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Uma análise preliminar dos resultados do levantamento de irregularidade
longitudinal realizado apontou a distribuição conceitual apresentada nas figuras 11 e 12,
na qual podemos destacar que, o pavimento possui 16,59% de sua irregularidade
longitudinal classificada como excelente e 17,87% de péssimo para o lado direito, em
contrapartida o lado esquerdo apresentou 16,79% classificado como excelente e 20,27%
como péssimo. O intervalo utilizado para a classificação da irregularidade foi o constante
no Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT, versão 2006, apresentado
na Tabela 2.
16,59
29,2419,48
16,81 17,87
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
0,005,00
10,0015,0020,0025,0030,0035,00
Fre
qü
ên
cia
Classificação (DNIT, 2006)
IRI - Lado Direito
Freqüência % cumulativo
Figura 11: Histograma de irregularidade longitudinal – lado direito.
16,79
28,53
18,3716,03
20,27
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
0,005,00
10,0015,0020,0025,0030,0035,00
Fre
qü
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Clasificação (DNIT, 2006)
IRI - Lado Esquerdo
Freqüência % cumulativo
Figura 12: Histograma de irregularidade longitudinal – lado esquerdo.
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3.4.3 Avaliação Estrutural do Pavimento Existente
Segundo Cavalcante (2005), a avaliação estrutural de pavimentos é o
processo no qual se deseja obter uma série de informações quanto às características
mecânicas do pavimento e subleito, com a finalidade de prever o seu comportamento
durante a sua vida útil, estando os mesmos sujeitos às solicitações do tráfego e os efeitos
do clima.
A avaliação da condição estrutural do pavimento e do subleito, de forma
adequada, é de fundamental importância em projetos de restauração, pois possibilita o
diagnóstico dos defeitos que tenham a sua gênese ligada a um problema estrutural. Desta
forma, a análise dos parâmetros elásticos obtidos no levantamento estrutural permite
inferir sobre a real condição em que se encontra a estrutura, e assim, dimensionar o
reforço objetivando compatibilizar as diversas características resistentes dos materiais
que compõem o pavimento reforçado frente às solicitações futuras do tráfego e efeitos
climáticos (CAVALCANTE, 2005).
As deflexões recuperáveis são um indicativo do comportamento estrutural
dos pavimentos sujeitos a ação de cargas repetidas. O arqueamento das camadas do
pavimento provocado pelo carregamento repetitivo é o responsável pelo fenômeno de
fadiga das camadas betuminosas e cimentadas (PINTO e PREUSSLER, 2002).
Pode-se entender a deflexão elástica como sendo os deslocamentos
verticais reversíveis na superfície ou no interior do pavimento, provenientes da ação de
carregamentos transientes, que ao cessar o esforço, a estrutura retorna à posição inicial
(SILVA, 1999)
A condição estrutural pode ser avaliada de duas formas complementares:
A. Avaliação Destrutiva: Consiste da abertura de furos de sondagem
para identificação da natureza e das espessuras das camadas do
pavimento, bem como da abertura de poços de sondagem para coleta
de amostras dos materiais que serão ensaiados em laboratório.
Alguns ensaios “in situ” nas camadas de solos e de materiais
granulares podem ser realizados, como CBR “in situ” e
determinações de umidade e densidade. Os ensaios de laboratório
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abrangem desde aqueles convencionais para caracterização
geotécnica até ensaios especiais, como os que permitem a medida
do módulo de deformação resiliente;
B. Avaliação Não Destrutiva: Consiste da realização de provas-de-carga
para medida de parâmetros de resposta da estrutura às cargas de
roda em movimento. Os deslocamentos verticais de superfície
(“deflexões”) são os parâmetros de resposta cuja medida é mais
simples e confiável, em comparação com tensões ou deformações,
razão pela qual a quase totalidade dos equipamentos utilizados para
ensaios não destrutivos são deflectômetros.
