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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ANÁLISE DE PAVIMENTO FLEXÍVEL: ESTUDO DE UM TRECHO
CRÍTICO NA RODOVIA ERS-421
Gabriele Born Marques
Lajeado, junho de 2014
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Gabriele Born Marques
ANÁLISE DE PAVIMENTO FLEXÍVEL: ESTUDO
DE UM TRECHO CRÍTICO NA RODOVIA
ERS-421
Trabalho apresentado na disciplina de Trabalho
de Conclusão de Curso – Etapa II, na linha de
formação específica em Engenharia Civil, do
Centro Universitário UNIVATES, como parte da
exigência para a obtenção do título de Bacharel
em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. João Rodrigo Guerreiro
Mattos
Lajeado, junho de 2014
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Gabriele Born Marques
ANÁLISE DE PAVIMENTO FLEXÍVEL: ESTUDO
DE UM TRECHO CRÍTICO NA RODOVIA
ERS-421
A Banca examinadora abaixo aprova a Monografia apresentada na disciplina de
Trabalho de Conclusão de Curso – Etapa II, na linha de formação específica em
Engenharia Civil, do Centro Universitário UNIVATES, como parte da exigência para a
obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil:
Prof. Dr. João Rodrigo Guerreiro Mattos –
orientador
Centro Universitário UNIVATES
Profª. M.Sc. Emanuele Amanda Gauer
Centro Universitário UNIVATES
Engº. Civil Luciano Faustino da Silva Superint. Regional Adjunto da 11ª S. R. DAER - Lajeado
Lajeado, junho de 2014
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Aos meus pais, Sadi e Carlote Marques, alicerces desta conquista.
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AGRADECIMENTOS
Estendo meus agradecimentos a todos aqueles que de alguma maneira
contribuíram para a realização deste trabalho, dentre os quais destaco:
Meu pai Sadi Marques e minha mãe Carlote H. Born Marques que sempre me
incentivaram a estudar, ir em busca dos meus objetivos e que me proporcionaram
esta escola.
Meu professor orientador João Rodrigo, pelos seus ensinamentos e pela sua
disponibilidade quando precisei.
E por fim, não menos importante, agradeço ao engenheiro Luciano, pela
confiança depositada, pela sua disposição em me ajudar no trabalho, sempre muito
atencioso e disposto a transmitir suas experiências e conhecimentos.
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RESUMO
A maioria das cidades brasileiras, de médio e grande porte, atravessou nas décadas de 1960 e 1970, um período de extraordinário crescimento urbano, o que exigiu do Poder Público grandes investimentos em infraestrutura e, em especial, na expansão ou mesmo criação de um sistema viário. Foi necessário também proporcionar a estas vias condições para tráfego de veículos, circulação de pedestres, sua pavimentação e a utilização de um sistema de manutenção permanente. Entretanto, o que se observa hoje são rodovias esburacadas, repletas de problemas de execução, sem manutenção, praticamente abandonadas. Em vista disso, este trabalho visa analisar um trecho crítico de 300 metros da ERS-421, localizado entre os quilômetros 3+800 e 4+100, no bairro Conventos, Lajeado/RS. A partir de visitas in loco, identificaram-se as principais patologias deste pavimento, bem como se tentou investigar as prováveis causas destes problemas e propor possíveis soluções a eles. É visível a necessidade de melhoria no sistema viário, e não apenas para quem exerce a atividade do transporte, porém, para todos os setores da economia e da sociedade em geral, que dele dependem para alcançar níveis satisfatórios de desenvolvimento. Palavras-chave: Infraestrutura viária. Rodovias. Pavimentos flexíveis. Patologias.
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ABSTRACT
The most Brazilian cities, medium and large, crossed in the 1960s and 1970s, a period of extraordinary urban growth, which required the Government large investments in infrastructure and in particular in the expansion or even creating a system road. It was also necessary to provide these roads, conditions for vehicle traffic, pedestrian circulation, their flooring and use a system of constant maintenance. However, what are observed today are roads with holes, full of problems of implementation, without maintenance and practically abandoned. In view of this, this work analyzes a critical stretch of 300 meter of the ERS-421, located between kilometers 3+800 and 4+100, neighborhood Conventos, Lajeado/RS. From in situ visits, we are identified the main pathologies of the pave, as well as attempted to investigate the probable causes of these problems and propose possible solutions to them. It is visible the need for improvement in the road system, and not only to those engaged in transport activity, but for all sectors of the economy and society, that depend on it to achieve satisfactory levels of development. Keywords: Road infrastructure. Highways. Flexible pavement. Pathologies.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Estrutura de pavimento-tipo ..................................................................... 22
Figura 2 – Distribuição de cargas nos pavimentos rígido e flexível ........................... 24
Figura 3 – Representação esquemática dos defeitos em pavimentos flexíveis ........ 27
Figura 4 – Trinca isolada longitudinal curta ............................................................... 30
Figura 5 – Trinca isolada longitudinal longa .............................................................. 30
Figura 6 – Trinca de retração .................................................................................... 31
Figura 7 – Trinca interligada “couro de jacaré” .......................................................... 31
Figura 8 – Trinca de bloco ......................................................................................... 32
Figura 9 – Afundamento de trilha de roda ................................................................. 32
Figura 10 – Afundamento local ................................................................................. 33
Figura 11 – Ondulação ou Corrugação ..................................................................... 33
Figura 12 – Escorregamento ..................................................................................... 34
Figura 13 – Exsudação ............................................................................................. 35
Figura 14 – Desgaste ................................................................................................ 35
Figura 15 – Panela ou Buraco ................................................................................... 36
Figura 16 – Remendo mal executado ....................................................................... 36
Figura 17 – Segregação ............................................................................................ 37
Figura 18 – Bombeamento de finos .......................................................................... 37
Figura 19 – Falha de bico espargidor ........................................................................ 38
Figura 20 – Período recomendável para a manutenção dos pavimentos ................. 41
Figura 21 – Mapa rodoviário...................................................................................... 44
Figura 22 – Estrutura do pavimento da ERS-421 ...................................................... 45
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Figura 23 – Trecho avaliado da ERS-421 ................................................................. 46
Figura 24 – Províncias geomorfológicas do Rio Grande do Sul ............................... 47
Figura 25 – Menu principal do programa SisPav ....................................................... 49
Figura 26 – Tela de entrada de dados de caracterização da estrutura (SisPav) ....... 50
Figura 27 – Tela de entrada de dados de caracterização do tráfego (SisPav) .......... 51
Figura 28 – Tela clima do programa SisPav .............................................................. 52
Figura 29 – Tela modelos do SisPav ......................................................................... 53
Figura 30 – Tela opções do SisPav ........................................................................... 54
Figura 31 – Aba resultados do programa SisPav ...................................................... 54
Figura 32 – Trecho escolhido .................................................................................... 56
Figura 33 – Trinca interligada “couro de jacaré” ........................................................ 57
Figura 34 – Afundamento local, ondulação, panela, trinca interligada “couro de
jacaré”, escorregamento ........................................................................................... 57
Figura 35 – Afundamento local, trinca interligada “couro de jacaré”, trinca longitudinal
longa ......................................................................................................................... 58
Figura 36 – Trinca interligada “couro de jacaré” associada a um afundamento local 58
Figura 37 – Afundamento local .................................................................................. 59
Figura 38 – Escorregamento ..................................................................................... 59
Figura 39 – Afundamento local, trinca interligada “couro de jacaré”, escorregamento,
trinca interligada longa .............................................................................................. 60
Figura 40 – Desgaste ................................................................................................ 60
Figura 41 – Panela, trinca interligada “couro de jacaré”, remendo mal executado ... 61
Figura 42 – Remendo mal executado ....................................................................... 61
Figuras 43 e 44 – Sentido Lajeado - Forquetinha e sentido Forquetinha - Lajeado,
respectivamente ........................................................................................................ 62
Figura 45 – Corte vertical do pavimento .................................................................... 64
Figura 46 – Problema com umidade nas camadas do pavimento ............................. 65
Figura 47 – Dreno antigo sendo preenchido com rachão .......................................... 65
Figura 48 – Rolo compactador liso na compactação do rachão ................................ 66
Figura 49 – Camada de revestimento betuminoso .................................................... 66
Figuras 50 (a) e (b) – Trecho na atual situação ......................................................... 67
Figura 51 – Temperaturas médias mensais de Lajeado ............................................ 67
Figura 52 – Vida de projeto em função do nível de confiabilidade ............................ 68
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Figura 53 – Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 1 ............................. 69
Figura 54 – Variação da espessura da camada de revestimento em função do nível
de confiabilidade ....................................................................................................... 70
Figura 55 – Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 2 ............................. 71
Figura 56 – Comportamento da espessura do revestimento com o Módulo de
Resiliência da camada de base e sub-base .............................................................. 72
Figura 57 – Comportamento da espessura do revestimento com o Módulo de
Resiliência do revestimento....................................................................................... 74
Figura 58 – Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 4 ............................. 74
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Termos aplicáveis a camadas de revestimento asfáltico ......................... 23
Tabela 2 – Defeitos nos pavimentos e códigos nas Normas do DNIT ............... 26 e 27
Tabela 3 – Estrutura utilizada no Teste 1 ................................................................... 68
Tabela 4 – Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 3 ...................... 72 e 73
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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AASHTO - American Association of State Highway and Transportation
Officials - Associação Norte-Americana de Especialistas Rodoviários e de Transporte
BGS - Brita Graduada Simples
BGTC - Brita Graduada Tratada com Cimento
CA - Concreto Asfáltico
CBR - California Bearing Ratio - Índice de Suporte Califórnia
CBUQ - Concreto Betuminoso Usinado a Quente
CCP - Concreto de Cimento Portland
CCR - Concreto Compactado a Rolo
CNT - Confederação Nacional do Transporte
DAER - Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem
DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
N - Número equivalente de eixos padrão = 8,2 tf
NBR - Norma Brasileira
PIB - Produto Interno Bruto
PMF - Pré-Misturado a Frio
PMQ - Pré-Misturado a Quente
Sindipeças - Sindicato Nacional da Indústria de Componentes para Veículos
Automotores
SMA - Stone Mastique Asphalt – Asfalto Betuminoso
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SNV - Sistema Nacional de Viação
TSD - Tratamento Superficial Duplo
UFPR - Universidade Federal do Paraná
VSA - Valor de Serventia Atual
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 15
1.1 Relevância da pesquisa ................................................................................... 16
1.2 Objetivos ........................................................................................................... 17
1.2.1 Objetivo principal .......................................................................................... 17
1.2.2 Objetivos específicos .................................................................................... 17
1.3 Limitações da pesquisa ................................................................................... 18
1.4 Estrutura da pesquisa ...................................................................................... 18
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 19
2.1 Situação atual da pavimentação no Brasil ..................................................... 19
2.2 Aspectos gerais sobre pavimentação ............................................................. 21
2.2.1 O que é um pavimento .................................................................................. 21
2.2.2 Camadas constituintes de um pavimento ................................................... 21
2.2.3 Principais tipos de pavimentos .................................................................... 23
2.2.4 Misturas asfálticas ......................................................................................... 25
2.2.5 Danos aos pavimentos .................................................................................. 25
2.2.6 Dimensionamento de pavimentos ................................................................ 39
2.2.7 Manutenção de pavimentos........................................................................... 40
3 MATERIAIS E MÉTODO ........................................................................................ 43
3.1 Materiais ............................................................................................................ 43
3.1.1 Localização e características da rodovia ERS-421 ..................................... 43
3.1.2. Caracterização e descrição do subleito ..................................................... 46
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3.1.3 Programa SisPav ........................................................................................... 48
3.2 Método ............................................................................................................... 55
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS .......................................... 56
4.1 Primeiros registros fotográficos ..................................................................... 56
4.2 Reconstrução do trecho .................................................................................. 63
4.3 Testes com o programa SisPav........................................................................ 67
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 76
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 79
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1 INTRODUÇÃO
Os meios de transporte são elementos de extrema importância para que
ocorra o desenvolvimento socioeconômico de uma determinada região. Através da
mobilidade de mercadorias, sejam produtos de exportação ou importação, e da
acessibilidade a todas as partes de um território, os meios de transporte tornam-se
fundamentais à sociedade.
