UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE …coral.ufsm.br/engcivil/images/PDF/2_2015/TCC_NATHALIA BECKERT... · ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O MÓDULO DE RESILIÊNCIA OBTIDO EM LABORATÓRIO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

Trabalho de conclusão de Curso

ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O MÓDULO DE RESILIÊNCIA

OBTIDO EM LABORATÓRIO E O INFERIDO ATRAVÉS DA

RETROANÁLISE

ACADÊMICA: NATHÁLIA BECKERT BERTÃO

ORIENTADORA: PROFª DRª. TATIANA CUREAU CERVO

CO-ORIENTADOR: PROFº DRº. LUCIANO PIVOTO SPECHT

Santa Maria, Dezembro de 2015.

ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O MÓDULO DE RESILIÊNCIA OBTIDO EM

LABORATÓRIO E O INFERIDO ATRAVÉS DA RETROANÁLISE

NATHÁLIA BECKERT BERTÃO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa

Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheira Civil

ORIENTADOR: PROFº DRº. LUCIANO PIVOTO SPECHT

CO-ORIENTADORA: PROFº PROFª DRª. TATIANA CUREAU CERVO

Santa Maria, Dezembro de 2015.

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia

Curso de Engenharia Civil

A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso

ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O MÓDULO DE RESILIÊNCIA OBTIDO EM

LABORATÓRIO E O INFERIDO ATRAVÉS DA RETROANÁLISE

Elaborado por

Nathália Beckert Bertão

como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheira Civil

COMISSÃO EXAMINADORA:

________________________

Tatiana Cureau Cervo, Dra.

(Co-Orientadora)

________________________

Mauricio Silveira dos Santos, MSc. (UNIPAMPA - Alegrete)

________________________

Fernando Dekeper Boeira, MSc. (URI - Frederico Westphalen)

Santa Maria, 09 de dezembro de 2015

AGRADECIMENTOS

Expresso minha gratidão...

À minha família, em especial à minha mãe Débora, ao meu irmão Vinicius e a

minha vó Nair, que foram minha base e porto seguro no decorrer da graduação.

Obrigada mãe por ter desempenhado muitas vezes o papel de pai também,

reconheço todo teu esforço desde o início, desde todo o processo para eu entrar na

faculdade até agora.

Ao meu amigo Gustavo Abbad que me ajudou a não desistir e a organizar

minha vida acadêmica, com certeza sem ti eu não estaria chegando ao final da

graduação.

Aos amigos, que sempre estiverem presente de alguma forma nos bons e

maus momentos, especial agradecimento à amiga Tairine Rodrigues que

acompanhou de perto todas as minhas aflições.

Ao mestrando e amigo Lucas Bueno que não mediu esforços ao me ajudar na

realização deste trabalho.

Aos meus orientadores Tatiana Cervo e Luciano Specht pela ajuda e

conhecimentos passados.

Ao Adriano Dornelles, Cristian Siqueira, Isair Ecke do laboratório da Conpasul

que sempre estiveram dispostos a contribuir.

Ao acadêmico Gustavo Pinheiro que me auxiliou nos ensaios laboratoriais.

Ao Eng. Daniel Cureau que cedeu materiais utilizados neste trabalho.

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Tolerância para valores retroanalisados .................................................. 45

Tabela 2 - Bacias deflectométricas ........................................................................... 47

Tabela 3 - Tolerância para valores retroanalisados .................................................. 48

Tabela 4 - Valores de MR por ensaio de compressão diametral ............................... 53

Tabela 5 - Módulos de resiliência .............................................................................. 54

Tabela 6 - Indicador da vida de fadiga ...................................................................... 55

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Viga Benkelman (Bernucci, 2008) ............................................................ 16

Figura 2 – Esquema Viga Benkelman (DNER ME 024-94) ....................................... 17

Figura 3 – Esquema Viga Benkelman (DNER ME 024-94) ....................................... 17

Figura 4 - FWD Dynatest (Bernucci, 2008)................................................................ 19

Figura 5 - Exemplos de equipamento para ensaio de compressão diametral de carga

repetida (Bernucci et al.,2008) .................................................................................. 23

Figura 6 – Bacia de deflexão com a utilização de aparelho FWD (Bernucci et

al.,2008) .................................................................................................................... 25

Figura 7 – Bacias deflectométricas diferentes podem indicar podem indicar diferentes

capacidades de carga para uma mesma deflexão máxima (Bernucci et al., 2008) ... 26

Figura 8 – Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico (Fonte:

DNER - ME 138/94) .................................................................................................. 30

Figura 9 - Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico (Fonte:

DNER - ME 138/94) .................................................................................................. 30

Figura 10 - Valores típicos de MR, RT e da relação MR/RT (Bernucci et al., 2008) . 32

Figura 11 – Mapa de localização de trecho da BR-392/RS ....................................... 34

Figura 12 – Seção transversal tipo do pavimento (Projeto de CREMA 1ª etapa) ...... 34

Figura 13 – Dados do projeto de restauração ........................................................... 35

Figura 14 – Sonda Figura 15 - Realização de sondagem .................................... 36

Figura 16 - Montagem do equipamento para ensaio ................................................. 38

Figura 17 - Equipamento pronto para realização do ensaio ...................................... 38

Figura 18 - Resultados obtidos .................................................................................. 39

Figura 19 - Ensaio de Resistência à tração ............................................................... 40

Figura 20 - Régua utilizada ....................................................................................... 41

Figura 21 - Controle do deslocamento do caminhão ................................................. 42

Figura 22 - Realização de Ensaio com a Viga Benkelman ........................................ 42

Figura 23 - Termômetro para verificação da temperatura ......................................... 43

Figura 24 - Interface do software BAKFAA ............................................................... 45

Figura 25 - Bacia real x Bacia retroanalisada (324+000) .......................................... 49



Figura 28- Bacia real x Bacia retroanalisada (331+100) ........................................... 50







Figura 35 – Disersão dos valores de MR .................................................................. 54

Figura 36 – Resultado dos ensaios de resistência à tração ...................................... 55

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 10

1.1 Objetivos ...................................................................................................... 11

1.1.1 Objetivo geral......................................................................................... 11

1.1.2 Objetivos específicos ............................................................................. 11

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................... 12

2.1 Estrutura dos Pavimentos ............................................................................ 12

2.2 Avaliação dos Pavimentos ........................................................................... 12

2.2.1 Método Destrutivo .................................................................................. 13

2.2.2 Método Semi-Destrutivo ........................................................................ 13

2.2.3 Método Não-Destrutivo .......................................................................... 14

2.2.4 Equipamentos de Avaliação Estrutural Não-Destrutiva ......................... 14

2.2.5 Viga Benkelman ..................................................................................... 16

2.2.6 Falling Weight Deflectometer (FWD) ..................................................... 18

2.2.7 Correlações entre a viga Benkelman e o FWD ...................................... 20

2.2.8 Módulo de Resiliência ............................................................................ 20

2.2.8.1 Ensaio dinâmico e compressão diametral a cargas repetidas ........ 22

2.2.8.2 Retroanálise .................................................................................... 23

2.2.9 Resistência à Tração ............................................................................. 29

2.2.10 Vida de Fadiga....................................................................................... 31

3. METODOLOGIA DA PESQUISA ................................................................. 33

3.1 Planejamento ............................................................................................... 33

3.1.1 Pesquisa ................................................................................................ 33

3.1.2 Definição e caracterização do local do estudo ...................................... 33

3.1.3 Sondagens para extração das amostras em campo .............................. 35

3.1.4 Realização dos ensaios laboratoriais .................................................... 36

3.1.4.1 Ensaio de Módulo de Resiliência .................................................... 36

3.1.4.2 Ensaio de Resistência à Tração ...................................................... 39

3.1.5 Realização dos ensaios de campo ........................................................ 40

3.1.6 Retroanálise........................................................................................... 43

4. RESULTADOS ............................................................................................. 47

5. CONCLUSÃO .............................................................................................. 57

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................. 58

10

1. INTRODUÇÃO

O transporte de bens e pessoas é um ponto crucial para desenvolvimento de

uma nação, no entanto é necessário que se tenha uma boa logística de transporte

para possibilitar o crescimento comercial e assim atender às necessidades de

mercado. Atualmente no Brasil, são utilizados diversos modais, com destaque para o

modal rodoviário, que possui maior demanda. No entanto o cenário brasileiro é

desanimador, pois a falta de investimentos no setor rodoviário acaba por desgastar e

saturar as vias existentes precocemente, os produtos produzidos no Brasil que

necessitam das rodovias perdem significativa competitividade no mercado externo e

interno devido a esses entraves que geram um aumento nos custos de operação.