3.4.3.1 Avaliação Estrutural Destrutiva
A análise dos resultados dos ensaios dos materiais das camadas dos
pavimentos dos acostamentos e também do subleito permitiu as seguintes conclusões:
a) O subleito é constituído dos seguintes tipos de solos, segundo a
Classificação do HRB:
Solo Tipo Ocorrência (%) CBR médio(%)
A.1.b 2 27 A.2.4 156 24 A.4 15 15 A.6 9 11
b) Há um predomínio dos solos argilosos A.4 e pedregulho ou areias
siltosas ou argilosas.
c) As camadas de base e sub-base são constituídas de materiais
granulares apresentam CBRmédio de 75% compactado na energia do Proctor intermediário e 46% para sub-base compactada na mesma energia.
3.4.3.2 Avaliação Estrutural Não-Destrutiva
A medida da deflexão recuperável máxima é um parâmetro importante para
a caracterização do comportamento estrutural do pavimento, pois o seu valor está
intimamente relacionado com a deformabilidade elástica de todas as camadas que
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compõem a estrutura ensaiada. Quanto maior o seu valor, mais resiliente é a estrutura e,
conseqüentemente, maior será o seu comprometimento estrutural. Porém, estruturas
distintas podem apresentar a mesma deflexão recuperável máxima (figura 13), por este
fato, buscou-se estudar outros parâmetros relacionados com a forma das deformadas que
pudessem auxiliar na avaliação estrutural. Dentre estas tentativas, surgiu o raio de
curvatura, parâmetro indicativo do arqueamento da deformada na sua porção mais crítica
(figura 14), que geralmente é considerado a 25 cm do centro da carga (PINTO e
PREUSSLER, 2002).
Figura 13: Esquema de diferentes bacias deflectométricas para uma mesma deflexão
máxima.
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Figura 14: Ilustração da hipótese adotada pelo DNIT (SALINI, 1999).
O levantamento deflectométrcio foi realizado com utilização do equipamento
Fallling Weight Deflectometer – FWD que é um equipamento destinado a avaliar a
capacidade estrutural de um pavimento através da medição da sua resposta a uma carga
vertical de impacto (ver figura 15). Este equipamento permite a realização de ensaios não-
destrutivos simulando as ações induzidas pela passagem dos veículos (60-80 km/h), e
mede a resposta do pavimento daí resultante relativamente às deflexões.
O Falling Weight Deflectometer (FWD) é um defletômetro de impacto
projetado para simular o efeito da passagem de uma carga de roda em movimento no
pavimento. A medida de deflexão é obtida pela queda de um conjunto de massas, a partir
de alturas pré-fixadas, sobre um sistema de amortecedores de borracha. Este sistema foi
especialmente projetado para tornar o pulso de carga recebido pelo pavimento, o mais
próximo possível de uma senóide. Igualando-se a energia potencial da massa, antes de
sua queda, com o trabalho desenvolvido pelos amortecedores de borracha, depois da
queda, pode-se conhecer a força de pico exercida sobre o pavimento, de acordo com a
equação (CARDOSO, 1999):
MghkF 2=
Sendo:
- F = força de pico;
- M = massa do peso que cai;
- g = aceleração da gravidade;
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- h = altura de queda; e,
- k = constante de mola do sistema de amortecedores.
As vantagens do FWD incluem:
i) grande acurácia na medida de deflexões;
ii) possibilidade de aplicação de vários níveis de carga num mesmo ponto;
iii) pequena dispersão das medidas;
iv) rapidez e facilidade de operação sob condições de tráfego;
v) medida e registro automático das temperaturas do ar e da superfície do pavimento, além das distâncias percorridas entre os pontos de ensaio;
vi) redução (ou mesmo eliminação) da necessidade de coleta de amostras para ensaios de laboratório;
vii) operação independe das condições de tempo.
