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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC
MARCOS ANTÔNIO PERCIANO MESSIAS JUNIOR
COMPARAÇÃO DO MÉTODO DE EXECUÇÃO DE
PAVIMENTOS SEM E COM O REFORÇO DE GEOGRELHA
MACEIÓ – ALAGOAS 2017/1
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MARCOS ANTÔNIO PERCIANO MESSIAS JUNIOR
COMPARAÇÃO DO MÉTODO DE EXECUÇÃO DE
PAVIMENTOS SEM E COM O REFORÇO DE GEOGRELHA
Projeto de pesquisa apresentado como requisito para a conclusão do curso de Engenharia Civil do Centro
Universitário CESMAC, sob orientação da Professora Mestra Danúbia Teixeira Silva
MACEIÓ - ALAGOAS 2017/1
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RESUMO
Marcos Antônio Perciano Messias Junior
Graduando do curso de Engenharia Civil
Danubia Teixeira Silva
Mestre em Geotecnia e professora de Engenharia Civil do Centro Universitário Cesmac
Em construções de pavimentos tem-se a preocupação com as camadas inferiores ao revestimento, visto que há locais em que o subleito não suportaria a carga tida com a repetição de tráfego, se o
problema for realmente camadas inferiores com baixa capacidade de carga, uma das alternativas pode ser o uso de geogrelhas para reforço da base, material composto por polímeros naturais ou sintéticos que aumenta a resistência à tração e compressão do pavimento. Com a aplicação da
geogrelha é possível também ter ganhos econômicos com a diminuição da camada de base em aproximadamente 60%, e ganhos ecológicos com a menor exploração de jazidas. Para se descobrir a espessura das camadas que serão aplicadas na obra são usados cálculos que determinam num
pavimento sem reforço com o método de Murilo Lopes (DNIT) congregado com o método da AASHTO e em pavimento com reforço da geogrelha com o método de Giroud e Noiray ou com o método de TBR. Ao final dos cálculos diretos foi tido que com a aplicação da geogrelha o aumento
econômico da obra cresceu muito, não sendo viável seu uso em grandes extensões da obra. Foram feitas pesquisas em livros, artigos e dissertações para que se chegasse a essa conclusão.
PALAVRAS-CHAVE: Geossintéticos. Geogrelha. Reforço. AASHTO. TBR.
Pavimento.
ABSTRACT
In pavement constructions there is a concern with the layers lower than the coating, it is necessary to
make tests to discover the quality and support of loads that they support. Another problem that must be observed is an amount and a repetition of traffic passing on the road. After the tests and discoveries, solutions can be found for the problems, if the problem is a soft ground , it can use
systems to reinforce the pavement, and use the geosynthetic resource with economic gains with a decrease of the thicknesses of the Lower layers, gains of Strength, or, gain of tensile strength and compression and ecological gains with a decrease of exploitation to deposits. In order to find out the
thickness of the layers that are applied in a work can use calculations that help us in a pavement without reinforcement with the AASHTO method and in pavement with the reinforcement of the geogrid with the method of Giroud and Noiray or TBR METHOD. In the final of the calculations we
have discovered that the economics becomes increase too much, so, it’s not viable to use in big extensions.
KEYWORDS: Geosynthetics. Geogrid. Reforcement. AASHTO. TBR. Pavement.
5
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Seção típica de um pavimento flexível em concreto asfáltico.................3
FIGURA 2 – Pista com trincas......................................................................................3
FIGURA 3 – Afundamento de trilho de roda.................................................................4
FIGURA 4 – Diferentes tipos de geotêxteis..................................................................9
FIGURA 5 – Uso de geogrelha como reforço na pavimentação................................11
FIGURA 6 – Uso de geomembrana para filtração e drenagem.................................11
FIGURA 7 – Geotêxtil usado para proteção de talude...............................................11
FIGURA 8 – Geotêxtil usado para separação de materiais.......................................12
FIGURA 9 – Geossintético usado para impermeabilização de camadas
asfálticas................................................................................................................... ..12
FIGURA 10 – Geotêxtil tecido usado para controle de erosão..................................12
FIGURA 11 – Diferentes mecanismos de interação desenvolvidos na interface solo-
grelha..........................................................................................................................16
FIGURA 12 – Demonstração de diminuição de espessura na camada de
base............................................................................................................................29
6
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – Espessura mínima de revestimento betuminoso ....................................6
TABELA 2 – Uso do geossintético para cada função e objetivo da obra...................12
TABELA 3 – Demonstração de valores no serviço de compactação nos dois métodos
de execução...............................................................................................................29
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ............................................................................................................1
1 REFERENCIAL TEÓRICO ...................................................... .................................2
1.1 PAVIMENTOS .......................................................................................................2
1.2 FATORES QUE INFLUENCIAM NO DESENVOLVIMENTO DO PAVIMENTO ......................................................................................................................................4
1.3 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL ............................................6
1.4 GEOSSÍNTÉTICOS ...............................................................................................8 1.5 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL COM APLICAÇÃO DE
GEOSSINTÉTICO .....................................................................................................12
1.6 MECANISMO DE ATUAÇÃO DO GEOSSINTÉTICO COMO REFORÇO EM PAVIMENTO .............................................................................................................15
1.7 HISTÓRICO DE UTILIZAÇÃO DO GEOSSÍNTÉTICO NO BRASIL ....................................................................................................................................16
2 METODOLOGIA ....................................................................................................18
3 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS MÉTODOS DE EXECUÇÃO SEM E COM GEOGRELHA ...........................................................................................................19
3.1 MÉTODO CONVENCIONAL SEM GEOSSINTÉTICO .......................................19
3.2 MÉTODO CONVENCIONAL COM GEOSSINTÉTICO ..................................... ..21
3.3 COMPARATIVO DE CUSTO DE UM PAVIMENTO HIPOTÉTICO COM E SEM GEOGRELHA ...........................................................................................................22
3.3.1 CUSTO DO PAVIMENTO HIPOTÉTICO SEM GEOGRELHA ...................... ..22
3.3.2 CUSTO DO PAVIMENTO HIPOTÉTICO COM GEOGRELHA ........................25 3.4 DISCUSSÃO ENTRE OS DOIS MÉTODOS ..................................................... ..30
CONCLUSÃO............................................................................................................31
REFERÊNCIAS..........................................................................................................32
1
INTRODUÇÃO
Na tentativa de melhorar a condição das pistas, pode-se usar a geogrelha,
geossintético composto por polímeros sintéticos ou naturais. A geogrelha tem
espaçamentos quadrados ou retangulares que interagem com os materiais
granulares do solo, assim sendo, dão mais elasticidade à área de aplicação,
aumentando a resistência à tensão e à compressão. A grelha age de uma forma que
quando a deflexão no pavimento chega ao seu “ponto de ativação”, ou seja, quando
a carga feita sobre o pavimento exige que a grelha comece à funcionar, ela evita que
a deflexão seja maior que o desejável, evitando assim o surgimento e a propagação
de trincamentos, e sob determinadas condições, atua na separação da camada
granular do subleito (BARBOSA, 2010).