Apesar da malha rodoviária brasileira ser largamente utilizada, o país ainda

precisa de muito investimento na área, a grande maioria das estradas ainda não são

pavimentadas e grande parte das que já possuem pavimento necessitam de

intervenções a fim de melhorar as condições de trafegabilidade para o usuário.

Segundo Bernucci et al. (2008) estima-se que o país gaste entre um e dois bilhões

de reais por ano com a manutenção de rodovias federais, no entanto estudos

apontam que seriam necessários investimentos da ordem de 10 milhões ao ano para

a total recuperação das vias, ou seja, há muito pouco investimento na área, o que

consequentemente gera falta de manutenção e defasagem.

Os pavimentos são estruturas compostas por diversas camadas que

trabalham solidariamente, podendo ser rígidos, revestidos de placas de cimento

Portland, ou flexíveis, aqueles que possuem revestimento com material betuminoso.

A camada final, chamada de revestimento, está destinada a receber diretamente a

carga dos veículos e suportar as intempéries, portanto devem resistir aos esforços

gerados pelo contato pneu-pavimento além de necessariamente ser o mais

impermeável possível.

Dentre os vários tipos de pavimentos revestidos, os mais nobres possuem

revestimento de concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ), que pode ser

definido como o resultado da usinagem da mistura a quente de agregado mineral

graduado, material de enchimento (filler) e material betuminoso, espalhado e

compactado a quente. O CBUQ há muito tempo vem sendo utilizado na

11

pavimentação de estradas, e com o decorrer do uso apresenta a necessidade de

restauração. Essas intervenções por sua vez devem levar em conta os problemas

ocasionados pela deterioração, e para isso deve-se lançar mão de recursos técnicos

para a realização da correta avaliação estrutural do pavimento.

Ainda quanto à análise dos pavimentos rodoviários, vários parâmetros devem

ser analisados para a concepção de projetos de restauração e recuperação da via,

como por exemplo, o módulo de resiliência. O módulo de resiliência das misturas

asfálticas é considerado um parâmetro de extrema importância devido ao fato de

que ele varia com o decorrer do tempo devido ao envelhecimento do ligante

asfáltico, o que acarreta em enrijecimento do ligante e consequente aumento da

rigidez do revestimento, que passa a ser menos flexível.

O presente trabalho terá por objetivo estudar o módulo de resiliência da

camada mais superficial de CBUQ de alguns trechos da BR-392/RS. Para isso serão

realizados ensaios de laboratório e de campo.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo geral

Analisar e comparar os resultados obtidos através dos dois diferentes meios de

determinação do módulo de resiliência.

1.1.2 Objetivos específicos

Determinar o módulo de resiliência por meio de ensaios de laboratório;

Determinar a resistência à tração por meio de ensaios laboratoriais;

Realizar ensaios deflectométricos com a utilização da viga Benkelman;

Realizar a retroanálise a partir da bacia de deflexões obtidas em campo;

12

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 Estrutura dos Pavimentos

Um pavimento é uma estrutura composta de camadas superpostas que

trabalham solidariamente, assentadas sobre a camada final de terraplanagem e que

se encontra acima do terreno natural, o qual é definido como subleito.

O pavimento é empregado com o intuito de oferecer aos usuários melhores

condições de segurança e trafegabilidade, para tanto é necessário que as camadas

que o compõem resistam às solicitações oriundas das tensões verticais geradas

pelo trafego e também aos esforços horizontais, a fim de adiar ao máximo os

processos de desgastes, trincamento ou deformação, problemas típicos da fase de

fadiga do pavimento (DAROUS et al., 2003).

A condição estrutural do pavimento indica por quanto tempo este ainda

manterá um nível adequado de condição funcional ou serventia. A condição de um

pavimento representa o nível de degradação resultante do processo de deterioração

(DNER,1998).

2.2 Avaliação dos Pavimentos

Segundo Cardoso (1995), a avaliação estrutura de um pavimento é função de

dois fatores, sendo um deles a experiência do avaliador que aumenta a cada

trabalho e o outro são os métodos a serem empregados na avaliação.

A tomada de decisões viáveis, confiáveis e econômicas depende de uma

avaliação fundamentada em conceitos bem aplicados, sendo possível assim a

previsão do comportamento da estrutura do pavimento quando sob a ação do

tráfego. Neste contexto, torna-se de extrema importância a presença de um

profissional qualificado no processo de avaliação estrutural de um pavimento (PITTA

e BALBO, 1998).

A avaliação estrutural de um pavimento pode ser feita de três maneiras,

utilizando métodos destrutivos, semidestrutivos ou não-destrutivos.

13

2.2.1 Método Destrutivo

De acordo com Bernucci et al. (2008), é um método destrutivo aquele que

investiga a condição estrutural de cada camada que compõe o pavimento por

abertura de trincheiras ou poços de sondagem, possibilitando a coleta de amostras

de cada material até o subleito do pavimento, e a realização de ensaios de

capacidade de carga in situ. Devido a própria natureza destrutiva, esse tipo de

método só pode ser empregado em alguns poucos pontos selecionados como

representativos de cada segmento a ser avaliado.

Segundo Vilella e Marcon (2001), além da amostragem dos materiais que

constituem o pavimento, são verificadas nos furos de sondagem algumas outras

características como:

a) Espessura das camadas;

b) Condições dos materiais;

c) Eventuais deformações das camadas;

d) Condições de umidade.

Além da desvantagem já citada anteriormente este tipo de avaliação

apresenta outros problemas, como o fato de demandar muito tempo e necessitar

interromper o tráfego no local durante o processo.

2.2.2 Método Semi-Destrutivo

Um método semidestrutivo é aquele que se vale de aberturas menores de

janelas no pavimento que permitam utilizar um instrumento portátil de pequenas

dimensões para avaliar a capacidade de carga de um pavimento, tal como o uso de

cones dinâmicos de penetração – DCP (TRICHÊS e CARDOSO, 2001; TRICHÊS et

al.,2004). O DCP tem por objetivo caracterizar e medir a capacidade de suporte do

solo in situ, em camadas compactadas ou em seu estado natural. Através desse

ensaio é o obtido o índice de cone (Ic), que permite a avaliação da capacidade de

14

suporte de um terreno quando utilizados diagramas convenientes e também a

determinação do CBR desse solo por intermédio do uso de correlações.

2.2.3 Método Não-Destrutivo

Segundo Bernucci et al. (2008), a avaliação mais adequada para ser feita em

grandes extensões de pistas com possibilidade de inúmeras repetições no mesmo

ponto, de forma a acompanhar a variação da capacidade de carga com o tempo, é a

que utiliza métodos não-destrutivos.

Segundo Cardoso (1995) a avaliação não-destrutiva consiste no registro da

superfície e na realização de provas de cargas, onde são medidos os parâmetros de

resposta da estrutura às cargas de roda em movimento, atuando dentro do regime

elástico de deformação do pavimento, ou seja, o regime em que as deformações

recuperáveis retornam ao estado inicial assim que cessa a aplicação de carga. O

deslocamento vertical da superfície é o parâmetro de resposta cuja medida é mais

simples e confiável, em comparação com tensões e deformações, razão pela qual,

quase a totalidade de equipamentos para ensaios não destrutivos é composta de

equipamentos do tipo medidores de deflexão. Conforme o DNER-ME 061/94,

quando se mede o deslocamento elástico em vários pontos a partir da carga tem-se

a denominada bacia de deflexão ou linha de influência da carga sobre um ponto do

pavimento.

2.2.4 Equipamentos de Avaliação Estrutural Não-Destrutiva

A avaliação estrutural de pavimentos, geralmente, é feita através de ensaios

não-destrutivos, por oferecer maior rapidez, segurança e acurácia na obtenção dos

resultados (CARDOSO, 1995). Esses métodos de ensaios visam representar o

comportamento do pavimento quando submetido à carregamentos cíclicos.

Segudo Hass et. al. (1994), estes métodos são mais utilizados em relação às

técnicas destrutivas em função de seu baixo custo, da menor retenção do tráfego e

também por não danificar o pavimento.

15

Smith e Lytton (1985) propõe a divisão dos equipamentos de avaliação

estrutural não-destrutiva, utilizados para medir as bacias deflectométricas do

pavimento, em três classes:

I. Equipamentos de carregamento quase-estático, como por exemplo, o

ensaio de placa e viga Benkelman. Esse tipo de equipamento mede a

deflexão do pavimento devido ao carregamento de veículos que se

deslocam lentamente para que não ocorra influência de forças inerciais.

