Karoline Ribeiro de Oliveira
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE
PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM UM TRECHO: Método empírico do DNIT e o
método da AASHTO.
Palmas – TO
2019
Karoline Ribeiro de Oliveira
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE
PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM UM TRECHO: Método empírico do DNIT e o
método da AASHTO.
Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) II elaborado e
apresentado como requisito parcial para obtenção do
título de bacharel em Engenharia Civil pelo Centro
Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA).
Orientador: Prof. Me. Fernando Moreno Suarte Júnior.
Palmas – TO
2019
Karoline Ribeiro de Oliveira
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE
PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM UM TRECHO: Método empírico do DNIT e o
método da AASHTO.
Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) II elaborado e
apresentado como requisito parcial para obtenção do
título de bacharel em Engenharia Civil pelo Centro
Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA).
Orientador: Prof. Me. Fernando Moreno Suarte Júnior.
Aprovado em: 13 / 11 / 2019.
BANCA EXAMINADORA
Centro Universitário Luterano de Palmas – CEULP
Avaliador 1
Centro Universitário Luterano de Palmas – CEULP
Prof. Me. Edivaldo Alves dos Santos
Avaliador 2
Centro Universitário Luterano de Palmas – CEULP
Palmas – TO
2019
Este trabalho é dedicado a meus pais, Adalberto Oliveira Neto e Cleidiomar Ribeiro
Oliveira, que de maneira sublime, me permitiram traçar os primeiros estágios de aspiração
profissional, da qual desejo exercê-la com total excelência e honra.
AGRADECIMENTO
A Deus por ter me dado saúde e força para superar as dificuldades.
A esta universidade, seu corpo docente, direção e administração que oportunizaram a
janela que hoje vislumbro um horizonte superior, eivado pela acendrada confiança no mérito e
ética aqui presentes.
Ao meu orientador Profº Me.Fernando Moreno Suarte Junior, pelo suporte no pouco
tempo que lhe coube, pelas suas correções e incentivos.
Aos meus pais Cleidiomar Ribeiro Oliveira e Adalberto Oliveira Neto, pelo amor,
incentivo e apoio incondicional.
Aos meus avós, irmãos, primos, tios e amigos que tanto me incentivaram para o fim dessa
jornada.
E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito
obrigada.
RESUMO
OLIVEIRA, Karoline Ribeiro. ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS MÉTODOS DE
DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM UM TRECHO: Método empírico
do DNIT e o método da AASHTO. 2019. 2 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil,
Centro Universitário Luterano de Palmas, Palmas, 2019.
O Brasil como um país rodoviário, necessita muito de suas rodovias, no entanto,
atualmente o país faz uso para dimensionamento de pavimentos de um método desenvolvido em
1966 e atualizado em 1981, pelo Engenheiro Murilo Souza do extinto DNER. Método este que
seu principal fundamento de dimensionamento está no CBR, baseando-se no método empírico.
Desta forma, juntamente à crescente frota do país e com o surgimento de alguns trabalhos de
cunho mecanístico-empírico, este trabalho tem como objetivos, fazer a análise de um pavimento
por meio do Método do DNIT e do uso do da planilha através da ferramenta Excel desenvolvido
por alunos do Instituto de Pós-Graduação IPOG. Da mesma forma, foi utilizado também outra
planilha do Excel, pelo método AASHTO desenvolvida pelo Consultor Internacional de
Infraestrutura de Transporte no Banco Interamericano de Desenvolvimento, Eng. Pablo Del
Aguila, bem como a determinação da espessura da camada de revestimento necessária para
atender as solicitações impostas aos pavimentos por meio dos métodos mecanísticos-empíricos.
Palavras-chave: mecanísticos-empíricos, CBR, DNIT, AASHTO.
ABSTRACT
OLIVEIRA, Karoline Ribeiro. COMPARATIVE ANALYSIS BETWEEN FLEXIBLE FLOOR
DIMENSIONING METHODS IN A TRECH: DNIT's mechanistic-empirical method and the
AASHTO method. 2019.2 F. TCC (Graduation)-Civil Engineering course, University Center
Lutheran de Palmas, Palmas, 2019.