Segundo Trichês e Bernucci (2004), pavimentos flexíveis quando assentados
sobre subleitos de baixa capacidade de suporte, podem apresentar alguns
problemas, como:
Ocorre redução da espessura e da resistência da camada granular pela
cravação ou agulhamento do material granular no subleito. Isso acontece
proporcionalmente à repetição do tráfego, que também promove, se em presença de
água, ascensão plástico para vazios da camada granular, isso acontece com a
junção da tração do tráfego agindo sobre o solo com a água, causando um efeito de
bombeamento dos materiais.
Há também a heterogeneidade do estado da camada granular. Decorre pelo
mal serviço de compactação do solo, ou seja, se a compactação não for feita
corretamente, o subleito que já tem uma baixa capacidade de suporte acaba por ter
uma baixa densificação da parte inferior da camada granular compactada, que fica
em contato com o subleito. Esse problema está associado ao fato de que solos de
baixa capacidade oferecerem baixa capacidade de deslocamento lateral dos
agregados. Assim sendo, é sabido que a parcela inferior da camada irá trabalhar
com menores valores de resiliência.
Em obras de pavimentação um grande problema encontrado no trecho é que
por vezes encontramos locais com áreas de subleito com baixa capacidade de
carga, ou seja, subleitos que não aguentariam a obra, finalização e manutenção de
2
um trecho por tempo útil suficiente à ponto de que a obra possa sair do papel. Esse
problema poderia ser resolvido se existisse uma jazida próxima onde pudesse
buscar material de reforço, mas existe a possibilidade de as jazidas serem longe do
trecho da obra, e quando isso acontece, não se torna economicamente bom. Uma
das formas para se resolver a questão de camadas com baixa capacidade de carga
é com o uso de geossintéticos, na questão do pavimento, mais especificamente o
uso da geogrelha (BARBOSA, 2010).
Pesquisas na área do uso da grelha como reforço no pavimento é justificado
pela possibilidade de economia tanto para empresas quanto para o poder público
através de projetos mais precisos e adequados à realidade do local. Além disso,
ganhamos economia também com a redução das camadas inferiores, e também
ganhos ecológicos, visto que com a redução das camadas, as jazidas serão menos
exploradas (GONÇALVES, 1999).
O foco desse estudo é mostrar a diferença nos métodos de execução de um
pavimento flexível com a base convencional, e pavimento flexível com o uso de
geossintéticos como reforço da base do pavimento e fazer uma análise de custo
com aplicação de geogrelha como reforço de base num pavimento de dimensões
hipotéticas.
1. REFERENCIAL TEÓRICO
Neste capítulo é apresentado uma revisão bibliográfica realizada a
partir de teses e livros quanto ao tema para que pudesse ser apresentado de
forma clara.
1.1 PAVIMENTOS
Pavimento é uma estrutura construída após a terraplanagem por meio de
camadas de vários materiais de diferentes características de resistência e
deformabilidade. Esta estrutura assim constituída apresenta um elevado grau e
complexidade no que se refere ao cálculo das tensões e deformações. (MARQUES,
2003).
3
Pavimento flexível é aquele que tem revestimento asfáltico e camada granular. A
distribuição da tensões e deformações causadas na estrutura do pavimento,
causadas pelo tráfego de automóveis, se dá de modo que as camadas de
revestimento e base absorvam a maior parte da carga e aliviem as tensões verticais
de compressão do subleito por meio da absorção de tensões cisalhantes. Neste
processo, ocorrem tensões constantes que podem levar o pavimento a desenvolver
trincamentos (Figura 2) ou abranger trincas que já tenham sido criadas, um outro
problema é também a formação de afundamentos de trilhas de rodas (Figura 3),
esses problemas se dão devido à repetição das cargas do tráfego, como mostra a
(figura 1) (GONÇALVES, 1999).
Figura 1 - Seção típica de um pavimento flexível em concreto asfáltico
Figura 2: Pista com trincas.
Fonte: (ANDRADE, 2005)
4
Fonte: (ANDRADE, 2005).
O pavimento flexível é composto por quatro camadas, são elas:
Revestimento: Formado por misturas de agregados e cimento asfáltico.
Recebe as cargas do tráfego e distribui para as camadas estruturantes.
Base: Composta de materiais granulares, com ou sem aglutinantes (CAP,
cimento ou cal). Recebe esforços da camada superior e distribui para a sub-
base.
Sub-base: Composta de materiais granulares com ou sem aglutinante com
função de diminuir a espessura da base e mudar a rigidez da camada.
Subleito: Terreno natural, passível de reforço por compactação ou
substituição do material para aumentar a rigidez (IMPLANTAÇÃO, 2002).
1.2 FATORES QUE INFLUENCIAM NO COMPORTAMENTO DOS PAVIMENTOS
Existem fatores que influenciam no desempenho e na vida útil do pavimento,
dentre estes destacam-se: o número e a magnitude das cargas do tráfego, as
propriedades dos materiais componentes das camadas e sua heterogeneidade ao
Figura 3: Afundamento de trilho
de roda.
.