II. Equipamentos de carregamento dinâmico em regime permanente, que

aplica uma carga estática na superfície do pavimento, o caráter dinâmico

do ensaio é obtido a partir da indução de uma vibração harmônica

estável. A deflexão produzida pela força dinâmica é medida pela variação

da deflexão pico a pico comparada à variação da força dinâmica pico a

pico, evitando assim que a alteração do estado de tensões provocada

pela pré-carga estática modifique a resposta do pavimento ao

carregamento dinâmico. O Dynaflect é o exemplo mais conhecido dessa

categoria de equipamentos.

III. Equipamentos que medem a deflexão do pavimento a partir de

carregamentos por impulso, chamados de falling weight deflectometer

(FWD).

Há bastante diferença entre os valores numéricos obtidos utilizando cada um

desses tipos de equipamentos, que podem ser utilizados para embasar

levantamentos da condição de pavimentos, para analises de rotina ou para projeto

de reabilitação. Todos os equipamentos devem ser constantemente calibrados por

processos específicos e seguem rotinas de aplicação determinada pelo tipo de

carregamento (ASTM D 4696).

Os equipamentos para medição de deflexão, chamados defletômetros, mais

utilizados no Brasil são a viga Benkelman e o FWD. Com esses equipamentos são

medidos os seguintes parâmetros:

a) Deflexão máxima: deslocamento sob o centro da carga (FWD) ou sob o

centro das rodas duplas de um eixo simples (viga Benkelman), sendo a

deflexão normalmente expressa em 10−2mm (𝑑𝑜).

16

b) Raio de curvatura: círculo ou arco de parábola que passa por dois pontos da

deformada (viga Benkleman), normalmente sob a carga e a 25cm do centro

da mesma (𝑑0 e 𝑑25).

c) Deformada, bacia de deformação ou bacia deflectométrica: medidas dos

deslocamentos elásticos ou recuperáveis em vários pontos a partir do centro

do carregamento 𝑑𝑜 , 𝑑25, 𝑑50 etc.).

2.2.5 Viga Benkelman

A viga Benkelman é um equipamento simples e barato usado nas medidas de

deflexões. Foi desenvolvida na década de 1950, na AASHO Road Test, por A.C.

Benkelman, e tem sido usada extensivamente desde então por órgãos rodoviários

para trabalhos de pesquisa, avaliação e projeto de reforço de pavimentos em todo

mundo (HASS et. al., 1994). A Figura 1 mostra o equipamento em operação.

Figura 1 – Viga Benkelman (Bernucci, 2008)

O ensaio para determinação das bacias deflectométricas a partir da viga

Benkelman necessita de um caminhão com eixo simples de roda dupla carregado

com 8,2 t, para aplicar a carga sob a qual será medida a deformação elástica. A

seguir as figuras 2 e 3 mostram o esquema da viga Benkelman.

17

Figura 2 – Esquema Viga Benkelman (DNER ME 024-94)

Deve-se posicionar a ponta de prova da viga Benkelman entre os pneus da

roda geminada do caminhão, colocando exatamente sob o seu eixo como mostra a

Figura 3, assim é feita a leitura inicial (𝐿0).

Figura 3 – Esquema Viga Benkelman (DNER ME 024-94)

Depois de realizada a leitura inicial (𝐿0) desloca-se o caminhão em distâncias

preestabelecidas a fim de obter-se a deflexão em vários pontos, possibilitando o

delineamento da bacia deflectométrica.

18

A deflexão (𝐷0) na ponta de prova é obtida através da expressão:

𝐷0 = [ 𝐿0 − 𝐿𝑓 . 𝑎/𝑏]

Sendo:

𝐷0 = Deflexão real (em centésimos de milímetros);

𝐿0 = Leitura inicial (em centésimos de milímetros);

𝐿𝑓= Leitura final (em centésimos de milímetros);

𝑎 = Dimensão da viga (da ponta de prova à articulação, ver figura 2);

𝑏 = Dimensão da viga (da articulação ao extensômetro, ver figura 2).

Segundo Rocha Filho e Rodrigues (1996), alguns comentários devem ser feitos

em relação à avaliação estrutural feita com a viga Benkelman:

a) Apresentam elevada dispersão nas deflexões medidas;

b) A dispersão aumenta quanto mais distante do ponto de aplicação da carga a

medição for feita;

c) A dispersão das leituras é um pouco menor quando realizadas com o

caminhão parando em cada ponto;

d) A precisão dos resultados é função de vários fatores como: habilidade do

motorista, condições mecânicas do veículo (embreagem e freios),

experiência, habilidade e coordenação da equipe responsável pelas leituras.

2.2.6 Falling Weight Deflectometer (FWD)

O FWD, segundo Macedo et al. (1996) é um equipamento projetado para

simular no pavimento o efeito produzido por uma carga de um semi eixo em

movimento. Basicamente, a simulação da carga aplicada por um veículo trafegando

sobre o pavimento é realizada pela queda de um conjunto de massas, a partir de

uma altura com diferentes configurações possíveis (de altura e massas), podendo

simular diferentes tipos de eixos.

19

Figura 4 - FWD Dynatest (Bernucci, 2008)

Ainda conforme Macedo et al. (1996), a carga aplicada é medida através de

uma célula de carga e tem duração de 25 a 33 milissegundos, tempo

correspondente ao da passagem de um veículo com velocidade de 60 a 80 km/h. O

funcionamento do FWD consiste na aplicação de pulsos de carga no pavimento que

em forma de ondas, que se propagam no interior da estrutura a velocidades finitas e

são registradas em diferentes instantes por sete sensores, dispostos um no centro

da placa e outros em distâncias pré-definidas, ao longo de uma barra metálica de

4,5 metros de comprimento, com o uso de diferentes composições de massa e

alturas de queda ajustáveis, de forma a simular os efeitos de diversos eixos

rodoviários ou de eixos aeroportuários.

O veículo de teste do FWD conta com um computador que, além da distância

percorrida mensurada por um odômetro de precisão, simultaneamente armazena as

deflexões medidas, temperatura da superfície do revestimento, temperatura do ar,

altura de queda, massa e rigidez do pavimento. (Cardoso, 1995).

De acordo com Pereira et al. (2007) na comparação entre o FWD e os

equipamentos estáticos e vibratórios, a força transitória de impulso criada pelo FWD

nos pavimentos é mais próxima das situações reais de cargas móveis.

20

2.2.7 Correlações entre a viga Benkelman e o FWD

Bernucci et al. (2008) ressalta que embora a viga Benkelman e o FWD sejam

defletômetros preparados para medir os deslocamentos elásticos, as deflexões

obtidas por eles não são iguais, nem mesmo existe uma correlação simples e

universal entre elas. Em cada tipo de pavimento pode-se obter certa correlação

entre esses valores, porém não generalizável.

De acordo com Campos et al. (1995), podem-se diferenciar as deflexões

máximas obtidas com a viga Benkelman e com o FWD devido aos seguintes fatores:

a) Apresentam diferentes configurações quanto à geometria e aplicação do

carregamento, ao passo que o carregamento da viga Benkelman é quase-

estático, no FWD a aplicação do carregamento é de impacto, transmitindo um

pulso de carga parecido com o de um veículo a cerca de 70km/h;

b) A viga Benkelman possui um sistema de medição com maior grau de

dispersão, dependendo inclusive da habilidade do operador.

Na comparação entre os dois defletômetros pode-se citar como desvantagem

do FWD: o maior custo do equipamento e a necessidade de mão de obra mais

especializada para calibração.

2.2.8 Módulo de Resiliência

Bernucci et al. (2008) comenta que o comportamento resiliente dos matérias

foram iniciados na década de 1930 com Francia Hveem, que foi o primeiro

pesquisador a relacionar a resiliência (deformações recuperáveis) com as fissuras

que se apresentavam nos pavimentos asfálticos. Foi Hveem também quem adotou o

termo “resiliência”, que é definido classicamente como “energia armazenada num

corpo deformado elasticamente, a qual é devolvida quando cessam as tensões

causadoras das deformações”.

O módulo de resiliência (MR) é similar ao módulo de elasticidade, pois ambos

são definidos como a relação entre tensão e deformação. Segundo Barksdale et al.