O equipamento FWD utilizado no presente estudo foi fabricado pela CarlBro Pavement Consultants, modelo PRI2100 trailer version, a carga utilizada no ensaio é de 41kN simulando o semi-eixo padrão rodoviário de 82 kN. Na figura 16 constam algumas fotos do levantamento realizado. Os resultados do levantamento deflectométrico estão sendo apresentados no Anexo IV.
Figura 15: Esquema de aquisição de dados.
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Figura 16: Fotos do levantamento deflectométrico com o FWD.
Com vistas de caracterizar o comportamento estrutural das camadas do sistema pavimento/subleito, foram realizadas medidas de deflexões com o FWD iniciando o levantamento pela faixa da direita no sentido São Caetano – Salgueiro e retornando pela faixa da esquerda no sentido de slagueiro a São Caetano. O levantamento seguiu o preconizado pela especificação do DNER PRO-273/96 (atual DNIT).
De posse das deflexões medidas foi realizado o tratamento estatístico para a eliminação de possíveis dados espúrios, a metodologia utilizada foi a recomendada pelo método do DNER PRO 011/79. Foi utilizada a deflexão máxima para a determinação da deflecão característica, uma vez que a deflexão medida no centro de aplicação da carga representa a resposta de todas as camadas do pavimento e subleito (ver Figura 17).
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Figura 17: Ilustração da aplicação de carga no topo do pavimento (WSDOT, 1995).
De posse dos dados de deflexões obtidos são determinados os seguintes parâmetros:
• Deflexão média - Dm;
• Desvio padrão - σ;
• Coeficiente de Variação - (CV);
• Deflexão mínima – (Dmin);
• Deflexão mínima – (Dmáx);
• Deflexão Caracterísitca – (Dc).
O procedimento para determinação dos parâmetros retro mencionados é descrito a seguir:
a) Tabulam-se os valores individuais das deflexões recuperáveis encontradas (Di);
b) Calcula-se a média aritmética, D, dos valores individuais (média da amostra);
n
DD
i
m
∑=
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Sendo:
n – número de valores individuais computados (número de indivíduos componentes da amostra).
c) Determina-se o valor do desvio padrão da amostra, σ, através da expressão:
( )n
DD mi∑ −=
2
σ
d) Estabelece-se o intervalo de aceitação para os valores individuais,
definindo-se limites D ± Zxσ, onde Z será estima em função de n, mediante o critério constante na tabela 3.
Tabela 3: Valores de desvio padrão em função do número de amostras.
n Z
3 1,0
4 1,5
5-6 2,0
7-19 2,5
>20 3,0
Após a determinação da deflexão característica obtida a partir do levantamento com o FWD, procedeu-se a compatibilização com medidas obtidas com a viga Benkelman, utilizando para este fim as expressões propostas no Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos, versão 2006 do DNIT, conforme emana os Termos de Referência do projeto em pauta. As expressões utilizadas foram:
Para deflexões DFWD < 85x10-2 mm: DVB=20,645x(DFWD-19)^0,351
Para dflexões DFWD > 85x10-2 mm: DVB=20,645x(DFWD-60)^0,715
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Sendo:
DFWD = defelxão obtida com o FWD;
DVB = defelxão obtida com a viga Benkelman.
20,29
34,02
41,06
4,42
0,16 0,03 0,020,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
0 - 40 40 - 60 60 - 80 80 - 100 >100 120 - 140 >140
Fre
qu
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Re
lati
va (
%)
Intervalo de Defelxão (x0,01mm)
DEFLEXÕES - Viga Benkelman
Figura 18: Histograma de deflexões convertidas para Viga Benkelman.
Quanto ao nível deflectométrico a FIGURA 18, a princípio, observa-se uma maior concentração de deflexões entre 60 e 80 (x0,01mm) em torno de 41,06%.
O estudo de tráfego indicou dois números - N´s, um de São Caetano até Arcoverde (SH-01 a SH-28) e outro de Arcoverde até Salgueiro (SH-29 a SH-85). Desse modo, com intuito de comparar as deflexões características com as admissíveis preconizadas pelos métodos de reforço do PRO-269 e PRO-11, foram plotados os perfis de deflexões considerando os dois segmentos retro mencionados.