Em vista disto, o setor de pavimentação, sendo tradicionalmente um setor
gerenciado pela administração pública, deveria ter gestores com a responsabilidade
de zelar por este patrimônio de valor inestimado, se considerado, além do valor
financeiro dos pavimentos, a sua importância às pessoas. Infelizmente, não tem-se
como prioridade a técnica e sim questões politicas.
Segundo dados de 2013 do Sistema Nacional de Viação (SNV) existem, no
Brasil, 1.713.885 km de rodovias, dos quais apenas 202.589 km são pavimentados,
isto é, 11,8% da malha. Entre as rodovias pavimentadas, 64.921 km são federais.
Destes, apenas 8% são de pista dupla (5.203 km), e 2,1% (1.376 km) são vias em
fase de duplicação; os demais 89,9% são de pista simples (BRASIL, 2013).
Entre os anos de 2004 e 2013, a extensão da malha rodoviária federal
pavimentada cresceu apenas 12,1%. Em termos de distribuição regional dessa
malha, a região Nordeste é a que possui a maior participação, com 29,7% da
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extensão federal pavimentada. Já a região Sul, que em 2004 possuía uma extensão
de 10.578 km, cresceu em 2013, apenas 1.190 km (CNT, 2013).
Além da reduzida extensão da malha rodoviária, a carência de recursos a
serem investidos na atividade de manutenção e reabilitação de pavimentos reflete-se
na condição superficial dos pavimentos: severos trincamentos, buracos, grandes
deformações permanentes, entre outros defeitos. Ademais, o problema da pouca
atenção dada nas últimas décadas para a infraestrutura rodoviária é acentuado pelo
fato de grande parte das rodovias pavimentadas existentes terem sido construídas
em uma época em que pouca atenção e estudos eram dados à qualidade dos
materiais constituintes do pavimento, bem como à estrutura projetada. Tal fato
contribui para as péssimas condições de conservação das rodovias na atualidade.
Colaborando com a degradação precoce das rodovias do Brasil também está
o grande crescimento do tráfego verificado nos últimos anos. Segundo o
levantamento do Sindicato Nacional da Indústria de Componentes para Veículos
Automotores (Sindipeças), cerca de 38 milhões de automóveis, comerciais leves,
caminhões e ônibus circularam por ruas e estradas brasileiras em 2012. O aumento
em relação ao ano anterior foi de 8,1%. O estudo mostra também a quantidade de
tratores e motocicletas em circulação: respectivamente 618 mil e 12,4 milhões em
2012, com crescimentos de 5,4% e 6,4% sobre 2011. Esta expansão no volume de
tráfego e veículos de carga extrapola os índices de crescimento previstos no
momento do dimensionamento das estruturas, o que acarreta em diversas
patologias no pavimento.
1.1. Relevância da pesquisa
Diante do cenário descrito, os administradores rodoviários, governos ou
concessionárias precisam realizar investimentos cada vez maiores, tanto na
construção de pavimentos novos, como na recuperação de trechos que necessitem
de uma imediata intervenção, com o objetivo de encontrar soluções que contemplem
pavimentos mais resistentes, mais duráveis e que demandem pequenas
manutenções ao longo do período para o qual foram projetados. Desta forma, será
assegurado, durante a vida de serviço do pavimento, conforto e segurança aos
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usuários.
Em vista disto, este trabalho visa descrever, através de análises em campo,
as principais patologias encontradas no pavimento de um trecho de 300 metros da
ERS-421, localizado entre os quilômetros 3+800 e 4+100, em Conventos (Bairro de
Lajeado). Além disto, também pretende analisar as causas destes problemas,
acompanhar a evolução dos mesmos e prever possíveis soluções para eles, a partir
de testes no programa SisPav.
A ERS-421 é uma rodovia brasileira do estado do Rio Grande do Sul. Pela
localização geográfica e funcionalidade, é considerada uma rodovia de ligação da
BR-386 Lajeado (Rio Grande do Sul) até Boqueirão do Leão, passando por
Forquetinha e Sério. O projeto final de engenharia foi elaborado e executado pelo
Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem (DAER).
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo principal
Este trabalho tem como objetivo principal realizar uma análise de um trecho
crítico da ERS-421 (trecho entre Lajeado e Forquetinha).
1.2.2 Objetivos específicos
O objetivo geral será alcançado através do desenvolvimento dos objetivos
específicos elencados a seguir:
Delimitar o trecho mais crítico da ERS-421;
Conhecer a estrutura do pavimento desta rodovia;
Identificar os principais defeitos/patologias existentes neste trecho;
Observar a evolução dos problemas identificados;
Investigar as causas dos problemas apontados em campo;
Propor possíveis reparos/soluções para as patologias deste trecho.
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1.3 Limitações da pesquisa
Este trabalho estará limitado a informações e dados mais específicos da
rodovia ERS-421, devido à dificuldade de acesso e até mesmo a inexistência deles.
1.4 Estrutura da pesquisa
Após a Introdução, o Capítulo 2 discorre sobre a atual situação dos
pavimentos no Brasil, definições de pavimento, as camadas e os principais tipos de
pavimentos. Traz ainda uma abordagem detalhada e ilustrada dos danos causados a
estas estruturas. Para finalizar o capítulo, faz-se uma crítica ao método de
dimensionamento de pavimentos e são exibidos os dois tipos de manutenção que
devem ser realizados.
No Capítulo 3 são apresentadas a localização, as características da ERS-421,
a descrição do subleito, além do critério de restrição do projeto e uma abordagem
geral sobre o Programa SisPav. No final deste capítulo é exposto o procedimento
metodológico.
O Quarto Capítulo mostra alguns registros fotográficos de como era o trecho
compreendido entre os quilômetros 3+800 e 4+100 da ERS-421 quando se iniciou
este trabalho; outros durante a reconstrução do trecho e por fim, a atual situação da
rodovia. Este capítulo também traz quatro testes realizados no programa SisPav
para avaliar a vida de projeto e dimensionar as camadas do pavimento.
As conclusões obtidas e proposições para estudos futuros seguem
apresentadas no Capítulo 5 deste trabalho.
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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Situação atual da pavimentação no Brasil
Segundo dados da Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2006),
aproximadamente 61% do transporte de cargas realizado no Brasil é rodoviário. Já o
modal ferroviário responde por 24%, o aquaviário por 12%, o dutoviário por 3% e o
aéreo por menos de 1%. O modal de transporte rodoviário encontra-se em estado
deficiente, sendo os investimentos nas rodovias prioritários neste momento, não
apenas por ser o modal mais utilizado, mas por exigir menor investimento quando
comparado aos demais. Importante destacar ainda que pelo modal rodoviário
circulam 96% dos passageiros (BERNUCCI et al., 2006).
Uma pesquisa realizada em 2013, pela CNT, sobre a qualidade das rodovias
brasileiras, revelou um dado preocupante: 63,8% das rodovias federais e estaduais
pavimentadas apresentaram algum tipo de comprometimento no pavimento, na
sinalização ou na geometria da via (CNT, 2013). De acordo com Colares (2011) a
depreciação da malha rodoviária é resultado da falta de ações voltadas para a
manutenção e para a expansão da infraestrutura de transportes, decorrente da
diminuição do fluxo de recursos destinado ao setor de transportes.
A redução nos subsídios para as obras de transporte foi provocada, entre
outros fatores, pela crise econômica pela qual passou o Brasil nos anos oitenta e
também pela desvinculação dos recursos orçamentários destinados ao setor, a partir
da promulgação da Constituição de 1988. Enquanto que na década de setenta os
investimentos chegaram a 1,8% do Produto Interno Bruto (PIB), na última década foi
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investido apenas 0,2% do PIB em infraestrutura de transportes (CNT, 2011).
A Associação Norte-Americana de Especialistas Rodoviários e de Transporte
(AASHTO) afirma que a manutenção de uma rodovia em boas condições é mais
barata do que a recuperação de uma rodovia em más condições (AASHTO, 2009).
Por sua vez, Colares (2011) diz que:
Rodovias em situação de boa qualidade custam menos aos cofres públicos e, por isso, deve-se buscar a reabilitação das condições do revestimento do pavimento antes que os danos se propaguem para além da camada de revestimento e sejam necessários trabalhos de recuperação estrutural.
Em 1997, indicações gerais da pesquisa CNT apontava que 92,3% das
estradas brasileiras avaliadas na pesquisa eram classificadas como
deficientes/ruins/péssimas. Em 2004, esse índice era de 74,7%, em 2009 de 69% e
em 2013 este número passou para 46,9%. Observa-se uma melhoria nas condições
dos pavimentos, uma vez que em 10 anos o percentual recuou, aproximadamente,
28% (CNT, 2013).
