, Ohio, era construído o primeiro pavimento
urbano de concreto.
Em 1870, foi construído o primeiro pavimento com revestimento betuminoso em
Newark, New Jersey (EUA) e 6 anos depois, em Washington D.C., foi executado pela
primeira vez o revestimento betuminoso do tipo sheetasphalt com material asfáltico
importado.
Em 1885, J. Boussinesq publicou o trabalho intitulado Application des potentiels a
l’étude de l’equilibre et dumovement des solides elastiques, que seria, 50 anos mais tarde,
o ponto de partida para o desenvolvimento de diversos modelos analíticos para o estudo de
resposta estrutural de pavimentos, bem como na formulação do critério de
21
dimensionamento de pavimentos U.S. Corps of Engineers (BALBO,2015), o qual será
utilizado nos itens de dimensionamento desta obra, nos Capítulos 3 e 4.
Já no final do século XIX o uso crescente de vias pelos veículos tracionados
mecanicamente trouxe à tona as diversas deficiências da utilização pura e simples de
camadas granulares em pavimentos, como propunham franceses e ingleses cem anos antes.
Em 1890, os pavimentos de concreto passaram a ser utilizados com frequência na
Alemanha, e a partir de 1909, nos Estados Unidos, sendo que neste país já se contava,
desde o início do século XX, com uma significativa produção de asfalto derivado de
petróleo por refinamento para a aplicação em pavimentos.
Na década de 1920, o advento da Mecânica dos Solos deu grande estudo às
pesquisas associadas à pavimentação, em especial por pesquisadores ligados a
universidades e a agências viárias americanas. Com o passar dos anos, grandes
pesquisadores como J.Porter, Proctor, Westergaard, Burmister, entre outros, contribuíram
muito com o avanço dos estudos de pavimentação por meio de criação de ensaios, modelos
e pesquisas.
A partir dos anos 1960, ocorreu o crescimento progressivo de técnicas
computacionais que contribuíram para que diversas teorias desenvolvidas no passado
pudessem ser facilmente empregadas para a análise de deformações e tensões em estruturas
de pavimentos. Além disso, observou-se uma preocupação mais intensa nos países da
Europa ocidental com o emprego de misturas asfálticas (revestimento) que oferecessem,
além de maior durabilidade, maior capacidade de escoamento de águas pluviais, bem como
maior aderência aos pneumáticos de veículos.
Desde esse período até então, década após década os estudos sobre técnicas de
pavimentação foram sendo aprimorados até chegarmos às técnicas e especificações atuais,
que serão mais desenvolvidas nos próximos capítulos.
BRASIL
No Brasil, a história das estradas também esteve estritamente relacionada com as
transformações do processo histórico da sociedade brasileira.
A primeira estrada registrada data do ano de 1560, durante o governo de Mem de
Sá e teve como objetivo ligar São Vicente ao Planalto Piratininga. Transformou-se, mais
tarde, na Estrada do Mar, hoje conhecida como Estrada Velha do Mar. Parte do seu traçado
integrou a Estrada da Maioridade, iniciada em 1837 em homenagem à maioridade de D.
22
Pedro II. Em 1922 foi criada a Sociedade Caminho do Mar que a reconstruiu, utilizando
pela primeira vez nas partes mais íngremes a pavimentação com concreto (BERNUCCI et
al, 2010).
Em Minas Gerais, a Estrada Real tem sua origem nos caminhos abertos pelos índios
goianás. Também, conhecida como Caminho do Ouro, ligava Ouro Preto a Paraty e foi
acrescida por uma construção mais recente que seguia do Rio de Janeiro a Diamantina.
Atualmente, está sendo reestruturada para fins turísticos.
Em 1841, D. Pedro II deu inicio à ligação entre o Rio de Janeiro e Petrópolis, por
meio da construção da Estrada Normal da Serra da Estrela. Graças ao empreendedorismo
do Barão de Mauá que se engajava na politica de industrialização do Brasil, esta estrada
passou a ser usada em conjunto com a primeira ferrovia do Brasil. A ferrovia ligava o
Porto Mauá à Raiz da Serra, onde as diligências seguiam para Petrópolis pela Estrada da
Serra da Estrela. Em 1860 foi inaugurada a Estrada de Rodagem União Indústria que
iniciou o uso de macadame como base/revestimento, ligando Petrópolis à Juiz de Fora.
Representa um marco na modernização da pavimentação em nosso país. Atualmente,
alguns dos seus trechos fazem parte da BR-040 (RJ).
Durante o período histórico conhecido como Primeira República, a construção de
estradas foi muito tímida e se desenvolveu gradualmente de acordo com a difusão dos
veículos de carga e carros particulares. Neste processo tornou-se importante a criação: do
Ministério da Viação e Obras Públicas (1906), da Ford Motor Company (1919) e a
inauguração pelo presidente Washington Luiz da rodovia homônima que ligava Rio de
Janeiro a São Paulo. Em 1949, esta rodovia foi ampliada e renomeada para Estrada
Presidente Dutra.
Destaca-se, ainda, a criação por Getúlio Vargas do Departamento Nacional de
Estradas de Rodagem (DNER), os avanços na pavimentação em decorrência das novas
tecnologias desenvolvidas durante a II Guerra Mundial que impulsionaram a política de
construção rodoviária, incluindo a melhoria das estradas vicinais. Desta forma, a década
de 1950 deu inicio à execução de pavimentos em escala industrial e da organização de
grandes firmas construtoras. Neste contexto, inserimos a criação da Petrobrás (1953), o
programa de abertura e melhoramento de estradas no Nordeste, a criação da fábrica de
asfalto da Refinaria Presidente Bernardes da Petrobrás, implantação da indústria
automobilística e criação de Brasília pelo Presidente Juscelino Kubitschek (1956-1961).
23
Além do desenvolvimento de agências de estímulo à pesquisa, tais como: Instituto de
Pesquisas Rodoviárias (IPR) e a Associação Brasileira de Pavimentação (ABPv).
Deve ser registrado que no final da década de 1960 teve início a pesquisa
acadêmica organizada e oficial com os cursos de pós-graduação em Engenharia Civil que
muito contribuiu para o desenvolvimento das pesquisas com finalidades rodoviárias
(BALBO, 2015).
Ao longo do governo militar (1964-1984) construiu-se a Rodovia Transamazônica e
a Ponte Costa e Silva (Rio de Janeiro-Niterói).
Apesar das mudanças políticas e do avanço do processo de redemocratização, o
Brasil apresenta um atraso considerável em relação aos Estados Unidos e outros países da
Europa e da América do Sul, tanto em relação ao percentual das rodovias estaduais e
federais pavimentadas e não pavimentadas, como em relação à produção de asfalto.
No tocante à qualidade, houve um avanço significativo com o programa de
concessões, iniciado em 1996, comprovando a existência no país de tecnologia para a
produção de vias resistentes e com capacidade de conforto e segurança ao rolamento
(BERNUCCI et al, 2010).
A Pesquisa da Confederação Nacional de Transportes (CNT) sobre Rodovias
(2015) demonstra que a maior parte da extensão das rodovias avaliadas (cerca de 100 mil
Km) apresenta algum tipo de deficiência no seu estado geral: pavimento, sinalização e
geometria da via.
Quadro 1- Tipos de deficiência
Fonte: CNT de Rodovias, 2015.
24
Observa-se nestas pesquisas que diante do escasso investimento de recursos pelos
governos nas rodovias brasileiras, a participação da iniciativa privada foi fundamental para
promover melhorias na infraestrutura de transporte. No entanto, esta participação foi
distribuída de forma desigual pelo território nacional, concentrando-se nos últimos anos,
principalmente, em São Paulo e Minas Gerais.
As mencionadas pesquisas apresentam o seguinte resultado: 78,3% da extensão das
rodovias sob a concessão avaliadas teve o estado geral classificado como ótimo ou bom,
sendo apenas 21,7% classificadas como regulares, ruins ou péssimas. Em contraponto, nas
vias públicas 65,9% da extensão pesquisada apresenta algum tipo de deficiência e somente
34,1% foi classificada como ótimas ou boas.
Compatível com a crise geral vivida pela sociedade brasileira é relevante ressaltar
que houve um aumento de 13,1%, em relação a 2014 no número de pontos críticos
identificados pelas Pesquisas CNT de Rodovias 2015.
Quadro 2- Pontos críticos na extensão total pesquisada
Fonte: Pesquisas CNT de Rodovias 2015
As rodovias em mau estado de conservação interferem na eficiência do transporte
rodoviário. Isto, além de aumentar o custo das viagens, a emissão de poluentes, a
insegurança dos transeuntes, provoca um impacto negativo no preço final dos produtos
comercializados no mercado nacional, contribuindo para agravar a economia. Desta
forma, a continuação da insuficiência de investimentos de recursos e de vontade política
destinados à melhoria e ampliação da infraestrutura de transporte traz como consequência a
paralização de obras essenciais para o progresso do país e retomada do crescimento das
atividades produtivas.
25
2.2. Tipos de Pavimentos De acordo com o DNIT, os pavimentos são classificados em rígido, semi-rígido e
flexível:
Rígido: Aquele em que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação às
camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as tensões provenientes do
carregamento aplicado, impondo cargas bem reduzidas ao subleito (fundação). Exemplo
típico: pavimento constituído por lajes de concreto de cimento Portland;
Semi-Rígido: Caracteriza-se por uma base cimentada por algum aglutinante com
propriedades cimentícias, como por exemplo: uma camada de solo cimento revestida por
uma camada asfáltica;
Flexível: Aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa
sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente
equivalentes entre as camadas. Exemplo típico: pavimento constituído por uma base de
brita (brita graduada ou macadame) ou por uma base de solo pedregulhoso, revestido por
uma camada asfáltica.
Figura 5- Tipos de pavimento
Fonte: BALBO, 2015
Para Yoder e Witczak (1975), a diferença fundamental entre esses tipos de
pavimentos está na forma em que cada um distribui a tensão, e não pelos tipos de materiais
que estão sendo empregados. Seguindo a mesma linha de raciocínio, Balbo (2015), explica
que na Engenharia, as tentativas de classificações e definições encontram-se, muitas vezes,
tão crivadas de limitações que acabam se tornando ineficientes. Daí, ser preferível e até
mesmo desejável não impor definições muito rígidas, mas apontar limitações de utilização
26
de um dado termo ou expressão. O comentário acima é fruto da variedade de
comportamento apresentando por diversos tipos de pavimentos em situações particulares.
Um bom exemplo é quando temos um pavimento asfáltico com comportamento
rígido. Esse tipo de pavimento que, embora muito desconhecido no Brasil, mas empregado
exaustivamente nas regiões mais frias dos Estados Unidos da América, nas décadas de
1970 e 1980, na tentativa de se obter resultados mais longevos para os pavimentos
asfálticos. Esse pavimento era composto integralmente por camadas de estruturas
asfálticas, fosse revestimento, base, ou sub-base, sobre o subleito. As misturas asfálticas
herdam as propriedades reológicas dos asfaltos, que são materiais viscoelastoplásticos e
termoplásticos, cuja elasticidade se altera em função da temperatura, por força da mudança
da viscosidade do material em várias condições térmicas. Assim, quando a temperatura
chega ao nível dos 65 °C, em asfaltos comuns, se atinge o estágio que é conhecido como
ponto de amolecimento. O material entra, então, em fluxo viscoso. Há, no sentido oposto,
um ponto denominado vitrificação, ou seja, o asfalto se torna frágil. Isto ocorre em
temperaturas mais baixas, como por exemplo, nas regiões mais frias nos Estados Unidos da
América. No entanto, os asfaltos, tendo a sua viscosidade muito aumentada pela baixa
temperatura, apresenta um incremento expressivo no seu módulo de elasticidade ou de
resiliência, atingindo valores oito ou até dez vezes superiores aos valores em condições
normais. Isso significa que as propriedades elásticas dos asfaltos aproximam-se
francamente de valores encontrados em misturas cimentadas. Com isso, o pavimento acaba
tendo um comportamento rígido, apesar de ser um pavimento asfáltico (BALBO, 2015).
Portanto, casos como o já citado provocam uma necessidade por parte do
profissional de não associar a classificação de um pavimento quanto a sua camada, tipo de
revestimento, tipo de mistura e tipos de materiais utilizados. Desta forma, dependendo da
sua formulação e das condições climáticas vigentes em dado momento, as misturas
asfálticas poderão ser bastante flexíveis ou bastante rígidas.
27
2.3. Materiais: Solos, Agregados e Asfalto
2.3.1 Solos
2.3.1.1. Definição
O estudo de solos para a pavimentação é imprescindível do ponto de vista de
materiais e projetos. Os solos são utilizados não só no subleito, fundação do pavimento,
como também, nas camadas de reforço, base e sub-base.
Para Vargas (1978), todo material não consolidado e ocorrente acima das rochas e
empregado em construção civil é chamado de solo. Já Nogami (1992), considera solo
como um material natural, não consolidado e constituído por grãos facilmente separáveis
(mecanicamente ou hidraulicamente), escaváveis com equipamentos tradicionais de
terraplanagem (BALBO, 2015).
No Brasil, esse estudo para finalidades rodoviárias, exige conhecimentos de
mecânica dos solos tradicional e, principalmente, de solos em clima tropical úmido, ou
seja, é fundamental analisar não só as propriedades do material, mas também o seu
comportamento em determinadas regiões e climas.
Os solos encontrados em regiões tropicais são os seguintes: Lateríticos, Saprolíticos
e Transportados.
Os solos lateríticos são solos superficiais, típicos das partes bem drenadas das
regiões tropicais úmidas, resultantes de uma transformação da parte superior do subsolo
pela atuação do intemperismo. Já os solos saprolíticos são aqueles que resultam da
decomposição e/ou desagregação in situ da rocha matriz pela ação das intempéries
(chuvas, insolação, geadas) e mantêm, de maneira nítida, a estrutura da rocha que lhe deu
origem. São genuinamente residuais, isto é, derivam de uma rocha matriz, e as partículas
que o constituem permanecem no mesmo lugar em que se encontrava em estado pétreo.