Para N=4,48x107 - (São Caetano – Arcoverde)
DNER PRO-269/94 ⇒ )log188,0148,3(10 ND −= ⇒ mmxD 21051 −=
DNER PRO-11/79 ⇒ )log175,001,3(10 ND −= ⇒ mmxD 21048 −=
Para N=3,82x107 - (Arcoverde - Salgueiro)
DNER PRO-269/94 ⇒ )log188,0148,3(10 ND −= ⇒ mmxD 21053 −=
DNER PRO-11/79 ⇒ )log175,001,3(10 ND −= ⇒ mmxD 21047 −=
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Observa-se nas Figuras 19 e 20 que as deflexões características são
superiores as deflexões admissíveis recomendadas pelos métodos do PRO-269 e do
POR-11. O tráfego previsto para a rodovia é muito pesado, o que requer uma deflexão
baixa de modo que o pavimento possua um desempenho adequado durante a sua vida
útil.
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50
60
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
DC (VB) PRO-269 PRO-11
Figura 19: Perfil de deflexões características comparadas com as admissíveis do PRO-269 e PRO-11 (para N=4,48x107).
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40
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29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85
DC (VB) PRO-269 PRO-11
Figura 20: Perfil de deflexões características comparadas com as admissíveis do PRO-269 e PRO-11 (para N=3,82x107).
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3.4.4 Metodologia Utilizada para o Dimensionamento do Reforço
A metodologia utilizada foi baseada nas instruções constantes nos Termos de Referência constante no edital e nas Instruções de apresentação CREMA 2ª Etapa, a seguir destacadas:
• análise conjunta da estrutura (caracterização geométrica e geotécnica) e das condições funcional e estrutural do pavimento existente, objetivando a definição dos segmentos de comportamento homogêneo;
• estudo estatístico/determinação dos parâmetros caracterizadores das condições/comportamento do pavimento, para cada segmento homogêneo, tais como:
- deflexão, com determinação da deflexão característica (Dc = Do +
σ);
- freqüência relativa da incidência de defeitos tipo: trincamento FC-2,FC-3, FC-2+FC-3, desgaste, remendo, ondulação e/ou panela (conforme DNIT 06/03 - PRO);
- flecha média nas trilhas de roda interna (TRI) e externa (TRE);
- Índice de Gravidade Global – IGG (valor e conceito);
- IRI (X) e conceito da condição do pavimento quanto à irregularidade longitudinal;
� diagnóstico das condições e comportamento do pavimento;
� concepção e dimensionamento de soluções de reabilitação do pavimento.
Para cada um dos segmentos considerados de comportamento homogêneo, foram concebidas e dimensionadas as intervenções de reabilitação do pavimento (pista de rolamento e acostamentos), considerando-se, basicamente, os seguintes parâmetros que retratam as condições funcionais e estruturais do pavimento existente, a saber:
� Deflexão características;
� %FC-2+FC-3;
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� IGG;
� IRI;
� VMD;
� Número de solicitações do eixo padrão rodoviária “N”.
De posse dos parâmetros relacionados acima, utilizou-se do método de
reforço DNER PRO-269 e do Catálogo de Soluções do CREMA 1ª Etapa (espessura de reforço determinada pelo método do DNER PRO-11), para definição das soluções de reabilitação do pavimento existente. A análise comparativa e criteriosa das soluções apontadas pelas diferentes metodologias permitiu a concepção das soluções adotadas.
3.4.4.1 Dimensionamento do Reforço Estrutural
O dimensionamento do reforço através de camada asfáltica adicional ou recapeamento é o procedimento mais utilizado na reabilitação de pavimentos. A camada de reforço tem o papel fundamental de recuperar as características funcionais e estruturais prolongando a vida útil do pavimento.