O levantamento recorrente da Confederação Nacional do Transporte,
realizado em 2012, revelou que seria necessário um investimento total para a
modernização da infraestrutura rodoviária no Brasil de R$177,5 bilhões. Incluído
neste valor estaria a construção e a duplicação de rodovias, pavimentação,
recuperação de pavimento, entre outras intervenções. Resultados desta mesma
pesquisa indicaram que em 2011 foram registrados 188,9 mil acidentes em rodovias
federais policiadas, cerca de 6 mil acidentes a mais do que em 2010. O custo com
acidentes em rodovias federais foi de R$15,7 bilhões em 2011. Desses, R$4,4
bilhões são referentes a acidentes com vitimas fatais (CNT, 2012).
Diante deste cenário pode-se inferir que rodovias de boa qualidade
proporcionam retorno econômico para a sociedade, seja na operação dos veículos,
na economia dos recursos públicos empregados na recuperação e na manutenção
da malha, ou, ainda, na redução do número de acidentes (COLARES, 2011).
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2.2 Aspectos gerais sobre pavimentação
2.2.1 O que é um pavimento
Segundo Bernucci et al. (2006) pavimento é:
[...] uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança.
Já Balbo (2007) afirma que o pavimento é uma estrutura composta por
camadas sobrepostas de diferentes materiais compactados, adequada para atender
estrutural e operacionalmente ao tráfego, de maneira durável e ao mínimo custo.
Por fim, Danieleski (2004) citando a atual Norma Brasileira de Pavimentação,
NBR 72/1982, define pavimento como:
[...] uma estrutura construída após terraplanagem e destinada, econômica e simultaneamente, em seu conjunto, a: a) resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego; b) melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança; c) resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento.
2.2.2 Camadas constituintes de um pavimento
A estrutura do pavimento é compreendida, em seu sentido estrutural, para
receber e transmitir os esforços de maneira a aliviar pressões sobre as camadas
inferiores. De acordo com Balbo (2007), cada camada do pavimento possui uma ou
mais funções específicas, que devem proporcionar aos veículos, em qualquer ação
climática, condições adequadas de rolamento e suporte.
A NBR 7207/82 assegura que o pavimento é constituído por quatro camadas:
subleito, sub-base, base e revestimento, cujas definições são:
Subleito é o terreno de fundação do pavimento ou do revestimento.
Quando necessário, faz-se um reforço do subleito;
Sub-base é a camada corretiva do subleito, ou complementar à base,
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quando por qualquer circunstância não seja aconselhável construir o pavimento
diretamente sobre o leito obtido na terraplenagem. Os materiais que podem ser
empregados como sub-base são o Cascalho, Solo-Cal, Solo-Cimento (SILVA, 2008);
Base é a camada que tem por função aliviar a tensão nas camadas
inferiores, permitir a drenagem das águas que se infiltram no pavimento (por meio de
drenos) e resistir às tensões e deformações atuantes. A tensão máxima de
cisalhamento ocorre na base, logo ela deverá ser constituída de material de
excelente qualidade e ser muito bem construída. Conforme Silva (2008), os materiais
que podem ser empregados como base são Brita Graduada Simples (BGS),
Concreto Compactado a Rolo (CCR), Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC),
Macadames Hidráulico e Seco, Solo-Cal, Solo-Cimento e Solo-Brita;
Revestimento é a camada que recebe diretamente a ação do
rolamento dos veículos, destinada econômica e simultaneamente a melhorar as
condições de rolamento quanto à comodidade e segurança; e resistir aos esforços
que nele atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento. Bernucci et al.
(2006) acrescentam que “ [...] essa camada deve ser tanto quanto impermeável e
resistente aos esforços de contato pneu-pavimento em movimento, que são variados
conforme a carga e a velocidade dos veículos.”
A Figura 1 mostra uma estrutura-tipo de pavimento, com as camadas
anteriormente descritas.
Figura 1 – Estrutura de pavimento-tipo
Fonte: Bernucci et al. (2006).
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Para a camada de revestimento podem ser usados o Concreto de Cimento
Portland (CCP) ou Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) ou Stone
Mastique Asphalt (SMA), para tráfego pesado, e o PMQ (Pré-Misturado a Quente),
para tráfego leve. Além destes revestimentos “a quente”, pode-se usar o PMF (Pré-
Misturado a Frio) e ainda se utiliza em certos casos, o TSD (Tratamento Superficial
Duplo) por penetração invertida.
Os revestimentos asfálticos são, normalmente, subdivididos em duas ou até
mais camadas por razões técnicas, construtivas e de custo (BALBO, 2007). As
distinções entre possíveis camadas de revestimento asfáltico, de acordo com as
terminologias empregada no meio rodoviário, são apresentadas na Tabela 1.
Tabela 1 - Termos aplicáveis a camadas de revestimento asfáltico
Designação do revestimento Definição Associações
Camada de rolamento É a camada superficial do pavimento, diretamente em contato com as cargas e com as ações ambientais
Camada de desgaste, capa de rolamento, revestimento
Camada de ligação É a camada intermediária, também em mistura asfáltica, entre a camada de rolamento e a base do pavimento
Camada de binder ou simplesmente binder
Camada de nivelamento
Em geral, é a primeira camada de mistura asfáltica empregada na execução de reforços (recapeamento), cuja função é corrigir os desníveis em pista, afundamentos localizados, enfim, nivelar o perfil do greide para posterior execução da nova camada de rolamento
Camada de reperfilagem ou simplesmente reperfilagem
Camada de reforço
Nova camada de rolamento, após anos de uso do pavimento existente, executada por razões funcionais, estruturais ou ambas
“Recape” e recapeamento são termos populares (usa-se também a expressão “pano asfáltico”, que muitas vezes parece comprometer menos)
Fonte: Adaptada pela autora com base em Balbo (2007).
2.2.3 Principais tipos de pavimentos
Quanto à classificação do pavimento rodoviário, Bernucci et al. (2006) divide-o
em dois tipos básicos: rígidos e flexíveis. Atualmente há uma tendência de usarem-
se as nomenclaturas pavimentos de Concreto de Cimento Portland e pavimentos
asfálticos, respectivamente, para indicar a classe de revestimento do pavimento.
Nestes tipos de pavimento, a distribuição da carga para o subleito ocorre
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distintamente. Segundo o Departamento de Transportes da Universidade Federal do
Paraná (DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES DA UFPR, 2009), o pavimento
rígido distribui a carga em uma área maior do subleito, em virtude do alto Módulo de
Elasticidade do CCP (FIGURA 2). A própria placa de concreto disponibiliza grande
parte da capacidade estrutural do pavimento rígido. É usual designar a subcamada
desse pavimento como sub-base, uma vez que a qualidade do material dessa
camada equivale à sub-base de pavimentos asfálticos (BERNUCCI et al., 2006).
Já o pavimento flexível utiliza um maior número de camadas e distribui as
cargas para uma seção mais concentrada do subleito, conforme Figura 2
(DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES DA UFPR, 2009). Bernucci et al. (2006)
ressaltam que os pavimentos asfálticos são aqueles em que o revestimento é
composto por uma mistura constituída de agregados e ligantes asfálticos,
basicamente.
Figura 2 - Distribuição de cargas nos pavimentos rígido e flexível
Fonte: Departamento de Transportes da UFPR (2009).
Segundo Pereira (2010), engenheiros encarregados da pavimentação de
ruas, avenidas ou rodovias escolherão o tipo de pavimento mais adequado para
determinada situação por aspectos técnicos e econômicos. No Brasil, os pavimentos
flexíveis necessitam de alguma medida de manutenção a cada 3 a 5 anos. Em
contra partida, os pavimentos rígidos alcançam uma durabilidade de 20 a 40 anos. A
utilização de cada um dos tipos de pavimento varia de acordo com uma série de
fatores. Os pavimentos rígidos são mais apropriados para áreas de tráfego urbano e
de maior intensidade, mas os pavimentos flexíveis possuem menor custo de
construção e os prazos de execução são bem mais rápidos (DEPARTAMENTO DE
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TRANSPORTES DA UFPR, 2009).
2.2.4 Misturas asfálticas
Bernucci et al. (2006) comentam que:
Na maioria dos pavimentos brasileiros usa-se como revestimento uma mistura de agregados minerais, de vários tamanhos, podendo também variar quanto à fonte, com ligantes asfálticos que, de forma adequadamente proporcionada e processada, garanta ao serviço executado os requisitos de impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento de acordo com o clima e o tráfego previstos no local.
Ceratti e Núñez, (2011) afirmam que as misturas asfálticas são materiais
viscoelásticos e sob carregamento repetido podem romper por trincamento, fadiga
ou deformação permanente ou por uma combinação desses mecanismos de
degradação.
A mistura mais utilizada no Brasil é o Concreto Asfáltico (CA), também
conhecido como Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). Esta mistura é
composta por agregados de diversos tamanhos e cimento asfáltico dosados e
aquecidos em função da viscosidade desejada (BERNUCCI et al., 2006).
De acordo com Senço (1997), a granulometria do agregado pode ser
classificada em três frações: agregado graúdo, agregado fino e filler. O agregado
graúdo, normalmente, é constituído de pedra britada ou seixo rolado, com uma
superfície rugosa e forma angular. Já o agregado miúdo pode ser composto de
areia, pó de pedra ou mistura de ambos. Quanto ao filler pode ser constituído de
cimento, pó de pedra, pó de calcário e similares.
Para Senço (1997), o CBUQ é preferido para vias expressas pois:
É o mais nobre dos revestimentos flexíveis. Consiste na mistura íntima de agregado, satisfazendo rigorosas especificações, e betume devidamente dosado. A mistura é feita em usina, com rigoroso controle de granulometria, teor de betume, temperaturas do agregado e do betume, transporte, aplicação e compressão [...].
2.2.5 Danos aos pavimentos
Nas rodovias circulam veículos de passeio e comerciais. Os veículos
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comerciais são os ônibus e os caminhões, cujo efeito sobre os pavimentos é mais
acentuado devido ao maior efeito das cargas deslocadas. Estas cargas, de acordo
com Albano (2005), são transmitidas aos pavimentos por rodas pneumáticas simples
ou duplas dispostas em eixos simples e tandem, duplos ou triplos. A ação do tráfego,
não só pelo peso transportado e pela frequência com que solicita o pavimento,
provoca a deterioração e o consumo da estrutura (ALBANO, 2005).
