Karoline Ribeiro de Oliveira

Karoline Ribeiro de Oliveira

ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE

PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM UM TRECHO: Método empírico do DNIT e o

método da AASHTO.

Palmas – TO

2019




método da AASHTO.

Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) II elaborado e

apresentado como requisito parcial para obtenção do

título de bacharel em Engenharia Civil pelo Centro

Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA).

Orientador: Prof. Me. Fernando Moreno Suarte Júnior.

Palmas – TO

2019




método da AASHTO.

Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) II elaborado e

apresentado como requisito parcial para obtenção do

título de bacharel em Engenharia Civil pelo Centro

Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA).

Orientador: Prof. Me. Fernando Moreno Suarte Júnior.

Aprovado em: 13 / 11 / 2019.

BANCA EXAMINADORA

Centro Universitário Luterano de Palmas – CEULP

Avaliador 1


Prof. Me. Edivaldo Alves dos Santos

Avaliador 2


Palmas – TO

2019

Este trabalho é dedicado a meus pais, Adalberto Oliveira Neto e Cleidiomar Ribeiro

Oliveira, que de maneira sublime, me permitiram traçar os primeiros estágios de aspiração

profissional, da qual desejo exercê-la com total excelência e honra.

AGRADECIMENTO

A Deus por ter me dado saúde e força para superar as dificuldades.

A esta universidade, seu corpo docente, direção e administração que oportunizaram a

janela que hoje vislumbro um horizonte superior, eivado pela acendrada confiança no mérito e

ética aqui presentes.

Ao meu orientador Profº Me.Fernando Moreno Suarte Junior, pelo suporte no pouco

tempo que lhe coube, pelas suas correções e incentivos.

Aos meus pais Cleidiomar Ribeiro Oliveira e Adalberto Oliveira Neto, pelo amor,

incentivo e apoio incondicional.

Aos meus avós, irmãos, primos, tios e amigos que tanto me incentivaram para o fim dessa

jornada.

E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito

obrigada.

RESUMO

OLIVEIRA, Karoline Ribeiro. ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS MÉTODOS DE

DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM UM TRECHO: Método empírico

do DNIT e o método da AASHTO. 2019. 2 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil,

Centro Universitário Luterano de Palmas, Palmas, 2019.

O Brasil como um país rodoviário, necessita muito de suas rodovias, no entanto,

atualmente o país faz uso para dimensionamento de pavimentos de um método desenvolvido em

1966 e atualizado em 1981, pelo Engenheiro Murilo Souza do extinto DNER. Método este que

seu principal fundamento de dimensionamento está no CBR, baseando-se no método empírico.

Desta forma, juntamente à crescente frota do país e com o surgimento de alguns trabalhos de

cunho mecanístico-empírico, este trabalho tem como objetivos, fazer a análise de um pavimento

por meio do Método do DNIT e do uso do da planilha através da ferramenta Excel desenvolvido

por alunos do Instituto de Pós-Graduação IPOG. Da mesma forma, foi utilizado também outra

planilha do Excel, pelo método AASHTO desenvolvida pelo Consultor Internacional de

Infraestrutura de Transporte no Banco Interamericano de Desenvolvimento, Eng. Pablo Del

Aguila, bem como a determinação da espessura da camada de revestimento necessária para

atender as solicitações impostas aos pavimentos por meio dos métodos mecanísticos-empíricos.

Palavras-chave: mecanísticos-empíricos, CBR, DNIT, AASHTO.

ABSTRACT

OLIVEIRA, Karoline Ribeiro. COMPARATIVE ANALYSIS BETWEEN FLEXIBLE FLOOR

DIMENSIONING METHODS IN A TRECH: DNIT's mechanistic-empirical method and the

AASHTO method. 2019.2 F. TCC (Graduation)-Civil Engineering course, University Center

Lutheran de Palmas, Palmas, 2019.

Brazil as a road country, needs a lot of its highways, however, currently the country makes

use for pavement sizing of a method developed in 1966 and updated in 1981, by Engineer Murilo

Souza of the extinct DNER. This method is based on CBR, based on the empirical method. Thus,

together with the growing fleet of the country and the emergence of some mechanistic-empirical

works, this paper aims to analyze a pavement using the DNIT Method and using the spreadsheet

using the Excel tool. developed by students of the IPOG Graduate Institute. Similarly, another

Excel spreadsheet was used, using the AASHTO method developed by the International Transport

Infrastructure Consultant at the Inter-American Development Bank, Eng. Pablo Del Aguila, as

well as the determination of the thickness of the coating layer required to meet the requests.

imposed on pavements by mechanistic-empirical methods.

Keywords: mechanistic-empirical, CBR, DNIT, AASHTO.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Esquema de seção transversal do pavimento;

Figura 2: Tensões impostas ao pavimento e suas camadas

Figura 3: Formato dos eixos predominantes no país;

Figura 4: Ábaco espessura do pavimento dado pelo valor de N e o CBR;

Figura 5: Esquema de proposta de método de dimensionamento;

Figura 6: Metodologia de um procedimento mecanístico;

Figura 7: Características do loop;

Figura 8: Seis loops construídos entre a cidade de Ottwa e Utica - Illinois – USA;

Figura 9: Esquema de camadas AASHTO;

Figura 10: Organograma de dimensionamento de pavimentos flexíveis;

Figura 11: Fluxograma de Atividades;

Figura 12: Trecho BR-153 entre Crixás-TO/Aliança-TO;

Figura 13: Mapa de Situação do Trecho analisado;

Figura 14: Croqui da Situação da Jazida J-01;

Figura 15: Boletim de Sondagens;

Figura 16: Analise Estatística;

Figura 17: Seção Transversal do Pavimento Dimensionado;

Figura 18: Seção Transversal do Pavimento Dimensionado;

Figura 19 – Gráfico Orçamentário Comparativo;

Figura 20 – Comparativos das Espessuras da Camadas;

Figura 21 – Comparativos de Dados para Estrutura de Reforço.

LISTA DE TABELAS E QUADROS

Tabela 1: Cargas Máximas legais permitidas no país;

Tabela 2: Faixas granulométricas materiais granulares;

Tabela 3: Tipo de revestimento em relação aos valores de N e espessuras mínimas;

Tabela 4: Coeficiente de equivalência estrutural DNIT;

Tabela 5: Coeficiente de equivalência estrutural;

Tabela 6: Coeficientes de drenagem;

Tabela 7: Espessuras mínimas (AASHTO);

Tabela 8: Dados do Trecho;

Tabela 9: Valores em (%) para Zr;

Tabela 10: Coeficiente de drenagem (mi);

Quadro 1: Classificação dos veículos;

Quadro 2: - Fator de equivalência de cargas DNER;

Quadro 3: Fator de equivalência de cargas AASTHO;

Quadro 4: Características dos materiais do pavimento;

Quadro 5: Considerações sobre a pista experimental AASHTO

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AASHO: American Association of State Highway Officials

AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials

ANP: Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis

ATR: Afundamento na Trilha de Roda BGS: Brita Graduada Simples

CA: Concreto Asfáltico

CAP: Cimento Asfáltico de Petróleo

CBR: California Bearing Ratio (Índice de Suporte Califórnia)

CBUQ: Concreto Betuminoso Usinado a Quente

CNT: Confederação Nacional do Transporte

CONTRAN: Conselho Nacional de Trânsito

CTB: Código de Trânsito Brasileiro

D: Percentual de resistência

Di: Espessura da camada

DN: Dano Crítico

DNER: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DNIT: Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes

E: Módulo de Elasticidade

ECOSUL: Empresa Concessionária de Rodovias do Sul

Ebas: Espessura Base

Erev: Espessura Revestimento

ESRD: Eixo Simples de Rodas Duplas

ESRS: Eixo Simples de Rodas Simples

Esub: Espessura Sub-base

ETD: Eixo Tandem Duplo

ETT: Eixo Tandem Triplo

FR: Fator de Clima

Fd: Fator de distribuição

FEC: Fator de Equivalência de Cargas

Ff: Fator de frota

Fv: Fator de Veículo

kN: Quilonewton

LL: Limite de Liquidez

mi: Coeficiente de drenagem da camada

MR: Módulo de Resiliência

MPa: Megapascal

MS: Macadame Seco

N: Número N de eixos padrões

Na: Número de eixos – padrão que podem provocar deformação

SICRO: Sistema de Custos Rodoviários

SN: Número estrutural tf: Toneladas Força

TS: Tratamento superficial

TSD: Tratamento Superficial Duplo

VDM: Volume Médio Diário

FATEC : Faculdade de Tecnologia de São Paulo

LISTA DE SÍMBOLOS

σ – tensão

Ԑ –deformação

N – número de repetições de carregamento até o começo do trincamento

k – constante em função da rigidez e do teor asfáltico

Np, Ni – número de aplicação de carga de eixo

Ci, Cp – carga de eixo

n – constante em função da rigidez e do teor asfáltico

θ – soma das tenções principais

13

Sumário

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 15

1.1 PROBLEMA DE PESQUISA........................................................................................................ 16