Até os anos 60, a abordagem, para o dimensionamento do reforço de um pavimento era baseado na experiência regional e no critério da resistência (deformações permanentes). A partir da década de 1960, surgiram métodos baseados em ensaios deflectométricos (não destrutivos) que tiveram aceitação generalizada e foram gradualmente difundidos.
Em meados da década de 70, com o advento de equipamentos mais sofisticados e programas computacionais capazes fornecerem informações quanto as características elásticas dos materiais constituintes dos pavimentos, começaram a ser introduzidos os métodos mecanísticos ou analíticos, que se fundamentaram na análise de tensões e deformações nas camadas dos pavimentos.
A partir dos anos 80, com o desenvolvimento dos sistemas de gerência de pavimentos, surgiram metodologias de reforço fundamentadas em modelos de previsão de desempenho e que procuram analisar diversas estratégias de intervenção com vistas a diminuir o custo de ciclo de vida do pavimento.
Basicamente, os objetivos específicos a serem atingidos quando se projeta a restauração de um pavimento são os seguintes:
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• Trazer a condição funcional (conforto ao rolamento e segurança) a níveis compatíveis com a de um pavimento novo;
• Garantir uma vida de serviço mínima para o pavimento restaurado, de modo a que uma nova intervenção desse mesmo porte seja requerida apenas após este período;
• Utilizar técnicas disponíveis e aplicáveis, e que atendam a requisitos operacionais e às restrições orçamentárias;
• Controlar os mecanismos pelos quais a deterioração das estruturas de pavimento vem se processando ao longo do tempo.
Atualmente, no Brasil, são empregados quatro métodos de dimensionamento de pavimentos flexíveis normalizados pelo DNIT, são eles:
• DNER-PRO 10/79 – Método A;
• DNER-PRO 11/79 – Método B;
• DNER-PRO 159/85;
• DNER-PRO 269/94 – Método da resiliência (Tecnapav).
Os mais utilizados são o PRO-11 e o PRO-269, os outros dois estão em desuso. Manual de Reabilitação do DNIT, edição 2006, classifica os métodos de dimensionamento de reforço pelos seguintes enfoques:
Empírico – Análise Deflectométrica
• DNER-PRO 10/79 – Método A;
• DNER-PRO 11/79 – Método B;
• Método do Instituto do Asfalto.
Empírico – Análise da Deficiência Estrutural e Funcional
• DNER-PRO 159/85;
• Método da AASHTO;
• Método do Instituto do Asfalto.
Mecanístico-empírico
• DNER-PRO 269/94 – Método da resiliência (Tecnapav).
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A seguir são descritos sucintamente os métodos DNER PRO-269 e DNER PRO-11, este último é utilizado para a definição da espessura de reforço em CBUQ considerada no Catálogo de Soluções do CREMA 2ª Etapa.
3.4.4.2 Método DNER PRO-11/79
O DNER PRO -11/79 possui os mesmos procedimentos preliminares de obtenção dos dados desse método de avaliação e dimensionamento da PRO 10/79, que são:
• dados do levantamento histórico;
• dados da prospecção preliminar, e
• dados da prospecção definitiva.
Através do inventário de superfície (DNIT PRO– 006/2003) e das deflexões recuperáveis (DNER – ME 24/94), o trecho é dividido em segmentos homogêneos, onde é determinada estatisticamente a deflexão de projeto para cada segmento conforme descrito no PRO 11/79.
A espessura de reforço pode ser obtida pela equação conhecida como equação de Ruiz (engenheiro argentino):
Sendo:
- hCB = espessura de reforço em concreto asfáltico, em cm;
- Dp = deflexão Benkelman de projeto, sob carga de 8,2 tf (10-2 mm);
- Dadm = deflexão admissível após execução do reforço, 10-2 mm.
- K = fator de redução da deflexão (k = 40 para concreto asfáltico).
O método possibilita o desmembramento da espessura do reforço em
duas ou mais camadas permitindo se determinar as espessuras das camadas não
adm
p
CBD
Dkh log.=