No decorrer da vida útil dos pavimentos, estas estruturas podem apresentar
defeitos causados por diversos motivos. Segundo Link (2009), as patologias estão
ligadas aos materiais empregados e ao comportamento mecânico que é particular de
cada estrutura. Desta forma, o conhecimento destas causas constitui: “[...]
informações muito úteis ao engenheiro na tentativa de entender os problemas que
se manifestam em pavimentos e terão bastante influência nas técnicas que serão
empregadas para serviços de manutenção.” (BALBO, 1997).
Com relação aos tipos de defeitos que ocorrem nos pavimentos flexíveis, o
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT, 2003) traz uma
listagem com a nomenclatura dos defeitos, empregada em métodos de avaliação de
qualidade de pavimentos no Brasil. Reproduz-se na Tabela 2, a relação dos defeitos
e o código utilizado pelo DNIT.
Tabela 2 (continua) - Defeitos nos pavimentos e códigos nas Normas do DNIT
Tipo de defeito Código DNIT
Fissura
Fendas
FI
Trinca isolada transversal curta TTC
Trinca isolada transversal longa TTL
Trinca isolada longitudinal curta TLC
Trinca isolada longitudinal longa TLL
Trinca de retração TRR
Trinca interligada “couro de jacaré” sem erosão J
Trinca interligada “couro de jacaré” com erosão JE
Trinca interligada de bloco sem erosão TB
Trinca interligada de bloco com erosão TBE
Afundamento plástico local
Afundamentos
ALP
Afundamento de consolidação local ALC
Afundamento plástico em trilha de roda ATP
Afundamento de consolidação em trilha de roda ATC
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Tabela 2 (conclusão) - Defeitos nos pavimentos e códigos nas Normas do DNIT
Tipo de defeito Código DNIT
Corrugação ou ondulação Corrugação O
Desgaste Desgaste D
Escorregamento Escorregamento E
Exsudação Exsudação EX
Panela
Panelas
P
Remendo superficial RS
Remendo profundo RP
Fonte: Adaptada pela autora com base em DNIT 005/2003 – TER.
Na Figura 3 é possível ver uma representação esquemática dos defeitos
ocorrentes na superfície dos pavimentos flexíveis.
Figura 3 – Representação esquemática dos defeitos em pavimentos flexíveis
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
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A norma DNIT 005/2003 – TER também fornece definições para estas
patologias encontradas em revestimentos asfálticos, que seguem abaixo (BRASIL,
2003):
a) fenda: qualquer descontinuidade na superfície do pavimento, que
conduza a aberturas de menor ou maior porte, apresentando-se sob
diversas formas. Subdivide-se em fissura e trinca:
- fissura: fenda de largura capilar existente no revestimento,
posicionada longitudinal, transversal ou obliquamente ao eixo da via,
somente perceptível à vista desarmada de uma distância inferior a 1,50
m;
- trinca: fenda existente no revestimento, facilmente visível à vista
desarmada, com abertura superior à da fissura, podendo apresentar-se
sob a forma de trinca isolada ou trinca interligada. As trincas ditas
interligadas são divididas em duas categorias: trinca couro de jacaré,
com contornos erráticos, e trinca de bloco, com lados bem definidos
aparentando blocos. Enquanto que as trincas “couro de jacaré” estão
associadas à repetição das cargas de tráfego (concentram-se nas
trilhas de roda), as de bloco não estão relacionadas com tráfego; logo,
elas aparecem em qualquer lugar, até em locais de pouco tráfego. As
trincas no revestimento podem ser devido à fadiga ou não. A fadiga
está relacionada com a repetição da passagem de carga de veículo
comercial;
b) afundamento: deformação permanente caracterizada por depressão
da superfície do pavimento podendo apresentar-se sob a forma de
afundamento plástico ou de consolidação,
- afundamento plástico: afundamento causado pela fluência plástica
de uma ou mais camadas do pavimento ou do subleito;
- afundamento de consolidação: é causado pela consolidação
diferencial de uma ou mais camadas do pavimento ou subleito;
c) corrugação ou ondulação: deformação caracterizada por ondulações
ou corrugações transversais na superfície do pavimento;
d) escorregamento: deslocamento do revestimento em relação à
camada subjacente do pavimento, com aparecimento de fendas em
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forma de meia-lua. Ocorre principalmente em áreas de frenagem e de
interseções, quando o veiculo causa o deslizamento da massa asfáltica
(baixa aderência) ou sua deformação (baixa resistência);
e) exsudação: excesso de ligante betuminoso na superfície do
pavimento, causado pela migração do ligante através do revestimento;
f) desgaste: efeito de arrancamento progressivo do agregado do
pavimento, caracterizado por aspereza superficial do revestimento e
provocado por esforços tangenciais causados pelo tráfego;
g) panela ou buraco: cavidade que se forma no revestimento por
diversas causas (inclusive por falta de aderência entre camadas
superpostas, causando o desplacamento das camadas), podendo
alcançar as camadas inferiores do pavimento, provocando a
desagregação dessas camadas;
h) remendo: panela preenchida com uma ou mais camadas de pavimento
na operação denominada de “tapa-buraco”.
Outros defeitos, que não constam na Norma DNIT 005/2003 – TER, são
importantes e também devem ser considerados para uma análise da solução de
restauração: segregação, bombeamento de finos, falha de bico em tratamentos
superficiais, entre outros (BERNUCCI et al., 2006).
São ilustrados nas Figuras 4 a 19 alguns tipos dos defeitos de superfície de
pavimentos flexíveis citados, além de exemplos de defeitos não considerados pela
especificação brasileira, mas que a observação de sua ocorrência auxiliará na
solução ou minimização de problemas futuros. A cada tipo de defeito são associadas
algumas causas prováveis para seu aparecimento na superfície. Segundo Bernucci
et al. (2006):
O importante a ser ressaltado é que o diagnóstico da situação geral, envolvendo a compreensão das causas dos defeitos é a etapa mais importante do levantamento da condição funcional para fins de projeto de restauração ou de gerência de manutenção.
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Figura 4 – Trinca isolada longitudinal curta
Fonte: Bernucci et al. (2006).
Causas prováveis: falha na execução, na temperatura de compactação ou
mesmo na dosagem da mistura asfáltica. Envelhecimento de ligante asfáltico.
Figura 5 – Trinca isolada longitudinal longa
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
Causas prováveis: falhas executivas, recalques diferenciais. Podem também
aparecer junto à trilha de roda ou como falha de juntas longitudinais de diferentes
frentes de compactação. Envelhecimento do ligante asfáltico.
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Figura 6 – Trinca de retração
FONTE: Bernucci et al. (2006).
Causas prováveis: trincas decorrentes da reflexão de trincas de placas de
concreto de cimento Portland ou de trincas pré-existentes.
Figura 7 – Trinca interligada “couro de jacaré”
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
Causas prováveis: várias causas podem gerar o trincamento jacaré, entre
elas: ação da repetição de cargas do tráfego; ação climática – gradientes térmicos;
envelhecimento do ligante e perda de flexibilidade seja pelo tempo de exposição
seja pelo excesso de temperatura na usinagem; compactação deficiente do
revestimento; deficiência no teor de ligante asfáltico; sub-dimensionamento; rigidez
excessiva do revestimento em estrutura com elevada deflexão; reflexão de trincas de
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mesma natureza; recalques diferenciais; entre outros. As trincas “couro de jacaré”
representam o estágio atual avançado de fadiga.
Figura 8 – Trinca de bloco
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
Causas prováveis: decorrentes da retração do revestimento asfáltico e por
variações diárias de temperatura (que resultam em ciclos diários de tensões e
deformações). As trincas de bloco indicam que o asfalto sofreu endurecimento
significativo, tornando-o menos flexível. As trincas de bloco caracterizam-se por ter
uma configuração aproximada de um retângulo, com áreas variando de 0,1 m² a 10
m².
Figura 9 – Afundamento de trilha de roda
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
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Causas prováveis: falha na dosagem de mistura asfáltica – excesso de
ligante asfáltico; falha na seleção de tipo de revestimento asfáltico para a carga
solicitante; em geral com solevamento lateral.
Figura 10 – Afundamento local
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
Causas prováveis: problemas ou deficiências construtivas, falhas de
compactação, presença de solo “borrachudo”; problemas de drenagem; rupturas por
cisalhamento localizadas.
Figura 11 – Ondulação ou Corrugação
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
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Causas prováveis: as corrugações são ondulações transversais ao eixo da
via, devido à má execução (base instável), excesso de asfalto (baixa resistência da
massa asfáltica) ou finos. As corrugações estão associadas às tensões cisalhantes
horizontais geradas pelos veículos em áreas submetidas à aceleração ou frenagem.
São comuns em subidas, rampas, curvas e interseções.
Figura 12 – Escorregamento
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
Causas prováveis: escorregamento do revestimento asfáltico por falhas
construtivas e de pintura de ligação.
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Figura 13 – Exsudação
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
Causas prováveis: falhas de dosagem provocando excesso de ligante em
alguns pontos ou de maneira generalizada; pode ocorrer por segregação de massa,
com concentração de ligante em alguns pontos e falta em outros; ou ainda por
cravamento de agregados em base e ascensão de ligante à superfície.
Figura 14 – Desgaste
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
Causas prováveis: falhas de adesividade ligante-agregado; presença de
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água aprisionada e sobre pressão em vazios da camada de revestimento gerando
descolamento de ligante; problemas de dosagem – deficiência no teor de ligante;
falhas de bico em tratamentos superficiais; problemas executivos ou de projeto de
misturas – segregação de massa asfáltica.
Figura 15 – Panela ou Buraco
Fonte: DNIT 005/2003 – TER.
Causas prováveis: local onde havia trincas interligadas e com a ação do
tráfego e intempéries houve remoção do revestimento ou mesmo de parte da base;
falha construtiva – deficiência na compactação, umidade excessiva em camadas de
solo, falha na imprimação; desagregação por falha na dosagem ou ainda
segregação.
Figura 16 – Remendo mal executado
Fonte: Bernucci et al. (2006).
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Causas prováveis: preenchimento de depressões ou panelas com massa
asfáltica; apesar de ser uma atividade de conservação é considerado um defeito por
apontar um local de fragilidade do revestimento e por provocar danos ao conforto ao
rolamento.
Figura 17 – Segregação
Fonte: Bernucci et al. (2006).