5
longo da via, a natureza do solo do subleito, a frequência e a forma com que será
feita a manutenção ao longo do tempo, as condições de drenagem e as condições
climáticas. O desempenho estrutural pode ser avaliado através da variação do
módulo de elasticidade efetivo de uma ou mais camadas com o tráfego acumulado.
Tem-se o conhecimento de alguns fatores que levam à deterioração dos pavimentos
flexíveis, os principais são:
Formação e crescimento de trincas asfálticas, formadas principalmente pela
repetição das cargas do tráfego.
Formação de afundamentos de trilhos de rodas, que são formadas pela
repetição das cargas de tráfego que geram um acumulo de fadigação na via,
acumulando deformações plásticas em todas as camadas.
Acumulo de água no topo da base e no revestimento, que normalmente é
causado por a camada da base ser de drenagem lenta.
Envelhecimento do ligante betuminoso por oxidação (GONÇALVES, 1999).
Segundo Rocha e Fuentes (2013), fatores climáticos também influenciam no
comportamento dos pavimentos, visto que se as camadas são aplicadas em épocas
húmidas, o solo pode não secar ou tomar tempo da obra pela demora da seca, é
importante também observar que se o pavimento é construído em épocas molhadas,
o revestimento pode vir a se tornar um solo borrachudo, isso vai facilitar o
aparecimento trincas e afundamentos do pavimento.
De acordo com Oliveira (2013), existem também fatores como: baixa
capacitação da mão-de-obra, má qualidade dos materiais usados e até sabotagem
dos integrantes da equipe. Especificadamente em obras de pavimento a má
execução de compactação das camadas inferiores podem levar o pavimento a ter
uma vida útil menor, visto que se mal compactada, o pavimento pode apresentar o
fenômeno de bombeamento e misturar os materiais granulares da base com subleito
e assim perderem suas características.
6
1.3 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL (MÉTODO DNER)
Um outro fator que influencia no desempenho do pavimento é a espessura e a
capacidade de suporte das camadas, no manual do DNER (1981), elaborado pelo
engenheiro Murilo Lopes de Souza no início da década de 60, trata-se
substancialmente de métodos de avaliações empíricos. O manual foi elaborado de
forma que suas observações empíricas foram congregadas ao método AASHO
Road Test. No manual encontramos uma espessura mínima das camadas do
pavimento elevadas, ou seja, Murilo em suas observações chegou a conclusão que
melhor sobrar que faltar, com uma grande espessura, ele chegou a conclusão de
que isso aumentaria a segurança dos usuários das vias, porém essa espessura
elevada pode também desservir a segurança, já que ela não leva em conta as
deformações máximas de tração que são provocadas pelas cargas de tráfego nessa
camada e que controlam sua vida útil (LAGES; VIDAL, 2004).
As espessuras mínimas adotadas para suporte de cargas estão apresentadas
na Tabela 1, e são de uso exclusivo em revestimento apoiados em base de
características puramente granular, esse valores foram determinados através de
inúmeras observações (BARBOSA, 2010).
Tabela 1: Espessura mínima do revestimento betuminoso
Fonte: (BARBOSA, 2010).
As espessuras de base (b), sub-base (H20) e reforço de subleito (Hn),
são obtidas através da solução sucessiva das seguintes inequações,
apresentadas na Equação1.
(R x KR) + (B x) ≥ H20 (1)
(R x kR) + (B x KB) + (h20 x KS) ≥ Hn (2)
7
(R x KR) + (B x KB) + (h20 + KS) + ( hn x KRet) ≥ Hm (3)
KR: Coeficiente de equivalência estrutural do pavimento;
R: espessura do revestimento;
KB: Coeficiente de equivalência estrutral da base;
B: espessura da base
H20: Espessura de pavimento necessária para proteger a sub-base
KS: Coeficiente de equivalência estrutral da sub-base;
H20: espessura da sub-base;
Hn: espessura de revestimento necessária para proteger o reforço de
subleito;
KRef: Coeficiente de equivalência estrutural do reforço de subleito;
Hn: Espessura de reforço do subleito;
Hm: Espessura total de pavimento necessária para proteger o material com
CBR igual em %.
Equação 1: Inequações para determinação da espessura mínima da base, sub-base
e subleito.
A utilização das inequações acima devem respeitar as seguintes considerações:
Caso o CBR da sub-base seja superior a 20%, deve-se utilizar o valor máximo
de 20%
A espessura total mínima para as camadas granulares é de 15 cm
Se o CBR da sub-base for maior ou igual a 40% e o N (espessura mínima de
revestimento betuminoso) menor ou igual a 106 substitui-se na inequação, (R
x KR) + (B x KB) ≥ H20, H20 por 0,8 x H20;
Para N > 107, recomenda-se substituir a inequação (R x KR) + (B x KB) ≥ H20,
H20 por 1,2 x H20. (BARBOSA, 2010).
As espessura Hm, Hn e H20, são determinadas pela Equação a seguir, em
função do número N e do CBR.
HT = 77,67 x N0,0482 x CBR-0,598 ( Equação 2).
Devem ser levadas em consideração as seguintes observações:
8
Supõe-se que exista uma drenagem superficial adequada e que garanta que
o lençol freático fique rebaixado a pelo menos 1,5m em relação ao greide de
terraplanagem;
No caso da existência de materiais de subleito cujo CBR seja < 2%, é sempre
recomendável que seja feita a substituição deste material a uma espessura
de pelo menos 1m por uma material cujo CBR < 2% (Recomenda-se material
≥ 10%).
As espessuras máximas e mínimas para compactação das camadas
granulares são de 20 cm e 10 cm, respectivamente. (BARBOSA, 2010).