Solo residual maduro = solos Lateríticos
Solo residual Jovem =Solos Saprolíticos
2.3.1.2. Propriedades básicas
De acordo com ODA (2016), é importante no estudo de solos, conhecer a totalidade
das suas propriedades físicas e químicas para a construção de estradas. No entanto, como o
conhecimento dessas propriedades é caro e demorado, se costuma-inferir tais propriedades,
28
a partir de outras mais simples, mais gerais e mais facilmente determináveis, denominadas
de propriedades índice.
Na Mecânica dos Solos são adotadas como propriedades índices, a saber:
a) as propriedades físicas dos solos:
-Granulometria
-Plasticidade
-Atividade da fração fina
b) as propriedades relacionadas à compacidade, à consistência e à estrutura dos
solos.
GRANULOMETRIA
Um solo pode ser considerado com um conjunto formado por diversos tamanhos. A
medida do tamanho das partículas constituintes é feita por meio da granulometria e para
representação dessa medida costumava-se utilizar uma curva de distribuição
granulométrica.
PLASTICIDADE E ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
Um solo argiloso, dependendo do seu teor de umidade, pode apresentar
características iguais às de um líquido ou de um sólido. Entre esses dois estados limites, o
solo passa por um estado plástico e por um estado semissólido.
Quadro 3- Pontos críticos na extensão total pesquisada
.
Fonte: ODA, 2016
29
Limite de Liquidez (LL) – é o teor de umidade que indica a passagem do estado
plástico para o estado líquido. Está relacionado com a capacidade do solo de absorver
água.
Limite de Plasticidade (LP) – é o teor de umidade que indica a passagem do estado
semisólido para o estado plástico.
Índice de Plasticidade (IP) – é calculado pela diferença entre LL e LP. Mede a
plasticidade dos solos e fisicamente representa a quantidade de água necessária para que o
solo passe do estado plástico ao líquido. Em outras palavras, mede a tendência a expansão
do solo.
2.3.1.3. Classificação para fins rodoviários MCT
A MCT (Miniatura, Compactado, Tropical), para Balbo (2015), foi concebida como
forma de enquadramento dos solos finos tropicais, tendo em vista suas propriedades
mecânicas e hidráulicas quando compactados e ainda em fase de seu potencial para
emprego em camadas de pavimentos.
Embora não tenha merecido impacto internacional, a classificação MCT poderá ser
empregada com sucesso em países de clima tropical úmido, onde existem abundantes
ocorrências de solos finos lateríticos e não lateríticos. Assim, são denominados,
respectivamente, solos de comportamento laterítico e solos de comportamento não
laterítico.
Quadro 4– Propriedade dos solos de cada classe MCT
Fonte: ODA, 2016.
30
2.3.2 Agregados De acordo com Balbo (2015), os agregados podem ser entendidos como conjuntos
de grãos minerais, dentro de determinados limites de dimensões, naturais e artificiais,
britados ou não, utilizados na construção civil, notavelmente, na fabricação de argamassas,
concretos asfálticos e de cimentos Portland, misturas estabilizadas com ligantes e etc. No
ramo da construção pesada de vias de transporte, são de notável aplicação na fabricação de
diversas camadas que compõem estruturas de pavimentos e lastros de vias férreas.
Para finalidades de pavimentação, são diversas as propriedades que devem possuir
os agregados, quanto ao seu desempenho para atender aos requisitos necessários para um
uso predefinido, como durabilidade, resistência, adesividade ao ligante e etc., ou ainda, a
combinação de diversos requisitos mínimos.
Figura 6- Proporção de agregados em mistura
Fonte: ODA, 2016.
Em particular, no caso de concreto para pavimentos, cerca de 75% , em volume ou
80% em peso do material são compostos por agregados pétreos, o que pode dar uma ideia
inicial da importância do elemento não só para o concreto, mas também para a
pavimentação, BALBO (2015).
31
Figura 7– Tipos de agregados
Fonte: ODA, 2016.
DISTRIBUIÇÃO DOS GRÃOS
A distribuição granulométrica dos agregados é uma das principais características e
efetivamente influi no comportamento dos revestimentos asfálticos. Essa distribuição
granulométrica influencia a maiorias das características do revestimento, incluindo rigidez,
estabilidade, durabilidade, permeabilidade, trabalhabilidade, resistência à fadiga e à
deformação permanente, resistência ao dano por umidade induzida etc.
32
Figura 8– – Ilustração da análise por peneiramento
Fonte: BERNUCCI, 2010.
Essa distribuição ocorre por meio de uma análise por peneiramento. Nessa análise
uma amostra seca do agregado é segregada através de uma série de peneiras com aberturas
de malha progressivamente menores. Uma vez que a massa de partículas retidas em cada
peneira é determinada e comparada com a massa total da amostra, a distribuição é expressa
como porcentagem em massa em cada tamanho de malha de peneira.
De acordo com a norma DNER-ME 035/95 os tamanhos das peneiras a serem
usados na análise granulométrica são os mostrados na tabela abaixo. Porém, nem todos os
tamanhos são necessariamente usados em cada especificação. Ressalta-se que, embora a
referida norma não cite a peneira de abertura 12,5mm, esta é muito utilizada nos projetos
de mistura asfáltica.
33
Quadro 5- Dimensões nominais das peneiras
Fonte: DNER-ME 035/95
A norma DNER-ME 083/98 descreve o procedimento de análise de peneiramento.
A subdivisão da graduação em algumas classes é fundamental, pois auxilia na
distinção de tipos de misturas asfálticas, que serão abordadas no Capítulo 4. A seguir, são
denominadas as mais importantes graduações:
Agregado de graduação densa ou bem-graduada, é aquele que apresenta
distribuição granulométrica contínua, próxima a da densidade máxima.
Agregado de graduação aberta é aquele que apresenta distribuição
granulométrica contínua, mas com insuficiência do material fino (menor que
0,075mm) para preencher os vazios entre as partículas maiores, resultando em maior
volume de vazios. Nas frações de menor tamanho a curva granulométrica é abatida e
próxima de zero;
Agregado de graduação uniforme é aquele que apresenta a maioria das
suas partículas com tamanhos em uma faixa bastante estreita. A curva granulométrica
é bastante íngreme;
34
Agregado com graduação descontínua é aquele que apresenta pequena
porcentagem de agregados com tamanhos intermediários, formando um patamar na
curva granulométrica correspondente às frações intermediárias. São agregados muito
sensíveis a segregação, logo, devem ser trabalhados adequadamente quando em
misturas asfálticas.
2.3.3. Asfaltos De acordo com Balbo (2015), asfalto é um produto natural ou derivado do petróleo,
constituído essencialmente de betumes. Betumes podem ser definidos da seguinte maneira:
são substancias compostas por hidrocarbonetos pesados, com propriedades ligantes,
inflamáveis, de elevada viscosidade em temperatura ambiente, e que ocorrem na natureza
ou são obtidos por fabricação, a partir da destilação do petróleo, de carvão, de madeira ou
de resinas. Os materiais betuminosos são divididos em asfaltos (petróleo) e alcatrões
(obtidos pela destilação destrutiva do carvão).
No entanto, de acordo com Bernucci (2010), o alcatrão praticamente não é mais
utilizado em pavimentação desde que se determinou o seu poder cancerígeno, além do fato
de sua pouca homogeneidade e baixa qualidade em termos de ligante para pavimentação,
derivada da própria forma de obtenção do mesmo.
A importância do asfalto para a construção de estradas no nosso país é única, visto
que de acordo com Oda (2016), a maioria das ruas e rodovias no Brasil é composta de
pavimentos asfálticos, formada pela mistura de materiais pétreos e asfalto. O asfalto em
misturas produzidas e aplicadas a quente, representa de 25 a 40% do custo de construção
do revestimento.
Quadro 6– Consumo de asfalto no Brasil entre 1997 e 2014.
Fonte: ODA, 2016.
35
Propriedades do asfalto para pavimentação:
1. Termoplástico:
o Passa do estado liquido ao sólido de maneira reversível;
o A aplicação no pavimento deve ser feita em temperaturas elevadas;
2. Comportamento visco-elástico (varia com a temperatura)
o Tráfego rápido – comportamento elástico;
o Tráfego lento – comportamento viscoso;
3. Impermeável à água
4. Quimicamente pouco reativo:
o Garante boa durabilidade;
o Contato com o ar gera oxidação lenta, que pode ser acelerado por
temperaturas altas;
o Para limitar risco de envelhecimento precoce: evitar temperatura excessiva
de usinagem e espalhamento e alto teor de vazios
Na sequência, serão apresentados vários tipos de ligantes asfálticos,
apresentados na pavimentação, de acordo com a obra de Balbo (2015).
2.3.3.1. Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)
Os cimentos asfálticos de petróleo são obtidos a partir de processos de refinamento
de petróleo cru, para as finalidades específicas de pavimentação e de outras aplicações. São
materiais que possuem grande quantidade de betume, por isso muitos vezes são designados
como betumes. Possuem cor negra ou marrom mais escuro, sendo muito viscosos e agindo
como ligantes, de consistência sólida e semissólida em temperaturas ambiente.
O CAP, como material ligante ou aglutinante, possui geralmente boa aderência aos
agregados, além de apresentar propriedades impermeabilizantes, o que torna o seu uso
bastante popular na engenharia civil de diversas formas. O uso é muito favorável em
decorrência das suas propriedades, tais como: flexibilidade, relativa durabilidade e grande
resistência à maior parte dos ácidos, sais e álcalis, além de ser insolúvel em água. É um
material termoplástico, de comportamento reológico complexo e dependente da
temperatura, que, com o intemperismo, se altera, perdendo as suas propriedades iniciais,
tornando-se mais viscoso e frágil.
36
2.3.3.2 CAP modificado com polímeros
Desde 1970, polímeros passaram a ser adicionados ao CAP na busca por um
material mais rígido (sofrendo menos deformações) e que tenha uma melhor recuperação
elástica para aliviar os esforços.
Polímeros são substâncias compostas orgânicas de pesos moleculares múltiplos,
com unidades químicas em cadeia. São obtidas diretamente da natureza, a partir de
madeiras, óleos lubrificantes e cortiças, por exemplo, ou então elaborados artificialmente
pela união de compostos de moléculas pequenas (monômeros).
Quadro 7 – Tipos de Polímero
Fonte: BALBO, 2015.
Os principais objetivos na adição de Polímeros constam da lista a seguir:
Elevar à coesão do material;
Reduzir a influência das variações da temperatura;
Baixar a viscosidade à temperatura de aplicação;
Resultar em CAP com baixa fluência;
Aumentar a resistência à deformação plástica, à fissuração e a fadiga;
Garantir uma boa adesividade;
Aumentar a durabilidade do material.
O SBS é o material mais empregado para a modificação do CAP, embora o seu
processo de mistura envolva vários cuidados. De acordo com Oda (2016), há a necessidade
37
de equipamentos sofisticados, de uma formulação bem ajustada e de bom controle das
condições operacionais.
Esse material diminui a suscetibilidade térmica do CAP, tornando-o mais estável,
possibilitando um emprego mais amplo. O SBS faz com que o CAP, em temperaturas
muito baixas, resulte menos rígido, aumentando assim a sua ductilidade, evitando a sua
ruptura frágil quando empregado em climas temperados (reduzindo o seu ponto de
vitrificação). Já nos climas quentes, quando ocorre o aumento de temperatura nas misturas
asfálticas, ultrapassando o ponto de amolecimento de um CAP, o SBS mantém-se sólido,
conseguindo, assim, reter o aumento de fluxo viscoso no CAP.
Essa modificação nas propriedades do CAP com o emprego do SBS ocorre pelo
fato do SBS atuar como um conjunto de molas elásticas, de tal forma que o novo material
modificado passa a ter mais características do polímero, tornando o CAP algo
complementar na estrutura do material modificado.
2.3.3.3. CAP modificado por adição de borracha (Asfalto Borracha)
O apelo ambiental sobre a destinação final da borracha de pneus, fez com que a
indústria desenvolvesse a reciclagem do material descartado após o uso. A trituração de
pneus resulta em dois tipos de materiais que podem ser utilizados no asfalto.
Figura 9– Asfalto convencional x Asfalto borracha
Fonte: BERNUCCI, 2010.
38
A melhor forma de incorporar a borracha é previamente triturá-la finamente e
depois incorporá-la ao CAP, o que é realizado dentro de tanques com temperatura de
aproximadamente a 200°C.
Um fator muito importante a ser observado na adição de borracha ao CAP é ter um
controle sobre a homogeneidade microestrutural da borracha. Considerando se que o
material disponível de borracha triturada tem uma composição heterogênea, com diferentes
proporções de borracha natural e sintética, pode resultar em variações significativas nas
propriedades do produto originado com o emprego das mesmas. Por isso, há a preferência
do emprego de borracha proveniente de pneus (descarte), já que há a garantia da
homogeneidade desse material.
Uma das vantagens na produção desse tipo de ligante asfáltico é que este equivale a
60% do custo do CAP original. No entanto, Balbo (2015) ressalta que, os asfaltos borracha
fabricados no Brasil nos últimos anos tem tido incorporação do polímero SBS, já
mencionado. Esse procedimento vem sendo realizado, pois somente o emprego da
borracha não vem garantindo a melhoria na recuperação elástica, obtida pela incorporação
exclusiva da borracha.
Na sequência, serão apresentados vários tipos de ligantes asfálticos, presentes na
pavimentação, de acordo com a obra de Balbo (2015).