Causas prováveis: concentração de agregados em uma área e de mástique
em outras, resultado da deficiência de ligante em alguns locais e excesso em outros;
problemas na definição de faixa granulométrica da mistura, problemas de usinagem,
problemas diferenciais de temperatura de distribuição e compactação.
Figura 18 – Bombeamento de finos
Fonte: Bernucci et al. (2006).
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Causas prováveis: subida à superfície por meio de fendas de material fino
devido à presença de água sob pressão causada pela ação do tráfego e
rapidamente aliviada após solicitação provocando a ascensão dos finos.
Figura 19 – Falha de bico espargidor
Fonte: Bernucci et al. (2006).
Causas prováveis: falha nos bicos espargidores em tratamentos superficiais,
em geral com falta de ligante asfáltico provocando deficiência de cobertura e
envolvimento dos agregados e seu consequente desprendimento pela ação do
tráfego.
Ainda em relação às patologias que podem ocorrer em pavimentos, Albano
(2005) escreve que o desgaste e as panelas ocasionam incômodos aos usuários,
contudo, por estarem localizados na superfície, são facilmente diagnosticados e
recuperados e com custos relativamente baixos. Já os defeitos internos necessitam
de mais atenção, pois são mais difíceis de serem detectados e são mais
abrangentes em termos de efeito por afetarem a estrutura do pavimento. Ambos, o
trincamento da superfície de Concreto Asfáltico, provocado pela fadiga do material e
o afundamento da trilha de roda que, além da irregularidade superficial, possibilitam
a infiltração e o acúmulo de água da chuva, exigem ações mais radicais e de maior
custo para correção. Estes defeitos, ocasionados por veículos pesados, ocorrem
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muitas vezes prematuramente devido ao excesso de peso destes veículos
(ALBANO, 2005).
A deterioração de um pavimento por fadiga caracteriza-se pelo rompimento
da camada de Concreto Asfáltico quando esta é solicitada continuamente por cargas
que provocam tensões menores do que a resistência à tração do revestimento. As
trincas surgem, inicialmente, na fibra inferior da camada de CA e propagam-se
progressivamente para a superfície, dando a impressão, em um estágio final de
evolução, semelhantes ao couro de crocodilo (ALBANO, 2005).
A publicação Truck Weight Limits, da National Research Council (1990), traz
uma análise do efeito de veículos pesados sobre a durabilidade dos pavimentos.
Esse trabalho destaca que as condições e o desempenho dos pavimentos não
dependem unicamente do número de veículos pesados e da carga por eixo que os
pavimentos estão sujeitos. Outros fatores também devem ser considerados:
adequação das espessuras das camadas que compõem o pavimento;
qualidade dos materiais empregados na construção;
procedimentos construtivos adotados;
condições de manutenção da rodovia;
propriedades do subleito existente e,
condições ambientais (precipitação, umidade do ar e valor e variação
da temperatura).
2.2.6 Dimensionamento de pavimentos
O dimensionamento de um pavimento, basicamente, consiste em determinar
as espessuras de cada camada do pavimento de modo a resistir e transmitir ao
subleito às cargas aplicadas pelo tráfego, sem que ocorra a ruptura da estrutura ou
deformações plásticas (afundamentos em trilhas de roda) e deterioração excessiva
do revestimento (trincamentos). Entretanto, o método brasileiro em vigor para
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dimensionar pavimentos está ultrapassado e, sabidamente, não contempla os
conhecimentos modernos da mecânica dos pavimentos.
O Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis, desenvolvido em 1966 pelo
extinto Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), consiste em uma
abordagem empírica, com base em dois parâmetros de entrada: o Índice de Suporte
Califórnia (CBR) e o volume de tráfego, representado pelo número equivalente de
eixos padrão durante o período de projeto (Número N = 8,2 tf). Este método foi
concebido para garantir a proteção do subleito e pode ser considerado a favor da
segurança em termos de acúmulo de deformações permanentes.
No entanto, a fragilidade deste método está nas espessuras mínimas
recomendadas para o revestimento asfáltico apenas em função do Número N, sem
levar em consideração aspectos do material constituinte do revestimento e a sua
interação com as demais camadas. Portanto, a metodologia empregada atualmente
em projetos brasileiros seguindo a norma em vigor desconsidera as deformações
elásticas que podem ocorrer no pavimento, e, por consequência, o fenômeno da
fadiga do revestimento asfáltico.
Devido ao demasiado período sem importantes projetos de obras rodoviárias,
apesar do nível brasileiro de pesquisa em pavimentação ser avançado, as normas
não acompanharam as pesquisas e muitas delas foram publicadas entre as décadas
de 1960 à de 1980 e não sofreram revisões significativas. Com o novo cenário
nacional em termos de obras de infraestrutura, devem-se rever alguns métodos de
dimensionamento de pavimentos de tal modo a incluir os conhecimentos atuais
nessa área, inclusive a experiência internacional.
2.2.7 Manutenção de pavimentos
Segundo Silva (2008), a regra básica da manutenção de um pavimento
consiste em, primeiramente, determinar a causa do defeito. A manutenção de
pavimentos é um trabalho rotineiro efetuado com o objetivo de manter o pavimento
próximo de sua condição original, quando da construção, sob condições normais de
tráfego e temperatura.
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No caso de um pavimento flexível há dois tipos de manutenção, de acordo
com Silva (2008):
Manutenção preventiva – como exemplo de manutenção preventiva
pode-se citar a Selagem de Trinca, Manutenção da Drenagem e
Camadas de Selamento (Micro revestimento a Frio, Lama Asfáltica,
Tratamentos Superficiais, Selamento com areia ou com emulsão);
Manutenção corretiva – como exemplo de manutenção corretiva
pode-se citar o Remendo e os Tratamentos Superficiais.
A presença anormal de água na superfície do pavimento pode indicar
problema com a drenagem (quer seja drenagem mal projetada, locada ou com sua
superfície bloqueada).
Na Figura 20 é possível ver o desempenho dos pavimentos em termos de
serventia ao longo do tempo. Quando um pavimento atinge um valor mínimo de
qualidade é necessário realizar uma atividade de manutenção preventiva e corretiva
para desta forma, aumentar o Valor de Serventia Atual (VSA). Assim, o pavimento
terá um prolongamento na sua vida útil.
Figura 20 – Período recomendável para a manutenção dos pavimentos
Fonte: Bernucci et al. (2006).
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O guia de dimensionamento de pavimentos norte-americano da AASHTO
introduziu, pioneiramente, além do critério de resistência, também o critério de
serventia do pavimento. Atribui-se como limite da aceitabilidade a nota 2,5 para vias
de alto volume de tráfego e 2,0 para as demais. Na prática, sempre que o Valor de
Serventia Atual atinge este patamar, uma intervenção de manutenção corretiva deve
ser realizada de modo a repor o índice a um valor superior. No período em que o
pavimento apresenta VSA acima deste valor, deve-se realizar manutenção
preventiva periódica de modo a prolongar o tempo em que ele permanece em
condição aceitável quanto ao rolamento (BERNUCCI et al., 2006). Caso não haja
manutenção ou esta seja inadequada, o pavimento pode atingir o limite de
trafegabilidade, situação na qual se torna necessária sua reconstrução. Após a
manutenção corretiva, o valor de serventia eleva-se novamente podendo atingir
valores menores, iguais ou maiores à serventia inicial do pavimento (BERNUCCI et
al., 2006).
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3 MATERIAIS E MÉTODO
3.1 Materiais
3.1.1 Localização e características da rodovia ERS-421
A ERS-421 é uma rodovia de pista simples e de Classe IV-B do Estado do Rio
Grande do Sul. Pela sua localização geográfica e funcionalidade é considerada uma
rodovia de ligação da BR-386 (Lajeado até Boqueirão do Leão, passando por
Forquetinha) que atinge uma extensão aproximada de 57 km. É uma rodovia
recente, executada pelo Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem (DAER),
que em sua totalidade, ainda não foi concluída. Ela é dividida da seguinte forma:
BR-386 – Forquetinha
Extensão: aproximadamente, 12 km
Pavimentação 100% concluída
Forquetinha – Sério
Extensão: aproximadamente, 23 km
Pavimentação, aproximadamente, 70% concluída
Sério – Boqueirão do Leão
Extensão: aproximadamente, 22 km
Pavimentação, aproximadamente, 70% concluída
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No mapa rodoviário abaixo (FIGURA 21) é possível ver a abrangência da
ERS-421. O tracejado representa o trecho em pavimentação.
Figura 21 – Mapa rodoviário
Fonte: Adaptada pela autora com base em Mapa Rodoviário – DAER (2013).
A estrutura do pavimento da ERS-421 foi feita com 5 cm de CBUQ, com uma
base e sub-base de 20 cm de brita graduada e o CBR do subleito é de 9%, segundo
Projeto Básico de Recuperação do Pavimento (2009), realizado pelo DAER. Esta
estrutura pode ser vista na Figura 22. Os dados de tráfego, conforme o Projeto Final
de Engenharia do DAER, mostravam para o ano de 1998 um N = 3,4x105 (N é o
número de repetições da carga do eixo padrão de 8,2 t por ano considerado
equivalente aos eixos dos veículos comerciais da frota circulante.). Da análise dos
valores obtidos em 2002 e a redução do tráfego visto, comparativamente, projetou-
se, a partir do ano de 2009, para o período de projeto de 10 anos um N = 1,3x106,
sendo este o valor de referência estimado para o projeto proposto.
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Figura 22 – Estrutura do pavimento da ERS-421
Fonte: Autora (2013).
Segundo Projeto Básico de Recuperação do Pavimento realizado em março
de 2009, para uma extensão de 4,50 km (entre o quilômetro 1 e 5) da ERS-421 entre
a BR-386 (Lajeado) e Forquetinha, o pavimento apresentava inúmeros defeitos,
como afundamentos localizados, afundamento de trilha de roda, panelas e
problemas de drenagem. Além disto, constatou-se que não houve
recuperação/restauração no período de projeto (10 anos), o que indicava que o
revestimento já se encontrava no limite de trincamentos por fadiga tendendo a
desagregação. De acordo com a Secretaria dos Transportes do DAER, a situação do
pavimento deste trecho de 4,50 km, em 2009, foi assim descrita:
O estágio mais avançado das trincas, a idade do pavimento e a ação continuada do tráfego e do clima sobre o revestimento asfáltico, impedem que o pavimento apresente uma resposta mecânica adequada, além de permitir infiltração de água para camadas inferiores, quando a perda de resistência das mesmas se combina com os efeitos do revestimento entre as trincas.