21

(1997), a diferença é que o módulo de resiliência é determinado em ensaio de carga

repetida. Na realização dos ensaios, valores máximos das tensões e das

deformações recuperáveis são utilizados para calcular a constante elástica resiliente

mesmo que a tensão de pico ou deformação recuperável não ocorra

simultaneamente em um teste dinâmico deste tipo. A resposta resiliente obtida dá

um resultado satisfatório em cálculos de tensão e deformação, apesar de

negligenciar os efeitos da perda de energia.

O MR de misturas asfálticas varia com o tipo de mistura, a faixa

granulométrica, as propriedades volumétricas, o tipo de compactação, o tipo de

ligante, entre outros fatores, porém conforme Marques (2004) é possível dosar uma

mistura asfáltica para obter-se o MR requerido em projeto.

Valores de MR da ordem de 2000 MPa a 8000 MPa são considerados típicos,

segundo Bernucci et al. (2008), sendo os menores valores correspondentes a

misturas asfáticas modificadas com polímero e os maiores a misturas com

consistência mais dura.

É valido ressaltar que o módulo de resiliência de materiais como o concreto

asfáltico varia com o passar do tempo. O envelhecimento e oxidação do ligante

asfáltico causam enrijecimento e consequente aumento da rigidez dos

revestimentos.

Dentre os métodos mais utilizados para a determinação do MR de misturas

asfálticas, os mais utilizados são:

Ensaio de tração uniaxial

Ensaio de compressão uniaxial

Ensaio de flexão em viga

Ensaio de tração diametral indireta

Ensaio de compressão triaxial

Ensaio de compressão diametral

Retroanálise

22

2.2.8.1 Ensaio dinâmico e compressão diametral a cargas repetidas

Um dos meios mais utilizados para determinar o módulo de resiliência (MR)

para misturas asfálticas é através de ensaios dinâmicos de compressão diametral a

cargas repetidas por tração indireta. O MR foi obtido através da relação entre a

tensão de tração normal ao plano vertical diametral e a respectiva deformação

específica neste plano.

Para iniciar a realização do ensaio de módulo de resiliência é necessário

seguir as seguintes orientações para montagem do conjunto:

Posicionar o corpo de prova no interior do suporte para fixação dos

transdutores (LVDTs);

Colocar o corpo de prova na base da estrutura de suporte, entre os dois

cabeçotes curvos;

Ajustar e fixar os LVDTs de maneira a se obter registro no oscilógrafo.

Após a montagem do conjunto deve-se iniciar a aplicação de carga, que

consiste em:

Fase do condicionamento do corpo-de-prova: aplicar 200 vezes uma carga

vertical repetida (F) diametralmente no corpo-de-prova, de modo a se obter uma

tensão de tração (𝑠𝑡) menor ou igual a 30% da resistência à tração determinada no

ensaio de compressão diametral estático. Recomenda-se a aplicação da menor

carga (F), capaz de fornecer um registro mensurável no oscilógrafo. A freqüência de

aplicação da carga (F) é de 60 ciclos por minuto e duração de 0,10 segundos.

Registro das deformações no oscilógrafo: após o procedimento anterior,

registrar, no oscilógrafo, a deformação resiliente para 300, 400 e 500 aplicações da

carga F.

Através dos valores obtidos, são calculados os módulos de resiliência

utilizando a expressão:

𝑀𝑅𝑒 = 𝐹

∆𝐻 . (0,9976. 𝜇 − 0,2692)

23

Sendo:

𝑀𝑅𝑒 = módulo de resiliência, kgf/cm²;

F = carga vertical repetida aplicada diametralmente no corpo-de-prova, em kgf;

H= altura do corpo-de-prova, em cm;

𝜇 = coeficiente de Poisson.

Bernucci et al.(2008) lembra que atualmente já existem equipamentos, como

o apresentado na Figura 5, que dispõe de sistema eletrônico de obtenção de dados

que faz a conversão da leitura realizada pelos LVTDs em valores digitais e transfere-

as para um microcomputador onde é feita a visualização dos resultados.

Figura 5 - Exemplos de equipamento para ensaio de compressão diametral de carga repetida (Bernucci et al.,2008)

2.2.8.2 Retroanálise

A retroanálise é o método que possibilita inferir o módulo de resiliência de

cada camada individualmente, utilizando a interpretação da bacia de deflexões.

Segundo Bernucci et al. (2008) é necessário ter conhecimento da rigidez das

camadas que constituem o pavimento e também do subleito para um correto

dimensionamento de reforço, por exemplo. Como grande parte dos pavimentos em

uso atualmente foram dimensionados pelo método CBR, apesar de serem

conhecidas as características da época de projeto, como por exemplo, o módulo de

24

resiliência, esses parâmetros tendem a se modificar com o decorrer do ao uso,

mudança do clima e a passagem do tempo.

Conforme Bernucci et al. (2008) a solução para esses problemas poderia ser

realizar avaliações destrutivas do pavimento, ou seja, abrir janelas de sondagem

para assim determinar, em laboratório, os parâmetros desejados. Porém devido ao

tempo que essa intervenção leva, houve a necessidade de aderir a outros métodos

de avaliação desses parâmetros.

Segundo Medina (1997) com o surgimento de programas computacionais, o

dimensionamento passou a ser baseado na teoria da elasticidade, onde o módulo de

resiliência e o coeficiente de Poisson são os principais parâmetros necessários ao

calculo.

O módulo de resiliência, parâmetro que define a relação entre as tensões e as

deformações nas camadas do pavimento, pode ser determinado tanto em

laboratório, a partir do ensaio triaxial dinâmico (solos) e do ensaio de compressão

diametral (misturas asfálticas), como analiticamente, através dos módulos de

resiliência obtidos a partir das bacias deflectométricas medidas na superfície do

pavimento.

De acordo com a norma do DNER ME-024-94 os dados necessários para a

elaboração da retroanálise são: a espessura de cada camada do pavimento, a

configuração do carregamento; a bacia deflectométrica; a seção-tipo do pavimento;

os coeficientes de Poisson e faixas de valores modulares para cada camada da

estrutura.

A Figura 6 apresenta os elementos necessários para entender o conceito do

método de retroanálise de pavimentos. Sabendo-se o valor da carga externa

aplicada para a qual se obteve a bacia deflectométrica e, conhecendo as

características básicas dos materiais empregados em cada camada e suas

espessuras, é possível inferir, a partir das deflexões obtidas, os módulos de

resiliência (Bernucci et al.,2008).

25

Figura 6 – Bacia de deflexão com a utilização de aparelho FWD (Bernucci et al.,2008)

Segundo Bernucci et al. (2008) ainda é possível realizar a retroanálise

utilizando dados obtidos com aparelhos mais modernos de medida dos

deslocamentos elásticos de um pavimento, como por exemplo, o FWD.

Bernucci et al. (2008) cita que em relação aos métodos de avaliação

estrutural e projeto de reforço de pavimentos flexíveis adotados pelo DNER

(PRO-10/79 – procedimento A, PRO-11/79 – procedimento B, PRO-159/85 e PRO-

269/94), a retroanálise dos módulos de resiliência de um pavimento apresenta as

seguintes vantagens:

a) Possibilidade de obtenção dos módulos nas condições de campo;

b) Diminui o número de sondagens para determinação das espessuras e

coletas de amostras para determinação dos parâmetros desejados,

que são de difícil reprodução em laboratório, além de serem onerosas,

perigosas e demoradas;

c) Os ensaios não-destrutivos são mais rápidos e menos onerosos

quando comparados com os ensaios destrutivos.

d) Possibilita o uso pleno da bacia de deflexão, não só a deflexão máxima

(𝑑𝑜) como nas técnicas de avaliação estrutural preconizadas pelo

DNER.

26

Os métodos tradicionais caracterizam a estrutura de um pavimento a partir

dos valores individuais de deflexão máxima, considerando-os isoladamente. A

deflexão máxima permite a determinação dos locais onde o pavimento apresenta

variações nas deformações verticais reversíveis quando do carregamento imposto

pelo tráfego. No entanto, um mesmo valor de deflexão reversível máxima pode

representar inúmeros níveis de qualidade estrutural, tanto mais concentrada como

mais crítica a bacia, dependendo inclusive do tipo de estrutura, como representa a

Figura 7.