2.3.3.4. Espuma de Asfalto
O lançamento d´água (em jatos) diretamente sobre o asfalto aquecido em uma
câmara de expansão adequada deixa o asfalto com muitas “bolhas”, com o aspecto de
espuma. Esse procedimento é realizado para que seja possível adicionar agregados ao
CAP, reduzindo a sua consistência através do seu aquecimento, já que em temperatura
ambiente encontra-se semissólido e consistente.
Todo o processo é realizado com câmara de expansão móvel na pista, pois o tempo
de ruptura das bolhas de asfalto com a queda de temperatura gerará gotículas de asfalto que
se misturam com os agregados ou solos. Esta operação não deve ultrapassar cerca de 20
segundos.
39
2.3.3.5. Asfaltos Diluídos de Petróleo (ADP)
Os asfaltos diluídos ou recortados de petróleo são CAPs liquefeitos por adição e
mistura de solvente (Destilados leves de Petróleo). Os solventes presentes nos asfaltos
diluídos, quando expostos à temperatura ambiente evaporam, restando somente o CAP.
Conforme a natureza do diluente utilizado em sua fabricação serão posteriormente
classificados em:
Asfalto diluído de cura rápida (CR) – Solvente é a gasolina ou a nafta.
Asfalto diluído de cura média (CM) – Solvente é o querosene
A cura deve ser entendida como resultante da evaporação do solvente do asfalto
diluído. Os ADPs são bastante aplicados nos pavimentos como filme de impermeabilização
e de ligação entre camadas, sobre as bases de solos e agregados antes da aplicação do
revestimento sobre estas, seja o revestimento asfáltico ou de concreto.
2.3.3.6. Emulsões Asfálticas de Petróleo (EAP)
Uma emulsão é definida como uma dispersão estável de dois ou mais líquidos
imiscíveis. No caso da EAP os dois líquidos são asfalto e água.
O Produto especial chamado de agente emulsificante é uma substância que reduz a
tensão superficial, o que permite que os glóbulos do asfalto permaneçam em suspensão na
água por algum tempo, evitando a aproximação entre as partículas e sua posterior
coalescência (junção das partes que se encontravam separadas).
De acordo com Balbo (2015), o processo de fabricação da EAP consiste na diluição
do CAP em meio solvente, produzindo-se assim, a fase sólida (ligante). A fase líquida é
produzida com o uso de água, emulsificante, solvente e ácido. Ambas as fases são então
misturadas em um moinho, onde é aplicada energia mecânica para a dispersão das mistura.
Geralmente são utilizados produtos tensos ativos para reduzir a tensão interfacial
asfalto/água, garantindo a separação em duas fases, mesmo após estocagem.
A EAP é produzida por dispersão de glóbulos de asfalto que saem do moinho e
caem em uma solução de água e agente emulsificante, sem contar outros aditivos e adições
particulares.
BALBO (2015) afirma que a viscosidade de uma emulsão asfáltica dependerá
fundamentalmente da porcentagem de CAP, resíduo ligante, utilizado em sua fabricação.
A forma de uso da emulsão consiste em provocar a ruptura ou quebra de equilíbrio
frágil da mistura óleo-água, deixando os glóbulos livres para se reunirem, resultando na
40
reconstituição do asfalto residual, que tanto quanto possível deve ser igual ao original antes
da dispersão.
Figura 10– Emulsão Asfáltica de Petróleo
Fonte: BERNUCCI, 2010.
2.4. Materiais preparados para pavimentação
MISTURAS ASFÁLTICAS
Na camada de revestimento dos pavimentos brasileiros são utilizadas muitas opções
de misturas. Estas misturas são preparadas com agregados minerais de vários tamanhos.
Podem, também, variar quanto à fonte, com ligantes asfálticos para que ao serem
adequadamente proporcionada e processada, garantam ao serviço executado e de acordo
com o clima e com o tráfego previstos para o local, os requisitos de impermeabilidade,
flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao
trincamento térmico (BERNUCCI et al. 2010)
2.4.1. Concreto Asfáltico (CA) Pode ser considerada a mais comum e tradicional mistura asfáltica a quente
empregada no país, seja pelos materiais empregados em sua fabricação, seja também pelos
processos de controle exigidos para a sua execução, em usina e em pista. O CA é um
material para a construção de revestimentos, incluindo capas de rolamento e camadas de
41
ligação imediatamente subjacentes ao revestimento, obtido a partir da mistura e
homogeneização de agregados minerais (naturais ou artificiais, britados ou em sua forma
disponível), em geral bem graduados, de material fino de enchimento – fíler (pó de pedra,
finos calcários ou cimento Portland) – e de cimento asfáltico de petróleo (CAP).
Figura 11– Execução do Revestimento Asfáltico Usinado à Quente
http://www.mjre.com.br
Além de cumprir o papel de material de enchimento, os fíleres provocam um
aumento na viscosidade do CAP, gerando um incremento do ponto de amolecimento, na
estabilidade, no módulo de resiliência e na resistência da mistura asfáltica. Lembrando que
um aumento da viscosidade do asfalto contribui para que este não fique tão sensível ao
aumento da temperatura, garantindo-se assim a sua consistência.
Em geral, a espessura final desejada para um CA acaba por impor a sua
compactação em camadas distintas, com ou sem alteração de faixas granulométricas; este
procedimento é empregado para a garantia da correta densificação do material. Na
ocorrência de execução de duas camadas de revestimento, a camada superficial recebe o
nome de capa de rolamento ou camada de desgaste; a camada inferior recebe o nome de
binder ou camada de ligação. Um CA poderá ainda ser utilizado como camada com a
função de regularização do nível de greide de uma superfície de pavimento antiga e
irregular, quando então será designado camada de regularização ou camada de
nivelamento (de reperfilagem).
42
2.4.2. Camada Porosa de Atrito (CPA) Com a evolução do conceito de concreto asfáltico (impermeável), surgiram as
chamadas misturas asfálticas drenantes ou porosas para emprego na superfície de
pavimentos, atualmente, mais conhecidas como Camada Porosa de Atrito (CPA) ou
concreto asfáltico poroso.
Figura 12– Camada Porosa de Atrito
Fonte: http://www.tarmac.com/solutions/readymix/topmix-permeable/
As CPA foram criadas para obter-se uma superfície altamente drenante que pudesse
rapidamente drenar as águas pluviais sobre a superfície de revestimento, evitando a
formação de poças, inseguras para o movimento de veículos. Tais águas, além de causas o
indesejável efeito Spray de um veículo para outro sucessivo, podem ocasionar uma
película de água superior à macrotextura superficial, muitas vezes responsável pelo
fenômeno aquaplanagem dos veículos. Verificou-se também que o emprego do CPA
contribuía para uma relativa melhoria quanto à redução de ruídos gerados por veículos.
Tais misturas, com grande conteúdo de vazios, obviamente exigem uma camada
inferior de CAUQ densa, ainda que bem delgada, não drenante, para evitar a infiltração de
água para bases e subleitos. A água seria então drenada lateral e internamente à CPA
superficial. Ocorre que, com o passar dos anos, tal revestimento poroso é colmatado, por
43
infiltração de poeira, lama, óleos, matéria orgânica etc., perdendo, com maior ou menor
rapidez, suas características drenantes.
A base de funcionamento da mistura CPA é o emprego de uma mistura de
graduação aberta, de agregados, uniforme, com ou sem filer, que incorra em uma
porcentagem de vazios entre 18% e 25% na mistura. (BERNUCCI et al, 2008).
A espessura do CPA em geral não ultrapassa a 50 mm.
2.4.3. Stone Matrix Asphalt (SMA)
O SMA, Stone Matriz Asphalt, contribui para melhorar não só a questão da
drenagem e da aderência superficial, mas principalmente a resistência ao cisalhamento das
misturas asfálticas para revestimento. A superfície do SMA apresenta uma macrotextura tal
que funciona como canais que permitam o escoamento de águas sem sobreposição de
agregados, evitando a formação de finas lâminas d’água durante períodos chuvosos,
favorecendo a aderência e o contato dos pneus com os agregados superficiais.
Uma mistura SMA, não deixa de ser um CAUQ, porém com várias diferenças. É
preparada com um conjunto de grãos com distribuição granulométrica descontínua, com
mais agregados graúdos e muito poucos finos, sendo necessária uma cubicidade maior dos
agregados britados para que, após compactação, apresentem grande contato face a face.
Os vazios restantes nessa mistura, que não são poucos nessa forma de composição
granulométrica, devem ser preenchidos por um mástique asfáltico. Esse material nada mais
é que uma mistura entre areia (areia artificial de britagem de rochas), o pó de enchimento
(filer), o ligante asfáltico e fibras (em geral celulose, podendo ser também de minerais). O
ligante empregado é convencionalmente um CAP modificado com polímeros.
2.4.4. Gap Graded Tem como principal característica uma descontinuidade em um intervalo específico
na curva granulométrica, chamada de “Gap”. Isto não a caracteriza como uma mistura
aberta e nem tem a quantidade de finos elevada como o SMA. É uma mistura descontínua
fechada e sua faixa granulométrica resulta em um revestimento de macrotextura
superficial rugosa. No entanto, apresenta teor de vazios entre 4,0 a 6,0%.
O Gap Graded foi introduzido no Brasil em 2002. Os principais estados brasileiros
que utilizam a mistura Gap Graded com asfaltos modificados são Paraná e São Paulo
(JUNIOR, 2012)
44
2.4.5. Tratamento Superficial Os tratamentos superficiais são revestimentos de pequenas espessuras, somente
aplicados para volumes de tráfego leves, executados sobre base ou sobre o revestimento já
existente em um pavimento.
Os materiais asfálticos aplicáveis na execução dos tratamentos superficiais são os
CAPs, os asfaltos diluídos e as Gaps. O CAP deve ser aplicado à quente, sendo utilizado os
tipos mais viscosos ( CAP – 7 ou CAP 150/200) para se conseguir boa penetração do
material asfáltico na camada de agregados.
São aplicados nas rodovias brasileiras três tipos de tratamentos superficiais: camada
simples (TSS), dupla (TSD) ou tripla (TST).
A execução consiste na aplicação de material asfáltico sobre a superfície em
questão, seguida da distribuição uniforme de agregados sobre o material asfáltico e
posterior compactação. Essa sequência é repetida no caso duplo ou triplo, de acordo com a
necessidade do pavimento.
CAMADAS GRANULARES E DE SOLOS ESTABILIZADOS
GRANULOMETRICAMENTE
As camadas com materiais que não empregam estabilização com ligante hidráulico
ou asfáltico são camadas que recebem estabilização puramente mecânica por efeito de
compressão e adensamento dos materiais constituintes.
As camadas mencionadas na sequência serão utilizadas no estudo de caso, objeto
do Capítulo 4.
2.4.6. Brita Graduada Simples (BGS)
São materiais resultantes da mistura em usinas apropriadas de agregados britados
que passaram por processo de peneiramento, resultando em misturas bem graduadas, com
umidade controlada em usina, seguida de compactação do material na pista.
Constituem camada de base e sub-base de elevada qualidade, quando compactadas
corretamente. São normalmente empregadas nas camadas de 100 mm e 150 mm, em
diversos tipos de pavimento e para qualquer volume de tráfego. De acordo com Balbo
(2015), a importância das pedras britadas na história recente da pavimentação viária é
45
notável, visto que até serviu de padrão para a definição de capacidade de suporte de solos,
no ensaio CBR, conforme será analisado no item 3.2.2.
2.4.7. Macadame Seco (MS) Trata-se da camada composta de materiais granulares resultante da compactação de
pedra-pulmão (rachão obtido no britado primário), seguida de seu preenchimento por
agregado moído com grande esforço de compactação. Eventualmente, o material de
enchimento poderá ser uma brita de granulometria uniforme.
O MS geralmente é empregado nas camadas de reforço do subleito para elevados
volumes de tráfego.
2.4.8. Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC)
Compreende uma mistura de agregados do tipo BGS com uma pequena quantidade
de cimento Portland, geralmente, 3,5 a 4% do peso da mistura total. Materiais dessa
natureza, embora seja de rigidez elevada, também, apresentam heterogeneidade e a vazios
não preenchidos por cimento muito expressivos. Essa pequena quantidade de ligações
pasta-agregado, acarreta baixa resistência e tenacidade medíocres. Em decorrência dessas
características o seu comportamento à fadiga é sofrível, comparado com misturas mais
homogêneas e argamassadas.
2.5. Camadas Embora não seja regra geral, se entende a estrutura do pavimento em seu sentido
puramente estrutural para que receba esforços que visam aliviar as tensões sobre as
camadas inferiores, as quais geralmente são menos resistentes. O seu funcionamento
adequado depende do trabalho de todas as peças que a compõem de acordo com as
deformações compatíveis com a sua natureza e capacidade. Ou melhor, não podem ocorrer
processos de ruptura ou danificação de forma permanente e inadvertida nos materiais que
constituem as camadas do pavimento.
46
Figura 13– Camadas Genéricas de um pavimento
Fonte: BALBO, 2015.
Cada camada do pavimento possui uma ou mais funções específicas que devem
proporcionar aos veículos as condições adequadas de suporte e rolamento em qualquer
condição térmica. As cargas aplicadas sobre a superfície do pavimento acabam por gerar
determinado estado de tensões na estrutura que muito dependerá do comportamento
mecânico de cada uma das camadas e do seu conjunto. Recorde-se que as cargas são
aplicadas por veículos e também pelo ambiente, geralmente de modo transitório. Desta
forma, são cíclicas ou repetitivas. Isto, no entanto, não implica repetição constante de suas
respectivas magnitudes.
Em linhas gerais pode-se dizer que as cargas externas geram esforços solicitantes
verticais e horizontais. Os esforços verticais podem ser reduzidos a solicitações de
compressão e de cisalhamento. Já os esforços horizontais podem inclusive solicitar certos
materiais à tração ou simplesmente, atuar confinando outros materiais. Portanto, essas
solicitações são fundamentais no processo de escolha das camadas.