A partir destas constatações, além de pedidos de moradores para a melhoria
da rodovia, foram realizados, neste mesmo ano, reparos profundos localizados e até
mesmo remoção do pavimento para posterior colocação de lama asfáltica.
Estabelecimento do critério de restrição
Para este trabalho será considerado apenas um trecho de 300 metros da
rodovia ERS-421, localizado no bairro Conventos, entre os quilômetros 3+800 e
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4+100. O mesmo foi escolhido devido a grande ocorrência de defeitos no pavimento,
onde se verificou o grau de trincamento e deformações, em uma pequena extensão
da rodovia.
Na Figura 23, é possível ver o trecho avaliado com extensão total de 300
metros demarcado numa imagem aérea do local.
Figura 23 – Trecho avaliado da ERS-421
Fonte: Adaptada pela autora com base em Google Maps (2013).
3.1.2 Caracterização e descrição do subleito
O município de Lajeado situa-se na Encosta Inferior do Nordeste, parte
centro-leste do estado do Rio Grande do Sul. Está inserido na região geográfica do
Vale do Taquari, conforme divisão geográfica regionalizada pelo Decreto Estadual nº
40.349, de 11 Outubro de 2000 (LAJEADO, 2013).
Em termos geomorfológicos, conforme as definições estabelecidas pelo
RADAMBRASIL (1996), o município de Lajeado apresenta-se inserido na Região
Geomorfológica Planalto das Araucárias (unidade de relevo Serra Geral e unidade
de relevo Patamares da Serra Geral). O Planalto das Araucárias e a Depressão
Central Gaúcha compõe o Domínio Morfoestrutural das Bacias e Coberturas
Sedimentares abrangendo rochas da Bacia do Paraná, da fase efusiva. Na Figura
24, é possível ver as províncias geomorfológicas do estado do Rio Grande do Sul.
Lajeado
Forquetinha
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Figura 24 – Províncias geomorfológicas do Rio Grande do Sul
Fonte: Atlas Socioeconômico do Estado do Rio Grande do Sul, Secretaria da Coordenação e
Planejamento – 2ªedição 2006.
A Bacia do Paraná, em toda sua extensão, é representada por sedimentos e
rochas vulcânicas. Um terço da área aflorante desta Bacia é composta por rochas
sedimentares enquanto que dois terços é coberta por fluxos de lava.
Os Patamares da Serra Geral correspondem aos terminais rebaixados em
continuidade à unidade geomorfológica Serra Geral e Área Serrana, que avançam
sobre as áreas referentes e à Unidade Geomorfológica Depressão do Rio Jacuí ao
sul. Representa testemunhos do recuo da linha da escarpa a qual se desenvolveu
nas sequências vulcânicas e sedimentos de cobertura da Província Paraná. Essa
Unidade caracteriza-se no Município, por apresentar relevo heterogêneo, composto
em toda a sua extensão por rochas básicas (basalto) englobando formas em colinas
com pequeno aprofundamento dos vales fluviais, formas de relevo que apresentam
forte controle estrutural e formas planares.
Segundo Roisenberg et al. (2008), o basalto é amplamente utilizado nas
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indústrias de construção civil, para confeccionar estradas, pisos, revestimentos e
paredes. Pode ser utilizado como pedra de talhe, para calçamento de ruas, saibro
(quando alterado) e brita. Além das aplicações para a construção, o basalto é
utilizado também para finalidades artísticas.
A região do Vale do Taquari é classificada como termicamente subtropical,
pois nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, a temperatura média mensal é
superior a 22°C. Já nos meses de inverno, junho a agosto, o valor médio das
temperaturas mínimas encontra-se na faixa de 8 a 10°C. Destaca-se ainda que é
comum a ocorrência de períodos frios, de uma ou duas semanas, alternados com a
ocorrência de períodos com temperaturas elevadas, pois no Rio Grande do Sul é
normal a ocorrência de massas quentes e frias de ar ao longo de todo ano.
Com relação à precipitação, verifica-se que não existe uma estação seca bem
definida. No entanto, constata-se que, em um a cada cinco anos, ocorrem
deficiências hídricas significativas de até 40 mm nos meses de dezembro, janeiro e
fevereiro, considerando-se uma capacidade máxima de armazenamento de água no
solo de 100 mm.
3.1.3 Programa SisPav
As análises de previsão de desempenho para o pavimento estudado e das
possíveis soluções propostas de restauração foram embasadas nos resultados do
programa SisPav. O uso dessa ferramenta computacional é de grande valia para
entender o comportamento de pavimentos flexíveis, pois emprega conceitos
mecanísticos nas análises.
Conforme Fonseca (2013), a atuação da mecânica dos pavimentos está na
análise de tensões, deformações e deslocamentos na estrutura do pavimento, sendo
estes conhecidos como parâmetros de deformabilidade. As análises destes
parâmetros são, geralmente, realizadas através de programas computacionais,
como é o caso do programa SisPav de Franco (2007).
O SisPav possibilita o dimensionamento de pavimentos com base nos dados
da estrutura, que realiza a análise por meio de algoritmos, calculando a espessura
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da camada necessária para atender aos requisitos de projeto. Além disto, o SisPav
permite analisar a vida útil de projeto de estruturas informadas ao programa.
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 de trilha de
roda e dos danos relativos à deflexão máxima na superfície do pavimento e à tensão
limite no topo do subleito (FRANCO, 2007).
De acordo com este mesmo autor, o SisPav foi dividido em cinco abas ou
janelas principais, para melhor visualização e controle das informações. Com isso,
os dados podem ser inseridos, alterados ou removidos de forma simples e prática
(FRANCO, 2007).
O Menu principal do programa possui as opções Projeto; Editar; Resultados;
Ferramentas; e Ajuda, conforme detalhe apresentado na Figura 25.
Figura 25 – Menu principal do programa SisPav
Fonte: Adaptada pela autora (2014).
A tela de abertura do programa (FIGURA 26) se refere à entrada de dados
referentes à estrutura do pavimento a ser analisada. É possível indicar cada camada
como mistura asfáltica, solo melhorado com cimento, solo cimento, brita graduada
com cimento, concreto compactado a rolo, material granular, solo laterítico, solos
finos, siltosos e argilosos.
A cada camada inserida, para cada material constituinte, o programa sugere
valores dos principais parâmetros como Módulo de Resiliência, coeficiente de
Poisson e o modelo constituinte da equação do Módulo de Resiliência em função do
tipo de material. Além dos parâmetros mencionados, o programa também permite
informar outros parâmetros de caracterização dos materiais selecionados com base
nas normas de especificação de materiais e serviços previstos no DNIT.
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O programa permite a entrada de até 8 camadas e limita suas espessuras
durante o dimensionamento entre 10 cm e 60 cm para todas as camadas, com
exceção do revestimento que varia de 5 cm a 20 cm, por questões práticas. Quando,
durante o dimensionamento, o programa atingir o limite inferior da espessura
significa que a estrutura suporta as condições do carregamento e do clima impostos.
Porém, se atingir o limite superior é por que a estrutura não atende as exigências do
projeto. Nos dois casos, segundo Franco (2007), 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.
Figura 26 - Tela de entrada de dados de caracterização da estrutura (SisPav)
Fonte: Adaptada pela autora (2014).
O passo seguinte é a configuração da composição do tráfego. Nesta etapa
informa-se o tipo de eixo, o volume para o primeiro ano obtido através de contagens,
pesquisas em estudos existentes ou valores estimados, taxa de crescimento do
tráfego ao ano, carga, pressão do pneu, vida de projeto informada em anos,
percentual de veículos na faixa de projeto, variação lateral do tráfego, alinhamento
crítico e variação sazonal ao longo do ano (FIGURA 27). 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). Este valor é
atualizado quando qualquer informação relativa ao peso, volume de tráfego, taxa de
crescimento, número de anos etc. é alterado pelo projetista (FRANCO, 2007).
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Figura 27 - Tela de entrada de dados de caracterização do tráfego (SisPav)
Fonte: Adaptada pela autora (2014).
Informações quanto à temperatura do ar ao longo do ano configurando a
influência do clima da região são informados na aba Clima do SisPav, sendo
necessário somente escolher a capital e o mês, para que o Programa carregue os
dados de seu banco de dados (FIGURA 28). Também é possível informar dados
específicos do local da obra. As últimas linhas da tabela descrita na janela Clima
(Média e Erro padrão) são calculadas automaticamente. Da mesma forma, o gráfico
é atualizado quando qualquer informação na tabela for alterada.
O programa não avalia o efeito da variação da umidade sobre os materiais de
pavimentação e o subleito por considerar que a umidade de equilíbrio é alcançada.
Portanto, o SisPav não apresenta ao projetista opções para entrada de parâmetros
relacionados a variabilidade de umidade dos materiais (FRANCO, 2007).
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Figura 28 - Tela clima do programa SisPav
Fonte: Adaptada pela autora (2014).
Na aba seguinte têm-se os modelos de danos que podem ocorrer na estrutura
de um pavimento. Ao selecionar na lista o modelo desejado, o Programa apresenta o
nome do modelo de comportamento; a sua expressão de regressão matemática; os
parâmetros da regressão; o fator campo-laboratório; e informações diversas como a
fonte de referência, de onde se obteve o modelo e os parâmetros. A tela modelos é
apresentada na Figura 29 a seguri.
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Figura 29 – Tela modelos do SisPav
Fonte: Adaptada pela autora (2014).
Na tela opções apresentada na Figura 30, o projetista pode alterar parâmetros
para otimizar os cálculos do dimensionamento dos pavimentos. Dependendo da
análise, o programa pode não convergir para uma espessura ótima que atenda aos
requisitos de projeto durante o dimensionamento. Assim, foi definido um limite
máximo para o número de tentativas que o programa irá fazer para realizar o
dimensionamento. O número padrão escolhido foi de vinte, uma vez que o
programa, na maioria das vezes, converge ou para espessura ótima ou para os
valores limites de espessura antes das vinte tentativas. O valor também pode ser
alterado pelo projetista, caso ache necessário (FRANCO, 2007).
O nível de confiabilidade utilizado nas análises é de 50% como padrão. Pode-
se alterar a confiabilidade para outra selecionando uma das opções constantes da
caixa de seleção. Os valores são 50% (parâmetros médios); 75%; 85%; 90% e 95%.