1.4 GEOSSINTÉTICOS
Os geossintéticos são compostos por fibras têxteis (Figura 5), sendo elas
naturais ou sintéticas. As fibras naturais (lã, seda, algodão, etc.) são raramente
usadas por serem materiais biodegradáveis, assim sendo, tendo sua vida útil
reduzidas. Entre as fibras sintéticas que compõe os geotêxteis encontra-se as
seguintes (FERREIRA GOMES, 2001):
PET – Poliester;
PA – Poliamida;
PE – Polietileno;
LDPE – Polietileno de baixa densidade;
LLDPE – Polietileno de baixa densidade linear;
HDPE – Polietileno de alta densidade;
PP – Polipropileno;
PS – Polistireno;
PVC – Cloreto de Polivinilo;
ECB – Copolímero de etileno com betume, e
CPE – Polietileno clorado
Segundo Ferreira Gomes (2001), os três últimos (PVC, ECB e CPE) usados
apenas para a fabricação de geomembranas. As geomembranas podem ser
utilizadas como barreira em sistemas de controle e desvio de fluxo, possibilita a
9
impermeabilização de aterros sanitários, aterros químicos, canais, biodigestores,
lagoas de tratamento de chorume e dejetos, barragens, tanques de psicultura,
esterqueiras, pátios e lagoas de compostagem, ETEs e ETAs.
Figura 4: Diferentes tipos de geotêxteis: a) geotêxtil tecido; b) geotêxtil não tecido
ligado quimicamente; c) geotêxtil não tecido ligado termicamente; d) geotêxtil não
tecido ligado mecanicamente (por agulhagem).
Existem então dois tipos de materiais que podem ser usados no reforço dos
pavimentos flexíveis contra os trincamentos por fadiga de tráfego, são eles:
Grelhas (fibras de vidro, metálicas e geogrelhas poliméricas);
Tecidos/mantas (geotêxteis). (SIEIRA, 2003)
Embora os dois sejam utilizados frequentemente nas mesmas situações, as
geogrelhas são mais usadas como reforço em pavimentos (BUHLER, 2007).
Segundo Shujmann (2010), geotêxteis tecidos são aqueles fabricados em processos
de tecelagem, em que há entrelaçamentos ordenados das fibras, em geral, num
ângulo de 90º, possuem espessura muito fina (<1,0 mm). Os não-tecidos são
fabricados pela deposição aleatória de fibras em uma esteira rolante, ficando a
espessura do produto condicionada à velocidade de avanço da esteira.
Os geotêxteis têm varias aplicações, as principais delas são:
10
Drenagem: Os tecidos podem canalizar e transferir rapidamente a água do
solo para várias saídas.
Filtragem: Quando posicionado entre duas camadas de solo, uma de grãos
grossos e outra de grãos finos, o tecido permite o escoamento livre da água
de uma camada para outra. Ao mesmo tempo, impede que o solo de
granulação fina seja transportado pela água para dentro do solo de grãos
grossos.
Separação: Os geotêxteis ajudam a manter as diferentes camadas de solo
separadas após a conclusão da construção. Por exemplo, na construção de
autoestradas, um terreno de fundação argiloso pode ser mantido separado de
uma base granular.
Reforço: A resistência à tração dos geotêxteis aumenta a capacidade de
carga do solo. (BRAJA, 2011)
Segundo Colmanetti (2006), Geomembrana é um produto planar, composto
por uma ou mais camadas, essencialmente impermeável, manufaturado a partir de
materiais poliméricos. Pode ser empregada com solo, rocha ou qualquer outro
material relacionado à engenharia geotécnica, como parte integrante do projeto,
estrutura ou sistema.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), na norma NBR 12553
(ABNT, 2000a) define geomembrana como um produto bidimensional, de baixíssima
permeabilidade, composto predominantemente por asfaltos, elastômetros ou
plastômetros.
As geogrelhas segundo Ante (2012), são geossintéticos projetados
principalmente para cumprir a função de reforço. O material tem tido várias
aplicações em projetos rodoviários. As aberturas que a geogrelha possui permite
uma maior interação do material com o solo na qual está enterrada. As grelhas são
classificadas dependendo da resistência que podem fornecer nas duas direções,
sendo classificadas como unidirecional ou bidirecional. As geogrelhas unidirecionais
podem ser usadas como reforço de muros e taludes, já as bidirecionais são mais
comumente usadas como reforço na camada de base de estruturas de pavimentos.
Os geocompostos segundo Silva (2007), sua filosofia básica é a combinação
de materiais com as melhores características para cada função, de tal modo que sua
11
finalidade seja atentida. Os geocompostos são constituídos de materiais sintéticos,
podendo ser fabricado industrialmente ou até mesmo produzido no canteiro de obra.
Os geocompostos tem a drenagem e filtração como funções principais, normalmente
são posicionados acima ou baixo de georredes, satisfazendo desta forma, funções
de drenagem e filtração.
Como foi dito, os geossintéticos tem várias aplicaçãos, entre eles: reforço
(Figura 5), filtração e drenagem (Figura 6), proteção (Figura 7), separação (Figura 8),
impermeabilização (Figura 9) e controle de erosão (Figura 10).
Figura 5: Uso da geogrelha como Figura 6:Uso da geomembrana para
reforço na pavimentação. filtração e drenagem
Fonte: Geosynthetica Fonte: Inovageo
Figura 7: Geotêxtil usado para Figura 8: Geotêxtil usado para
proteção de talude separação de materiais
Fonte: Cadigeo Fonte: Inovageo
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Em projetos de engenharia, as aplicações de geossintéticos são diversas e
cada tipo possui funções determinadas. A tabela 2 apresenta o emprego de alguns
geossintéticos para atender as suas funções nos projetos.
Tabela 2: Uso do geossíntéticos para cada função e objetivo da obra.
FONTE: SIEIRA, 2003.
1.5 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL COM APLICAÇÃO DE
GEOSSINTÉTICO
Para a execução do pavimento com reforço da base com o uso da geogrelha
a execução não se torna diferente, e tampouco mais difícil. O uso da geogrelha não
Figura 9: Geossíntetico usado para Figura 10: Geotêxtil tecido usado
impermeabilização de para controle de
camadas asfálticas. erosão.
Fonte: Geosynthetica Fonte: Civilização engenharia
13
necessita de mão-de-obra especializada, sua execução no método de reforço da
base deve ser feita assim que a base estiver nivelada. Sua execução é feita de
forma que a geogrelha é posta em cima da área a ser reforçada e desenrolada
devagar. Apesar da facilidade da aplicação da geogrelha, deve-se atentar para o
fato da economia com materiais de camadas inferiores, com o uso da grelha sub-
leito, base, sub-base e revestimento têm suas espessuras diminuídas
consideravelmente. (LAGES, VIDAL, 2004).