1.2 OBJETIVOS .................................................................................................................................. 16

1.2.1 Objetivo Geral .................................................................................................................... 16

1.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................ 16

1.3 JUSTIFICATIVA .......................................................................................................................... 17

2 REFERENCIAL TEÓRICO.............................................................................................. 18

2.1 PAVIMENTOS FLEXIVEIS ......................................................................................................... 18

2.2 ESTRUTURAS DO PAVIMENTO ............................................................................................... 18

2.2.1 Subleito .............................................................................................................................. 19

2.2.2 Reforço do Subleito ........................................................................................................... 20

2.2.3 Sub-base ............................................................................................................................. 20

2.2.4 Base .................................................................................................................................... 20

2.2.5 Revestimento Asfáltico ...................................................................................................... 21

2.3 TRÁFEGOS NO PAVIMENTO .................................................................................................... 21

2.3.1 Eixos .................................................................................................................................. 21

2.3.2 Tipos de Veículos .............................................................................................................. 22

2.3.3 Fator de Equivalência de carga .......................................................................................... 24

2.4 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS .......................................................... 26

2.4.1 Método de Dimensionamento do DNIT ............................................................................ 28

2.4.2 Método de Dimensionamento mecanístico-empírico do DNIT ......................................... 32

2.4.3 Método de Dimensionamento da AASHTO ...................................................................... 33

3 METODOLOGIA ............................................................................................................... 40

3.1 PLANEJAMENTO ........................................................................................................................ 40

3.1.1 Estudo Comparativo .......................................................................................................... 41

3.2 LOCAL E PERÍODO DA REALIZAÇÃO DA PESQUISA ......................................................... 41

3.3 MÉTODO DE PESQUISA ADOTADO ........................................................................................ 42

3.4 DESENVOLVIMENTO DO ESTUDO ......................................................................................... 42

3.4.1 Estratégia para o desenvolvimento dos estudos ................................................................. 42

3.4.2 Estratégia de Análise ......................................................................................................... 42

3.4.3 Produto do Trabalho .......................................................................................................... 42

4 RESULTADOS ................................................................................................................... 43

4.1 ESTUDOS PRELIMINARES........................................................................................................ 43

4.1.1 Dados do Trecho ................................................................................................................ 43

4.1.2 Mapa de Situação ............................................................................................................... 43

4.1.3 Dados dos Materiais........................................................................................................... 44

4.1.4 Dados da Jazida Utilizada .................................................................................................. 45

14

4.2 DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO EMPÍRICO ............................................................... 47

4.2.1 Perfil do Dimensionamento ............................................................................................... 47

4.3 DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO AASHTO .................................................................. 47

4.3.1 Perfil do Dimensionamento ............................................................................................... 50

4.4 ESTUDO COMPARATIVO DO TRECHO BR – 153 ENTRE OS MUNICÍPIOS DE ALIANÇA

E CRIXÁS DO TOCANTINS ................................................................................................................... 50

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................ 52

REFERÊNCIAS ......................................................................................................................... 53

APÊNDICES ............................................................................................................................... 55

APÊNDICE A: PLANILHA DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL –

DNIT. ........................................................................................................................................... 56

APÊNDICE B: DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO AASHTO. ............................... 57

APÊNDICE C: ORÇAMENTO PARA O DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO

AASHTO 1993: ........................................................................................................................... 58

APÊNDICE D: PLANILHA ORÇAMENTARIA COMPARATIVA. .................................. 59

ANEXOS ..................................................................................................................................... 60

15

1 INTRODUÇÃO

No Brasil o transporte rodoviário é o mais utilizado, tanto para locomover

produtos, quanto pessoas. No país há 1,7 milhão de km de estradas, o que expande a

utilização desse transporte. Dentre as estradas que o país possui 12,9% são pavimentadas

e 79,5% não são pavimentadas e 7,5% são estradas planejadas. Entre as rodovias 14,8%

são de rodovias estaduais, 78,1% são rodovias municipais e 7% são rodovias federais

(Silva, 2019).

Dentre essas rodovias podem ser descobertas as rodovias simples e as duplicadas.

No país quem coordena o transporte rodoviário é o Departamento Nacional de

Transportes Terrestres (DNIT), que está vinculado ao Ministério dos Transportes.

A malha rodoviária brasileira foi criada para interligar os principais centros

econômicos com os centros de produção e de carga e descarga, como portos, aeroportos

e estações, para completar o destino do produto com o auxílio dos transportes rodoviários,

o que aumentou o número de indústrias do ramo automotivo a se instalarem no Brasil a

partir da década de 1950, como a Mercedes Benz, Volkswagen e a General Motors (GM),

(Silva, 2019).

Muitas das rodovias no Brasil atualmente apresentam más condições e

conservação ruim, acrescendo o custo de manutenção dos veículos e amenizando sua vida

útil.

O Brasil exibe atualmente uma malha rodoviária numa extensão de 1.720.607 km,

onde destes são pavimentados apenas 213.299 km, ou seja, 12,4% do total. Porém, as

rodovias brasileiras foram classificadas segundo o índice de competitividade global do

Fórum Econômico Mundial, onde participaram 144 países e receberam notas entre 1 e 7

onde representam, extremamente subdesenvolvida (entre as piores do mundo) e extensa e

eficiente (entre as melhores do mundo), o Brasil recebeu nota 2,8 e ficou na posição 122º

(CNT, 2014). Já no ano seguinte com a análise de 140 países o Brasil passou para posição

121º com a nota 2,7 (CNT, 2015).

Além das rodovias estarem em condições não muito adequadas, a frota total

brasileira segundo CNT (2015) aumentou em 118%, ou seja, os pavimentos executados

em 2005, com taxas de crescimento baixas, hoje estão com mais do dobro de frota

rodando sobre estes.

Mesmo com o Brasil tendo no seu modo de transporte o predomínio do sistema

rodoviário, o país tem um histórico de carências no que se refere à infraestrutura. Na

década de 50, o governo Kubistchek estimulou a primeira grande expansão da malha

16

viária do Brasil, no entanto, a partir da segunda metade dos anos de 1980, com a crise

econômica e a extinção do Fundo Rodoviário Nacional, o crescimento da malha foi

mínimo. Porém este cenário começou a mudar com as implantações de obras do Programa

de Aceleração do Crescimento (PAC) (MATTOS, 2014).

Como o PAC disponibiliza recursos para recuperação e expansão da malha viária,

o dimensionamento de pavimentos flexíveis voltou a ocupar um espaço de suma

importância para situação de evolução do sistema (MATTOS, 2014). Porém, o

mecanismo oficial de dimensionamento de pavimentos flexíveis adotado no Brasil para

conjuntura de concepção de pavimentos é fundamentado no Índice de Suporte Califórnia

(CBR – California Bearing Ratio), consistindo em um método empírico de

dimensionamento de pavimentos flexíveis desenvolvido em 1966 pelo extinto DNER,

atual DNIT (FRANCO, 2007).

1.1 PROBLEMA DE PESQUISA

A metodologia brasileira para o dimensionamento do pavimento das rodovias

apresenta uma defasagem média de 40 anos em relação a países como Estados Unidos,

Japão e Portugal. Dito isso, quais são as possíveis causas da degradação precoce do

pavimento rodoviário no Brasil?

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

Comparar os métodos de dimensionamento de pavimentos flexíveis, método

empírico do DNIT (1981) e AASHTO (2008) no trecho da BR – 153 entre as cidades de

Crixás do Tocantins e Aliança do Tocantins.

1.2.2 Objetivos Específicos

▪ Analisar as normas pertinentes ao DNIT e AASHTO;

▪ Obter as variáveis utilizadas no dimensionamento;

▪ Estudo de Tráfego;

▪ Comparativo Orçamentário;

▪ Comparar os métodos de dimensionamento da AASHTO e método empírico do

DNIT.

17

1.3 JUSTIFICATIVA

O dimensionamento correto de uma pavimentação é de mera importância para sua

vida útil. O trabalho consiste em analisar diferentes tipos de execução e metodologia

construtiva para asfaltos flexíveis, indicando possíveis causas e falhas, se existentes, no

método construtivo empírico-mecanicista realizado pelo DNIT e tendo como fonte de

pesquisa também, as normas pertinentes a Associação Americana de Rodovias do Estado

e Funcionários de Transporte (AASHTO) dos Estados Unidos.