É dada ao projetista a opção de ativar as considerações no dimensionamento,
ou análise da vida de projeto, os danos relativos à deflexão máxima admissível na
superfície do pavimento, ou à tensão máxima no topo do subleito. Estes controles
são desativados como padrão pelo programa, apenas para tornar a análise mais
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rápida. Com eles desativados, o controle no dimensionamento é feito apenas pela
fadiga da camada asfáltica do revestimento ou das camadas cimentadas.
Figura 30 – Tela opções do SisPav
Fonte: Adaptada pela autora (2014).
Neste momento, o programa SisPav já está com os dados necessários para
realizar a análise da estrutura informada, calculando a vida útil do pavimento ou
dimensionando uma camada da estrutura da proposta pelo usuário (FONSECA,
2013). O projetista pode ainda verificar os resultados na aba referente, inclusive com
ilustrações gráficas ou através de planilhas dos resultados (FIGURA 31). Ele pode
também emitir um relatório contendo os dados de entrada, os modelos utilizados e
os resultados obtidos.
Figura 31 – Aba resultados do programa SisPav
Fonte: Adaptada pela autora (2014).
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3.2 Método
Para obter um parâmetro definidor das condições de superfície do pavimento
e um inventário de ocorrências e suas prováveis causas, foi realizado um
levantamento fotográfico dos defeitos existentes no trecho escolhido da ERS-421.
Estes registros foram feitos antes, durante e após a reconstrução do trecho. A partir
de então, com o auxílio do programa SisPav, foram desenvolvidos quatro testes
(cenários diferentes) para avaliar e dimensionar o pavimento. Com o SisPav foi
possível também, propor soluções ao trecho.
O Primeiro Teste teve como objetivo avaliar a vida de projeto do pavimento
antes da sua reconstrução. Os dados de entrada para o programa, de todos os
testes, teve como base as temperaturas médias mensais do município de Lajeado e
aqueles disponibilizados pelo DAER, como as espessuras das camadas e o valor do
Número N. Para este Primeiro Teste, o nível de confiabilidade foi variado para se
observar o que acontece com a vida de projeto.
No Segundo Teste foi dimensionada a camada de revestimento asfáltico para
que ele durasse, aproximadamente, 10 anos. Neste Teste, os níveis de
confiabilidade também foram variados, para, após rodar o programa, ver o que
aconteceria com a espessura da camada de revestimento.
Já o Terceiro Teste objetivou avaliar a espessura do revestimento em função
da modificação dos valores dos Módulos de Resiliência das camadas de material
granular (base e sub-base).
E por fim, o Quarto Teste avaliou a espessura do revestimento em função da
variação dos valores dos Módulos de Resiliência da camada de material asfáltico.
Neste e no Terceiro Teste, o nível de confiabilidade permaneceu constante, ou seja,
95%. Para os quatro testes foram gerados um gráfico ou uma tabela com os valores
das deflexões ao longo de algumas distâncias do trecho.
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4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS
4.1 Primeiros registros fotográficos
Para uma primeira etapa realizou-se, no dia 11 de outubro de 2013, um
levantamento visual e fotográfico da situação inicial do trecho avaliado.
Como pode ser visualizado na Figura 32, o trecho é constituído por pista
simples, é pouco sinalizado e não possui acostamento. Por estar todo em declive,
sentido Lajeado - Forquetinha, o trecho favorece a alta velocidade dos veículos e a
ultrapassagens perigosas.
Figura 32 – Trecho escolhido
Fonte: Autora (2013).
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Os principais defeitos encontrados neste trecho da ERS-421 ocorriam no
sentido Forquetinha - Lajeado (rampa em aclive), como podem ser vistos nas
Figuras 33 a 39.
Figura 33 - Trinca interligada “couro de jacaré”
Fonte: Autora (2013).
Figura 34 - Afundamento local, ondulação, panela, trinca interligada “couro de
jacaré”, escorregamento
Fonte: Autora (2013).
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Figura 35 – Afundamento local, trinca interligada “couro de jacaré”, escorregamento,
trinca longitudinal longa
Fonte: Autora (2013).
Figura 36 – Trinca interligada “couro de jacaré”, associada a um afundamento local
Fonte: Autora (2013).
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Figura 37 – Afundamento local, trincas
Fonte: Autora (2013).
Figura 38 – Escorregamento, trincas
Fonte: Autora (2013).
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Figura 39 – Afundamento local, trinca interligada “couro de jacaré”, escorregamento,
trinca longitudinal longa
Fonte: Autora (2013).
Já as patologias encontradas no sentido Lajeado - Forquetinha podem ser
visualizadas nas Figuras 40, 41 e 42.
Figura 40 - Desgaste
Fonte: Autora (2013).
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Figura 41 – Panela, trinca interligada “couro de jacaré”, remendo mal executado
Fonte: Autora (2013).
Figura 42 – Remendo mal executado
Fonte: Autora (2013).
Outra característica importante de ser destacada é que neste trecho, a
rodovia possui bueiros e sarjeta apenas em um sentido, no sentido Lajeado –
Forquetinha (em declive). Como pode ser observado nas Figuras anteriores (40 a
42), este sentido não possuía tantos defeitos, ao contrário do outro sentido (em
aclive) que era provido de inúmeros problemas. As Figuras 43 e 44 mostram as
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laterais da rodovia ERS-421.
Figuras 43 e 44 – Sentido Lajeado - Forquetinha e sentido Forquetinha - Lajeado,
respectivamente
Fonte: Autora (2013).
Como visto nas Figuras, havia um grande número de defeitos neste trecho de
300 m da rodovia ERS-421. As patologias encontravam-se num estágio bastante
avançado e medidas reparadoras deviam ser feitas imediatamente.
A manutenção de um pavimento asfáltico não deve ser realizada tão somente
como correção funcional ou estrutural. É aconselhável, conforme Bernucci et al.
(2006), um plano estratégico de intervenções periódicas, envolvendo também
manutenção preventiva, de modo a garantir um retardamento do decréscimo das
condições de superfície. Além disto, serviços periódicos de conservação devem ser
sempre realizados envolvendo técnicas reparadoras em locais específicos, como
limpeza e preservação do sistema de drenagem, dos acostamentos e das áreas
lindeiras à estrada.
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4.2 Reconstrução do trecho
Em março de 2014 iniciou-se o processo de reconstrução de parte do trecho
escolhido, entre os quilômetros 3+971 e 4+074, uma vez que a equipe técnica do
DAER constatou que o pavimento se encontrava em um estado avançado de
degradação. Além disto, as intensas manifestações da população residente próxima
ao local e de motoristas, fizeram com que providências fossem tomadas.
Inicialmente, segundo informações dos engenheiros da 11ª Superintendência
Regional - DAER – Lajeado, foi reconstituída somente a faixa do sentido Forquetinha
– Lajeado que é a mais crítica. No outro sentido, até o momento, aparentemente não
foram identificadas novas patologias no pavimento.
O serviço foi efetuado por uma empresa terceirizada, contratada pelo órgão
público, e fiscalizada por profissionais da área. Neste local, devido ao grau de
deterioração do pavimento, teve que ser executado remendo subsuperficial, ou seja,
a remoção do material deficiente da base, sua substituição por outro em perfeito
estado e posterior reconstrução dela e da camada betuminosa.
Como a área era suficientemente grande, foi possível a utilização de
equipamentos como caminhão basculante para o transporte de material e rolo
compactador liso. Outros equipamentos como rolo compactador pé-de-carneiro,
retroescavadeira, máquina com disco de corte também foram usados.
Inicialmente, marcou-se a área ser recomposta e delimitou-se o contorno com
o formato de um retângulo, com os cantos no esquadro. O corte e o rompimento das
camadas de base e revestimento, a partir da área demarcada, foram executados
com uma máquina com disco de corte. Em seguida, os materiais comprometidos
destas camadas foram removidos com retroescavadeira formando um buraco em
corte tipo caixão. As paredes desta cavidade ficaram na vertical, como mostra a
Figura 45. Além disto, nesta Figura, também é possível visualizar as camadas do
pavimento no sentido Lajeado – Forquetinha.
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Figura 45 – Corte vertical do pavimento
Fonte: Autora (2014).
Em um determinado ponto deste trecho, foi identificada a existência de
umidade excessiva na camada de sub-base, conforme Figura 46. O sistema de
drenagem do pavimento não estava mais em boas condições, pois o dreno
composto por brita e a manta geotêxtil encontravam-se em mau estado, os drenos
realizados por canos estavam entupidos e/ou quebrados e as valetas foram
preenchidas com terra. Existia uma série de problemas relacionados à drenagem e
que, portanto, colaborou para a deterioração do pavimento.
A Figura 47 mostra parte do dreno antigo de 50 cm de largura feito com manta
e brita e a outra parte já sendo preenchida com rachão para posterior compactação.
Neste local, o pavimento foi aprofundado em 0,60 m. No detalhe desta Figura, as
más condições da manta.
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Figura 46 – Problema com umidade nas camadas do pavimento
Fonte: Autora (2014).
Figura 47 – Dreno antigo sendo preenchido com rachão
Fonte: Autora (2014).
Na Figura 48 que segue, é possível ver o rolo compactador liso compactando
o rachão utilizado para preencher o dreno.
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Figura 48 – Rolo compactador liso na compactação do rachão
Fonte: Autora (2014).
A dimensão da área reconstruída foi de 489,26 m², sendo 103,00 m de
comprimento e 4,75 m de largura. As camadas do pavimento removidas foram
novamente executadas com 20 cm de base e 5 cm de revestimento CBUQ. A base
foi refeita com brita graduada simples, limpa e compactada.
A Figura 49 mostra a camada de revestimento concluída. E nas Figuras 50 (a)
e (b) pode-se observar o trecho na atual situação.
Figura 49 – Camada de revestimento betuminoso
Fonte: Autora (2014).
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Figuras 50 (a) e (b) – Trecho na atual situação
Fonte: Autora (2014).
4.3 Testes com o programa SisPav
O Primeiro Teste foi realizado para avaliar a vida de projeto do pavimento da
ERS-421 antes da reconstrução do trecho no sentido Forquetinha – Lajeado. Os
tipos de eixo selecionados foram o eixo padrão rodoviário, com 8,2 tf; o eixo duplo e
dois eixos duplos em tandem. O volume de tráfego no primeiro ano de projeto foi,
respectivamente, 25.000.00, 17.500,00 e 7.500,00. Já a pressão de inflação para as
três configurações de veículos foi de 0,80 MPa; e a variação lateral de 0,30 m. As
temperaturas médias mensais para o município de Lajeado seguem na Figura 51.