Brazil as a road country, needs a lot of its highways, however, currently the country makes
use for pavement sizing of a method developed in 1966 and updated in 1981, by Engineer Murilo
Souza of the extinct DNER. This method is based on CBR, based on the empirical method. Thus,
together with the growing fleet of the country and the emergence of some mechanistic-empirical
works, this paper aims to analyze a pavement using the DNIT Method and using the spreadsheet
using the Excel tool. developed by students of the IPOG Graduate Institute. Similarly, another
Excel spreadsheet was used, using the AASHTO method developed by the International Transport
Infrastructure Consultant at the Inter-American Development Bank, Eng. Pablo Del Aguila, as
well as the determination of the thickness of the coating layer required to meet the requests.
imposed on pavements by mechanistic-empirical methods.
Keywords: mechanistic-empirical, CBR, DNIT, AASHTO.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Esquema de seção transversal do pavimento;
Figura 2: Tensões impostas ao pavimento e suas camadas
Figura 3: Formato dos eixos predominantes no país;
Figura 4: Ábaco espessura do pavimento dado pelo valor de N e o CBR;
Figura 5: Esquema de proposta de método de dimensionamento;
Figura 6: Metodologia de um procedimento mecanístico;
Figura 7: Características do loop;
Figura 8: Seis loops construídos entre a cidade de Ottwa e Utica - Illinois – USA;
Figura 9: Esquema de camadas AASHTO;
Figura 10: Organograma de dimensionamento de pavimentos flexíveis;
Figura 11: Fluxograma de Atividades;
Figura 12: Trecho BR-153 entre Crixás-TO/Aliança-TO;
Figura 13: Mapa de Situação do Trecho analisado;
Figura 14: Croqui da Situação da Jazida J-01;
Figura 15: Boletim de Sondagens;
Figura 16: Analise Estatística;
Figura 17: Seção Transversal do Pavimento Dimensionado;
Figura 18: Seção Transversal do Pavimento Dimensionado;
Figura 19 – Gráfico Orçamentário Comparativo;
Figura 20 – Comparativos das Espessuras da Camadas;
Figura 21 – Comparativos de Dados para Estrutura de Reforço.
LISTA DE TABELAS E QUADROS
Tabela 1: Cargas Máximas legais permitidas no país;
Tabela 2: Faixas granulométricas materiais granulares;
Tabela 3: Tipo de revestimento em relação aos valores de N e espessuras mínimas;
Tabela 4: Coeficiente de equivalência estrutural DNIT;
Tabela 5: Coeficiente de equivalência estrutural;
Tabela 6: Coeficientes de drenagem;
Tabela 7: Espessuras mínimas (AASHTO);
Tabela 8: Dados do Trecho;
Tabela 9: Valores em (%) para Zr;
Tabela 10: Coeficiente de drenagem (mi);
Quadro 1: Classificação dos veículos;
Quadro 2: - Fator de equivalência de cargas DNER;
Quadro 3: Fator de equivalência de cargas AASTHO;
Quadro 4: Características dos materiais do pavimento;
Quadro 5: Considerações sobre a pista experimental AASHTO
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AASHO: American Association of State Highway Officials
AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials
ANP: Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
ATR: Afundamento na Trilha de Roda BGS: Brita Graduada Simples
CA: Concreto Asfáltico
CAP: Cimento Asfáltico de Petróleo
CBR: California Bearing Ratio (Índice de Suporte Califórnia)
CBUQ: Concreto Betuminoso Usinado a Quente
CNT: Confederação Nacional do Transporte
CONTRAN: Conselho Nacional de Trânsito
CTB: Código de Trânsito Brasileiro
D: Percentual de resistência
Di: Espessura da camada
DN: Dano Crítico
DNER: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT: Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes
E: Módulo de Elasticidade
ECOSUL: Empresa Concessionária de Rodovias do Sul
Ebas: Espessura Base
Erev: Espessura Revestimento
ESRD: Eixo Simples de Rodas Duplas
ESRS: Eixo Simples de Rodas Simples
Esub: Espessura Sub-base
ETD: Eixo Tandem Duplo
ETT: Eixo Tandem Triplo
FR: Fator de Clima
Fd: Fator de distribuição
FEC: Fator de Equivalência de Cargas
Ff: Fator de frota
Fv: Fator de Veículo
kN: Quilonewton
LL: Limite de Liquidez
mi: Coeficiente de drenagem da camada
MR: Módulo de Resiliência
MPa: Megapascal
MS: Macadame Seco
N: Número N de eixos padrões
Na: Número de eixos – padrão que podem provocar deformação
SICRO: Sistema de Custos Rodoviários
SN: Número estrutural tf: Toneladas Força
TS: Tratamento superficial
TSD: Tratamento Superficial Duplo
VDM: Volume Médio Diário
FATEC : Faculdade de Tecnologia de São Paulo
LISTA DE SÍMBOLOS
σ – tensão
Ԑ –deformação
N – número de repetições de carregamento até o começo do trincamento
k – constante em função da rigidez e do teor asfáltico
Np, Ni – número de aplicação de carga de eixo
Ci, Cp – carga de eixo
n – constante em função da rigidez e do teor asfáltico
θ – soma das tenções principais
13
Sumário
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 15
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA........................................................................................................ 16
1.2 OBJETIVOS .................................................................................................................................. 16
1.2.1 Objetivo Geral .................................................................................................................... 16
1.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................ 16
1.3 JUSTIFICATIVA .......................................................................................................................... 17
2 REFERENCIAL TEÓRICO.............................................................................................. 18
2.1 PAVIMENTOS FLEXIVEIS ......................................................................................................... 18
2.2 ESTRUTURAS DO PAVIMENTO ............................................................................................... 18
2.2.1 Subleito .............................................................................................................................. 19