- Giroud e Noiray
Método criado em 1981, foi o pioneiro no cálculo de dimensionamento de vias
não pavimentadas sobre solos moles, utilizando geossintéticos como elemento de
reforço. Este método calcula a espessura da camada de agregado com a inclusão
de geossintético através de comparação entre uma análise estática (com e sem
geotêxtil) e dinâmica (sem geotêxtil). O ganho final na espessura vem da concepção
de que o geossintético substitui parte da espessura de agregado ou solo necessária
para a dissipação da carga aplicada. O método considera que o subleito é o
composto de um material homogêneo, com baixa permeabilidade, saturado, tendo
uma espessura mínima suficiente para desenvolvimento de uma zona plástica de
ruptura, cuja resistência ao cisalhamento é representada pela coesão não drenada,
Su. Admite-se também que a camada de agregado tenha certas propriedades
necessárias para que a sua deformação plástica seja desprezível, isto corresponde
a solos com CBR ≥ 80% (LAGES, VIDAL, 2004).
Cálculo para o caso com reforço.
Onde:
Su: Coesão não drenada;
P: Pressão dos pneus no pavimento;
Βo: Ângulo de espairamento das tensões;
14
K: Módulo de rigidez;
ε: Deformação da geogrelha;
α: Largura da corda da parábula formada pela deformação em trilho de roda;
s: Flecha correspondente.
Equação 3: Cálculo para determinação de camadas com o uso de reforço
Fonte: (LAGES, VIDAL, 2004).
- Método TBR
Segundo Barbosa (2010), um outro método importante a ser usado é o TBR –
Taxa de Benefício de Tráfego. O método tem a função de avaliar a repetição de
tráfego que passa sobre o pavimento e fazer as especificações técnicas que levem a
um resultado aproximado da necessidade do pavimento. O método TBR é definido
pela Equação:
Equação 4.
Onde:
Ngeo: número de repetições do eixo padrão de 82 kN que produz um determinado
afundamento em trilha de roda (TR) no pavimento com geossintético.
N: número de repetições do eixo padrão de 83 kN que produz o mesmo
afundamento em trilho de roda (TR) no pavimento sem o geossintético.
Em geral, adota-se TR (trilha de roda) entre 2,0 e 2,5 cm para indicar a falha
ou ruptura da estrutura do pavimento.
Assim, para contemplar o aumento da vida útil ou período de projeto que a
geogrelha proporciona, pode-se adaptar o método da AASHTO incluindo a TBR
conforme a Equação:
15
(Equação 5.)
Onde:
TBR: taxa de benefício de tráfego, geralmente igual a 2;
SNBR: número estrutural considerando-se a contribuição da geogrelha;
∆PSI: perda de serventia esperada durante o período do projeto;
W18: número de solicitações equivalentes ao eixo padrão de 82 kN, calculado com
os coeficientes de AASHTO;
MR: módulo de resiliência do subleito;
ZR: desvio padrão para a probabilidade de êxito que se quer para a estrutura
dimensionada;
S0: desvio padrão que leva em conta as incertezas das variáveis medidas e do
processo construtivo.
1.6 MECANISMO DE ATUAÇÃO DE GEOSSINTÉTICO COMO REFORÇO EM
PAVIMENTO
A interação entre o solo e a geogrelha depende basicamente das
propriedades mecânicas do solo (densidade, granulometria, composição) e das
propriedades da geogrelha utilizada, sendo função de dois mecanismos: 1)
cisalhamento na interface e 2) cisalhamento do solo confinado nos orifícios da
malha. diferentes mecanismos de interação são desenvolvidos na interface solo-
geogrelha, como mostra a (Figura 11)
16
Figura 11: Diferentes mecanismos de interação desenvolvidos na interface solo-
geogrelha.
Fonte: (SIEIRA, 2013)
Segundo Texeira (2003), o ensaio que vem se mostrando bastante promissor
no sentido de mostrar o funcionamento da interação solo-geogrelha, é o ensaio de
arrancamento, que simula bem o comportamento das geogrelhas com o solo.
Teixeira (2003) diz ainda que o ensaio de cisalhamento direto apesar de
conveniente para estudar a interação solo-geotêxtil, não se mostram adequados ao
estudo da interação solo-geogrelha, devido às diferenças entre os mecanismos de
interação do elemento de reforço com o solo.
1.7 HISTÓRICO DE APLICAÇÃO DOS GEOSSINTÉTICOS NO BRASIL
A utilização de geossintéticos, no Brasil, iniciou-se na década de 70,
principalmente em sistemas de drenagem. A primeira obra de solo reforçado por
17
gotêxteis foi realizada em 1984, no km 35 da rodovia SP-123 que liga Taubaté a
Campos do
Jordão. Esta obra foi implantada para recuperar um aterro rodoviário de cerca de
30m de altura, construído para a travessia de um talvegue que havia sofrido uma
ruptura e cuja cicatriz continuava sofrendo evolução através de processos erosivos,
colocando em risco a continuidade da rodovia. Este tipo de obra se viabilizou, tanto
tecnicamente quanto economicamente, após um estudo de alternativas, eliminando
soluções convencionais que se inviabilizaram devido à elevada inclinação do talude
resultante e também à não competitividade econômica destas alternativas (Carvalho
et al., 1986).
Nos últimos anos, destacam-se os sistemas híbridos, que combinam
estabilidade interna e externa da estrutra. Um exemplo de tal técnica é o sistema
Terramesh, que associa a face externa do muro de contenção, formada por gabiões,
com capas de malha inseridas no retroaterro de solo (SIEIRA, 2003).
As geogrelhas são feitas a partir de materiais sintéticos de alto módulo e
baixa deformação envolvidos em um revestimento polimérico de proteção. São
fabricadas de modo a garantir uma elevada estabilidade nas intersecções. O
poliéster de alto módulo (PET) tem sido a matéria-prima básica para a fabricação do
geossintético. Desenvolvimentos tecnológicos levaram à utilização de polímeros
avançados e de melhor desempenho, como por exemplo o álcool polivinílico (PVA) e
aramida. Esses materiais mais modernos apresentam uma rigidez axial
excepcionalmente elevada. Além disso o PVA apresenta uma resistência maior aos
agentes químicos aplicados no solo – especificamente substancias alcalinas.