De modo geral, o projeto de pesquisa busca comparar e apontar os métodos de

execução dos pavimentos flexíveis realizados nas rodovias do Brasil e dos EUA, tendo

em base estudos, teses e artigos feitos por profissionais.

O trabalho também fará um estudo de caso sobre a viabilidade de duplicação de

pista no trecho, onde o mesmo poderá trazer vantagens, como espessuras de camadas

menores, ampliação de capacidade, melhorias físicas e operacionais.

18

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 PAVIMENTOS FLEXIVEIS

De acordo com o Manual de Pavimentação, DNIT (p. 95, 2006) o pavimento

flexível é aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob

o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente

equivalentes entre as camadas. Exemplo típico: pavimento constituído por uma base de

brita (brita graduada, macadame) ou por uma base de solo pedregulhoso, revestida por

uma camada asfáltica.

2.2 ESTRUTURAS DO PAVIMENTO

Segundo definido no Manual de Pavimentação do DNIT (BRASIL, 2006a) a

estrutura do pavimento tem a função de receber os esforços oriundos do tráfego e

transmiti-los para as camadas inferiores de forma aliviada, uma vez que essas são

geralmente menos resistentes. Assim, as cargas são transmitidas de forma

criteriosa a fim de impedir que ocorram no pavimento deformações ou mesmo rupturas

incompatíveis com a utilização da rodovia, induzindo a um comportamento mecânico

inadequado e a uma degradação prematura.

Esquema de seção transversal do pavimento representado pela Figura 01.

Figura 1 – Seção transversal do pavimento

Fonte: adaptado de BERNUCCI et. al., 2010

19

2.2.1 Subleito

Ainda de acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (BRASIL, 2006a) o

subleito é o terreno de fundação em que é apoiado o pavimento. É a camada responsável

por absorver definitivamente os esforços verticais causados pelo tráfego e é constituída

de material natural consolidado e compactado.

É o espaço delimitado superiormente pelo pavimento e deve ser estudado apenas

até a profundidade onde as cargas impostas pelo tráfego são significativas, que deve variar

entre 0,60 e 1,5 metro.

Acima do subleito é encontrada a Regularização, ou seja, uma faixa de

nivelamento do subleito, construída sobre ele com o objetivo de conformá-lo transversal

e longitudinalmente. Não constitui uma camada do pavimento propriamente dito.

Nos casos em que a pavimentação é executada logo após a terraplenagem, a

regularização se resume a corrigir algumas falhas da superfície. Por outro lado, quando a

pavimentação é executada sobre um leito natural antigo (de estrada de terra), essa

superfície se apresentará mais irregular, demandando maiores cuidados. Nesse caso, a

regularização será feita por uma camada com espessura variável de até 20 centímetros.

Essa operação também pode ser chamada de preparo do subleito e deve ter as

características geométricas (inclinação transversal) do pavimento já acabado, podendo ou

não ser necessária.

Figura 2 – Tensões impostas ao pavimento e suas camadas

(fonte: BERNUCCI et. al. , 2010)

20

2.2.2 Reforço do Subleito

Não é sempre necessário, e vai depender do solo do subleito e do esforço solicitado do

pavimento. É uma camada de espessura constante, construída, se necessário, acima da

regularização, com características tecnológicas superiores às da regularização e inferiores às da

camada imediatamente superior, ou seja, a sub-base. Devido ao nome de reforço do subleito, essa

camada é, às vezes, associada à fundação. No entanto, essa associação é meramente formal, pois

o reforço do subleito é parte constituinte especificamente do pavimento e tem funções de

complemento da sub-base que, por sua vez, tem funções de complemento da base.

Assim, o reforço do subleito também resiste e distribui esforços verticais, não tendo as

características de absorver definitivamente esses esforços, o que é característica específica do

subleito (SENÇO, 2007).

2.2.3 Sub-base

É a camada complementar à base, quando, por circunstâncias técnicas e econômicas, não

for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do subleito.

Segundo a regra geral — com exceção dos pavimentos de estrutura invertida - o material

constituinte da sub-base deverá ter características tecnológicas superiores às do material de

reforço; por sua vez, o material da base deverá ser de melhor qualidade que o material da sub-

base (BALBO, 2007).

Segundo a INSTRUÇÃO DE PROJETO, do Departamento de Estradas de Rodagem de

janeiro de 2006:

Os solos, misturas de solos, solos estabilizados quimicamente, materiais pétreos ou

misturas de solos quando empregados na camada de sub-base do pavimento devem apresentar as

seguintes propriedades geotécnicas:

- Capacidade de suporte, ISC, superior ou igual a 30%;

- Expansão máxima de 1%.

2.2.4 Base

É a camada mais importante da estrutura do pavimente, pois fica localizada logo abaixo

do revestimento do pavimento, seja rígido, semirrígido ou flexível, pois será responsável pelo

suporte estrutural do pavimento tendo que dissipar as cargas para as próximas camadas, reduzindo

sua intensidade. Caso a qualidade da base não seja boa será muito provável que aconteça algum

dano a esse pavimento.

É a camada destinada a resistir aos esforços verticais oriundos do tráfego e distribuí-los.

Na verdade, o pavimento pode ser considerado composto de base e revestimento, sendo que a

base poderá ou não ser complementada pela sub-base e pelo reforço do subleito (SENÇO, 2007).

21

Segundo a INTRUÇÃO DE PROJETO, do Departamento de Estradas de Rodagem de

janeiro de 2006, os materiais ou misturas de materiais, quando empregados na camada de base do

pavimento, devem apresentar as seguintes propriedades geotécnicas:

- Capacidade de suporte, ISC, superior ou igual a 80%;

- Expansão máxima de 1%

2.2.5 Revestimento Asfáltico

É a camada que recebe diretamente a ação do tráfego. Tem o objetivo de melhorar

as condições de rolamento quanto ao conforto e à segurança e deve ter capacidade de

resistir aos desgastes, a fim de aumentar a durabilidade do pavimento. Também deve ser,

tanto quanto possível, impermeável. (Manual de Pavimentação do DNIT, p.106, 2006a).

2.3 TRÁFEGOS NO PAVIMENTO

O estudo do tráfego de veículos no pavimento é de grande importância para a

escolha correta e adequada de qual asfalto a se utilizar no dimensionamento de acordo

com Bevenides (2000) e Darous (2003). O pavimento é dimensionado em função do

número equivalente (N) de operações de um eixo tomado como padrão, durante o período

de projeto escolhido.

2.3.1 Eixos

O tráfego é formado por uma diversidade de veículos e cargas, onde estes veículos

são constituídos por diferentes configurações de eixos, com uma significativa diferença

de cargas impostas por estes eixos ao pavimento (BALBO, 2007; MEDINA, 1997).

Tabela 01 – Cargas Máximas legais permitidas no país

Fonte: BALBO, 2007

22

Figura 3 - Formato dos eixos predominantes no país:

Fonte: BALBO, 2007.

2.3.2 Tipos de Veículos

O Manual de Projeto de Interseções, DNIT, 2005, classifica os veículos usuais em

cinco categorias, a serem adotadas em cada caso conforme as características

predominantes do tráfego:

VP - Representa os veículos leves, física e operacionalmente assimiláveis ao

automóvel, incluindo minivans, vans, utilitários, pick-ups e similares.

CO - Representa os veículos comerciais rígidos, não articulados. Abrangem os

caminhões e ônibus convencionais, normalmente de dois eixos e quatro a seis rodas.

O - Representa os veículos comerciais rígidos de maiores dimensões. Entre estes

incluem-se os ônibus urbanos longos, ônibus de longo percurso e de turismo, bem como

caminhões longos, frequentemente com três eixos (trucão), de maiores dimensões que o

veículo CO básico. Seu comprimento aproxima-se do limite máximo legal admissível

para veículos rígidos.

SR - Representa os veículos comerciais articulados, compostos de uma unidade

tratora simples (cavalo mecânico) e um semirreboque. Seu comprimento aproxima-se do

limite máximo legal para veículos dessa categoria.

23

RE - Representa os veículos comerciais com reboque. É composto de uma unidade

tratora simples, um semirreboque e um reboque, frequentemente conhecido como bitrem.

Seu comprimento é o máximo permitido pela legislação.

Medina e Motta (2005) trazem no quadro 1 os veículos rodoviários apresentados segundo

o DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem).

Indicam que esses veículos podem ser classificados conforme listados abaixo:

a) automóveis;

b) ônibus;

c) caminhões leves os quais contém dois eixos simples de rodas simples;

d) caminhões médios que tem o eixo dianteiro simples de rodas simples e o eixo traseiro

simples com rodas duplas;

e) caminhões pesados apresentando dois eixos sendo o traseiro um tandem duplo;

f) reboques;

g) semirreboques.