Balbo (2015) cita o exemplo de uma camada de material britado compactado sobre
o subleito. Essa camada poderia suportar determinadas tensões verticais sobre ela, aplicada
por intermédio da mobilização de esforços e cisalhamento entre os grãos dos agregados.
Todavia, não resistiria às tensões horizontais oriundas de uma carga cinemática aplicada
diretamente sobre a sua superfície. Além desse comportamento estrutural, não se trata de
uma camada impermeável, o que geralmente não é desejável para um revestimento de
pavimento. Uma camada de revestimento é então necessária sobre uma base granular para
47
absorver determinados esforços que não são compatíveis com as suas funções estruturais.
Além disto, impediria a entrada de água na camada, algo que aceleraria a sua degradação.
A divisão de um pavimento é feita das seguintes camadas, a saber: Revestimento,
Base, Sub-base, Reforço do Subleito. Lembrando-se, que essas são sustentadas pelo
subleito. Dependendo do caso, o pavimento poderá não possuir camada de sub-base ou
reforço. Porém, em hipótese alguma, o pavimento será formado sem um revestimento, nem
que seja primário (cascalhamento, agulhamento), ou mesmo, uma fundação (Subleito).
Essas são as condições mínimas para que a estrutura seja chamada de pavimento. Diante
disto, se descarta por completo, o emprego do termo “Pavimento sobre ponte”, pois todo
pavimento possui solo de fundação, algo que não existe sobre o tabuleiro da ponte.
2.5.1. Revestimentos O revestimento deverá, entre outras funções, receber as cargas, estáticas ou
dinâmicas. Tem de se evitar as ocorrências de grandes deformações elásticas ou plásticas,
de desagregação de componentes ou, ainda, da perda de compactação. Necessita, portanto,
ser composto de materiais bem aglutinados ou dispostos de maneira a evitar a sua
movimentação horizontal.
Alguns materiais permitem tais condições, tais como: as pedras cortadas e
justapostas (caso dos pavimentos romanos), os paralelepípedos, os blocos pré-moldados de
concreto, as placas de concreto, o concreto compactado com rolo, os tratamentos
superficiais betuminosos e as misturas asfálticas em geral.
Os revestimentos asfálticos são muitas vezes subdivididos em duas ou mais
camadas, seja por razões técnicas, construtivas ou mesmo, de custos. Assim, é comum
encontrar expressões como “camada de rolamento” e “camada de ligação” (Binder) para
descrever um revestimento dividido em duas camadas de diferentes materiais. O quadro a
seguir ilustra a descrição das camadas de revestimentos.
48
Quadro 8– Camadas de Revestimentos
Fonte: BALBO, 2015.
2.5.2. Reforços de Subleitos A camada de reforço do subleito faz-se necessária quando o subleito utilizado para
o pavimento for por motivos de custos ou pela disponibilidade de materiais disponíveis na
região, não possuir resistência o suficiente para um ou mais esforços que essa camada
estará submetida. Por exemplo, pode-se ter um solo com pequena ou medíocre resistência
aos esforços verticais (cisalhamento) que ocorreriam sobre a sua superfície. Portanto, nesse
caso seria necessária uma camada de reforço que pudesse mitigar esses esforços para a
camada de subleito principal.
O emprego da camada de reforço de subleito não é obrigatório, pois espessuras
maiores de camadas superiores poderiam, em tese, aliviar as pressões transmitidas ao
subleito medíocre. Logo, procura-se utilizá-lo em tais circunstâncias por razões
econômicas, pois subleitos de resistência baixa exigiriam, para alguns tipos de pavimento
(especialmente os flexíveis), do ponto de vista de projeto, camadas mais espessas de base e
sub-base.
49
2.5.3. Base e Sub-base As camadas de base e sub-base tem uma proposta de ser um filtro de esforços entre
a camada de revestimento e a fundação (subleito), aliviando os esforços que são
transmitidos para as camadas de solos inferiores. Além disso, essas camadas podem ser
utilizadas para a drenagem subsuperficial dos pavimentos. No caso da camada de base ser
muito espessa para desempenhar a função de distribuir os esforços para as camadas
inferiores, procura-se, por razões de natureza construtiva e econômica, dividi-la em duas
camadas, criando-se assim, uma sub-base, geralmente de menor custo.
As bases e sub-bases podem ser constituídas por solo estabilizado naturalmente,
misturas de solos e agregados (solo-brita), brita graduada, brita graduada tratada com
cimento, solo estabilizado quimicamente com ligante hidráulico ou asfáltico, concretos e
etc.
2.5.4. Imprimação e Pintura de ligação De acordo com https://prezi.com/akzeyvn4nvjg/imprimacao-e-pintura-de-ligacao/,
ambas consistem na aplicação de uma camada de pintura asfáltica antes da execução do
revestimento. A imprimação é executada sobre a superfície de uma camada base, cuja
principal finalidade é a impermeabilização. Já a pintura de ligação, é aplicada sobre a
imprimação ou sobre o pavimento já executado, com a finalidade de recuperar o mesmo.
Imprimação:
Aumenta a coesão da superfície da base;
Fixa as partículas eventualmente soltas nessa superfície;
Impermeabiliza a base, evitando a penetração da água;
Permite condições de aderência entre a base e o revestimento;
Pintura de Ligação:
Promove aderência ou ligação da superfície da camada pintada com a camada asfáltica
a ser sobreposta;
Rejuvenesce o revestimento asfáltico envelhecido;
Confere alta aderência pneu/superfície;
50
2.5.5. Tipos de materiais empregados nas camadas Existem inúmeras possibilidades na elaboração de materiais de pavimentação,
considerando as peculiaridades regionais de cada obra viária. No quadro 9 serão
apresentados os tipos mais comuns de misturas, com as suas respectivas abreviaturas
empregadas no meio rodoviário, e a disposição, ou arranjo, dessas misturas para a
formação de um pavimento que atenda a todas as suas necessidades de segurança e
conforto para os veículos que trafegam na via.
Quadro 9– Materiais mais empregados e suas abreviações
Fonte: BALBO, 2015.
51
Quadro 10- Materiais comumente empregados em cada camada de um pavimento
Fonte: BALBO, 2015.
52
Quadro 11 - Método de Ensaio e suas normas
Fonte: PETROBRAS, 2011
53
Quadro 12– Especificação de Serviço e suas normas
Fonte: PETROBRAS, 2011
54
Capítulo 3 – Dimensionamento de
Pavimentos
3.1. Tráfego: análise para dimensionamento
3.1.1 Introdução dos critérios de avaliação A análise das situações e do dimensionamento de um pavimento asfáltico, além de
considerar fatores como o clima e a disponibilidade de materiais existentes nas
proximidades, se tem a necessidade de pesquisar dados sobre os veículos comerciais
rodoviários (caminhão e ônibus) que trafegam sobre a estrutura em estudo. Isto porque os
veículos leves causam danos insignificantes às estruturas, se comparados ás demais
modalidades de veículos, conforme será visto mais adiante quando tratar-se da introdução
de conceitos sobre a equivalência entre cargas.
No quadro 13 são apresentados diferentes situações de carregamento num pavimento
que emprega em sua camada de revestimento concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ)
e base com Concreto Compactado com rolo (CCR), apoiadas sobre o subleito de material
não especificado.
Quadro 13– Diferentes situações de carregamento para um mesmo pavimento.
Fonte: BALBO, 2015.
Com a análise dos resultados acima se chega às seguintes conclusões:
A aeronave causa uma deformação vertical cerca de seis vezes superiores à provocada
por um caminhão;
55
A aeronave causa sete vezes mais esforço de tração na flexão no fundo da camada
CCR;
Nota-se que os valores de deformação e tensão do caminhão em relação ao automóvel
é cinco vezes maior.
Identificado o tipo de veículo, as atenções se voltam às diversas configurações de
eixos dos mesmos, visto que a magnitude das cargas que serão transferidas para o
pavimento depende desses eixos. As terminologias apresentadas a seguir, foram retiradas
do Manual de Estudo de Tráfego do DNIT, publicado em 2006.
Figura 14- Configurações de Suspenção e Eixos
Fonte: DNIT, 2006.
56
Os eixos isolados são chamados de simples e os eixos em conjunto são
denominados tandem. A rodagem é definida pela quantidade de pneumáticos por eixo.
Assim sendo, rodagem simples indica que cada eixo possui apenas 1 (um) pneumático em
cada extremidade e rodagem dupla, cada eixo possui 2 (dois) pneumáticos em cada
extremidade.
Os eixos equipados com pneus extralargos (single) na medida 385/65R22.5
são considerados como eixos com rodagem dupla e só podem ser utilizados em reboques e
semi-reboques conforme a Resolução n.º 62, de 22 de maio de 1998, do CONTRAN.
As diversas classes são representadas por um código alfanumérico, por
exemplo, 2S3. No código adotado, o primeiro algarismo representa o número de eixos do
veículo simples ou da unidade tratora, enquanto que o segundo algarismo, caso exista,
indica a quantidade de eixos da(s) unidade(s) rebocada(s).
As letras significam:
C = veículo simples (caminhão ou ônibus) ou veículo trator + reboque;
S = veículo trator (cavalo mecânico) + semi-reboque;
I = veículo trator + semi-reboque com distância entre-eixos > 2,40 m (eixos isolados);
J = veículo trator + semi-reboque com um eixo isolado e um eixo em tandem;
D = combinação dotada de 2 (duas) articulações;
T = combinação dotada de 3 (três) articulações;
Q = combinação dotada de 4 (quatro) articulações;
X = veículos especiais;
B = ônibus.
Exemplos:
3C = caminhão simples com 3 eixos
3C3 = caminhão simples com 3 eixos + 1 reboque com 3 eixos
2S3 = caminhão trator (cavalo mecânico) com 2 eixos + semi-reboque com 3 eixos
2I2 = caminhão trator com 2 eixos + semi-reboque com 2 eixos isolados
3D3 = caminhão simples com 3 eixos + reboque especial com 3 eixos
3Q4 = caminhão simples com 3 eixos + 2 reboques com 4 eixos – treminhão
3T6 = caminhão trator com 3 eixos + 2 ou 3 semi-reboques com 6 eixos - rodotrem ou
tritrem
57
3X6 = caminhão trator com 3 eixos + reboque com 6 eixos - carga excepcional
Para os veículos simples existem as classes:
2CB – exclusiva para ônibus dotado de 2 (dois) eixos, sendo o traseiro de rodagem dupla.
3CB - exclusiva para ônibus dotados de conjunto de eixos traseiro duplo, um com 4
(quatro) e outro com 2 (dois) pneumáticos;
4CB - exclusiva para ônibus dotados de 2 (dois) eixos direcionais;
4CD - exclusiva para caminhões dotados de 2 (dois) eixos direcionais.
A classe X é composta por combinações de veículos para carga especializada,
com mais de nove eixos, para o transporte de cargas excepcionais em peso ou dimensões.
Além dessas classes de veículos comerciais são incluídas as definições usuais
para veículos leves, necessárias para estudos de tráfego e de capacidade.
P – Carro de Passeio, com dois eixos com rodagem simples, incluindo jeeps e kombis.
U – Veículo Utilitário, com dois eixos com rodagem simples, compreendendo caminhões
leves (2 eixos com rodagem simples), pick-ups, furgões, vans e microônibus.
M – Motocicletas, motonetas e bicicletas a motor.
B – Bicicletas.
58
Quadro 14- Terminologia de veículos de acordo com o DNER (atual DNIT)
Fonte: BALBO, 2015.
59
Atualmente, as pressões típicas em rodas de caminhão são da ordem de 0,6 MPa a
0,7 MPa. Ao serem aumentadas essas pressões, os efeitos de degradação nas camadas serão
incrementados, razão pela qual existem limites legais para os pesos dos veículos
comerciais rodoviários. No Brasil existe legislação vigente, desde 1998, estabelecendo
valores máximos permissíveis de carga, de acordo com o tipo de eixo, conforme
apresentado no quadro 15:
Quadro 15- Carga x Eixo
Fonte: DNIT, 2006.
No entanto, a legislação mencionada não é respeitada em grande parte das rodovias
do país. Balbo (2015) afirma que até 1999, o DNER indicava a existência de 40 postos de
pesagem (controle) construídos, porém inoperantes. Na realidade, havia apenas um posto
em operação nas rodovias federais. Com essa informação, conclui-se que provavelmente
na maioria das nossas rodovias federais têm a sua vida útil bem menor do que se esperava
quando foram projetadas.
60
3.1.2. Equivalência entre cargas (FEC) O conceito de equivalência de cargas surge pela necessidade de se encontrar uma
relação entre os efeitos destrutivos, ocasionados ao longo do tempo por veículos diferentes.
Portanto, busca-se um critério comparativo entre eles.
Yoder e Witczak (1975) indicam que os fatores de equivalência de cargas definem
o dano causado pela passagem de um veículo qualquer, num tipo específico de pavimento,
em relação ao dano causado pela passagem de um veículo usado como padrão.
O efeito pontual destrutivo de uma carga individual, a cada passagem pode ser
chamado simplesmente de dano e a ruptura do pavimento, considerada por meio de algum
critério definidor de sua vida útil, ocorrerá diante do acúmulo de dada quantidade
consecutiva de danos. Assim, por dano pode ser entendido qualquer plastificação ocorrida
e ocasionada pela passagem de uma carga.