Apesar das inúmeras vantagens oferecidas pela utilização da retroanálise na

determinação dos módulos de resiliência de um pavimento, Bernucci et al. (2008)

apresenta algumas desvantagens do emprego do método, tais como:

a) A sensibilidade do cálculo dos valores dos módulos de elasticidade aos

valores das bacias deflectométricas que possuem imprecisão inerente aos

levantamentos de campo;

Figura 7 – Bacias deflectométricas diferentes podem indicar podem indicar diferentes capacidades de carga para uma mesma deflexão máxima (Bernucci et al., 2008)

27

b) A confiabilidade dos instrumentos e dos procedimentos operacionais de

medição que deve ser constantemente verificadas;

c) Os módulos de resiliência retroanalisados não representam necessariamente

os módulos reais dos materiais empregados em cada camada e sim “módulos

equivalentes”;

d) O conjunto de módulos retroanalisados não é único, depende do programa

utilizado para obtê-los, das hipóteses simplificadoras, dos níveis de ajustes

atingidos etc.

Podem-se dividir os métodos de retroanálise em: iterativos e simplificados.

I. Método Iterativo

Os métodos iterativos de retroanálise objetivam a obtenção dos módulos de

resiliência de todas as camadas do sistema pavimento-subleito, sejam elas quantas

forem, e a partir dos módulos obtidos, das espessuras de cada camada e das cargas

atuantes, pode-se então calcular os deslocamentos, tensões e deformações do

sistema pavimento-subleito.

As metodologias de cálculos mais utilizados pelos métodos iterativos têm por

base a teoria das multicamadas elásticas e o método dos elementos finitos, outro

método que pode ser utilizado é o das camadas finitas.

A utilização do método dos elementos finitos apresenta maior acurácia, porém

demanda mais tempo devido ao seu processamento lento. Lytton (1989) (apud

Albernaz, 1997) afirma que apenas esse método de retroanálise pode levar em

conta, nos cálculos, a susceptibilidade de certos materiais ao estado de tensões e

deformações.

Os métodos iterativos de retroanálise podem ser divididos em 3 grupo:

Métodos que calculam os parâmetros elásticos de estruturas teóricas durante

o processamento, nesse caso a bacia deflectométrica calculada é comparada

28

com a bacia obtida em campo. A comparação entre as bacias é feita

iterativamente, até que a semelhança entre elas esteja dentro de um critério

de aceitação pré-estabelecido. A partir disso, os módulos da estrutura teórica

que geraram a bacia calculada são associados ao pavimento real em análise.

Métodos que utilizam banco de dados de parâmetros elásticos de estruturas

teóricas calculadas anteriormente. Este método é semelhante ao anterior, a

diferença consiste no fato de que este compara a bacia medida em campo

com bacias teóricas previamente determinadas e armazenadas no banco de

dados, juntamente com os parâmetros elásticos das estruturas que lhe são

correspondentes.

Métodos que utilizam equações de regressão estatística para o cálculo das

deflexões teóricas em pontos pré-estabelecidos, esses métodos são

extremamente raros.

Os métodos iterativos são sensíveis a alguns parâmetros, como por exemplo,

as espessuras das camadas, caso seja adotada uma espessura menor que a

espessura real, poderá resultar em um módulo retroanalisado significativamente

maior que o módulo correto da camada, para compensar o valor da rigidez

equivalente, que é função do MR e da espessura da camada. O inverso também é

possível caso a espessura adotada for maior que a real.

II. Métodos Simplificados

Os métodos simplificados de retroanálise são muito úteis em analises

preliminares e elaboração de anteprojetos. Possuem a qualidade de serem mais

rápidos devido ao fato de serem mais simples, porém com isso perdem em acurácia.

Esses métodos se baseiam na estimativa dos módulos do sistema pavimento-

subleito feita através da aplicação direta de tabelas, gráficos, equações e outros

meios homogêneos , isotrópicos e linearmente elásticos. Na prática, esses métodos

transformam a estrutura real em estruturas equivalentes simplificadas.

29

2.2.9 Resistência à Tração

A resistência à tração (RT) vem se mostrando um importante parâmetro para

caracterização de misturas asfálticas. Devido a dificuldade em se obter a resistência

à tração de maneira direta, diversos métodos têm sidos desenvolvidos a fim de se

determinar a RT de maneira indireta. (CARNEIRO, 1943; HAWKES e MELLOR,

1970; ROBERTS, 1977; LAMA & VUTUKURI, 1978 apud BERNUCCI, 2008).

Visando determinar indiretamente a resistência à tração, o professor Lobo

Carneiro desenvolveu o ensaio de compressão diametral para concreto de cimento

Portand. Esse ensaio se vale da aplicação de duas forças centradas e

diametralmente opostas de compressão em um cilindro, que resultam em tensões de

tração uniformes perpendiculares ao diâmetro.

O ensaio de Carneiro tornou-se popular devido à sua praticidade e rapidez,

entre outras vantagens. Desde 1972 este ensaio vem sendo adotado também para a

determinação da resistência à tração de misturas asfálticas, porém com a aplicação

das forças através de frisos de carga no corpo-de-prova cilíndrico Marshall

convencional, devido ao fato de estes apresentarem superfície lateral irregular e

serem bem mais deformáveis.

O ensaio segue a especificação da norma ABNT NBR 15087/2004,

conforme apresentado abaixo:

Medir a altura (H) do corpo-de-prova utilizando paquímetro. Adotar

como altura o valor da média aritmética de quatro leituras realizadas

em posições equidistantes;

Medir o diâmetro (D) utilizando o paquímetro. Adotar como diâmetro o

valor da média aritmética de três leituras realizadas em posições

paralelas;

Colocar o corpo-de-prova em estufa de modo a se obter a temperatura

específica de 25ºC ± 0,1ºC.

30

Após esse período é colocado o corpo-de-prova com sua superfície cilíndrica

entre dois frisos metálicos, curvos em uma das faces, com comprimento igual ao da

amostra, conforme ilustra a Figura 8 e Figura 9. Ajustar os pratos da prensa até que

seja obtida uma leve compressão, capaz de manter a posição do corpo-de-prova.

Figura 8 – Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico (Fonte: DNER - ME 138/94)

Figura 9 - Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico (Fonte: DNER - ME 138/94)

Aplicar a carga progressivamente, com velocidade de deformação de 0,8

±0,1mm/s, até que ocorra a ruptura, por separação das duas metades do

corpo-de-prova, segundo o plano diametral vertical;

Com o valor obtido é calculada a resistência à tração, através da expressão:

31

𝜎𝑅 =2. 𝐹

𝜋. 𝐷. 𝐻

Onde:

σR = resistência a tração, em kgf/cm²;

F = carga de ruptura, em kgf;

D = diâmetro de corpo-de-prova, em cm;

H = altura do corpo-de-prova, em cm.

Bernucci et al. (2008) comenta que são considerados típicos valores de RT da

ordem de 0,5MPa a 2,0Mpa para misturas recém moldadas ou logo após a

construção em pista.

2.2.10 Vida de Fadiga

A razão entre MR e RT vem sendo utilizada como indicador da vida de

fadiga das misturas asfálticas segundo Bernucci et al. (2008), uma vez que a relação

agrega informações da resistência e da rigidez. O valor dessa razão é melhor quanto

menor for, pois se busca baixa rigidez para retardar o processo de trincamento do

revestimento, e uma alta resistência à tração, pois em geral uma maior resistência à

ruptura também indica uma maior resistência à fadiga.

A Figura 10 mostra valores de módulo de resiliência e resistência a tração a

25ºC típicos de misturas asfálticas, também apresenta os valores da relação entre

esses dois parâmetros.

32

Figura 10 - Valores típicos de MR, RT e da relação MR/RT (Bernucci et al., 2008)

33

3. METODOLOGIA DA PESQUISA

3.1 Planejamento

3.1.1 Pesquisa

Realizou-se pesquisa no assunto em diversas referências bibliográficas, para

embasar o estudo do trabalho.

3.1.2 Definição e caracterização do local do estudo

O estudo foi realizado na BR-392/RS, a rodovia tem seu quilometro inicial em

Rio Grande-RS e final em Porto Xavier-RS, na fronteira com a Argentina, porém o

foco deste trabalho foi o trecho compreendido entre os km 273+800 e 352+780, ou

seja, trecho compreendido entre o trevo de interseção da BR-392 e BR-287 até o

entroncamento com a BR-290. Como pode ser observado na Figura 11. O subtrecho

escolhido como representativo e objeto central para analise no presente trabalho

tem início no km 315+160 e fim no km 348+600.

34

Figura 11 – Mapa de localização de trecho da BR-392/RS

A seção transversal tipo do pavimento existente é apresentada na figura 12,

ocorre apenas variação nas espessuras das camadas, variando no decorrer no

trecho.