24

Quadro 01 – Classificação dos veículos

(fonte: MEDINA; MOTTA,2005)

2.3.3 Fator de Equivalência de carga

Segundo Albano (2005), "O tráfego que se desloca sobre o pavimento é o carregamento a

ser considerado nos métodos de dimensionamento sejam eles empíricos ou mecanísticos.", visto

isso, conclui que é de mera importância saber modela-lo, para isso é o encontrado o número de

“N”.

Logo a ASSHTO Road Test definiu um eixo padrão sendo ele composto por um eixo

simples de rodado duplo com carga de 8,2tf e com pressão de inflação dos pneus 80 psi

(ALBANO, 2005). Esse eixo padrão é utilizado como meio de adequar então as cargas, assim

surgiu o Fator de Equivalência de Carga - FEC – que calcula os efeitos nos pavimentos flexíveis

gerados pelo excesso de carga, segundo Albano (1998).

Segundo Núnez (2012), o FEC pode ser representado pela equação 1 onde "[...] Np e Ni são

os números de aplicação das cargas de eixo Cp e Ci correspondentes a um mesmo estado de

degradação.".

25

O fator de veículo, produto do fator de eixo pelo fator de carga, atua na compensação da

grande diversidade de veículos e cargas que transitam pela via, transformando estas cargas e

veículos diversos em uma quantidade de operações do eixo padrão que seja equivalente em

termos de feito destrutivo do pavimento, ou seja, o fator de veículo transforma um veículo

qualquer, com um carregamento qualquer, em uma quantidade de solicitações equivalente do

eixo padrão de 8,2 toneladas que causaria o mesmo efeito destrutivo no pavimento. (Castro,

2014).

Fator de eixo: uma vez que o número de eixos por veículo é bastante variado, utiliza-se o

fator de eixo para determinar o número médio de eixos por veículo que circula em uma

determinada rodovia (Castro, 2014).

Equação 1 (fonte: PEREIRA,1985)

Onde:

NE = número eixos do veículo

%NE = porcentagem de determinado tipo de veículo em relação ao total.

Fator de equivalência carga ou, simplesmente, fator de cargas é um fator que transforma

qualquer magnitude de cargas em um número equivalente de operações de um eixo padrão, em

função do tipo de eixos. Esta conversão é realizada através de relações empíricas já estabelecidas

e que foram transformadas em ábacos, para o caso de eixos simples ou duplos, e em tabelas, para

o caso de eixos triplos (Castro, 2014).

De acordo com Pereira (1985), a USACE não considera nem de forma indireta as espessuras

e características dos materiais que compõem os pavimentos. As equações usadas pelo DNER

em 1981 e 1985 estão no Quadro 2.

Quadro 02 - Fator de equivalência de cargas DNER

(fonte: BALBO,2007)

26

Para a AASHTO (1993) o método de projeto de pavimentos flexíveis deve considerar

algumas premissas fundamentadas nos conceitos de ruptura funcional, relacionado à serventia

do pavimento e na parametrização da estrutura do pavimento considerando o número estrutural

“SN”.

A partir disso a AASHTO (1993) determinou por meio de técnica estatística de regressão,

conforme equação 2 as expressões para obter os valores dos fatores de equivalência de cargas

(Quadro 3).

Equação 2 (fonte: AASHTO,1993)

Onde:

Qj – carga sobre o eixo

Qp – carga sobre eixo padrão (80kn)

ɣ - constante de regressão

Quadro 3 - Fator de equivalência de cargas AASTHO

(fonte: AASHTO, 1993)

2.4 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS

De acordo com Balbo (2007), dimensionar um pavimento sonda da determinação da

espessura das camadas a serem aplicadas e a composição dos materiais que serão aplicados, pois

desta maneira é possível estabelecer uma estrutura que tenha capacidade de tolerar o

carregamento imposto por determinado volume de tráfego em situações climáticas do meio em

que está inserido.

Para Bevenides (2000) e Domingos (2007), a espessura e os materiais que compõem a

estrutura de um pavimento devem aguentar certo número de repetições de cargas durante sua

vida útil.

27

A Vida Útil (VU) é definida pela NBR 15575 (ABNT, 2013) como uma medida temporal

da durabilidade de um edifício ou de suas partes, ou seja, o período de tempo em que estes

elementos se prestam às atividades para as quais foram projetados e construídos, considerando

a devida realização dos serviços de manutenção, conforme especificados no respectivo Manual

de Uso, Operação e Manutenção da edificação.

No Brasil para o o dimensionamento dos pavimentos flexíveis é disseminado o método do

DNER, que emprega como base as curvas de dimensionamento da USACE (Corpo de

Engenheiros Militares dos EUA) e no ensaio de CBR (MEDINA, 1997).

O método de dimensionamento do DNER se encaixa nos métodos empíricos, ou seja,

fundamenta na experiência adquirida e faz algumas correlações entre o desempenho obtido do

pavimento e certas propriedades dos materiais que integram a estrutura deste pavimento

(BEZERRA NETO, 2004).

De acordo com Bezerra Neto (2004) os métodos empíricos são de fácil empregabilidade,

devido aos ensaios serem de grande simplicidade, o que torna desnecessário a utilização de

equipamentos sofisticados.

Devido o pavimento ser uma estrutura complicada e a previsão de seu desempenho ser

realizada com uma gama de simplificações desenvolveram-se alguns métodos de

dimensionamento de pavimentos.

Desta maneira, obteve-se três métodos de dimensionamento de pavimentos: os empíricos,

mecanísticos e teóricos experimentais (BEVENIDES, 2000; SILVA, 2009).

Balbo (2007) aponta que a existência de diferentes formas de dimensionamento se deve ao

fato da utilização de diferentes critérios de ruptura da estrutura. Onde a ruptura se divide em:

Ruptura plástica, onde é evidenciada em situações onde há baixa resistência das camadas

inferiores do pavimento ou quando o fluxo de veículos comerciais é canalizado. A ruptura por

deformação plástica ocorre de forma cumulativa no decorrer da vida de serviço do pavimento e

é decorrente do comportamento elasto-plástico de materiais dos tipos de solos, misturas

estabilizadas granulometricamente, pedras britadas e pedregulhos. A cada aplicação de carga, o

material se deforma. E a ruptura funcional que caracteriza-se quando as condições de rolamento

com conforto, segurança e economia oferecidas aos usuários deixam de ocorrer. Inúmeros fatores

podem contribuir, individualmente ou em conjunto, para a perda de conforto e da suavidade de

rolamento, tais como o surgimento de deformações plásticas em trilhas de roda que geram,

simultaneamente, irregularidades superficiais transversais e longitudinais, ou a situação em que

a superfície do pavimento não fornece, com sua macrotextura, condições adequadas de

rolamento para se garantirem níveis ideais de aderência entre pneu e pavimento, configurando

condição de ruptura por segurança (DER/SP, 2006).

28

Motta (1991) aponta que de forma geral os métodos de dimensionamento de pavimentos

levam uma boa parte do empirismo. No entanto, apontam as técnicas computacionais e as teorias

de múltiplas camadas como um aumento para métodos mais racionais de raízes mecanísticas.

A probabilidade de certa seção do pavimento projetado desempenhar de forma satisfatória

durante o período de projeto as solicitações de tráfego e as condições ambientais pode ser

estabelecida como a confiabilidade de um projeto (AASHTO, 1993).

No dimensionamento de pavimentos pode ser feito uso de sistemas determinísticos ou

probabilísticos. Onde no primeiro sistema, é atribuído ao projeto um fator de segurança, para

prevenir os parâmetros de incertezas. Porém, este tipo de abordagem pode resultar em um

superdimensionamento ou subdimensionamento das estruturas, variando conforme a magnitude

dos fatores ou modelos aplicados (HUANG, 2004).

2.4.1 Método de Dimensionamento do DNIT

O engenheiro Murillo Lopes de Souza foi responsável pelo método de dimensionamento

adotado pelo DNER na década de 60, com base no critério do CBR, o eixo-padrão de 80 kN e

considerando o coeficiente de equivalência estrutural obtido nas pistas da AASHTO (BALBO,

2007; MEDINA, 1997; MOTTA, 1991).

A definição dos materiais deve levar em consideração algumas observações feitas por

Souza (1981), relacionadas a partir do CBR dos materiais a serem utilizados, ou seja, respeitando

os valores mínimos de algumas características. Isto para que não ocorra a ruptura precoce no

pavimento. Estas características dos materiais estão no Quadro 4.