Utiliza-se a seguinte expressão para representar essa relação de dano
𝑑𝑡,𝑝 = 𝑁𝑝 ∙ 𝑑𝑢,𝑝 [3.1]
Onde:
𝑑𝑡,𝑝 = Dano total causado por um dado número de passagens de um veículo-padrão
𝑁𝑝= Número de passagens de um veículo-padrão
𝑑𝑢,𝑝=Danos unitários causados pela passagem desse mesmo veículo-padrão
Em termos de um veículo qualquer (j), a expressão acima seria na forma abaixo:
𝑑𝑡,𝑗 = 𝑁𝑗 ∙ 𝑑𝑢,𝑗 [3.2]
Com o critério de ruptura assumido é idêntico para qualquer eixo. Então, os valores
de dano total das duas expressões acima, acabam tendo o mesmo valor, o que infere nas
seguintes expressões:
𝑁𝑝 ∙ 𝑑𝑢,𝑝 = 𝑁𝑗 ∙ 𝑑𝑢,𝑗 [3.3]
𝐹𝐸𝐶𝑗,𝑝 = 𝑑𝑢,𝑗
𝑑𝑢,𝑝 [3.4]
61
Entende-se por FEC o valor de equivalência entre um veículo qualquer e um
veículo padrão. A fórmula demonstra que o fator de equivalência pode ser obtido pela
relação de dano unitário causado por um veículo qualquer e por um padrão. Por analogia
se chegar ao FEC com uma relação entre o número de passagens de um veículo padrão
sobre um veículo qualquer.
𝐹𝐸𝐶𝑗,𝑝 = 𝑁𝑝
𝑁𝑗 [3.5]
Portanto, no método de dimensionamento que se emprega FEC, todo o tráfego será
convertido em um Número N de repetições equivalentes ao eixo-padrão. Esse Número N
será mais detalhado, no item 3.3. deste capítulo.
Logo, deve ser entendido que FEC é uma constante numérica utilizada para
quantificar o dano causado no pavimento pela passagem de um determinado veículo ou
eixo em relação ao dano causado pelo veículo ou eixo-padrão adotado no projeto.
3.1.3. Composição do Tráfego Misto A essa altura, parece claro que para o dimensionamento do nosso futuro pavimento
asfáltico se faz necessária à transformação de todo o universo de veículos comerciais em
um número equivalente de um eixo-padrão.
Para tanto, se necessita do conhecimento do tipo de tráfego que será utilizado na
via. Essa etapa de planejamento torna-se complexa pelos seguintes fatores:
1-Entendimento da interação que essa via terá com as regiões vizinhas;
Análise do crescimento socioeconômico das regiões que essa via estará conectando;
Identificar se essa via poderá sofrer variações sazonais, ao longo do ano, devido a
possíveis eventos realizados entre as regiões que a mesma conecta; e
Buscar dados provenientes de postos de contagens de departamentos estaduais ou
municipais e de pedágios próximos à região.
2- Caso a obra seja de recuperação de uma via deteriorada, também, se faz necessário:
Identificar demandas reprimidas, ou seja, uma demanda que talvez não esteja
utilizando essa via, em decorrência das condições atuais;
62
Identificar os tipos de falhas encontradas, sugerindo uma região na qual veículos que
se encontram com sobrecarga fazem parte da demanda, por exemplo: região em que
passam diariamente muitos veículos do setor da construção civil.
Uma das formas de quantificar os volumes de veículos que se utilizam de uma via
são as contagens em campo, as quais são apenas viáveis quando a via já existe. As
contagens são muito empregadas quando se projetam duplicações, melhoramentos,
restauração, etc.
Geralmente, são realizadas em períodos de sete dias, cobertas 24 h por dia,
empregando-se equipamentos automatizados instalados em pista ou a partir de
levantamentos visuais em campo. No último caso, é conveniente a adoção da nomenclatura
indicada pelo extinto DNER para as classificações de veículos. Na figura 15 encontram-se
as classificações, como amostragem das planilhas que são utilizadas por contadores em
campo.
63
Figura 15- Planilha de Contagem Volumétrica
Fonte: DNIT, 2006.
64
Assim como a quantificação do volume da frota, também, é igualmente importante
identificar o peso por eixos desses veículos. Se a distribuição de carga por eixo não for
adequadamente projetada, as previsões de solicitação futura de tráfego serão imprecisas.
Isto pode ser aferido por meio de pesagens feitas no próprio trecho avaliado (postos
de pesagem obrigatória), ou em trechos com comportamento de tráfego similar. Os
procedimentos de pesagem existentes são: balanças fixas, balanças portáteis e sistemas
automáticos que permitem pesagem contínua através de longos períodos.
Figura 16- Layout de um posto de pesagem obrigatório
Fonte: http://m.portalangop.co.ao/angola/pt_pt/noticias/reconstrucao-nacional/
65
3.2. Subleito, a base do Dimensionamento
3.2.1 Importância do Dimensionamento Yoder e Witczak (1975), afirmam que a performance do pavimento é afetada pelas
características do subleito. Propriedades desejáveis de um bom subleito são: resistência;
drenagem; fácil compactação; durabilidade. O papel do subleito na composição do
pavimento asfáltico, que já pode ser entendida no capítulo anterior, teve, de acordo com
Balbo (2015), a sua importância aumentada no final da década de 1920.
O California Division of Highways (CDH), sob a liderança técnica dos engenheiros
Porter e Proctor, realizou uma intensa investigação sobre as causas de rupturas dos
pavimentos flexíveis (asfálticos) em rodovias estaduais americanas. As principais causas
de rupturas foram: (1) deslocamento lateral do solo do subleito, causado pela absorção de
água na estrutura e subsequente amolecimento (plastificação) desses solos; (2)
consolidação diferencial das camadas; (3) A excessiva deformação vertical dos
materiais e das camadas sob a ação de cargas, gerando rupturas localizadas.
As investigações levaram à conclusão de que os problemas (1) e (2), tinham como
causa mais comum a inadequada compactação dos solos. Assim, as condições de uso
tinham estrita relação com as condições originais de compactação das camadas. Com
relação ao terceiro tipo de ocorrência, os investigadores do CDH observaram que isso era
consequência da espessura insuficiente do pavimento (base + revestimento) para solos
pobres (por natureza ou por compactação) do ponto de vista de resistência ao cisalhamento.
As observações realizadas encaminharam para a exigência de um controle de
compactação dos solos do subleito, de resistência ao cisalhamento desses solos e da
espessura de camadas sobre esse subleito.
Após essas análises, viria a originar-se o primeiro método de dimensionamento de
pavimentos. Logo, criou-se a consciência de que, levando-se em conta o tipo de solo e suas
características (de resistência e de compactação), seria possível definir, após a
investigação, qual seria a espessura do pavimento sobre o solo a fim de evitar rupturas
mais tipicamente constatadas.
Para tanto, seria necessário estabelecer um ensaio que aferisse a capacidade
portante dos solos de fundação dos pavimentos. Este ensaio deve ser ao mesmo tempo
simples e rápido, de baixo custo, para se ter uma previsão do comportamento dos solos em
subleitos de pavimentos.
66
3.2.2. California Bearing Ratio (CBR) As primeiras tentativas de testes foram realizadas in situ, que revelaram-se muito
influenciadas pelas propriedades elásticas e plásticas dos solos. Além disso, não era
possível simular as condições de solo úmido em campo até a profundidade afetada pelo
teste, que representasse a situação mais crítica. Diante desse cenário, as tentativas
preliminares foram abandonadas.
Em 1929, criou-se o ensaio que seria designado California Bearing Ratio (CBR)
como alternativa de teste para, em laboratório, simular as condições observadas em campo,
fossem de umidade, fossem de massa específica após a compactação, fossem de
carregamento. O ensaio permitia eliminar, em grande parte, as condições de plasticidade
que seriam motivo da consolidação por ação do tráfego. Duas condições fundamentais de
representatividade para as situações de campo eram buscadas nesse ensaio. A primeira
delas, a simulação de uma sobrecarga sobre o solo, simulando o peso da estrutura do
pavimento sobre o subleito; a segunda condição era a imersão e saturação do solo
previamente ao teste, para simular o degelo e saturação do solo na primavera, no
hemisfério norte (BALBO, 2015).
O novo teste (CBR) mediria a resistência do solo ao deslocamento lateral,
combinando a influência da sua coesão e de seu atrito interno. Já se sabia, pelo arranjo do
teste, que o ensaio não forneceria um valor direto da resistência ao cisalhamento do solo;
para contornar essa situação, foram realizados inúmeros ensaios com mistura de agregados
de boa qualidade (do tipo brita graduada e pedregulho britado e graduado), empregados
então como base, sabendo-se que os agregados resistiam por atrito entre os grãos. A curva
média de pressão aplicada para se obter uma deformação foi tomada para tais agregados,
como sendo uma curva de referência, considerando-se então o valor da pressão de
referência, para um deslocamento de 0,1 polegada (2,54 mm), como CBR = 100%
(BALBO, 2015).
O cilindro para compactação do material (a compactação é geralmente realizada na
umidade ótima) possui 152,4mm de diâmetro interno, e a altura do solo compactado é
114,3mm. A sobrecarga-padrão, colocada sobre a superfície do solo compactado dentro do
cilindro, estabelecida na época, foi de 10 libras (4,536 kg), para simulação do peso das
camadas sobre o subleito. O pistão de aplicação de carga possui área de contato de
aproximadamente 3 ”quadradas (19,36 cm²). A velocidade de aplicação da carga é de 0,05”
por minuto (1,27 mm/mm).
67
A pressão aplicada durante o ensaio é dada pela expressão:
𝑝 = 𝑝
3,0 [ lbs /pol²] [3.6]
Sendo 𝑝 a carga em libras-força atuando no pistão. O valor do CBR do solo é
calculado para as penetrações de 0,1” e 0,2” (Caso o valor de 0,2” seja superior ao de 0,1”,
adota-se o CBR de 0,2”) por comparação com as pressões de curva-padrão para esses
níveis de deslocamento, empregando-se as expressões:
𝐶𝐵𝑅0,1" = 𝑝𝑠𝑜𝑙𝑜
0,1"
𝑝𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜0,1" × 100 [%] [3.7]
𝐶𝐵𝑅0,2" = 𝑝𝑠𝑜𝑙𝑜
0,2"
𝑝𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜0,2" × 100 [%] [3.8]
1. O anel dinamométrico é calibrado de
maneira a apresentar uma curva
relacionando deslocamento e força,
mostrando o deslocamento sofrido com
compressão da prensa.
2. No extensômetro é medido o
deslocamento vertical do pistão, que ocorre
na superfície do solo, dentro do cilindro.
3. Cronômetro para aferição do tempo
de cada ensaio.
4. Cilindro contendo solo previamente
compactado em sua umidade ótima.
Figura 17- Aparelhagem do CBR
Fonte: ODA, 2017.
68
Portanto, um valor de CBR elevado indica boa resistência do solo ao deslocamento
lateral e aos esforços de cisalhamento. Aproximando-se da mistura de agregados de boa
qualidade tidas como referência, e de acordo com Balbo (2015), no que se refere às
investigações do CDH na década de 1920, conclui-se que os subleitos que se apresentaram
satisfatórios eram constituídos de solos com expansão inferior a 3%, e para bases e sub-
bases deveria ser exigida expansão inferior a 1%.
O método de dimensionamento utilizado neste capítulo, do atual DNIT,
fundamenta-se no critério de CBR e utiliza como modo de ruptura, o acúmulo de
deformações plásticas causado pelos esforços de cisalhamento que ocorrem no subleito e
nas demais camadas granulares do pavimento ao longo do período de projeto.
3.3. Determinação do Número N As informações descritas a seguir tiveram como base o Manual de Estudos de
Tráfego, DNIT, 2006.
A partir do conhecimento do volume médio anual diário (VMDa), da classificação
da frota, do carregamento da frota e FECs é preciso determinar o número N para o
dimensionamento de pavimentos flexíveis.
Define-se número N como o número de repetições de um eixo-padrão de 8,2 t
(18000 lb ou 80 kN), durante a vida útil de um projeto, que teria o mesmo efeito que o
tráfego previsto sobre a estrutura do pavimento.
Para pavimentos flexíveis, considerando o conceito do fator de equivalência, o
número de operações do eixo-padrão (N) é calculado da seguinte fórmula:
𝑁 = ∑ 𝑁𝑎𝑎=𝑝𝑎=1 [3.9]
Onde:
N = Número equivalente de aplicações do eixo-padrão, durante o período de projeto.
a = ano no período de projeto
p = número de anos no período de projeto
𝑵𝒂 = Número equivalente de aplicações do eixo padrão, durante o ano a.
69
Em que:
𝑁𝑎 = ∑ 𝑉𝑖𝑎 𝑖=𝑘𝑖=1 ∙ 𝐹𝑉𝑖 ∙ 365 ∙ 𝑐 [3.10]
Onde:
i = categoria do veículo, variando de 1 a k.
𝑽𝒊𝒂 = Volume de veículos da categoria i, durante o ano a do período de projeto
c = Percentual de veículos comerciais na faixa de projeto.
𝑭𝑽𝒊 = Fator de Veículo da categoria i
Em que:
𝐹𝑉𝑖 = ∑ 𝐹𝐶𝑗𝑗=𝑚𝑗=1 [3.11]
Onde:
j = Tipo de eixo, variando de 1 a m.
m = número de eixos.
𝑭𝑪𝒋 = Fator de Equivalência de cargas correspondentes ao eixo j do veículo i
Quadro 16- Fatores de Equivalência de carga da USACE
Fonte: DNIT, 2006.
O Tráfego considerado para efeito de projeto é o da faixa mais solicitada da
rodovia. Na falta de dados mais precisos, na tabela abaixo são fornecidos indicações
quanto às percentagens “c” de veículos comerciais (em relação ao tráfego comercial nos
dois sentidos) na faixa de trânsito selecionada para projeto. Lembrando-se que os carros de
passeio e os utilitários são desconsiderados por terem FVs muito baixos, o que não traria
alterações significativas no valor final de Na encontrado.
70
Quadro 17- Percentual de veículos comerciais na faixa de projeto
Fonte: DNIT, 2006.