Figura 12 – Seção transversal tipo do pavimento (Projeto de CREMA 1ª etapa)

35

No trecho estudado a rodovia encontrava-se em manutenção, sendo

executado o projeto de restauração do programa CREMA 1ª Etapa. Em todos as

intervenções foi utilizado CBUQ modificado com polímero e fresagem de no mínimo

5 cm da camada antiga. Foram executados no pavimento os serviços de reparos

localizados de acordo com as porcentagens necessárias, recapagem (fresagem

100%), ambos com 5 cm de fresagem, e microrrevestimento à frio.

A figura 13 apresenta parte do projeto de restauração, onde está indicada a

porcentagem de fresagem prevista por segmento homogêneo, os segmentos que

foram utilizados na pesquisa estão destacados na Figura 13.

Figura 13 – Dados do projeto de restauração

3.1.3 Sondagens para extração das amostras em campo

Com a utilização de sonda rotativa dotada de coroa diamantada com 0,10m

de diâmetro (Figura 14) foi realizada a extração de 10 corpos de prova de

segmentos representativos de trecho da BR-392, alterando o lado da pista. Os

corpos de prova (CP) obtidos foram medidos e cerrados, a fim de separar a camada

de CBUQ novo de camadas antigas. Inicialmente idealizou-se extrair CPs que

mostrassem toda a camada de CBUQ nova e a antiga, porém verificou-se que seria

impossível na maioria dos pontos de amostragem, pois a camada inferior

desmanchava-se durante a sondagem.

Os CPs foram submetidos aos ensaios de módulo de resiliência e resistência

à tração. A Figura 15 mostra como foi realizada a sondagem.

36

Figura 14 – Sonda Figura 15 - Realização de sondagem

3.1.4 Realização dos ensaios laboratoriais

Com os corpos de prova extraídos de campo, estes foram serrados na

espessura da camada de CBUQ novo, e colocados em estufa com temperatura de

25ºC durante 24 horas para posteriormente serem realizados os ensaios de módulo

de resiliência e resistência à tração, respectivamente.

3.1.4.1 Ensaio de Módulo de Resiliência

Foi realizado o ensaio de módulo de resiliência (MR) nos 10 corpos de prova

retirados da pista. Como o objetivo do ensaio era determinar o módulo de resiliência

da camada mais nova de CBUQ, os CPs foram cerrados a fim de separar essa

camada das inferiores.

Neste trabalho o MR foi determinado utilizando ensaios dinâmicos de

compressão diametral a cargas repetidas por tração indireta e obtido pela relação

entre a tensão de tração normal ao plano vertical diametral e a respectiva

deformação especifica resiliente nesse plano.

37

Os procedimentos adotados para o ensaio, bem como a aparelhagem

utilizada, estão descritos abaixo:

I. Equipamentos utilizados

Sistema pneumático com controle automatizado dos carregamentos e

registro dos dados.

Sistema de medição de deformação (deslocamento diametral

horizontal) do CP

Sistema de controle e aquisição de dados

Sistema automático de controle de temperatura

II. Montagem do ensaio

Posicionar o CP no interior do suporte para fixação dos transdutores;

Colocar o CP na base do pórtico metálico, apoiado nos dois cabeçotes

curvos;

Fixar e ajustar os transdutores LVDTs;

Assentar o pistão de carga com o friso superior em contato com o CP

diametralmente oposto ao friso inferior.

Após o equipamento estar montado conforme mostra as Figura 16 e Figura

17, foram inseridos os dados de entrada requeridos pelo programa de computador,

como a espessura da camada e o diâmetro do CP.

38

Figura 16 - Montagem do equipamento para ensaio

Figura 17 - Equipamento pronto para realização do ensaio

Antes de iniciar o ensaio o pistão que exerce carga no CP aplica 15 pulsos

para estabilizar a carga atribuída para o ensaio, logo após são aplicados 5 pulsos de

10 Hz carga, para se chegar ao resultado final do ensaio. A Figura 18 mostra a

interface do programa ao exibir o resultado do ensaio.

39

Figura 18 - Resultados obtidos

3.1.4.2 Ensaio de Resistência à Tração

Para a realização do ensaio de resistência à tração foram utilizados os

utilizados 9 dos 10 corpos de prova obtidos em campo, pois uma das amostrar foi

rompida no ensaio de módulo de resiliência.

Execução do ensaio

Acomodou-se o corpo de prova diametralmente no friso metálico inferior e

montou-se o equipamento. Após isso, o equipamento foi ligado e a partir disso o

pistão começou a exercer tensão de tração no CP, essa tensão foi sendo

aumentada gradativamente até que romper o CP. A tensão que estava sendo

aplicada no momento em que o corpo de prova foi rompido é anotada, esse valor é o

indicador de quanto o CP resiste antes de romper.

O equipamento utilizado no ensaio é mostrado na Figura 19.

40

Figura 19 - Ensaio de Resistência à tração

3.1.5 Realização dos ensaios de campo

Realizou-se o ensaio com a viga Benkelman para a determinação das bacias

de deflexões. Para isso foi utilizado um caminhão com eixo simples de rodas duplas

calibrado com 80 psi de inflação dos pneus, e com peso de 8,2 t.

Foram feitas 10 bacias de deflexões, nos pontos onde anteriormente foram

extraídos os corpos de prova.

Para executar a passagem da viga, procedeu-se da seguinte maneira:

O caminhão foi manobrado de modo a ficar com o pneu traseiro o mais

próximo possível do ponto onde anteriormente tinha sido extraído o CP;

Foram medidos os valores de umidade do ar e verificada a temperatura

(Figura 23);

Foi utilizada uma régua para marcar os pontos onde o caminhão deveria

parar para a leitura da deflexão (Figura 20). A Figura 21 mostra como foi

41

utilizada a régua, também foi usado uma haste de metal acoplada ao

caminhão para marcar com maior precisão as medidas de distância;

As distâncias para medida da deflexão adotadas foram as seguintes: antes de

o caminhão entrar em movimento, após andar 20 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm,

90 cm, 120 cm, depois de marcada a deflexão a 120 cm o caminhão seguia

andando para ser pega medida final;

Os procedimentos anteriores foram repetidos nos 10 pontos em que foram

realizada a passagem da viga.

Figura 20 - Régua utilizada

42

Figura 21 - Controle do deslocamento do caminhão

A Figura 22 ilustra como se procedeu para a realização deste ensaio.

Figura 22 - Realização de Ensaio com a Viga Benkelman

43

Figura 23 - Termômetro para verificação da temperatura

3.1.6 Retroanálise

A partir da bacia deflectométrica obtida com os ensaios de campo e registrada

as espessuras das camadas do pavimento, foi realizada a retroanálise, para isso

utilizou-se o software BAKFAA.

As leituras realizadas no extensômetro durante o ensaio foram pré-

estabelecidas, sendo a leitura inicial com o caminhão ainda sem movimento, após a

20 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm, 90 cm, 120 cm e a leitura final feita com o caminhão se

deslocando. A partir dessas leituras utilizou-se a fórmula abaixo para a determinação

das deflexões:

𝐷 = ( 𝐿 − 𝐿𝑓 − 1) ∗ 𝐾

Sendo 𝑑 a deflexão no ponto, 𝐿 a leitura do extensômetro também no ponto,

𝐿𝑓 a leitura final da viga e 𝐾 a constante da viga, que para a viga utilizada é 1,9745.

44

Visto que os ensaios realizados nesse trabalho foram feitos com temperatura

controlada de 25ºC, foi necessário corrigir os valores de deflexões dados pela viga

Benkelman, a fim de posteriormente comparar resultados.

Para isso utilizou-se a seguinte fórmula de correção para a temperatura:

𝐷 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎 =𝑑

𝑒 ∗ 𝑡 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 − 25° + 1

Sendo 𝑒 a espessura de CBUQ mais nova partindo do principio de que quanto

mais interna a camada menor será a suscetibilidade térmica dela, consideramos que

a única camada que varia com a temperatura é a mais externa.

No software utilizado para a realização da retroanálise a entrada de dados da

bacia de deflexão é obtida através do equipamento FWD, que considera o

carregamento de um semi-eixo, no entanto nesta pesquisa utilizou-se a viga

Benkelman para a obtenção dos dados deflectométricos. Como a viga Benkelman

considera o carregamento de um eixo com 8,2 t e o FWD um semi-eixo, foi utilizado

como carregamento 4,1 t, ou seja, a metade do carregamento de um eixo.