Quadro 4 - Características dos materiais do pavimento

(fonte: SOUZA,1981)

29

Para a determinação do tráfego Souza (1981), propõe o levantamento do número de

veículos, faixas, tipo do veículo (comercial ou passeio) e tipo de eixo. O valor de repetições de

passagem do eixo-padrão de 80 kN é dado por:

𝑁 = 365 × 𝑃 × 𝑉𝑚 × 𝐹𝑉 × 𝐹𝑅

Equação 3 (fonte: SOUZA,1981)

Onde:

N = número de operações do eixo padrão;

P = período de projeto em anos;

Vm = Volume médio diário de tráfego durante a vida de projeto;

FV = Fator de veículo da frota;

FR = Fator climático regional.

Tabela 2 - Faixas granulométricas materiais granulares

(fonte: SOUZA,1981)

Para o dimensionamento do pavimento primeiro se determina a espessura total do

pavimento, posteriormente a determinação (escolha) do tipo de revestimento e por fim a

espessura das demais camadas que compõem o pavimento.

A espessura do pavimento correlacionando os valores de N e CBR são dados pelo ábaco

construído por Souza (1981), Figura 3. No entanto, Balbo (2007) cita a equação 4, como solução

para as retas contidas no ábaco, estas obtidas por regressão linear múltipla.

𝐻𝑒𝑞 = 77,67 × 𝑁0,0482 × 𝐶𝐵𝑅−0,598

Equação 4 (fonte:BALBO,2007)

Onde:

Heq = espessura equivalente em cm;

N = número de repetições de carga;

CBR = valor da camada de suporte.

30

Figura 4 - Ábaco espessura do pavimento dado pelo valor de N e o CBR

(fonte: SOUZA, 1981 apud BEZERRA NETO, 2004.)

A escolha do tipo e espessura do revestimento parte de valores mínimos conforme faixas

de valor de repetições de carga a serem aplicadas no pavimento, conforme Tabela 3.

Tabela 3 - Tipo de revestimento em relação aos valores de N e espessuras mínimas

(fonte: SOUZA, 1981 apud BALBO, 2007)

31

O cálculo das demais camadas do pavimento é obtido por meio da resolução sucessiva

das seguintes equações:




Onde:

Kr, Kb, Ks e Kn = são os coeficientes de equivalência estrutural dos materiais do

pavimento; R, B, h20 e hn = são os valores das espessuras das camadas de revestimento, base,

sub-base e reforço do subleito;

H20, Hn e Hm = são os valores das espessuras das camadas equivalentes, de referência

pedra britada graduada, sobre a sub-base, reforço do subleito e subleito.

Os coeficientes de equivalência estruturais são obtidos por meio da Tabela 6, que

correlaciona o coeficiente com o tipo de material

Tabela 4 - Coeficiente de equivalência estrutural DNIT

(Fonte: SOUZA, 1981 apud BALBO, 2007.)

32

2.4.2 Método de Dimensionamento mecanístico-empírico do DNIT

O dimensionamento das estruturas dos pavimentos deve garantir que o pavimento não

venha sofrer ruptura estrutural dentro de um período determinado de projeto. Pouco se pode

afirmar sobre a condição funcional futura do pavimento após vários ciclos de vida, apesar da

existência de modelos de previsão de irregularidade e de trincamento que vêm sendo

desenvolvidos nos últimos tempos, visto que demandam muitos anos de persistentes

acompanhamentos de trechos de pavimento e respectivos tráfegos.

Métodos analíticos para o dimensionamento de pavimentos asfálticos vêm sendo

desenvolvidos ao longo dos anos e vários autores apresentam diagramas com um procedimento

detalhado e bastante característico para a definição das espessuras das camadas da estrutura. A

Figura 4 e a Figura 5 sintetizam, respectivamente, os fluxogramas descritos por MOTTA (1991)

e HUANG (2003).

Figura 5: Esquema de proposta de método de dimensionamento (MOTTA, 1991).

(Autor: Felipe Cinque)

33

Figura 6: Metodologia de um procedimento mecanístico calibrado para dimensionamento de

pavimentos (HUANG, 2003).

(Autor: Felipe Cinque)

Fundamentalmente, o procedimento para o dimensionamento mecanístico-empírico

consiste em:

a) Reunir os dados referentes aos materiais de pavimentação, ao tráfego e às

condições ambientais;

b) Correlacionar os dados de resistência dos materiais e tráfego em função das

épocas sazonais e o comportamento dos materiais em função do tipo de

carregamento;

c) Escolher as espessuras das camadas e calcular as tensões e deformações

considerando as diversas correlações obtidas;

d) Relacionar os valores críticos de tensões e deformações com os danos que as

repetições das cargas podem causar ao pavimento por meio de modelos de

previsão;

e) Verificar se as espessuras escolhidas satisfazem as condições impostas no

dimensionamento.

2.4.3 Método de Dimensionamento da AASHTO

2.4.3.1 Método AASHTO 1993

O método foi baseado na análise estatística dos resultados que se

alcançaram na pista experimental da AASHTO, localizada em Ottawa nos EUA, que foi

concluída em 1958 e monitorada até 1960. Foram monitorados os efeitos das cargas de tráfego

34

por meio de fatores de equivalência estrutural, estes foram definidos

através da determinação de correlações entre a repetição de cargas de ESRD com

18 libras (80kN), a espessura das camadas e perda de qualidade de trafegabilidade

do pavimento e a variação de serventia. A figura 7 está apresentando as características do loop

normalmente utilizado.

Figura 7 – Características do loop

(fonte: AASHTO ROAD TEST, apud FATEC)

Na figura 8 estão apresentados os seis loops construídos entre a cidade de Ottwa e Utica

no Estado de Illinois – USA. Na figura 7 detalhe de um dos loops.

Figura 8 – Seis loops entre Ottwa e Utica

(fonte: Throwin' Wrenches)

35

O Quadro 5 mostra as informações que

Balbo (2007) alcançou sobre os testes realizados na AASHTO Road Test

Quadro 5 - Considerações sobre a pista experimental AASHTO

Informação Detalhes

Temperaturas e clima

Média no mês de julho: 24,5°C Média no mês de janeiro: -2,8°C Índice pluviométrico anual: 837mm Profundidade média de congelamento do pavimento: 711mm

Pistas Seis circuitos Circuitos 2 e 6 submetidos ao tráfego Circuito 1 apenas para o estudo de efeitos do clima

O que foi medido durante os testes

Irregularidade Serventia Defeitos (visuais) Deflexões Deformações

Tráfego durante os testes

Loop 2 – ESRD (8,9kN) e ETD (26,7kN) Loop 3 – ESRD (53,3kN) e ETD (106,7kN) Loop 4 – ESRD (80kN) e ETD (142,2kN) Loop 5 – ESRD (99,6kN) e ETD (177,8kN) Loop 6 – ESRD (133,3kN) e ETD (213,3kN)

Misturas asfálticas

Revestimento em CBUQ com agregado de calcário, areia silicosa natural e cal como material de enchimento, empregando-se um CAP 80-100. Material dosado pelo ensaio Marshall com 50 golpes por face. O teor de asfalto foi de 5,4%, e os vazios, em torno de 7,7 %. Camadas de ligação em PMQ com agregado de calcário, areia silicosa natural e cal como material de enchimento, empregando-se um CAP 80- 100. Material dosado pelo ensaio Marshall com 50 golpes por face. O teor de asfalto foi de 4,4%, e os vazios, em torno de 7,7 %.

Bases e sub bases

Bases de BGS com CBR de 107% em laboratório, porém entre 52 e 160% em pistas, umidade variando entre 5,6% e 6,1%, massa específica aparente seca máxima entre 22,42kN/m³ e 22,75kN/m³. Sub-bases com misturas de areia natural e pedregulhos naturais com CBR entre 28% e 51%, umidade variando entre 6,1% e 6,8%, e massa específica aparente seca máxima entre 22,27kN/m³ e 22,59kN/m³. Estudos secundários com bases tratadas com asfalto e com cimento e também com pedregulho não britado.

Subleito na área

A CFT foi construída em 1m de espessura cm solo tipo total das pistas A- 6, LL de 31%, IP de 16% e umidade de compactação de 13%, com CBR variando entre 1,9% e 3,5% e grau de compactação de 98%.

(fonte: BALBO,2007)

AASHTO (1993) mensurou a serventia em um valor variando entre 0 e 5, onde a

definição deste índice é dado como sendo as condições de qualidade de um pavimento em

determinado momento, levando em conta o conforto e segurança, sob determinadas condições

do clima.

Com isto a AASHTO equalizou seu método baseando-se na relação serventia-

desempenho. E determinou a equação 8 que leva em consideração tráfego, serventia e a espessura

das camadas para demonstrar o desempenho do pavimento flexível.