Normalmente calcula-se o volume de tráfego de cada categoria de veículo, ano a
ano, para todo o período de projeto, utilizando as faixas de crescimento correspondentes.
Prepara-se uma tabela com esses valores, cada linha conterá os volumes médios
diários de tráfego 𝑽𝒊𝒂 de cada categoria de veículo comercial, correspondentes a um ano,
para todo período de projeto.
Em seguida, se determina os FVs para cada categoria, e os Números Na para cada
ano.
Por fim, acumula-se então, ano a ano, os valores calculados de Na.
3.4. Método do Projeto de Pavimentos Após aferir-se o número N para o pavimento dimensionado, o próximo passo para o
dimensionamento é a utilização do método do DNER para a definição da espessura das
camadas.
Como mencionado anteriormente, o método a seguir pertence ao DNIT e foi
concebido pelo Prof. Murilo Lopes de Souza, do Instituto Militar de Engenharia, Rio de
Janeiro em meados da década de 1960. Este método consiste na utilização dos ábacos que
constam da figura X, aos quais se relaciona os valores de CBR, para cada camada, com os
coeficientes de equivalência estrutural e o número N projetado. A iteração desses dados
resultará no valor de espessura equivalente para as camadas.
71
Figura 18- Ábaco de dimensionamento DNER
Fonte: ODA, 2016.
As curvas de dimensionamento apresentadas no gráfico podem ser consolidadas em
uma única expressão obtida por meio de regressão linear múltipla, conforme segue:
𝐻𝑒𝑞 = 77,67 ∙ 𝑁0,0482 ∙ 𝐶𝐵𝑅−0,598 [3.12]
Após a obtenção das espessuras equivalentes no ábaco ou pela fórmula acima, o
dimensionamento é feita na solução sucessiva das inequações a seguir:
𝑅 ∙ 𝑘𝑟 + 𝐵 ∙ 𝑘𝑏 ≥ 𝐻20 [3.13]
𝑅 ∙ 𝑘𝑟 + 𝐵 ∙ 𝑘𝑏 + ℎ20 ∙ 𝑘𝑠 ≥ 𝐻𝑛 [3.14]
72
𝑅 ∙ 𝑘𝑟 + 𝐵 ∙ 𝑘𝑏 + ℎ20 ∙ 𝑘𝑠 + ℎ𝑛 ∙ 𝑘𝑛 ≥ 𝐻𝑚 [3.15]
Restrições estruturais:
CBR da base ≥ 80%
CBR da sub-base ≥ 20%
Onde:
R = Espessura do revestimento.
B = Espessura da base
h20 = Espessura da sub-base
hn = Espessura do reforço do subleito.
Figura 19- Ábaco de dimensionamento DNER
Fonte: ODA, 2016.
Nas inequações apresentadas, 𝒌𝒓 , 𝒌𝒃 , 𝒌𝒔 e 𝒌𝒏 são os coeficientes de equivalência
estrutural dos materiais de revestimento, base, sub-base e reforço do subleito,
respectivamente.
73
Quadro 18- Coeficientes de equivalência estrutural dos materiais
Fonte: BALBO, 2015.
As espessuras H20, Hn e Hm (sub-base, reforço do subleito e subleito,
respectivamente) são as espessuras equivalentes que são determinadas em função do CBR
dessas camadas e do Número N. A espessura da camada de revestimento asfáltico é
determinada em função do número N, com base na experiência em campo e nos valores
recomendados após o AASHTO Road Test, conforme especificação apresentada no quadro
19.
Quadro 19- Espessuras mínimas de revestimentos asfálticos
Fonte: BALBO, 2015.
Esse método apresenta como modo de ruptura o acúmulo de deformações plásticas
causadas pelo esforço de cisalhamento que ocorrem no subleito e nas demais camadas
granulares do pavimento ao longo do período de projeto.
No processo de identificação das espessuras equivalentes e utilização desse método,
algumas restrições e condições devem ser seguidas.
74
Características mínimas dos materiais:
Reforço do Subleito
o CBR maior que o do subleito;
o Expansão ≤ 2%
Sub-base
o CBR ≥ 20%
o Expansão ≤ 1%
Base
o CBR ≥ 80% (CBR ≥ 60% para N ≤ 106)
o Expansão ≤ 0,5%
o LL ≤ 25%
o IP ≤ 6%
Condições e restrições:
Se o CBR da Sub-base > que 20%, determina-se a espessura para CBR = 20;
Se o CBR < 2%, faz-se a substituição, na espessura de pelo menos 1,0m, por um
material com CBR > 2%;
Espessura total mínima para qualquer camada granular = 15cm;
Espessura mínima para compactação de camada granular = 10cm;
Espessura máxima para compactação = 20cm;
Se o CBR da sub-base ≥ 40% e N < 106, substituir H20 por 0,8H20;
Para N > 107, substituir H20 por 1,2 H20;
75
3.5. Software SisPav
3.5.1. O que é o software A ferramenta principal para alcançar os objetivos deste Projeto de Graduação é o
programa de computador SisPav, Sistema para Análise e Dimensionamento
Mecanístico-Empírico de Pavimentos Flexíveis, desenvolvido pelo Engenheiro Felipe
Augusto Cinque de Proença Franco em sua tese de doutorado, defendida em 2007, na
COPPE/UFRJ.
O SisPav utiliza a teoria da elasticidade e a abordagem de análise elástica não linear
é realizada de forma não simplificada, com a divisão das camadas com este
comportamento em três subcamadas. Através desse software são possíveis dois tipos de
análises do pavimento flexível estudado. A primeira delas é o Dimensionamento da
estrutura, encontrando as espessuras que atendam aos requisitos de projeto. A segunda, e
que será utilizada neste trabalho, é informar a vida útil de projeto que a estrutura pode
suportar.
Em ambas as análises o programa verifica os danos acumulados por fadiga no
revestimento asfáltico ou, se for o caso, na base das camadas cimentadas. Opcionalmente o
projetista pode solicitar as estimativas de afundamento da trilha de roda e dos danos
relativos a deflexão máxima na superfície do pavimento e à tensão limite no topo do
subleito (FRANCO, 2007).
3.5.2. Manipulação da ferramenta O SisPav é dividido em cinco abas ou janelas principais, para melhor visualização e
controle de informações. Com isso, os dados podem ser inseridos, alterados ou removidos
de forma simples e práticas. Essas cinco abas são: Projeto; Editar; Resultados;
Ferramentas; e Ajuda.
76
Figura 20- Menu principal do programa
Fonte: Programa SisPav.
Projeto – Disponibiliza as funções para manipular os arquivos de dados do programa
(abrir arquivos, salvar arquivos, etc).
Resultados – Aparecem as opções para iniciar a análise de dimensionamento ou vida
útil do projeto.
Ferramentas – Acesso direto a outras ferramentas desenvolvidas por Franco, como o
programa de Elementos Finitos EFin3D e o AEMC que não serão abordados neste estudo.
Ajuda – Disponibiliza-se o manual de utilizações do SisPav ou informações resumidas
do programa.
Editar – Permite a possibilidade de navegar entre as abas Estrutura; Clima; Tráfego;
e Modelos de programa.
ESTRUTURA DO PAVIMENTO
As opções na aba Editar são fundamentais para a definição das características do
pavimento asfáltico. A tela Estrutura é a tela inicial do programa, e apresenta como padrão
uma estrutura inicial com quatro camadas, incluindo o subleito. Essa estrutura pode ser
totalmente alterada, sendo que são permitidos, no mínimo três e, no máximo, oito camadas.
Além disso, são apresentadas as informações resumidas das propriedades de cada camada
da estrutura do pavimento, como: o tipo de material, espessura, módulo, coeficiente de
Poisson e a condição de aderência. O subleito do pavimento é representado na última
camada com a sigla SL e a sua espessura deverá ser representada com um valor nulo.
77
Figura 21- Tela Estrutura do Programa
Fonte: Programa SisPav.
É importante atentar-se que durante o processo de dimensionamento, caso o
programa atinja o limite inferior da espessura significa que a estrutura suporta as condições
do carregamento e do clima impostos. Se atingir o limite superior é por que a estrutura não
atende as exigências de projeto. Nos dois casos, sugere-se rever manualmente a estrutura,
alterando as propriedades dos materiais, adicionando ou removendo camadas de forma a
adequar a nova estrutura aos requisitos de projeto (FRANCO, 2007).
CONDIÇÕES DE TRÁFEGO
Na tela Tráfego, a seguir, se devem inserir os tipos de eixos e os seus respectivos
volumes para a vida de projeto considerada. Além disso, pode-se inserir na coluna 5 a taxa
anual de crescimento de cada eixo, e na parte inferior da tela o programa fixa a medida de
dimensões entre eixos (Sy), entre rodas (Sx), quando for o caso e a variação lateral do
tráfego para todas as configurações de eixos selecionadas.
À medida que os eixos são inseridos, o programa calcula automaticamente o
Número N equivalente de repetições do eixo padrão, conforme o método do DNIT (2006).
78
Figura 22- Tela Tráfego do Programa
Fonte: Programa SisPav.
CLIMA DA REGIÃO
Na tela Clima, o projetista define o local onde existe ou será construído o
pavimento asfáltico. Ao selecionar o local, as informações sobre as temperaturas médias
mensais do ar são apresentadas na tabela e no gráfico da tela. O banco de dados interno do
programa SisPav foi obtido das Normais Climatológicas temperaturas médias mensais de
30 anos de observação (1961-1990) das capitais brasileiras em °C (FRANCO, 2007).
79
Quadro 20- Banco de dados interno de climas brasileiros
Fonte: FRANCO, 2007.
Todas as informações dessa janela são utilizadas na avaliação do envelhecimento
do ligante asfáltico da camada de revestimento do pavimento. O clima irá influenciar nos
valores do módulo de resiliência e do coeficiente de Poisson da referida camada. Com as
informações de clima, o algoritmo do programa consegue conjugar os efeitos do
envelhecimento da mistura asfáltica com o impacto da variação mensal dos carregamentos
sobre a vida de projeto e o acúmulo de danos na mistura. Vale ressaltar, que o SisPav não
avalia o efeito da variação de umidade sobre os materiais de pavimentação e o subleito por
considerar que a umidade de equilíbrio foi alcançada (FRANCO, 2007).
80
Figura 23- Tela Clima do Programa
Fonte: Programa SisPav.
MODELO DE DESEMPENHO
Na tela Modelo, são apresentados os tipos de modelos de dano que podem ser
avaliados no projeto. Para o estudo de caso deste projeto de graduação serão analisadas
Fadigas de Misturas Asfálticas e Deformação permanente de Misturas Asfálticas.
Ao selecionar na lista o modelo desejado, o SisPav apresenta o nome do modelo; a
sua expressão de regressão matemática; o fato campo-laboratório; e informações diversas
como a fonte de referência, de onde se obteve os modelos e parâmetros.
3.5.3. Apresentação de Resultados Ao solicitar ao programa a tarefa de dimensionar (apertar F2) ou de verificar a vida
útil de projeto (apertar F3), automaticamente a tela Estrutura é ativada. Quando concluída
a análise, uma mensagem é apresentada ao projetista com informações resumidas sobre os
cálculos.
A primeira linha informa os modelos de danos. A segunda informação refere-se ao
valor e ao tipo de dano crítico ocorrido na seção do pavimento. O Programa verifica
81
automaticamente qual foi o dano mais severo entre os tipos selecionados pelo projetista
para serem avaliados. Junto com a estimativa da Vida de Projeto aparece o nível de
confiabilidade utilizado na análise realizada.
Figura 24- Apresentação de resultados
Fonte: Programa SisPav.
Em seguida, é possível observar os resultados da análise em formas gráficas ou em
formas de planilha. Os resultados são os danos acumulados relativos aos modelos de
deterioração internos mais os escolhidos pelo projetista, distribuídos ao longo dos meses de
análise (FRANCO, 2007).
Finalmente, após a obtenção dos resultados, e se eles forem satisfatórios, o
projetista pode gerar um relatório detalhado do projeto. Opção Relatório na aba
Resultados.
82
Figura 25- Exemplo do relatório gerado pelo programa
Fonte: Programa SisPav.
83
Capítulo 4 – Estudo de Caso
4.1. Base do estudo
O foco principal desse estudo é a análise do desempenho de diferentes camadas,
principalmente as de revestimento asfáltico, diante de quatro tipos de volume de tráfego,
considerando-se o clima do Rio de Janeiro e uma vida de projeto de cinco anos. Através do
programa SisPav, apresentado anteriormente, serão avaliadas inúmeros tipos de
combinações de camadas diante dos seguintes volumes de tráfego: Leve, Médio, Pesado e
Muito Pesado).
4.1.1 Dados utilizados Os dados utilizados como base (módulo de resiliência, coeficiente de Poisson,
espessuras, e etc.) foram adquiridos no Relatório Nova Dutra e da dissertação de mestrado
sobre Análise Comparativa de Pavimentos Dimensionados através dos Métodos Empírico
do DNER e Mecanístico do Engenheiro Roberto Silveira Bezerra Neto, USP, 2004.
Quadro 20- Volumes de tráfego avaliados
Fonte: NETO, 2004.
No Quadro 20, foram escolhidos o número N para ESRD (Eixo Simples de
Rodagem Dupla) de 1,0E +05; 1,0E+06; 1,0E+07 e 1,0E+08 para tráfego leve, médio,
pesado e muito pesado, respectivamente. Além disso, no Quadro 21, percebe-se uma
variedade maior de misturas asfálticas (total de 15) em comparação com as opções
selecionadas para as camadas de base, sub-base e reforço do subleito. Esse maior número
84
de opções, justifica-se pelo foco principal do estudo de caso ser a camada de revestimento
asfáltico e as falhas de fadiga e deformação permanente na camada de revestimento.
Quadro 21– Base de dados resumida
Fonte: NETO, 2004.