2.2.2 Reforço do Subleito ........................................................................................................... 20
2.2.3 Sub-base ............................................................................................................................. 20
2.2.4 Base .................................................................................................................................... 20
2.2.5 Revestimento Asfáltico ...................................................................................................... 21
2.3 TRÁFEGOS NO PAVIMENTO .................................................................................................... 21
2.3.1 Eixos .................................................................................................................................. 21
2.3.2 Tipos de Veículos .............................................................................................................. 22
2.3.3 Fator de Equivalência de carga .......................................................................................... 24
2.4 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS .......................................................... 26
2.4.1 Método de Dimensionamento do DNIT ............................................................................ 28
2.4.2 Método de Dimensionamento mecanístico-empírico do DNIT ......................................... 32
2.4.3 Método de Dimensionamento da AASHTO ...................................................................... 33
3 METODOLOGIA ............................................................................................................... 40
3.1 PLANEJAMENTO ........................................................................................................................ 40
3.1.1 Estudo Comparativo .......................................................................................................... 41
3.2 LOCAL E PERÍODO DA REALIZAÇÃO DA PESQUISA ......................................................... 41
3.3 MÉTODO DE PESQUISA ADOTADO ........................................................................................ 42
3.4 DESENVOLVIMENTO DO ESTUDO ......................................................................................... 42
3.4.1 Estratégia para o desenvolvimento dos estudos ................................................................. 42
3.4.2 Estratégia de Análise ......................................................................................................... 42
3.4.3 Produto do Trabalho .......................................................................................................... 42
4 RESULTADOS ................................................................................................................... 43
4.1 ESTUDOS PRELIMINARES........................................................................................................ 43
4.1.1 Dados do Trecho ................................................................................................................ 43
4.1.2 Mapa de Situação ............................................................................................................... 43
4.1.3 Dados dos Materiais........................................................................................................... 44
4.1.4 Dados da Jazida Utilizada .................................................................................................. 45
14
4.2 DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO EMPÍRICO ............................................................... 47
4.2.1 Perfil do Dimensionamento ............................................................................................... 47
4.3 DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO AASHTO .................................................................. 47
4.3.1 Perfil do Dimensionamento ............................................................................................... 50
4.4 ESTUDO COMPARATIVO DO TRECHO BR – 153 ENTRE OS MUNICÍPIOS DE ALIANÇA
E CRIXÁS DO TOCANTINS ................................................................................................................... 50
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................ 52
REFERÊNCIAS ......................................................................................................................... 53
APÊNDICES ............................................................................................................................... 55
APÊNDICE A: PLANILHA DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL –
DNIT. ........................................................................................................................................... 56
APÊNDICE B: DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO AASHTO. ............................... 57
APÊNDICE C: ORÇAMENTO PARA O DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO
AASHTO 1993: ........................................................................................................................... 58
APÊNDICE D: PLANILHA ORÇAMENTARIA COMPARATIVA. .................................. 59
ANEXOS ..................................................................................................................................... 60
15
1 INTRODUÇÃO
No Brasil o transporte rodoviário é o mais utilizado, tanto para locomover
produtos, quanto pessoas. No país há 1,7 milhão de km de estradas, o que expande a
utilização desse transporte. Dentre as estradas que o país possui 12,9% são pavimentadas
e 79,5% não são pavimentadas e 7,5% são estradas planejadas. Entre as rodovias 14,8%
são de rodovias estaduais, 78,1% são rodovias municipais e 7% são rodovias federais
(Silva, 2019).