(VILCHEZ, 2002)
Considerando os principais requisitos técnicos de um projeto com geogrelha,
ultimamente opta-se por usar geogrelhas bidirecionais incluindo-a nos trechos
pontuais de solos moles ao nível do subleito. O melhoramento de subleitos baseia-
se totalmente no conceito de distribuição de cargas em uma área maior, contribuindo
desta maneira para minimizar a pressão sobre os solos moles.Finalmente, para o
cálculo da estrutra de pavimento, foi estabelecido um CBR mínimo de 3,3% (Mr =
5.000,00psi) para o subleito. As camadas seguintes estavam conformadas por: uma
18
sub-base de 15cm de areia limpa de rio com anticontaminante e 15 cm de areia
siltosa proveniente de uma pedreira próxima; uma base granular de pedra britada,
reforçaca com uma geogrelha biaxial ao longo de todo o pavimento novo. A
vantagem da geogrelha como elemento de reforço da base granular em uma
estrutura de pavimento geralmente de quantifica em termos de incremento da vida
útil medida pelo número de repetições de carga. O reforço de base é gerado
mediante um jogo de mecanismos complexos que incluem o confinamento que faz a
geogrelha se adaptar ao material granular de base, através das suas aberturas
(CENTURIÓN; VILELA; MARQUINA, 2005).
A geogrelha usada como reforço na pavimentação possui características que
devem ser lembradas, são elas:
Alto módulo de rigidez (alta resistência à tração à baixa deformação)
Elevada resistência à tração até 2.500 kN/m
Comportamento estável a longo prazo devido à propriedade de baixa fluência
Resistência aos micro-organismos e elementos químicos presentes no solo,
bem como radiação UV e à degradação por danos mecânicos de instalação
Excelente interação com o solo pela escolha da abertura de malha da
geogrelha mais apropriada ao material adjacente.
Flexível, leve e fácil de instalar
Ampla gama de resistências nas direções longitudinal e transversal
Possibilidade de escolha da matéria prima de acordo com as especificações
do projeto (VILCHEZ, 2002).
2. METODOLOGIA
No presente trabalho foi realizada um revisão de literatura sistemática, com a
intenção de comparar os métodos de execução de pavimento flexível sem e com o
uso de geossintéticos como reforço da camada de base. O presente estudo teve
como base teses, dissertações, livros e artigos. Nos artigos estudados foi observado
que com o uso do geossintético como reforço da base e sub-base, a obra tem
vantagens econômicas, visto que, com sua aplicação as camadas inferiores do
pavimento têm suas espessuras reduzidas, ainda nas vantagens econômicas temos
19
uma considerável diminuição no transporte jazida-obra dos materiais que
complementam e reforçam o subleito, sub-base e base. Nos materiais de estudo foi
observado também que tivemos vantagens ambientais, com a menor quantidade de
materiais utilizados, as jazidas são menos exploradas, foi observado também a
vantagem física da obra, visto que com a aplicação de geossintéticos o pavimento
ganha mais resistência à tração e à compressão. Foi feito também um cálculo de
um pavimento hipotético mostrando a diferença nos gastos com a economia da
espessura de base com o reforço da geogrelha.
3. ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS MÉTODOS DE EXECUÇÃO SEM E
COM GEOGRELHA
Neste capítulo serão apresentados os métodos de execução do pavimento
flexível sem e com o reforço da geogrelha na camada de base, após a apresentação
dos dois métodos será feita uma discussão entre os dois métodos.
3.1 MÉTODO CONVENCIONAL – SEM GEOSSINTÉTICO
Segundo Mota (2010), a execução de pavimento flexível convencional é feito
da seguinte forma:
- Preparo da base
Essa camada se encontra logo abaixo do capeamento asfáltico. Esse piso
deve estar regular, compactado e isento de partículas soltas. A brita graduada
simples é um dos materiais mais usados no país como base e sub-base de
pavimentos asfálticos. Trata-se de um material cujo diâmetro dos agregados não
excede 38mm, e que tem entre 3% e 9% de finos. Seu transporte é feito em
caminhões basculantes e a distribuição do material na pista é feita, normalmente,
por vibroacabadora ou motoniveladora.
20
- Compactação da base
A compactação é executada por rolos compactadores estáticos ou vibratórios,
Essa operação deve ser feita logo após o espalhamento para evitar que a
brita perca umidade.
- Lançamento da mistura asfáltica
A mistura asfáltica deve ser lançada em uma camada de espessura uniforme.
O lançamento é feito por vibroacabadora, que lança a mistura, faz o nivelamento e a
pré-compactação da mistura asfáltica. O lançamento da mistura deve ser precedido
por uma preparação da superfície da base – com uma imprimação, por exemplo. A
imprimação consiste na aplicação de material asfáltico sobre a superfície da base já
concluída, para conferir impermeabilização e permitir a aderência entre a base e o
revestimento a ser executado.
- Compactação do asfalto
Essa fase de execução da camada asfáltica geralmente se divide em: 1)
rolagem de compactação e 2) rolagem de acabamento. Na primeira, se alcança a
densidade, a impermeabilidade e grande parte da suavidade superficial. Na rolagem
de acabamento são corrigidas marcas deixadas na superfície pela fase de rolagem
anterior. Para essas tarefas são empregados rolos compactadores estáticos ou
vibratórios. Após a compactação o pavimento está pronto para receber o
acabamento superficial especificado.
Segundo Senço (2001), para que o pavimento convencional seja feito de
forma correta é preciso também atentar para a regularização ou preparo do subleito.
No caso de a pavimentação ser executada sobre um leito antigo de estrada de terra,
é certo que a superfície desse leito se apresentará irregular, assim, não vai
satisfazer às condições de forma imposta ao pavimento. Deve-se então sempre dar
preferência à regularização de pequenos aterros. Admitindo-se que o trecho em
pavimentação apresente um perfil longitudinal com irregularidades na superfície, os
pequenos aterros viriam corrigir essas irregularidades, dando condições geométricas
definidas ao subleito.