36

Para isto, foram realizadas 1.114.000 aplicações de cargas e quando a seção de aplicação

de carga atingia um valor de serventia de 1,5, recebiam um reforço em CBUQ antes dos novos

testes.


Onde:

SN é o número estrutural do pavimento;

p0 é a serventia inicial;

pt é a serventia ao final do projeto;

Mr é o módulo de resiliência;

Zr é o nível de confiança do processo de dimensionamento.

O valor de SN é dado pela equação 9, que expressa à capacidade estrutural do pavimento

para um número de repetições do eixo padrão em uma serventia ao final da vida útil,

considerando as condições climáticas.


Onde:

ai é o coeficiente estrutural da camada;

Di a espessura da camada;

mi o coeficiente de drenagem da camada.

A serventia inicial é o valor que se define pela qualidade da construção do pavimento

logo após a construção.

Pela AASHO foi obtido um valor médio de 4,2. A serventia terminal é o momento em

que a rodovia para de ser trafegável e o valor determinado foi de 1,5.

O coeficiente de equivalência estrutural é a medida de capacidade do material em atuar

dentro do sistema como mecanismo estrutural, dissipando as pressões que o pavimento é

submetido sobre as camadas inferiores.

A AASHTO estabeleceu correlações entre as propriedades mecânicas dos materiais

como CBR e módulo de resiliência para obtenção do coeficiente de equivalência estrutural como

mostra na Tabela 5.

37

Tabela 5 – Coeficiente de equivalência estrutural

(fonte: AASHTO,1993)

Apurados os valores dos números estruturais, calcula-se a espessura para cada camada

do pavimento segundo as equações abaixo:

Espessura do revestimento: (10)


Espessura da base: (11)


Espessura sub-base: (12)


Na Tabela 6, estão os valores de modificação mi para coeficientes estruturais de camadas

granulares de bases e sub-bases.

Tabela 6 – Coeficientes de drenagem

(fonte:BALBO,2007)

38

Figura 9 – Esquema de camadas apontadas por BALBO,2007.

(fonte: BALBO,2007)

Importante: Após obter os valores das equações (10), (11) e (12) devem-se respeitar

as espessuras mínimas da tabela 7.

Tabela 7 - Espessuras mínimas (AASHTO)

(fonte: AASHTO,1993)

Desse modo, é essencial a verificação das espessuras mínimas determinadas pela

AASHTO pós cálculo, para obtenção de valores corretos.

2.4.3.2 Método AASHTO 2008

A começar de 2002, inúmeros estados americanos deram início as atividades de

implementação de um guia de dimensionamento. Abrangendo as atividades, treinamento de

pessoal, coleta de dados de entrada, tráfego e os materiais, obtenção de equipamentos para testes,

bem como a seleção e preparação de seções teste para calibração local (KALOUSH &

RODEZNO, 2011).

O processo inicia-se por uma avaliação das condições locais (clima, tráfego, leito do

pavimento ou condições do pavimento existente no caso de uma reabilitação). Este método

permite uma categorização do conhecimento do projetista relativamente aos parâmetros a

utilizar, hierarquizados e divididos em níveis distintos em função da confiabilidade dos dados

disponíveis.

39

Os resultados do processo de dimensionamento são devolvidos em valores representativos

das tensões instaladas e da regularidade do pavimento (“suavidade”, vulgarmente avaliada pelo

ruído provocado pelo rolamento sobre o mesmo, cientificamente avaliada pelo IRI –

International Roughness Index) e não da espessura das camadas.

Finalizado o pré-dimensionamento, se as tensões instaladas estiverem dentro dos limites

impostos para que o pavimento tenha o tempo de vida útil esperado, então pode-se realizar uma

otimização caso seja possível. No caso das condições não serem verificadas, o processo repete-

se até que tal aconteça.

Abaixo, a figura 10 apresenta as fases de um dimensionamento de pavimento retratado por

um diagrama representativo.

Figura 10 - Organograma

Organograma de dimensionamento de pavimentos flexíveis (AASHTO, 2008)

40

3 METODOLOGIA

3.1 PLANEJAMENTO

O trabalho foi estruturado com base em dois segmentos de análises. Ambas visam realizar

o dimensionamento do trecho situado na BR-153, entre as cidades de Aliança do Tocantins e

Crixás do Tocantins. O primeiro estudo foi realizado a partir método oficial do DNIT por meio

de uma planilha do Excel. O segundo ramo do estudo também visou o dimensionamento através

de uma nova planilha, porém sendo dimensionada a partir do método AASHTO 1993.

O fluxograma demonstra as seguintes questões desenvolvidas e analisadas durante o

trabalho (Figura 11).

Figura 11 – Fluxograma de Atividades

fonte: AUTORA, 2019

41

3.1.1 Estudo Comparativo

Foi realizado o estudo comparativo entre o método de dimensionamento empírico do

DNIT e o método de dimensionamento da AASHTO.

A autora coletou dados referente ao trecho da BR-153 (Crixás-TO/Aliança-TO)

através da superintendência do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes,

localizada na Avenida Teotônio Segurado, Plano Diretor Sul em Palmas – TO.

O estudo foi executado da seguinte forma. Com os dados coletados e analisados, os

mesmos foram lançados na planilha do Excel disponibilizadas por alunos da faculdade IPOG e

pelo Engenheiro Pablo Del Aguila Lima.

3.2 LOCAL E PERÍODO DA REALIZAÇÃO DA PESQUISA

Os estudos comparativos das análises foram feitos no trecho da rodovia Belém-Brasília,

BR-153 localizado entre as cidades de Aliança do Tocantins e Crixás do Tocantins, como mostra

a Figura 12.

Figura 12 – Trecho BR-153 entre Crixás-TO/Aliança-TO

(Fonte: Adaptado GOOGLE MAPS, 2019)

O experimento foi executado entre abril e novembro de 2019, no qual foi realizado

uma análise comparativa entre os métodos do local de estudo.

42

3.3 MÉTODO DE PESQUISA ADOTADO

O presente trabalho tem como objetivo contribuir para a busca da resposta para

o seguinte problema: “Quais são as possíveis causas da degradação precoce do

pavimento rodoviário no Brasil? ” Para tanto, como principal estratégia de pesquisa para

o desenvolvimento do trabalho adotou-se a Revisão Bibliográfica. Propõe-se uma

análise comparativa entre os métodos, com objetivo metodológico explicativo de

natureza quantitativa relacionada com as constatações da pesquisa bibliográfica, a

abordagem é quali-quantitativa.

3.4 DESENVOLVIMENTO DO ESTUDO

Para o desenvolvimento do estudo a autora optou pela realização de coleta de informações

através de observação indireta na análise de bancos de dados.

3.4.1 Estratégia para o desenvolvimento dos estudos

Para o desenvolvimento do estudo foram feitas coletas de informações referentes a obra

rodoviária revitalizada em novembro de 2016 entre as cidades de Crixás – TO e Aliança – TO.

Para a coleta de informações da Revisão Bibliográfica, a autora analisou as espessuras

das camadas do pavimento, assim como a obtenção do número de “N”, CBR, VMD, DMT,

coeficiente de carga.

A obra não será vistoriada pela diretamente pela autora, devido ao curto prazo da tese e

a distância de locomoção até o local. Os dados disponibilizados pelo DNIT serão suficientes para

os fins de cálculos da pesquisa.

3.4.2 Estratégia de Análise

Após a realização da coleta de dados e da observação indireta, foi possível obter uma

análise individual e conjunta do estudo. A autora buscou analisar os dados por meio da extração

de informações que possa compor a planilha.

3.4.3 Produto do Trabalho

Após a realização da coleta e análise dos dados, o resultado obtido foram diretrizes para

a análise comparativa entre os métodos construtivos, obtendo resultados tais como resistência,

durabilidade e qualidade do pavimento e orçamento.

43

4 RESULTADOS

4.1 ESTUDOS PRELIMINARES

4.1.1 Dados do Trecho

Os dados do trecho foram retirados do Relatório de Estudos Preliminares – PROJETO

EXECUTIVO DE ENGENHARIA E EXECUÇÃO DAS OBRAS DE REVITALIZAÇÃO

(RECUPERAÇÃO, RESTAURAÇÃO E MANUTENÇÃO) RODOVIÁRIA - CREMA 2ª

ETAPA. Dados disponibilizados pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

– DNIT – Superintendência regional do Estado do Tocantins.