Dentre essas rodovias podem ser descobertas as rodovias simples e as duplicadas.
No país quem coordena o transporte rodoviário é o Departamento Nacional de
Transportes Terrestres (DNIT), que está vinculado ao Ministério dos Transportes.
A malha rodoviária brasileira foi criada para interligar os principais centros
econômicos com os centros de produção e de carga e descarga, como portos, aeroportos
e estações, para completar o destino do produto com o auxílio dos transportes rodoviários,
o que aumentou o número de indústrias do ramo automotivo a se instalarem no Brasil a
partir da década de 1950, como a Mercedes Benz, Volkswagen e a General Motors (GM),
(Silva, 2019).
Muitas das rodovias no Brasil atualmente apresentam más condições e
conservação ruim, acrescendo o custo de manutenção dos veículos e amenizando sua vida
útil.
O Brasil exibe atualmente uma malha rodoviária numa extensão de 1.720.607 km,
onde destes são pavimentados apenas 213.299 km, ou seja, 12,4% do total. Porém, as
rodovias brasileiras foram classificadas segundo o índice de competitividade global do
Fórum Econômico Mundial, onde participaram 144 países e receberam notas entre 1 e 7
onde representam, extremamente subdesenvolvida (entre as piores do mundo) e extensa e
eficiente (entre as melhores do mundo), o Brasil recebeu nota 2,8 e ficou na posição 122º
(CNT, 2014). Já no ano seguinte com a análise de 140 países o Brasil passou para posição
121º com a nota 2,7 (CNT, 2015).
Além das rodovias estarem em condições não muito adequadas, a frota total
brasileira segundo CNT (2015) aumentou em 118%, ou seja, os pavimentos executados
em 2005, com taxas de crescimento baixas, hoje estão com mais do dobro de frota
rodando sobre estes.
Mesmo com o Brasil tendo no seu modo de transporte o predomínio do sistema
rodoviário, o país tem um histórico de carências no que se refere à infraestrutura. Na
década de 50, o governo Kubistchek estimulou a primeira grande expansão da malha
16
viária do Brasil, no entanto, a partir da segunda metade dos anos de 1980, com a crise
econômica e a extinção do Fundo Rodoviário Nacional, o crescimento da malha foi
mínimo. Porém este cenário começou a mudar com as implantações de obras do Programa
de Aceleração do Crescimento (PAC) (MATTOS, 2014).
Como o PAC disponibiliza recursos para recuperação e expansão da malha viária,
o dimensionamento de pavimentos flexíveis voltou a ocupar um espaço de suma
importância para situação de evolução do sistema (MATTOS, 2014). Porém, o
mecanismo oficial de dimensionamento de pavimentos flexíveis adotado no Brasil para
conjuntura de concepção de pavimentos é fundamentado no Índice de Suporte Califórnia
(CBR – California Bearing Ratio), consistindo em um método empírico de
dimensionamento de pavimentos flexíveis desenvolvido em 1966 pelo extinto DNER,
atual DNIT (FRANCO, 2007).
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA
A metodologia brasileira para o dimensionamento do pavimento das rodovias
apresenta uma defasagem média de 40 anos em relação a países como Estados Unidos,
Japão e Portugal. Dito isso, quais são as possíveis causas da degradação precoce do
pavimento rodoviário no Brasil?
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Comparar os métodos de dimensionamento de pavimentos flexíveis, método
empírico do DNIT (1981) e AASHTO (2008) no trecho da BR – 153 entre as cidades de
Crixás do Tocantins e Aliança do Tocantins.