21
Equipamentos utilizados na execução de um pavimento convencional:
Veículos para transporte dos agregados;
Distribuidores, de preferência mecânicos, de agregados; e irrigadeiras de no
mínimo 5.000 litros;
Rolos compressores com peso de 10 a 12t.;
Vassouras manuais e mecânicas;
Equipamentos variados para execução de pequenos acertos e medida dos
trabalhos realizados (SENÇO, 2001).
3.2 MÉTODO DE EXECUÇÃO DE PAVIMENTO COM GEOSSINTÉTICO
Segundo Senço (2001), o método de execução de um pavimento com o
reforço de geossintético, da geogrelha mais especificamente, não se diferencia
muito em questões de trabalho manual. Os métodos para regularização e reforço do
subleito, base e sub-base são os mesmos. O que se diferencia entre um método e
outro é o projeto do pavimento que deve constar as novas espessuras, ou seja, com
a aplicação da geogrelha, o projeto deve constar quais as novas medidas da base e
sub-base, visto que tem-se uma economia nas camadas. O maquinário tem uma
pequena diferenciação, exigindo-se a presença de rolos com vibração para que na
compactação do solo com a geogrelha a interação solo-geogrelha aconteça de
forma satisfatória.
Carmo e D’ávilla (2012) mostra que após feitos os procedimentos habituais,
deve-se seguir o passo-à-passo para que a geogrelha seja posta de forma correta e
atenda as suas funcionalidades, são eles:
Correto posicionamento, direção e dimensões dos painéis devem ser
definidos pelo projeto executivo;
A geogrelha deve ser desenrolada manualmente ou por equipamentos que
não ofereçam risco de danos ao material;
Os painéis de geogrelha devem estar tão esticados quanto possível sem
apresentarem dobras;
22
Os painéis de geogrelhas devem ser sobrepostos, na falta de recomendações
explicitas pelo projeto executivo, recomenda-se uma sobreposição mínima de
20 cm;
Sobreposições na direção longitudinal e na transversal devem seguir os
mesmos critérios;
O solo ou agregado de cobertura deve ser espalhado e compactado de modo
que se minimize o risco de formação de dobras e movimentações da
geogrelha. O aterro pode ser executado diretamente sobre a geogrelha;
A geogrelha deve ser coberta em no máximo 30 dias, para evitar muito tempo
em exposição;
Deve-se ter o cuidado de não deixar as máquinas e equipamentos terem
contato direto com a geogrelha. Um mínimo de 15 cm de solo ou agregado
deve ser espalhado sobre a geogrelha para permitir o tráfego de máquinas
sobre a área coberta com a geogrelha.
3.3 COMPARATIVO DE CUSTO DE UM CASO HIPOTÉTICO DE PAVIMENTO
COM E SEM GEOGRELHA
Neste capítulo é mostrado um cálculo comparando os custos de um
pavimento com a aplicação da geogrelha e sem a aplicação. O dimensionamento
das espessuras do pavimento calculado é hipotético. A extensão do trecho do
pavimento é de 2 Km.
Os valores de custos de materiais e serviços foi tirado do SICRO-AL 2016.
GRECO (2011) considera que os limites de passada do rolo compactador seja entre
6 e 12 vezes sobre as camadas, nos cálculos a seguir foi considerado 6 passadas a
uma velocidade do rolo de 8 km/hr.
3.3.1 CUSTO DE EXECUÇÃO DE PAVIMENTO HIPOTÉTICO SEM
GEOGRELHA
Segundo Carmo e D’ávilla (2012), sem o uso da geogrelha como reforço de
base de um pavimento, sua espessura no pavimento hipotético ficou em 75 cm,
assim sendo foi descoberto o volume dessa camada:
23
Vb = Eb x Ct
Onde:
Vb: Volume da base;
Eb: Espessura da base;
Ct: Comprimento do trecho.
Calcula-se:
Vb = 0,75 x 2000
Vb = 1500 m3
De acordo com Greco (2011) o rolo deve efetuar no mínimo 6 passadas a
cada 200 m, tem-se:
Pt = P x (Ct ÷ 200)
Onde:
Pt: Passadas totais;
P: Passadas a cada 200 m;
Calcula-se:
Pt = 6 x ( 2000 ÷ 200)
Pt = 60
Tendo 60 passadas num trecho de 2 km, a uma velocidade de 8 km/hr do rolo
compactador, tem-se:
8 km/h ÷ 3.6 = 2,22 m/s
T = S ÷ V
Onde:
24
T = Tempo;
S = Trecho parcial de 200 m;
V = Velocidade do rolo compactador.
Calcula-se:
T = 60 x (200 m ÷ 2,22 m/s)
T = 60 x 90 s
T = 5400 s = 90 min = 1 hora e 30 minutos.
Seguindo os valores dados pelo SICRO-AL (2016), tem-se que:
Rolo compactador liso: R$ 90,17/ hora
Brita Graduada Simples (BGS): R$ 64,69/m³
Tem-se que a cada 200 m do trecho o rolo passa 1 hora e 30 minutos para
completar a compactação, se o trecho tem um total de 2000 m, calcula-se:
Tt = 90 min x 10
Tt = 900 min = 15 horas
Assim sendo, o custo final do uso do rolo compactador liso é calculado da seguinte
forma:
CFR = Tt x R$/h
Onde:
CFR: Custo final do rolo.
Calcula-se
CFR= 15h x R$ 90,17
CFR= R$ 1.352,55
25
O custo final da brita graduada simples é calculado da seguinte forma:
CFB = R$/m³ x Vb
Onde:
CFB: Custo final da brita.
Calcula-se:
CFB = R$ 64,69 x 1500m³
CFB = R$ 97.035,00
3.3.2 CUSTO DE EXECUÇÃO DE PAVIMENTO HIPOTÉTICO COM
GEOGRELHA
Considerando o mesmo pavimento hipotético apresentado por Carmo e
D’ávilla (2012), com o uso da geogrelha a espessura da camada de base diminuiu
para 30 cm, assim sendo, vamos aos cálculos.