▪ RODOVIA: BR - 153/TO

▪ TRECHO: Div. PA/TO (São Geraldo Araguaia) - Div. TO/GO

▪ SUBTRECHO: BR – 153 ALIANÇA/TO A CRIXÁS/TO

▪ SEGMENTO: Km 607,6 ao km 620,6

▪ EXTENSÃO: 20 Km

▪ LOTE: Único

▪ CÓDIGO SNV: 153BTO0255 ao 153BTO0560

4.1.2 Mapa de Situação

Figura 13 – Mapa de Situação do Trecho analisado

(Fonte: Adaptado GOOGLE MAPS, 2019)

44

4.1.3 Dados dos Materiais

Tabela 8 – Dados do Trecho

BR Furo km Posicao x y Zona DensMax_g_cm3 W_otm(percnt)

153 258 607,6 LD 727041,598 8770685,88 22L 1,843 10,4

153 259 609,6 LD 726771,266 8768095,91 22L 1,766 13,6

153 260 611,6 LD 726496,126 8765488,457 22L 1,898 10

153 261 613,6 LD 726245,968 8763051,808 22L 2,153 9,6 153 262 615,6 LD 725973,249 8760449,154 22L 1,911 13,4

153 263 617,6 LD 725693,008 8757802,224 22L 1,807 10

153 264 619,6 LD 725410,584 8755069,48 22L 1,856 10,4

153 265 620,6 LD 725128,167 8752377,487 22L 1,854 9,7

Expans_percent Energia_Golpes ISC_percent Dens_Natural

(g_cm) W_Camp_percent Eq_areia NA

0,69

12 19,8 1,976 8,6 20,7 não

encontrado

0,65 12 12,4 1,856 10,1 23,5 não

encontrado

1 12 18,4 1,951 11,7 25,8 não

encontrado

0,71 12 20,9 1,715 8,6 34,8 não

encontrado

0,1 12 14,7 1,864 9,8 21,6 não

encontrado

0,97 12 17,8 1,59 13,6 22,8 não

encontrado

0,75 12 17,1 1,685 12,4 20,7 não

encontrado

0,93 12 15,2 1,735 10,7 21,8 não

encontrado

Profund Class_expedita silte_percent argila_percent Tipo_solo LL LP IP IG

1,1 Cascalho lateritico

vermelho 8,8 12,3 II 43 33 10 0

1,6 Areia argilosa cinza 15,2 13,9 II NL NP 0 0


amarelo 16,1 14,4 II 46,8 30 16,8 1

1,1 Cascalho argiloso

amarelo 15,9 17,1 II NL NP 0 0


amarelo 9,3 15,5 II 35 22,1 12,9 0


amarelo 14,6 13,7 II 47 30,5 16,5 1


amarelo 14,1 13,3 II 48,2 28,8 19,4 1

1,1 Cascalho argiloso

amarelado 14,7 15,5 II 46,1 30,2 15,9 1

(Fonte: PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA E EXECUÇÃO DAS OBRAS DE REVITALIZAÇÃO

(RECUPERAÇÃO, RESTAURAÇÃO E MANUTENÇÃO) RODOVIÁRIA - CREMA 2ª ETAPA)

45

4.1.4 Dados da Jazida Utilizada

A jazida utilizada para fins de projeto foi a JAZIDA J-01 por se localizar próxima ao

trecho entre as cidades de Crixás e Aliança.

A distância da Jazida até o eixo é de 0,15Km, do Areal até o eixo são de 32,15Km e da

Pedreira até o eixo é de 21,52Km.

A seguir são exibidos os dados da jazida:

Figura 14 – Croqui de Situação Jazida J-01

(Fonte: DNIT)

Figura 15 – Boletim de Sondagem

(Fonte: DNIT)

46

Figura 16 – Análise Estatística

(Fonte: DNIT)

Analisando todos os dados da jazida, obteve-se um CBR de 94%.

47

4.2 DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO EMPÍRICO

O dimensionamento pelo método empírico foi feito através de uma planilha do Excel,

como ilustra o APÊNDICE A disponibilizada por alunos do instituto de Pós-Graduação e

Graduação do IPOG.

Nesta planilha foi calculada as espessuras das camadas, definidos os tipos de materiais

utilizados para cada camada, assim como seus respectivos coeficientes. Foi detalhado também

volume de materiais por camada (m³), custo de material/camada, valor de DMT e o orçamento

total do dimensionamento.

4.2.1 Perfil do Dimensionamento

Figura 17 – Seção Transversal do Pavimento Dimensionado

Medidas da planta em cm.

(Fonte: AUTORA,2019)

4.3 DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO AASHTO

Em 1993 a AASHTO apresentou o seu método de dimensionamento de pavimentos

flexíveis, como uma atualização ao método anteriormente proposto, e o qual a base do método

também é empírica e resultado da pista experimental da AASHO. Esse método apresenta como

principais parâmetros de análise os seguintes itens:

W18 = N = Número de Solicitações equivalentes ao eixo padrão de 80 kN (8,2 tf)

R = Nível de confiabilidade do projeto

Zr = Desvio padrão normal

S0 = Desvio padrão combinado

Mr = Módulo Resiliente (MPa) das camadas

ΔPSI = Diferença entre índices de serventia

48

O número de repetições do eixo padrão (N) é calculado com base em fatores de

equivalência de carga, os quais por sua vez depende de alguns parâmetros dos veículos como o

tipo de eixo. Além disso, são aplicáveis o número estrutural e o valor de serventia do pavimento.

O fator de confiabilidade (R) é a probabilidade do pavimento dimensionado ter

o comportamento real igual ou superior a aquele previsto para a vida útil adotada, que acaba

culminando no fator Zr. Segundo a AASHO (1993) é recomendado que os valores variem de

99,9 para rodovias que apresentam elevado volume de tráfego à 50 para rodovias de baixo

volume. Ou seja, o valor adotado para a probabilidade é função de uma classificação vias. A

Tabela 9 apresenta os níveis de confiança.

Tabela 9 – Valores em (%) para Zr

Fonte: BALBO (2007)

O desvio padrão combinado (S0) tomado como base nas pistas experimentais da

AASHO varia de 0,35 a 0,5. Sendo que para considerações de tráfego futuro é adotado algo

próximo a 0,49 e quando não é 0,44.

O Módulo de Resiliência, o qual é semelhante ao modulo de elasticidade, pode ser

adotada a correlação de Heukelom e Klomp (1962) para o caso de solos de granulação fina com

CBR menor ou igual a 10%.

A Equação 1 apresenta a correlação.

O mais indicado para definir o Módulo de Resiliência dos materiais é o emprego de ensaios

como, por exemplo, o Triaxial de cargas repetidas.

A variação do PSI, Present Serviceability Index, mede a diferença entre o valor de

serventia no inicio das atividades do pavimento (po) e no final do período (pf). O valor de p0

igual a 5 corresponde a um pavimento perfeito, onde não existem irregularidades. Mas, como

sempre ocorrem imprevistos a AASHTO adota como valor inicial da serventia, utilizado na Pista

Experimental, o valor de 4,2.

49

O valor terminal (pf) varia para diferentes vias, sendo considerado como 2,5 para volumes

elevados de tráfego, e 2 para volume baixo. A Equação 2 apresenta a variação de serventia.

Outro parâmetro intrínseco ao dimensionamento é o Número estrutural do Pavimento

(SN) o qual tem por objetivo indicar a resistência estrutural do pavimento completo ou das suas

camadas. A Equação 3 apresenta a equação geral do número estrutural, o qual depende dos

coeficientes estruturais (ai), espessura de camadas (Di) e coeficientes de drenagem (mi).

Os valores estruturais (ai) adotados na pista experimental da AASHO é de 0,44 para a1,

0,14 para a2 e 0,11 para a3. Já os coeficientes de drenagem, variam com base no tempo em que

a água deixa a estrutura analisada, chamada de qualidade de drenagem. Segundo Balbo (2007) a

qualidade de drenagem pode ser dividia em:

Excelente = Até 2 horas para drenar

Boa = 1 dia para drenar

Regular = 1 semana para drenar

Pobre = 1 mês

Muito pobre = Não é drenada

Dessa forma, com base nas categorias a Tabela 10 apresenta os fatores de drenagem

relacionando qualidade com a porcentagem de tempo que o pavimento está sujeito a condições

de umidade próximas a saturação.

Tabela 10 – Coeficientes de drenagem (mi)

Fonte: BALBO (2007).

Logo, o dimensionamento pelo método AASHTO foi executado através da planilha do

Excel (APÊNDICE B) desenhada pelo Consultor Internacional de Infraestrutura de Transporte

no Banco Interamericano de Desenvolvimento, Eng. Pablo Del Aguila.

50

Em seguida, foi utilizada a mesma planilha orçamentária para fins de cálculos através

do método DNIT, para descobrir o valor total de execução do trecho através do método

AASHTO, como ilustra o APÊNDICE C.