A interface do programa BAKFAA é apresentada na Figura 24 e os dados de

entrada necessários são:

As espessuras das camadas, em todos os casos a estrutura era composto por

CBUQ novo, CBUQ antigo, base e sistema subleito;

O coeficiente de Poisson (utilizou-se 0,35 para matérias asfálticos, 0,40 para

materiais granulares e 0,45 para o sistema subleito);

As distâncias que foram adotadas para a leitura da viga;

A bacia obtida em campo;

O carregamento utilizado (4,1 t);

45

Figura 24 - Interface do software BAKFAA

O programa ainda pede para o usuário definir a condição de aderência de

uma camada a outra, foi considerada que todas as camadas estariam totalmente

aderidas.

Inicialmente inferem-se valores aleatórios para os módulos de resiliência, e

então o programa é executado. A partir disso, devem-se alterar os módulos das

camadas até que se chegue às deflexões iguais ou mais próximas possíveis das

observadas na viga Benkelman.

A Tabela 1 apresenta os limites aceitáveis de tolerância para valores de

deflexões retroanalisados.

Tabela 1 - Tolerância para valores retroanalisados

Deflexões 𝐷0 𝐷20 𝐷30 𝐷45 𝐷60 𝐷90 𝐷120

Tolerância (%) ±10 ±20 ±50

Deve-se considerar que bacias deflectométricas obtidas através da viga

Benkelman tendem a ter uma menor precisão nos resultados, portanto em alguns

casos pode ocorrer de alguns valores não se enquadrarem dentro das tolerâncias.

Então, quando o operador do programa, baseado na análise numérica e em sua

46

experiência julgar que a bacia teórica está o mais fidedigna possível da bacia de

campo, o ensaio é finalizado e são registrados os resultados finais.

47

4. RESULTADOS

A comparação da bacia de deflexão real, corrigida para a temperatura de

25ºC, com a inferida pela retroanalise é mostrada na Tabela 2.

Tabela 2 - Bacias deflectométricas

Pode-se observar uma leve tendência dos valores das bacias teóricas serem

maiores, 58,57% apresentam esse comportamento quando comparados com a bacia

de deflexões reais obtidas através da viga Benkleman.

Foi utilizado o critério de tolerância para os valores retroanalisados, o que

gerou a seguinte Tabela 3:

ESTACA TIPO

BACIA D0 D20 D30 D45 D60 D90 D120

315+160 CAMPO 46,280 40,490 30,850 25,070 11,570 9,640 5,780

RETRO 51,760 40,400 32,120 22,190 15,480 8,680 6,080

316+300 CAMPO 42,112 30,627 21,056 19,142 13,399 9,571 5,743

RETRO 41,360 30,360 23,770 17,300 13,340 8,890 6,520

324+000 CAMPO 46,642 33,038 25,264 17,491 13,604 9,717 7,774

RETRO 47,160 33,770 26,100 18,860 14,510 9,670 7,110

326+100 CAMPO 26,812 21,066 17,236 13,406 9,576 5,745 3,830

RETRO 29,420 22,090 17,490 12,730 9,760 6,460 4,740

327+100 CAMPO 31,983 22,576 15,051 11,288 7,525 3,763 1,881

RETRO 33,160 22,720 16,320 10,240 7,050 4,370 3,260

327+500 CAMPO 52,524 38,906 31,125 17,508 13,617 9,727 3,891

RETRO 55,160 39,420 29,190 18,790 12,950 7,860 5,820

328+500 CAMPO 66,680 51,439 34,293 19,052 17,146 11,431 5,715

RETRO 68,730 47,180 34,200 22,200 15,840 10,060 7,440

331+100 CAMPO 34,954 31,070 23,303 17,477 11,651 9,709 5,826

RETRO 38,240 28,730 22,680 16,370 12,400 8,030 5,840

332+150 CAMPO 75,733 56,314 46,605 33,012 25,244 13,593 7,768

RETRO 78,680 58,800 45,740 31,810 23,260 14,630 10,680

348+600 CAMPO 80,022 57,690 39,081 18,610 13,027 7,444 1,861

RETRO 76,810 54,190 40,580 26,230 17,240 8,870 6,120

48

Tabela 3 - Tolerância para valores retroanalisados

ESTACA Erro(%)

0cm Erro (%)

20cm Erro (%)

30cm Erro (%)

45cm Erro (%)

60cm Erro (%)

90cm Erro (%) 120cm

315+160 -11,841 0,222 -4,117 11,488 -33,794 9,959 -5,190

316+300 1,787 0,873 -12,888 9,623 0,443 7,115 -13,537

324+000 -1,111 -2,216 -3,308 -7,829 -6,661 0,484 8,537

326+100 -9,728 -4,859 -1,473 5,042 -1,925 -12,438 -23,751

327+100 -3,679 -0,636 -8,432 9,286 6,318 -16,139 -73,278

327+500 -5,019 -1,320 6,217 -7,323 4,900 19,191 -49,590

328+500 -3,074 8,280 0,270 -16,526 7,619 11,993 -30,173

331+100 -9,402 7,531 2,671 6,333 -6,426 17,296 -0,247

332+150 -3,891 -4,414 1,856 3,641 7,861 -7,628 -37,496

348+600 4,014 6,068 -3,837 -40,947 -32,342 -19,158 -228,859

As células destacadas em vermelho mostram as bacias deflectométricas que

ultrapassaram a tolerância, isso possivelmente ocorreu pois no levantamento em

campo utilizou-se a viga Benkelman, e este equipamento não fornece alta precisão,

outro fator ao qual pode-se atribuir esse problema é a leitura equivocada do

operador do equipamento.

Nas Figuras 25 a 34 estão representadas graficamente as bacias de

deflexões reais e retroanalisadas por estaca. Os pontos utilizados para medição

estão em centímetros e as deflexões em 10−2mm.

49

Figura 25 - Bacia real x Bacia retroanalisada (324+000)



0

10

20

30

40

50

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição

Bacia 324+000 (campo)

Bacia 324+000 (retro)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



0

10

20

30

40

50

60

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



50

Figura 28- Bacia real x Bacia retroanalisada (331+100)


Os gráficos apresentados nas Figuras de 25 a 29 mostram bacias retroanalisadas

das estacas 324+000, 326+100, 327+500, 331+100 e 332+150, onde foram

totalmente atendidos os critérios de tolerância.

0

10

20

30

40

50

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



0

20

40

60

80

100

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



51


A Figura 30 mostra o comparativo das deflexões por ponto em que foi feito registro,

pode-se observar que os valores são próximos, tendo diferença acima do limite de

tolerância nos pontos 0 cm, 45 cm e 60 cm, como também pôde-se observar na

Tabela 3.


A Figura 31 ilustra o que foi mostrado na Tabela 3, o valor da deflexão registrado a

30 cm é o valor que está fora do critério de tolerância.

0

10

20

30

40

50

60

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



0

10

20

30

40

50

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



52


As bacias deflectométricas apresentadas graficamente na Figura 32

enquadram-se nos critérios de tolerância, com exceção do valor obtido a 120 cm que

teve uma diferença entre o valor obtido em laboratório e o obtido através da

retroanálise 23,278% maior que o permitido.


A Figura 33 possui a deflexão obtida no ponto a 45 cm fora dos critérios de

tolerância, todas as outras deflexões foram consideradas aceitáveis.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



53


As deflexões mostradas na Figura 34 apresentam três valores de deflexões

que não se enquadram nos critérios de tolerância, esses valores correspondem às

deflexões dos pontos a 45, 60 e 120 cm.

Com a realização do ensaio de compressão diametral para determinação dos

MRs dos CPs obteve-se os resultados da Tabela 4.

Tabela 4 - Valores de MR por ensaio de compressão diametral

ESTACA H (mm) Ø (mm) MR (MPa) Sd Cv

315+160 61,07 100,70 5730,00 114,25 1,99

316+300 51,62 100,76 4834,00 89,21 1,85

324+000 58,41 100,59 5923,00 225,05 3,80

326+100 61,79 100,96 4326,00 150,73 3,48

327+100 54,79 100,83 4130,00 66,47 1,61

327+500 49,75 100,86 3529,00 114,64 3,25

328+500 52,36 100,60 3850,00 81,64 2,12

331+100 55,89 100,71 3687,00 139,40 3,78

332+150 48,35 100,28 ROMPEU

348+600 60,51 101,60 2839,00 130,53 4,60

Visto que o presente trabalho tinha como objetivo comparar o módulo de

resiliência obtido através de ensaios laboratoriais e o inferido a partir da retroanalise,

esses valores são apresentados a seguir na Tabela 5, também é mostrado que em

55% dos casos os valores de MR retroanalisados foram maiores que os obtidos com

a prensa em laboratório.