Figura 51 – Temperaturas médias mensais de Lajeado
Fonte: Adaptada pela autora com base em Climate-Data.org.
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A estrutura analisada está descrita na Tabela 3.
Tabela 3 – Estrutura utilizada no Teste 1
Material Espessura
(m) Coef.
Poisson Módulo Elástico
Linear (MPa)
Material asfáltico 0.050 0.300 3000.00
Material granular 0.200 0.350 250.00
Material granular 0.200 0.350 250.00
Solos finos, siltosos ou argilosos 0.000 0.400 60.00
Fonte: Autora (2014).
Neste Teste foram considerados os danos relativos à deflexão máxima
admissível na superfície do pavimento e à tensão admissível no topo do subleito do
pavimento. Variou-se o nível de confiabilidade e, consequentemente, a vida de
projeto, como segue no gráfico da Figura 52.
Figura 52 – Vida de projeto em função do nível de confiabilidade
Fonte: Autora (2014).
Como pode ser visto, e como era de se esperar, quanto maior o nível de
confiabilidade exigido no projeto menor o tempo previsto de duração do pavimento.
A partir do programa SisPav pode-se também obter os valores das deflexões
ao longo de várias distâncias da aplicação de carga e, assim, determinar a bacia
defletométrica do pavimento. Estes valores representam a resposta elástica conjunta
de todas as camadas do pavimento e do subleito aos carregamentos externos
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(ALBERNAZ, 1997). Ou seja, a bacia de deflexão caracteriza as condições
estruturais do pavimento. No gráfico da Figura 53 é possível ver os valores das
deflexões que resultaram do Primeiro Teste. Mesmo variando os níveis de
confiabilidade, os valores das deflexões permaneceram iguais.
Figura 53 – Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 1
Fonte: Autora (2014).
O Segundo Teste teve como objetivo dimensionar a camada de revestimento
asfáltico para que durasse em torno de 10 anos. Para isto, também foram variados
os níveis de confiabilidade e os demais valores foram mantidos conforme o Primeiro
Teste realizado.
Se o nível de confiabilidade fosse de 95%, o revestimento deveria ter
aproximadamente 10 cm. Este e os demais resultados podem ser conferidos no
gráfico da Figura 54.
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Figura 54 – Variação da espessura da camada de revestimento em função do nível
de confiabilidade
Fonte: Autora (2014).
Para este Teste, os valores das deflexões variaram conforme o nível de
confiabilidade. Isto acontece devido à mudança na configuração da estrutura do
pavimento, ou seja, variação na espessura do revestimento asfáltico. Conforme a
Figura 55 observa-se que com o aumento do nível da confiabilidade e, por
consequência, aumento da espessura do revestimento, a bacia de deflexões sofre
uma redução da sua magnitude, especialmente próximo ao D0 (medida de deflexão
no centro do eixo do caminhão).
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Figura 55 – Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 2
Fonte: Autora (2014).
O Terceiro Teste propôs avaliar a espessura do revestimento em função da
variação dos valores dos Módulos de Resiliência das camadas de material granular
(base e sub-base). Os dados foram os mesmos utilizados no Teste 1 e o nível de
confiabilidade foi de 95%. Pela modelagem do SisPav, as camadas de base e sub-
base possuem grande influência no dimensionamento do pavimento, como pode ser
observado no gráfico da Figura 56.
Para as condições determinadas no Teste 1, o programa parou o
dimensionamento para a condição crítica de fadiga na base e na sub-base do
revestimento asfáltico (eixo Y), a partir do valor do Módulo de Resiliência igual a 432
MPa. Isto significa que a espessura da camada selecionada (revestimento) atingiu o
limite inferior previsto pelo programa, que é de 0.050 m.
A racionalidade do método, para esse Teste, foi verificada, pois quanto maior
o Módulo de Resiliência da base e da sub-base, menor será a espessura de
revestimento requerida.
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Figura 56 - Comportamento da espessura do revestimento com o Módulo de
Resiliência da camada de base e sub-base
Fonte: Autora (2014).
Neste Terceiro Teste, os valores das deflexões variaram conforme os Módulos
de Resiliência das camadas de base e sub-base. Abaixo, na Tabela 4, se observam
os valores das deflexões em função das distâncias dos sensores e dos Módulos de
Resiliência.
Tabela 4 (continua) - Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 3
MR Base e
Sub-base
(MPa)
Sens. 1 0.000 m
Sens. 2 0.200 m
Sens. 3 0.300 m
Sens. 4 0.450 m
Sens. 5 0.600 m
Sens. 6 0.900 m
Sens. 7 1.200 m
Sens. 8 1.500 m
250 47.539 41.111 36.499 30.680 26.240 20.018 15.824 12.847
275 48.025 40.968 36.159 30.362 26.058 20.000 15.848 12.879
300 47.675 40.373 35.589 29.989 25.866 19.976 15.873 12.916
325 46.990 39.647 34.986 29.629 25.683 19.947 15.893 12.951
350 46.701 39.134 34.545 29.399 25.595 19.957 15.927 12.987
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Tabela 4 (conclusão) - Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 3
MR Base e
Sub-base
(MPa)
Sens. 1 0.000 m
Sens. 2 0.200 m
Sens. 3 0.300 m
Sens. 4 0.450 m
Sens. 5 0.600 m
Sens. 6 0.900 m
Sens. 7 1.200 m
Sens. 8 1.500 m
375 46.266 38.590 34.128 29.205 25.524 19.969 15.960 13.022
400 46.132 38.212 33.876 29.159 25.561 20.029 16.013 13.060
425 46.322 38.051 33.895 29.360 25.774 20.175 16.101 13.106
432 46.016 37.861 33.764 29.281 25.726 20.162 16.103 13.114
Fonte: Autora (2014).
Por fim, o Quarto Teste teve como objetivo avaliar a espessura do
revestimento em função da variação dos valores dos Módulos de Resiliência da
camada de material asfáltico (revestimento). Os demais valores foram mantidos
conforme o Primeiro Teste. O nível de confiabilidade utilizado foi 95%.
Como pode ser visto no gráfico da Figura 57, esta variação não interferiu nos
resultados, diferentemente do que aconteceu com a variação do Módulo da base, no
Teste 3. O valor da camada de revestimento manteve-se sempre constante, ou seja,
de aproximadamente 10 cm.
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Figura 57 - Comportamento da espessura do revestimento com o Módulo de
Resiliência do revestimento
Fonte: Autora (2014).
Mesmo modificando os valores dos Módulos de Resiliência, as deflexões se
mantiveram. Os valores das deflexões são mostrados na Figura 58.
Figura 58 – Bacia de deflexão para controle no campo – Teste 4
Fonte: Autora (2014).
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A partir destes testes pode-se mostrar algumas alternativas para melhorar as
condições do pavimento da ERS-421. Modificar os níveis de confiabilidade, os
Módulos de Resiliência das camadas de base e sub-base, por exemplo, são
algumas delas.
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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho teve como objetivo principal realizar uma análise de um trecho
crítico da ERS-421, entre os quilômetros 3+800 e 4+100, no bairro Conventos,
Lajeado. O pavimento deste trecho é composto por uma camada de revestimento de
5 cm de CBUQ, pela base de 20 cm de brita graduada e pelos 20 cm de sub-base de
brita graduada também.
A partir das análises feitas chegou-se a algumas conclusões, que serão
apresentadas a seguir. Além disto, serão sugeridos aspectos a serem considerados
em pesquisas futuras.
Após atingir os objetivos propostos inicialmente, pode-se concluir que:
O trecho escolhido realmente encontrava-se em um estado crítico. As
patologias eram as mais diversas e podiam ser identificadas facilmente.
Dentre os defeitos se citam: trinca interligada, panela, escorregamento,
afundamento local, remendo mal executado;
A principal causa que levou à reconstrução do pavimento no sentido
Forquetinha – Lajeado (trecho em aclive) foi os problemas relacionados com a
drenagem, devido principalmente às más condições da manta geotêxtil, a
inexistência de sarjetas e a interrupção de bueiros;
Ao avaliar a vida de projeto do pavimento do trecho estudado, antes da
sua reconstrução, observou-se que quanto menor o nível de confiabilidade,
maior será a vida de projeto do pavimento. Ou seja, para um nível de
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confiabilidade de 50%, o pavimento duraria 10 anos. Se fosse aumentado
este grau de precisão para 90%, a vida do pavimento seria de,
aproximadamente, 5 anos. E se ainda fosse mais preciso, adotando um nível
de confiabilidade de 95%, o pavimento duraria em torno de 3,5 anos;
Ao dimensionar a camada de revestimento asfáltico para que durasse
em torno de 10 anos, quanto maior o nível de confiabilidade, mais espessa
será a camada de material asfáltico. Portanto, para um nível de confiabilidade
de 95%, o revestimento deveria ter, aproximadamente, 10 cm. No entanto, se
fosse definida uma confiabilidade menor, de 50%, por exemplo, a camada de
revestimento de CBUQ poderia ter 5 cm;
Quanto maior o Módulo de Resiliência da base e da sub-base do
pavimento, menor poderá ser a espessura da camada de revestimento.
Portanto, se o Módulo de Resiliência for igual a 250 MPa, a camada de CBUQ
deverá ser de, aproximadamente, 10 cm. E se o Módulo for de 425 MPa, por
exemplo, a camada de revestimento poderá ter 5 cm;
Ao avaliar a espessura do revestimento em função da variação dos
valores dos Módulos de Resiliência da camada de material asfáltico, verificou-
se que esta variação não interfere nos resultados, pois a camada de
revestimento manteve-se constante, igual a 0,1063 m.
Ainda dentro do escopo deste trabalho, existem outros temas que podem ser
abordados em novas pesquisas. Dessa forma, como complementos deste trabalho
são sugeridos os seguintes aspectos:
Realizar o teste com a Viga Benkelman para determinar as deflexões
do pavimento reconstruído e com isto, ver se ele foi bem executado;
Estudar outras combinações de pavimento com espessuras diferentes
de base e sub-base;
Coletar amostras dos materiais utilizados na reconstrução do trecho da
ERS-421 e fazer ensaios em laboratório para definir os parâmetros resilientes;
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Efetuar um estudo semelhante ao apresentado neste trabalho em
outros segmentos críticos da rodovia ERS-421.
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