4.3.1 Perfil do Dimensionamento

Figura 18 – Seção Transversal do Pavimento Dimensionado

Medidas da planta em cm.


4.4 ESTUDO COMPARATIVO DO TRECHO BR – 153 ENTRE OS MUNICÍPIOS DE

ALIANÇA E CRIXÁS DO TOCANTINS

No APÊNDICE D pôde ser analisado o custo unitário de cada item utilizado e o valor total

para a execução do trecho tanto para o dimensionamento empírico (DNIT) quanto o americano

(AASHTO).

Para os dois tipos de dimensionamentos foram utilizados os mesmos materiais para

utilização das camadas, sendo eles: Concreto Asfáltico (K=2); Brita Graduada Simples – BGS

(K=1); Areia Fina (K=0,8) e Argila Vermelha (K=0,7). Sendo assim as formulas para fins de

cálculos orçamentários foram as mesmas.

O método AASHTO não necessitou da camada de reforço do subleito, diferente do

DNIT, que exigiu o reforço. Mesmo não necessitando da camada, o método americano saiu mais

caro, devido suas camadas terem sido mais espessas comparada às camadas do DNIT, resultando

numa quantia de diferença no valor de R$ 2.689.273,74.

51

Figura 19 – Gráfico de Comparativos Orçamentários


Figura 20 – Comparativos das Espessuras da Camadas

COMPARATIVOS DAS ESPESSURAS DAS CAMADAS

CAMADA MÉTODO DNIT (CM) MÉTODO AASHTO (CM)

REVESTIMENTO 12,5 19,7

BASE 15,0 18,4

SUB-BASE 11,8 35,0

REFORÇO SUBLEITO 10 -


Figura 21 – Comparativos de Dados para Estrutura de Reforço

COMPARATIVOS DE DADOS PARA ESTRUTURA DE REFORÇO

CAMADA MÉTODO DNIT (K) MÉTODO AASHTO (K)

REVESTIMENTO 2 0,44

BASE 1,0 0,14

SUB-BASE 0,8 0,11

REFORÇO SUBLEITO 0,7 -


R$

2.7

00

.00

0,0

0

R$7

29.4

14,1

4

R$5

59.5

91,2

1

R$1

30.4

29,4

4

R$4

.119

.400

,91

R$4

.255

.200

,00

R$8

94.7

48,0

2

R$1

.658

.784

,96

R$6

.808

.674

,65

R$-

R$1.000.000,00

R$2.000.000,00

R$3.000.000,00

R$4.000.000,00

R$5.000.000,00

R$6.000.000,00

R$7.000.000,00

R$8.000.000,00

REVESTIMENTOS BASE SUB BASE REFORÇOSUBLEITO

Total

COMPARATIVO ORÇAMENTÁRIO DNIT/AASHTO

DNIT AASHTO

52

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

As maiores espessuras de revestimento obtidas para uma confiabilidade de 50% foram de

15 cm para N de 108 em um subleito de MR de 17,03 MPa pela planilha utilizada pela autora

para dimensionamento DNIT e de 19,7 cm para um volume de tráfego de 2,32x107 com subleito

de MR de 17,03 MPa pelo AASHTO.

O aumento no custo do pavimento em relação ao dimensionamento pelo DNIT sobre o

método da ASSHTO foi de 28,04%. Isso porque o método americano utiliza critérios mais

rigorosos, resultando em camadas mais espessas, a mesma ocasionando valores mais altos que o

método brasileiro.

Porém, vale ressaltar que se o pavimento for dimensionado pelo método do DNIT, de forma

empírica, não terá durabilidade de 10 anos e o custo de manutenção pode ocasionar em valores

mais elevados que a AASHTO. Ou seja, verificar os métodos de dimensionamento, refinar os

projetos pode apresentar, em longo prazo, melhor retorno financeiro.

Num comparativo entre AASHTO e o DNIT, o método americano mostrasse bem mais

criterioso quanto ao desempenho satisfatório de seus pavimentos. Porém, o DNIT pode estar

mais adequado (calibrado) para as condições climáticas do Brasil, bem como as propriedades

dos solos, visto a classificação dos solos ser direcionada a solos do país (MCT). Ou seja, um

ponto de partida para mudanças nos projetos brasileiros.

Fica como sugestão para trabalhos futuros:

▪ Dimensionamento de pavimentos com alterações nas camadas de base e sub-base;

▪ Trabalhar com valores de pesagem dos veículos, para determinação da sobrecarga;

▪ Utilizar o software AASHTOWare,

▪ Utilizar o software SisPavBR;

53

REFERÊNCIAS

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classificação de pavimentação. Rio de Janeiro, 1982.

CONFEDERAÇÃO NACIONAL DE TRANSPORTE. Pesquisa CNT Rodovias

2014. Relatório Gerencial. Disponível em: http://www.cnt.org.br/Paginas/Pesquisas.aspx.

Acessado em: 18/03/2019.

. Pesquisa CNT Rodovias 2015. Relatório Gerencial. Disponível em:

http://pesquisarodovias.cnt.org.br/. Acessado em: 15/03/2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. Manual de

Reabilitação de Pavimentos Asfálticos. Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. Rio de

Janeiro, RJ, 1998.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1984). NBR 6459 - Solo –

determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1984). NBR 6508 - Grãos de solo

que passam na peneira de 4,8mm - determinação da massa específica. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1984). NBR 7180 - Solo –

determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro.

BENEVIDES, S. A. S. (2000). Análise comparativa dos métodos de dimensionamento de

pavimentos asfálticos – empírico do DNER e resiliência da COPPE/UFRJ – em rodovias do

Ceará. Tese de Mestrado. COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro.

DNER , 1996, Manual de Pavimentação. 2ª ed., Rio de Janeiro, Instituto de Pesquisas

Rodoviárias, Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, Ministério dos Transportes.

MEDINA, Jacques de , 1997, Mecânica dos Pavimentos, Rio de Janeiro, Ed. UFRJ. SENÇO,

Wlastermiller de, 1997, Manual de Técnicas de Pavimentaçào – volume I, São Paulo, Ed. Pini.

http://www.cnt.org.br/Paginas/Pesquisas.aspx.

http://pesquisarodovias.cnt.org.br/

54

DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (1998). Manual de reabilitação de

pavimentos asfálticos. Ministério dos Transportes, Rio de Janeiro, 1998.

MEDINA, J., 1995, Estudo das propriedades elásticas dos solos e do dimensionamento de

pavimentos de acordo com a teoria da elasticidade (Autor: Nils Odemark, Boletim nº 77 do

Instituto Estatal de Estradas da Suécia, 1949). Boletim Técnico nº 14, Associação Brasileira

de Pavimentação, 1995 (Edição e Tradução).

MEDINA, J., 1997, Mecânica dos Pavimentos. Editora UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

MEDINA, J. e MOTTA, L.M.G., 2005, Mecânica dos Pavimentos. 2ª Edição, Edição dos

autores, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

MOTTA, L.M.G., 1991, Método de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis; Critério de

Confiabilidade e Ensaios de Cargas Repetidas. Tese de D.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro,

RJ, Brasil.

MOTTA, L.M.G.; MEDINA, J.; SOUSA, A.M., 2002, “Características de fadiga e resiliência

de concretos asfálticos brasileiros”. In: Anais do 16º Encontro de Asfalto, IBP, Rio de Janeiro.

SOUZA, M.L., 1981, Método de projeto de pavimentos flexíveis. 3ª Ed., Rio de Janeiro,

DNIT, IPR (IPR Publ. 667).

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OFFICIALS. AASHTO guide for design of pavement structures. Washington, D.C., 1986.

BRASIL. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Coletânea de normas.

Disponível em: <htttp:\\www.dnit.gov.br/publicações DNIT/>. Acesso em: 19 abril. 2019.

Instituto Brasileiro de Petróleo. COMISSão De asfalto. Informações básicas sobre materiais

asfálticos. 6. ed. Rio de Janeiro, 1999.

Souza, Murillo Lopes de. Método de projeto de pavimentos flexíveis. 2. ed. rev. atual. Rio de

Janeiro: IPR. DITC, 1979.

55

APÊNDICES

56

APÊNDICE A: Planilha de Dimensionamento de Pavimento Flexível – DNIT.


57

APÊNDICE B: Dimensionamento pelo método AASHTO.


58

APÊNDICE C: Orçamento para o dimensionamento pelo método AASHTO 1993:


59

APÊNDICE D: Planilha Orçamentaria Comparativa.


60

ANEXOS

61

Documents

Karoline Ribeiro de Oliveira