0

20

40

60

80

100

0 20 30 45 60 90 120

De

fle

xõe

s

Pontos de medição



54

Tabela 5 - Módulos de resiliência

Comparativo - MR lab X MR retro

ESTACA MR lab (MPa)

MR retro (Mpa)

MAIOR MR DIFERENÇA

(retro-lab)(MPa) DIFERENÇA

(retro-lab) (%)

315+160 5730,00 7575,00 MR retro 1845,00 24%

316+300 4834,00 4545,00 MR lab -289,00 -6%

324+000 5923,00 3915,14 MR lab -2007,86 -51%

326+100 4326,00 6181,96 MR retro 1855,96 30%

327+100 4130,00 5681,96 MR retro 1551,96 27%

327+500 3529,00 5000,00 MR retro 1471,00 29%

328+500 3850,00 3570,35 MR lab -279,65 -8%

331+100 3687,00 6306,07 MR retro 2619,07 42%

332+150 ROMPEU 3030,00

348+600 2839,00 1486,12 MR lab -1352,88 -91%

Nº de MRs maiores na retroanálise 5,00

Nº de MRs maiores em laboratório 4,00

A Figura 35 ilustra graficamente a dispersão dos valores dos MRs obtidos em

laboratório e dos retroanalisados em cada CP.

Figura 35 – Disersão dos valores de MR

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000

MR

re

tro

(M

Pa)

MR lab (MPa)

Dispersão dos valores de MR

y=1,123x

55

Os resultados obtidos a partir do ensaio de resistência à tração são

apresentados na Figura 36.

Figura 36 – Resultado dos ensaios de resistência à tração

A razão entre MR e RT que é utilizada como indicador da vida de fadiga

de misturas asfálticas é apresentada na Tabela 6.

Tabela 6 - Indicador da vida de fadiga

ESTACA MR RT MR/RT

315+160 5730,00 1,494 3835,34

316+300 4834,00 1,074 4500,93

324+000 5923,00 1,568 3777,42

326+100 4326,00 1,349 3206,82

327+100 4130,00 0,898 4599,11

327+500 3529,00 0,656 5379,57

328+500 3850,00 0,805 4782,61

331+100 3687,00 0,822 4485,40

348+600 2839,00 0,818 3470,66

Comparando os resultados da razão MR/RT com o apresentado como

representativo por Bernucci et al. (2008) na figura 10 da seção 3.2.10 para CAP

50/60, pode-se observar que os indicativos de vida de fadiga dos trechos de

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8R

esi

stê

nci

a à

traç

ão (

MP

a)

56

pavimentos estudados neste trabalho são maiores em 89% dos casos, ou seja,

estão mais próximos de fadigar.

57

5. CONCLUSÃO

Esta pesquisa teve como objetivo observar o comportamento de um trecho

específico de rodovia BR-392/RS, para isso utilizou-se a viga Benkelman para a

delimitação de 10 bacias de deflexões. A partir de amostras consideradas

representativas, foram analisados parâmetros como o módulo de resiliência,

resistência à tração e indicativo de vida de fadiga. A partir do estudo realizado pode-

se concluir:

As bacias deflectométricas delimitadas a partir das deflexões aferidas na pista

com a utilização da viga Benkelman apresentaram valores acima do limite de

tolerância adotada em 50% dos casos. Esse fato ocorreu provavelmente devido a

utilização da viga Benkelman, que não é considerado um defletômetro de

precisão, caso tivesse sido utilizado equipamento FWD nas medidas de

deflexões resultaria em valores mais precisos e possivelmente dentro da

tolerância estabelecida.

Os módulos de resiliência obtidos através do ensaio laboratorial, bem como o

inferido através da retroanálise apresentaram valores coerentes com a literatura,

estando eles na faixa entre 2000 MPa e 8000 Mpa, com exceção do valor obtido

através da retroanálise na estaca 348+600.

Como puderam ser observados na Tabela 5 os módulos de resiliência

inferidos pela retroanalise na maior parte das amostras são maiores que os

laboratoriais em 55% dos casos, o que representa uma diferença de apenas de

uma amostra para mais. No entanto observou-se que na comparação dos MRs

obtidos através dos dois métodos, na estaca 316+300 e na 328+500 os valores

ficaram muito próximos, o que leva a intuir que o módulo de resiliência

retroanalisado tende a não ser menor que o obtido por meio de ensaios

laboratoriais.

Os resultados obtidos no ensaio de resistência à tração mostraram-se

satisfatórios para um pavimento em uso resultando em média em 1,05 MPa, visto

que está dentro dos valores típicos citados na seção 3.2.9 deste trabalho.

Quanto aos resultados da relação MR/RT os valores encontrados para essa

relação mostraram-se acima do esperado, o que leva a intuir que pavimento está

mais próximo de ter problema de fadiga do que o esperado.

58

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALBERNAZ, C. A. V. Método Simplificado de Retroanálise de Módulos de

Resiliência de Pavimentos Flexíveis a partir da Bacia de Deflexão. Rio de

Janeiro,1997.

BERNUCCI, L.B.; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J.A. P.; SOARES, J. B.

Pavimentação Asfáltica: formação básica para engenheiros. Petrobras; Associação

Brasileira das Empresas Distribuidora de Asfalto, Rio de Janeiro, 2008.

CAMPOS, O.S; GUIMARÃES, S.R.R; RODRIGUES, R.M. Avaliação Estrutural dos

Pavimentos da Rodovia Governador Carvalho Pinto. In: 29ª Reunião Anual de

Pavimentação, Cuiabá,1995.

CARDOSO, S.H., Faixas de módulos dinâmicos (elásticos) obtidos por retroanálise

durante sete anos. In: 29ª Reunião Anual de Pavimentação, Cuiabá, 1995.

DAROUS, J. Estudo Comparativo entre Sistemas de Cálculo de Tensões e

Deformações Utilizados em Dimensionamentos de Pavimentos Asfálticos Novos, Rio

de Janeiro, 2003.

DNER-ME 24/94. Determinação das Deflexões pela viga Benkelman. Departamento

Nacional de Estradas de Rodagem, 1994.

DNER-ME 138/94.Misturas Betuminosas – Determinação da resistência à tração por

compressão diametral. Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, 1994.

DNER-ME 061/94.Delineamento da Linha de Influência Longitudinal da Bacia de

Deformação por intermédio da viga Benkelman. Departamento Nacional de Estradas

de Rodagem, 1994.

DNER. Manual de Reabilitação de Pavimentos Asfálticos. Departamento Nacional de

Estradas de Rodagem, 1998.

MACÊDO, J.A.G. Interpretação de ensaios deflectométricos para avaliação estrutural

de pavimentos flexíveis. Tese (Doutorado) – Coordenação dos Programas de Pós-

graduação de Engenharia, UFRJ, Rio de Janeiro, 1996.

MARQUES, G. L. O. Utilização do Módulo de Resiliência como Critério de Dosagem

de Mistura Asfáltica; Efeito da Compactação por Impacto e Giratória, Rio de Janeiro,

2004.

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

59

PITTA, D.M.; Balbo, J.T. Estudo de caso de retroanálise de superfícies deformadas

em pavimentos asfálticos da região sul do Brasil. In: 31ª Reunião Anual de

Pavimentação, São Paulo, 1998.

ROCHA FILHO, N.R.; RODRIGUES, R.M. A Avaliação Esrutural dos Pavimentos por

Meio de Levantamentos Deflectométricos. In: 30ª Reunião Anual de Pavimentação,

Salvador, 1996.

TRICHÊS, G.; CARDOSO, A.B. Avaliação da capacidade de aterros e subleito de

rodovias e utilizando o penetrômetro dinâmico de cone e a viga Benkelman. In:

Transporte em transformação. Makron Books, São Paulo, 2001.

VILELLA, A. R. A.; MARCON, A. F. Avaliação estrutural de pavimentos utilizando um

método simplificado de retroanálise. In: 35ª Reunião Anual de Pavimentação,

Florianópolis, 2001.

BARKSDALE, R. D.; ALBA J. ; KHOSLA N. P. K.; KIM R. e RAHMAN M.S.

Laboratory determination of resilient modulus for flexible pavement design. Project

1-28, Final Report, Georgia Tech Project, USA, 1997.

Documents

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE …coral.ufsm.br/engcivil/images/PDF/2_2015/TCC_NATHALIA BECKERT... · ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O MÓDULO DE RESILIÊNCIA OBTIDO EM LABORATÓRIO