SISPAV
No programa, alguns parâmetros foram fixados para a obtenção de resultados:
Clima: Rio de Janeiro;
Grau de confiabilidade = 90%;
Vida de projeto = 5 anos (Utilizada na dissertação de Mestrado, Neto, USP,
2004);
Tráfego: Tipo 5 (Eixo Simples de Rodagem Dupla, 80kN);
Taxa de crescimento anual = 0,0%;
Limite de deformação permanente na superfície do pavimento = 1,25 cm;
85
ESPESSURAS DAS CAMADAS DE REVESTIMENTO
As seguintes espessuras foram escolhidas para cada volume de tráfego:
TS: 2cm (leve e médio)
CA: 5cm (leve); 7,5cm (Médio); 10cm (Pesado) e 15cm (MP)
SMA: 5cm (leve); 7,5cm (Médio); 10cm (Pesado) e 15cm (MP)
Gap Graded: 5cm (leve); 7,5cm (Médio); 10cm (Pesado) e 15cm (MP)
CPA: 3cm
Figura 26 - Exemplificação de volume de tráfego para Tráfego Muito Pesado
Fonte: Programa SisPav
MÓDULO DE RESILIÊNCIA ( Mr )
O parâmetro mais importante neste estudo de caso é o Módulo de Resiliência. É
uma das constante elástica mais empregadas habitualmente e uma das mais pesquisadas
para a formulação de análises de sistema de camadas. Pode-se definir esse parâmetro como
a capacidade do material não resguardar deformações depois de cessada a ação das cargas.
Quanto maior for o módulo de resiliência do material, mais rígido será o seu
comportamento. Portanto, maior será a sua capacidade do material de reter esforços em si
mesma, aumentando o efeito de placa da camada.
86
4.1.2 Modelos de degradação para avaliação
Os modelos de degradação ou Dano, considerados na análise da vida útil de cada
combinação selecionada no SisPav, são: Fadiga e Deformação permanente em trilhas de
roda. Dano é um dos nomes possíveis para descrever o processo de perda de qualidade
estrutural (Fadiga) ou funcional/Estrutural (Deformação Permanente) dos pavimentos.
No Brasil, o modo de dano estrutural mais presente em pavimentos asfálticos é justamente
a danificação por fadiga.
O fenômeno de Fadiga relaciona-se ao fato de que muitos materiais, sendo
sucessivamente solicitados em níveis de tensões inferiores àqueles de ruptura, pouco a
pouco desenvolve alterações em sua estrutura interna, que resultam na perda de
características estruturais originais. Isso gera um processo de microfissuração progressiva
que culmina no desenvolvimento de fraturas e, consequentemente, no rompimento do
material. Logo, cada deformação aplicada de forma cíclica, passo a passo, vai causando o
acúmulo de intocáveis zonas de plastificação que, apesar de microscópicas e não
mensuráveis unitariamente, acabam definindo planos de fratura e descontinuidades,
prejudicando bastante as respostas estruturais inicialmente apresentadas.
Figura 27 - Fadiga na capa de rolamento
Fonte: Foto de José Avelino Neto, 2016.
87
Quanto ao fenômeno da Deformação Permanente, cada camada apresentará, após a
aplicação de carga, uma deformação residual, que, de forma cumulativa no decorrer da
vida de serviço do pavimento, atingirá um nível em que o pavimento poderá ser
considerado sem capacidade funcional, com perda de qualidade de rolamento.
Figura 28 - Deformação permanente em trilha de roda
Fonte: MOURA, 2010.
Portanto, em todas as avaliações feitas ao longo do capítulo, considera-se que o
pavimento permanecerá com a sua capacidade estrutural até o dano crítico atingir um valor
de 100%. Por exemplo, no Quadro 29, o pavimento asfáltico analisado apresentou 45,28%
de dano crítico em um pavimento com vida de projeto de cinco anos. Logo, isso significa
que no final do último mês desses cinco anos (60 meses), o pavimento estará 45,28%
danificado, e que pelo fato de ter sido apresentada uma vida útil de 11,0 anos, isso significa
que ao final desses 11,0 anos o pavimento estará com 100% de fadiga na base do
pavimento asfáltico.
88
Figura 29 - Exemplo de resultados
Fonte: Programa SisPav
Em alguns casos, podem ocorrer situações em que o pavimento apresenta “vida de
projeto provavelmente longa”, porém a sua deformação permanente pode estar próxima ou
acima do limite aceitável (1,25 cm) definido incialmente. Isso caracterizará uma falha
funcional por deformação permanente.
89
4.2. Análise para Tráfego Leve (N = 𝟏𝟎𝟓)
4.2.1 Seleção de combinações
Na análise para tráfego leve, serão avaliadas as combinações para as seguintes
opções de camada:
Revestimento: Tratamento Superficial Duplo (TS) ou CA (Sete alternativas);
Base: Solo Arenoso Fino Laterítico (SAFL de 15 cm);
Sub-base: Brita Graduada Simples (BGS de 15 cm) e SAFL(15);
Reforço: SAFL (15) ou Sem Reforço;
Na análise do Tratamento Superficial Duplo, será avaliado somente o revestimento
com a presença de uma base (BGS ou SAFL) e por meio de variação das espessuras de
cada camada serão avaliadas as combinações com melhores resultados. Para as outras sete
alternativas de misturas asfálticas, serão feitas todas as combinações possíveis para se
identificar qual CA apresenta os melhores resultados. Em seguida, serão escolhidas as
melhores combinações e será avaliada a influência de cada revestimento no seu
desempenho.
4.2.1 Resultados para tráfego leve
Quadro 22 - Resultados de TS para Tráfego Leve
90
Quadro 23 – Resultados de dano crítico (%) para Tráfego Leve
Quadro 24 – Resultados de vida útil (anos) para Tráfego Leve
91
Quadro 25– Resultados de deformação (cm) para Tráfego Leve
A combinação que apresentou os melhores resultados foi a de revestimento de
Concreto Asfáltico modificado com borracha, CA 9,5+AB com base de SAFL. Logo, esta
combinação foi selecionada para uma análise mais crítica do que as demais, para que se
possa entender o papel de cada camada nos seus resultados.
Quadro 26 – Análise de CA 9,5+AB
Com os resultados do Quadro 26 conclui-se que pequenas alterações na espessura
da camada de base modificam bastante a resistência do pavimento. Além disso, apesar do
aumento da espessura da camada de revestimento proporcionar uma elevada resistência aos
danos causados por fadiga na base do revestimento asfáltico, a baixa consistência adquirida
pelo revestimento, com a adição de borracha, provoca uma deformação permanente de 1,4
92
cm, maior do que os limites pré-estabelecidos, ou seja, uma camada mais espessa pode
provocar uma falha funcional no pavimento.
Quadro 27– Resumo de resultados para Tráfego Leve
Ao se analisar o Quadro 27, entende-se que os revestimentos que apresentaram
melhor desempenho para tráfego leve foram os concretos asfálticos modificados com
polímeros e os modificados com borracha.
Nas camadas adjacentes, entende-se que a inclusão de uma camada de reforço é
fundamental para o aumento da vida útil do pavimento asfáltico, a sua exclusão intensifica
o processo de degradação do pavimento.
Os resultados apresentados para Tratamento Superficial Duplo apresentam, no
Quadro 22, que apesar do programa considerar uma elevada vida útil para os pavimentos
com TS mais uma base de SAFL ou BGS, a sua deformação de aproximadamente 20% da
sua capa de rolamento indica que provavelmente ocorrerá uma falha funcional na estrutura.
Além disso, o TS é a mistura com menor módulo de resiliência entre todos os
revestimentos, o que diverge dos resultados apresentados.
93
4.3. Análise para Tráfego Médio (N = 𝟏𝟎𝟔)
4.3.1 Seleção de combinações
Na análise para tráfego médio, serão avaliadas as combinações para as seguintes
opções de camada:
Revestimento: Tratamento Superficial Duplo (TS) ou CA (Sete alternativas);
Base: BGS (15 ou 20) e SAFL (15);
Sub-base: BGS (15 ou 20) e SAFL (15);
Reforço: SAFL (15 ou 20) e Macadame Seco (MS de 15 ou 20 cm);
Assim como para tráfego leve, a camada de TS será avaliada apenas para situações
sem a presença de camada de sub-base e reforço.
Logo, podem ser feitas:
Revestimento (7) × Base (3) × Sub-base (3) × Ref (4) = 252 combinações
Com a finalidade de otimizar a busca por resultados, alguns critérios foram
estabelecidos para reduzir o número de combinações necessárias para a avaliação do
tráfego médio.
Inicialmente, fez-se uma análise inicial para entender o impacto da variação das
espessuras na camada de reforço. Foram fixados CAP 50/70(Revestimento), BGS (Base) e
SAFL(Sub-base). Em seguida, foram realizadas quatro combinações com todas as
possibilidades para reforço (SAFL de 15 e 20 cm e MS de 15 e 20 cm). O resultado dessa
primeira análise mostrou resultados similares, independente das espessuras. Portanto,
reduziu-se o número de possibilidades para reforço do subleito em duas opções (SAFL de
15 cm e MS de 15 cm).
Apesar do número de combinações possíveis ter se reduzido pela metade (126
combinações), outro critério foi empregado para encontrar as combinações que realmente
pudessem fornecer boas análises de desempenho. Isto posto, avaliou-se todos as
combinações para uma camada de revestimento fixa e que fosse considerada de baixo
desempenho.
94
A camada escolhida foi a CA12,5+CAP 50/70, pois entende-se que é a mistura
asfáltica de pior desempenho entre as 7 apresentadas. Após a obtenção de resultados foram
escolhidas 6 combinações (3 com os melhores resultados de vida útil e 3 com os piores
resultados de vida útil), pois se entende que a avaliação de todos os tipos de misturas
asfálticas com essas 6 combinações é o suficiente para uma perfeita análise do tráfego
médio.
No Quadro 28, são apresentadas todas as opções que foram avaliadas no SisPav e
as 6 combinações que foram selecionadas para uma total análise do tráfego médio. Após a
implementação desses critérios, chega-se ao número de 42 combinações para serem
avaliadas.
Quadro 28– Resumo de combinações para tráfego médio
95
4.3.2 Resultados para tráfego médio
Quadro 29 - Resultados de TS para Tráfego Médio
Quadro 30 - Resultado de dados críticos (%) para Tráfego Médio
96
Quadro 31- Resultados de vida útil (anos) para Tráfego Médio
97
Quadro 32 – Resultados de deformação (cm) para Tráfego Médio
A combinação que apresentou os melhores resultados foi a de revestimento de CA
12,5+CAP30/45 com uma Base de SAFL com espessura de 45cm, sem camadas de sub-
base e reforço. Logo, esta combinação foi selecionada para uma análise mais crítica,
Quadro 33, do que as demais, para que se possa entender o papel de cada camada nos seus
resultados.
98
Quadro 33 – Análise de CA12,5 + CAP30/45
Novamente, a redução da espessura da camada de Base tende a diminuir a vida útil
do pavimento com o crescimento de fadigas na base do revestimento. São apresentadas
algumas combinações que apresentam vida útil igual à vida de projeto pré-estabelecida em
todas as análises, isso indica várias combinações possíveis de espessuras para Base e
Revestimento que atendam a vida de projeto. Em nenhuma das combinações as
deformações permanente estimadas chegaram perto de um valor que pudesse ser
considerado crítico para falha funcional, logo, para o tráfego médio a falha por fadiga foi o
modelo de dano mais ativo.
Quadro 34– Resumo de resultados para Tráfego Médio
99
Conclui-se que os revestimentos que apresentaram melhor desempenho para o
tráfego médio são as camadas de CA 12,5+CAP 50/70 e CA 12,5+CAP 30/45. Em
contrapartida, a camada de asfalto borracha (CA 9,5+AB) foi a que apresentou os piores
valores para Dano Crítico e Vida Útil. Ademais, o valor de vida útil para TS, assim como
no item anterior para tráfego leve, destoou das outras camadas, apresentando resultados
não compatíveis com o real desempenho.
Nas camadas adjacentes, entende-se que na camada de Base, a melhor alternativa é
a SAFL (15); na Sub-base e camada de reforço, o Solo Arenoso Fino laterítico continua
sendo a melhor opção na maioria das combinações.
4.4. Análise para Tráfego Pesado (N = 𝟏𝟎𝟕)
4.4.1 Seleção de combinações
Na análise para tráfego pesado, serão avaliadas as combinações para as seguintes
opções de camada:
Revestimento: CA (Sete alternativas), SMA (duas alternativas); GG (três
alternativas) e CPA (duas alternativas);
Base: BGS (15, 20 e 25) e Brita Graduada Tratada com Cimento, BGTC (12 ou
15);
Sub-base: BGS (15 ou 20) e BGTC (12 ou 15);
Reforço: SAFL (15 ou 20) e Macadame Seco (MS de 15 ou 20 cm);
Logo, podem ser feitas:
Revestimento (14) × Base (5) × Sub-base (4) × Ref (4) = 1120 combinações
Seguindo-se, a mesma metodologia de otimizar a busca por resultados, assim como
no tráfego médio, foram fixados para reforço do subleito SAFL (15) e MS(15) e para uma
mesma camada de revestimento asfáltico (CA12,5+CAP50/70), analisou-se todos os tipos
de combinações para encontrar 8 combinações de camadas que apresentassem os
resultados mais interessantes para análise.
100
(CA12,5+CAP50/70) × Base (5) × Sub-base (4) × Ref(2) = 40 combinações
Após serem feitas 40 combinações para CA 12,5+CAP50/70, foram selecionadas as
4 melhores e 4 piores combinações de camadas.
Logo, no Quadro X, são apresentadas as 40 combinações que foram avaliadas no
SisPav e as 8 combinações que foram selecionadas para uma total análise do tráfego
pesado. Após a implementação desses critérios, serão avaliadas 112 combinações (14 tipos
de misturas asfálticas x 8 combinações de Base, Sub-base e Reforço).