Vb = Eb x Ct
Onde:
Vb: Volume da base;
Eb: Espessura da base;
Ct: Comprimento do trecho.
Calcula-se:
Vb = 0,30 x 2000
Vb = 600 m³
26
De acordo com Greco (2011), tem-se 6 passadas do rolo a cada 200 metros,
então:
Pt = P x (Ct ÷ 200)
Onde:
Pt: Passadas totais
P: Passadas a cada 200 m.
Calcula-se:
Pt = 6 x (2000 ÷ 200)
Pt = 60
Tendo 60 passadas num trecho de 2 Km, a uma velocidade de 8 km/hr do rolo
compactador vibratório (usado para execução de pavimentos com geogrelha), tem-
se:
8 km/h ÷ 3,6 = 2,22 m/s
T = S ÷ V
Onde:
T: Tempo;
S: Trecho parcial de 200 m;
V: Velocidade do rolo compactador.
27
Calcula-se:
T = 60 x (200 m ÷ 2,22 m/s)
T= 60 x 90 s
T = 5400 s = 1 hora e 30 minutos
Seguindo os valores adotados no SICRO-AL (2016), tem-se que:
Rolo compactador vibratório: R$ 107,89/hr
Brita Graduada Simples (BGS); R$ 64,69/m³
Geogrelha: R$ 21,33
Tem-se que a cada 200 metros do trecho, o rolo passa 1 hora e 30 minutos
para completar a compactação, se o trecho tem um total de 2000 metros, calcula-se
Tt = 90 min x 10
Tt = 900 min = 15 horas
Onde:
Tt: Tempo total de compactação.
Assim sendo, o custo final do uso do rolo compactador vibratório é calculado
da seguinte forma:
CFR = Tt x R$/h
Onde:
CFR: Custo final do rolo vibratório.
CFR = 15h x R$ 107,89
CFR = 1.618,35
O custo final da brita graduada simples é calculado da seguinte forma:
28
CFB = R$/m³ x Vb
Onde:
CFB = Custo final da brita
Calcula-se:
CFB = R$ 64,69 x 600 m³
CFB = R$ 38.814,00
Foi feita uma pesquisa de preços no manual de obras do DNIT, o valor da
geogrelha encontrado foi de R$ 21,33.
Segundo o Manual de Obras do DNIT, a pista de rolamento deve ter uma
largura de 9 metros. O trecho hipotético neste trabalho corresponde a um
comprimento de 2 Km, então em m², tem-se:
2000 m x 9 m = 18000 m²
Então tem-se que:
PG = 18000m² x R$ 21,33
PG = R$ 383.940,00
Onde:
PG: Preço da Geogrelha;
29
A Tabela 3 demonstra os valores achados nos dois métodos de execução.
Tabela 3: Demonstração de valores achados no serviço de compactação nos dois
métodos de execução.
Pavimento hipotético conforme Figura 12 mostra uma diminuição na
espessura da camada de base de 60% com o reforço da geogrelha.
FIGURA 12: Demonstração de diminuição de espessura na camada de base
Fonte: Carmo e D’ávilla (2012)
30
3.4 DISCUSSÃO ENTRE OS DOIS MÉTODOS
Quando se trata de maquinário, os dois métodos se diferenciam apenas com
a presença do rolo vibratório na execução do pavimento com o reforço da geogrelha,
visto que o mesmo precisa de obter mais interação com o solo para que os materiais
granulares tenham maior aderência com os vãos da geogrelha. A mão-de-obra para
aplicação da geogrelha tem a necessidade de funcionários qualificados para a
aplicação da geogrelha, que tenham treinamentos para o manuseio de máquinas
quando se trata de andar sobre as geogrelhas, lembrando sempre que não se pode
ter contato direto máquina-geogrelha.
Quando se fala de economia entre os dois pavimentos, temos um
encarecimento na obra quando se aplica a geogrelha com a exigência de
contratação do rolo vibratório, da mão-de-obra qualificada e da compra da própria
geogrela. Porém, tem-se ganho econômico na diminuição considerável da camada
de base e sub-base.
Na observação de vantagens ambientais é tido que com a aplicação da
geogrelha as jazidas são menos exigidas, menos exploradas, diminuindo a
degredação ambiental.
Observando o ganho econômico com a diminuição da espessura da camada
de base e o aumento do valor final da compactação com a aquisição da geogrelha,
foi observado como reforço da camada de base é viável apenas para pequenos
trechos da obra, ou seja, é inviável o uso de geogrelhas em pavimentos onde elas
não sejam necessárias. Usá-las apenas para o aumento da vida útil do pavimento é
totalmente dispensável. Foi observado um acréscimo de 331,32% no valor final do
serviço de compactação, ou seja, em obras onde o solo inteiro precisa de reforço,
torna-se viável o uso de materiais de jazidas para seu fortalecimento.
31
CONCLUSÃO
No presente trabalho concluiu-se que com a pequena diferença entre os métodos de
execução para que sejam feitos pavimentos sem e com reforço de geogrelhas, é
uma boa opção quando se vai construir em áreas de subleito com baixa capacidade
de carga onde sabe-se que as camadas não suportarão o tráfego e a repetição das
cargas.
Foi verificado que para a instalação da geogrelha num pavimento flexível ganham-
se vantagens físicas como: maior resistência à tração, maior resistência à
compressão, porém não é econômico. Todos os artigos e autores citados neste
trabalho corroboram com o fato de que com o uso da geogrelha há a diminuição da
espessura da camada de base, diminui também o gasto com o transporte de
materiais a serem acrescentados à obra, seja para completar as camadas ou para
nivelamento, e ganhos também ecológicos, visto que com a diminuição de materiais
necessários, as jazidas são menos exploradas e uma menor utilização de
combustíveis.
Com os cálculos de gastos com maquinário e espessura da base dos dois métodos,
e a compra da geogrelha no método com reforço de base, o método se mostrou
inviável visto que o gasto superou 300% no aumento de preço, ficando viável
apenas em caso de a geogrelha ser usada apenas em pequenos trechos da obra,b
que realmente precisem de reforço na base.
32
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