Quadro 35– Combinações selecionadas para o Tráfego Pesado
101
4.4.2 Resultados para tráfego pesado
Durante a apuração de resultados, quando a camada de BGTC (12 ou 15) era
colocada na segunda camada, logo abaixo do revestimento asfáltico, os resultados
apresentados eram de vida útil extremamente prolongada, porém a estrutura apresentaria
problemas na base da BGTC, impedindo uma boa análise da influência de cada camada na
vida útil do pavimento.
Além disso, de acordo com Oda (2013), a BGTC tem sido bastante utilizada em
pavimentos de vias de alto volume de tráfego geralmente como base de pavimentos com
revestimentos asfálticos. A diferença da BGTC para BGS é a adição de cimento na
proporção 3 a 5% em peso, sendo que o material granular pode ser o mesmo do BGS. Uma
das características da BGTC é que devido à cura do cimento, apresenta retração, levando o
aparecimento de fissuras e trincas. Quando o BGTC é empregado em camada de base,
estes problemas podem levar a reflexão destas trincas ao revestimento asfáltico.
Ademais, a BGTC também é utilizada como uma terceira camada, tendo a função
de base, mas com uma camada de BGS entre uma camada de revestimento asfáltico e
BGTC para “inibir” a reflexão de trincas de retração da base de BGTC para o
revestimento.
Portanto, como será visto nos resultados apresentados a seguir, para as análises de
Tráfego Pesado e Muito Pesado, a BGTC foi avaliada somente em casos em que se tem
uma camada de BGS entre revestimento asfáltico e a BGTC.
102
Quadro 36 – Resultados de dano crítico (%) para Tráfego Pesado
103
Quadro 37– Resultados de vida útil (anos) para Tráfego Pesado
104
Quadro 38 – Resultados de deformação (cm) para Tráfego Pesado
105
Quadro 39 -– Resumo de desempenho para Tráfego Pesado
Nota-se que a maioria dos resultados apresentados nessa análise está abaixo da
vida de projeto fixada anteriormente, ou seja, cinco anos. Isto demonstra que as
possibilidades de combinações devem ser revistas para esse volume de tráfego ou que está
bem acima da capacidade do pavimento e das espessuras fixadas nesse estudo. Logo, um
redimensionamento deve ser feito para todas as camadas, principalmente a de revestimento
asfáltico.
No entanto, observa-se que as misturas de Camada Porosa de Atrito
apresentaram resultados bastante expressivos, visto que a sua vida útil projetada pelo
SisPav apresenta um valor praticamente infinito, além de apresentar pequenas
deformações.
Apesar dos resultados negativos encontrados nessa análise, o revestimento que
apresentou os resultados mais próximos da vida de projeto foi o CA 12,5+CAP30/45, com
106
quase 3 anos de vida útil. Na camada de base, a BGS (15) acabou obtendo resultados
superiores do que uma camada com 5 cm a mais de espessura.
Na sub-base, a BGS (15) foi a que apresentou pior desempenho, com o menor valor
médio de vida entre as quatro alternativas. Por outro lado, o BGTC mostrou-se mais
eficiente com uma espessura de 12 cm, ao invés de uma camada mais espessa. No reforço,
o SAFL continua uma opção melhor do que o Macadame Seco para todos os volumes
de tráfego já avaliados.
No Quadro 40, são apresentadas três combinações que foram selecionadas para uma
análise mais crítica. Em cada combinação, serão feitas modificações em suas espessuras
para que se possa entender a participação de cada camada na vida útil de cada pavimento.
Quadro 40 – Combinações para análise crítica em Tráfego Pesado
Quadro 41– Análise para CAP30/45
107
Como se pode ver no Quadro 41, quanto maiores forem as camadas de mistura
asfáltica e BGTC, maior será o acréscimo na vida útil do pavimento asfáltico. Enquanto
que a redução da espessura de BGS, acima de BGTC, contribuiu para o ganho de vida útil
do pavimento. Apesar do resultado para BGS com 0,0 cm de espessura ter apresentado
uma vida útil elevada, essa opção é desconsidera, visto que essa situaçao transmite as
fissuras da camada de BGTC, geradas por retração durante a cura do concreto, para a
camada de revestimento.
Figura 30 - Resultados para reforço de 6 cm
Fonte: Programa SisPav.
108
Quadro 42– Análise para Gap Graded + Borracha
Nas combinações de Gap Graded, pode-se observar a importância do reforço do
subleito de SAFL, que mesmo com pequenas espessuras, são fundamentais para a
transmissão de esforços para a fundação. Além disso, ficou evidente que para se obter uma
vida útil de 5 anos, foram necessárias camadas mais espessas de GG+AB do que de
CA12,5+CAP30/45. Conclui-se que essa necessidade ocorreu pela falta de consistência da
mistura asfáltica com adição de borracha em relação a mistura de CAP30/45.
109
Quadro 43– Análise para CPA + Borracha
Nas combinações acima, nota-se a importância do Macadame Seco na camada de
reforço com uma espessura um pouco maior que nos casos anteriores. Por outro lado, o
pavimento asfáltico de CPA mostrou-se com uma maior dependência da camada de BGS
na base do que nos pavimentos de Gap Graded e CAP30/45. Ao reduzir-se a espessura da
BGTC, o aumento da BGS foi fundamental no aumento da resistência a fadiga no
pavimento. Além disso, ao reduzir-se a espessura de CPA e CA, ficou evidente que a
resistência a fadiga está associada a camada de CA, deixando a camada superior de CPA
com a função de superfície drenante deste pavimento.
110
4.5. Análise para Tráfego Muito Pesado (N = 𝟏𝟎𝟖)
4.5.1 Seleção de combinações Na análise para tráfego muito pesado, serão avaliadas as combinações para as
seguintes opções de camada:
Revestimento: CA (Sete alternativas), SMA (duas alternativas); GG (três
alternativas) e CPA (duas alternativas);
Base: BGS (15, 20 e 25) e Brita Graduada Tratada com Cimento BGTC (12 ou 15);
Sub-base: BGS (15 ou 20) e BGTC (12 ou 15);
Reforço: SAFL (15, 20 e 25) e MS (15, 20 e 25);
Logo, podem ser feitas:
Revestimento (14) × Base (5) × Sub-base (4) × Ref(6) = 1680 combinações
Seguindo-se, a mesma metodologia de otimizar a busca por resultados, assim como
nos volumes de tráfego anteriores, foram fixados para reforço do subleito SAFL (15) e MS
(15) e para uma mesma camada de revestimento asfáltico (CA 12,5 + CAP 50/70),
analisou-se todos os tipos de combinações para encontrar 8 combinações de camadas que
apresentassem os resultados mais interessantes para análise.
Logo, no Quadro 44, são apresentadas as 40 combinações que foram avaliadas no
SisPav e as 8 combinações que foram selecionadas para uma total análise do tráfego muito
pesado. Após a implementação desses critérios, serão avaliadas 112 combinações (14 tipos
de misturas asfálticas x 8 combinações de Base, Sub-base e Reforço).
111
Quadro 44– Combinações selecionadas para Tráfego Muito Pesado
4.5.2. Resultados para tráfego muito pesado
112
Quadro 45 - Resultados de danos críticos (%) para Tráfego Muito Pesado
Quadro 46 - Resultados de vida útil (anos) para Tráfego Muito Pesado
113
114
Quadro 47– Resultados de deformação (cm) para Tráfego Muito Pesado
115
Quadro 48– Resumo de resultados para Tráfego Muito Pesado
Conclui-se que, exceto para revestimentos de CPA, em que era utilizada uma
camada de CPA de 3 cm + uma camada de CAP 50/70 de 5 cm, nenhum outro
revestimento chegou próxima a vida útil projetada. A camada com “melhor” resultado, CA
12,5+CAP 30/45, só conseguiu assegurar uma vida útil de 9 meses.
Na busca por melhores resultados para o tráfego muito pesado, no Quadro 49, são
apresentadas três combinações que foram selecionadas para uma análise mais crítica. Em
cada combinação, serão feitas modificações em suas espessuras para que se possa entender
a participação de cada camada na vida útil de cada pavimento.
116
Quadro 49– Resumo de resultados para Tráfego Muito Pesado
Quadro 50 - Análise para CPA+AP
As análises mostram que a camada de reforço (Macadame Seco) é fundamental
para evitar deformações maiores no pavimento asfáltico. Na combinação sem reforço do
subleito, a estrutura teve deformação permanente estimada de 1,55 cm, acima do limite
aceitável de 1,25cm. Além disso, o acréscimo na espessura de BGS e a camada de concreto
asfáltico são fundamentais para elevar a vida de projeto deste pavimento.
117
Quadro 51– Análise para CAP30/45
As combinações para CA 12,5+CAP 30/45 demonstra que para o tráfego muito
pesado a resistência desse pavimento está em sua grande parte nas camadas de BGTC e
revestimento asfáltico. As camadas de BGS e SAFL são necessárias, mas as suas
variações de espessuras na camada de reforço não são tão impactantes quanto nas outras
camadas.
118
Quadro 52– Análise para CA 9,5+AP
A combinação do Quadro 52 demonstra ser inviável para volumes de tráfego
elevado, deixando praticamente toda a capacidade da estrutura para a camada de
rolamento. A combinação somente atingiria valores de projeto para um valor de
revestimento muito elevado. Além disso, somente as camadas de BGS e SAFL não são
capazes de aliviar as pressões transmitidas ao subleito.
119
Capítulo 5 – Considerações finais A importância de se avaliar diferentes tipos de volumes de tráfego em relação às
combinações de camadas disponíveis ficou bastante evidente no capítulo anterior. Visto
que, para valores de tráfego considerados nas primeiras análises (leve e médio), os valores
e combinações assumidas apresentaram resultados satisfatórios. No entanto, para valores
de tráfego pesado e muito pesado, apesar de maiores possibilidades de misturas, tanto para
a camada de revestimento como as camadas adjacentes, os resultados obtidos foram muito
abaixo do que havia sido projetado.
Primeiramente, todos os dados gerados pelo SisPav para a camada de TS
divergiram dos valores que se esperavam para essa camada. Logo, acredita-se que podem
ter ocorridos erros de manipulação do programa ou que os parâmetros considerados para
Tratamento Superficial não estavam de acordo com os seus reais parâmetros.
No tráfego leve, os melhores resultados foram de combinações com concreto
asfáltico modificado com borracha e os piores foram apresentados por misturas com maior
consistência, como é o caso da CA9,5+CAP30/45. Apesar das misturas com menor
consistência terem apresentado os resultados mais interessantes para tráfego leve, camadas
muito espessas dessas misturas podem gerar altos valores de deformação permanente.
Portanto, cabe ao projetista fixar valores limites aceitáveis de deformação permanente para
misturas desse tipo.
Por outro lado, nos resultados apresentados para tráfego médio, misturas com
menores consistência apresentaram os piores resultados (CA9,5+AB), enquanto que os
melhores resultados foram apresentados pelas misturas com maiores consistência
(CA12,5+CAP30/45). Além disso, assim como para tráfego leve, uma diminuição na
espessura das camadas de base (SAFL ou BGS), contribuíam para a diminuição da vida
útil dos pavimentos.
Ainda para tráfego médio, o SAFL apresentou resultados levemente superiores ao
da camada de BGS quando utilizadas na base do pavimento asfáltico. No reforço do
subleito, os resultados de SAFL foram significativamente melhores do que os resultados de
Macadame Seco.
Nos tráfegos Pesado e Muito Pesado, os resultados e comportamentos das camadas
foram similares. Os melhores resultados foram da Camada Porosa de Atrito, acompanhada
120
de uma camada de CAP50/70 de 5 cm, enquanto que os piores valores foram os de Gap
Graded modificados com borracha.
O ponto mais importante dessas análises para tráfego pesado e muito pesado
foi o comportamento da BGS. Na maioria das combinações, a camada de BGS era a
primeira camada após a camada de mistura asfáltica. Porém, não tinha uma função de base,
e sim a função de evitar a propagação de fissuras da camada de BGTC, provenientes da
retração causada pela cura do cimento no processo de cura, para a camada de revestimento
asfáltico. Com isso, essa camada de BGS em tráfego pesado e muito pesado não precisou
ter a mesma espessura das BGS de tráfego leve e médio. Conforme a espessura de BGS era
reduzida entre a mistura asfáltica e a camada de BGTC, o pavimento tinha a sua vida útil
prolongada.
Complementando a análise para tráfegos muito pesados, a camada de CA9,5+AP
mostrou-se inviável para esse tipo de volume de tráfego. Visto que não foi possível
encontrar uma combinação que atendesse a vida de projeto desejada. Somente foi atingido
tal valor com valores exagerados de camada de revestimento asfáltico.
As análises feitas no capítulo 4, vale lembrar, levam em consideração que a
execução e controle desses materiais foram realizados de maneira adequada em campo e
que as temperaturas estão dentro das temperaturas em que o software se baseia, ou seja, o
SisPav não leva em conta péssimas condições de armazenamento de material, má
execução dentro do campo e temperaturas pontuais de uma determinada região,
fatores que certamente afetariam na análise final de vida útil de um pavimento.
Neste estudo de caso, foram feitas aproximadamente 400 combinações de
resultados com um número limitado de possibilidades para todas as camadas. Logo,
sugere-se uma análise futura, principalmente para o tráfego pesado e muito pesado,
utilizando-se outros tipos de combinações e materiais em um novo software, já que o
SisPav apresentou dados inconsistentes. Além disso, definidas as camadas com melhor
desempenho, pode-se fazer uma análise orçamentária sobre essas combinações, mostrando
o custo real de cada combinação, para avaliar por fim, qual deve ser a melhor escolha para
um determinado volume de tráfego.
121
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