1.2.2 Objetivos Específicos
▪ Analisar as normas pertinentes ao DNIT e AASHTO;
▪ Obter as variáveis utilizadas no dimensionamento;
▪ Estudo de Tráfego;
▪ Comparativo Orçamentário;
▪ Comparar os métodos de dimensionamento da AASHTO e método empírico do
DNIT.
17
1.3 JUSTIFICATIVA
O dimensionamento correto de uma pavimentação é de mera importância para sua
vida útil. O trabalho consiste em analisar diferentes tipos de execução e metodologia
construtiva para asfaltos flexíveis, indicando possíveis causas e falhas, se existentes, no
método construtivo empírico-mecanicista realizado pelo DNIT e tendo como fonte de
pesquisa também, as normas pertinentes a Associação Americana de Rodovias do Estado
e Funcionários de Transporte (AASHTO) dos Estados Unidos.
De modo geral, o projeto de pesquisa busca comparar e apontar os métodos de
execução dos pavimentos flexíveis realizados nas rodovias do Brasil e dos EUA, tendo
em base estudos, teses e artigos feitos por profissionais.
O trabalho também fará um estudo de caso sobre a viabilidade de duplicação de
pista no trecho, onde o mesmo poderá trazer vantagens, como espessuras de camadas
menores, ampliação de capacidade, melhorias físicas e operacionais.
18
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 PAVIMENTOS FLEXIVEIS
De acordo com o Manual de Pavimentação, DNIT (p. 95, 2006) o pavimento
flexível é aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob
o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente
equivalentes entre as camadas. Exemplo típico: pavimento constituído por uma base de
brita (brita graduada, macadame) ou por uma base de solo pedregulhoso, revestida por
uma camada asfáltica.
2.2 ESTRUTURAS DO PAVIMENTO
Segundo definido no Manual de Pavimentação do DNIT (BRASIL, 2006a) a
estrutura do pavimento tem a função de receber os esforços oriundos do tráfego e
transmiti-los para as camadas inferiores de forma aliviada, uma vez que essas são
geralmente menos resistentes. Assim, as cargas são transmitidas de forma
criteriosa a fim de impedir que ocorram no pavimento deformações ou mesmo rupturas
incompatíveis com a utilização da rodovia, induzindo a um comportamento mecânico
inadequado e a uma degradação prematura.
Esquema de seção transversal do pavimento representado pela Figura 01.
Figura 1 – Seção transversal do pavimento
Fonte: adaptado de BERNUCCI et. al., 2010
19
2.2.1 Subleito
Ainda de acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (BRASIL, 2006a) o
subleito é o terreno de fundação em que é apoiado o pavimento. É a camada responsável
por absorver definitivamente os esforços verticais causados pelo tráfego e é constituída
de material natural consolidado e compactado.
É o espaço delimitado superiormente pelo pavimento e deve ser estudado apenas
até a profundidade onde as cargas impostas pelo tráfego são significativas, que deve variar
entre 0,60 e 1,5 metro.
Acima do subleito é encontrada a Regularização, ou seja, uma faixa de
nivelamento do subleito, construída sobre ele com o objetivo de conformá-lo transversal
e longitudinalmente. Não constitui uma camada do pavimento propriamente dito.
Nos casos em que a pavimentação é executada logo após a terraplenagem, a
regularização se resume a corrigir algumas falhas da superfície. Por outro lado, quando a
pavimentação é executada sobre um leito natural antigo (de estrada de terra), essa
superfície se apresentará mais irregular, demandando maiores cuidados. Nesse caso, a
regularização será feita por uma camada com espessura variável de até 20 centímetros.
Essa operação também pode ser chamada de preparo do subleito e deve ter as
características geométricas (inclinação transversal) do pavimento já acabado, podendo ou
não ser necessária.
Figura 2 – Tensões impostas ao pavimento e suas camadas
(fonte: BERNUCCI et. al. , 2010)
20
2.2.2 Reforço do Subleito
Não é sempre necessário, e vai depender do solo do subleito e do esforço solicitado do
pavimento. É uma camada de espessura constante, construída, se necessário, acima da
regularização, com características tecnológicas superiores às da regularização e inferiores às da
camada imediatamente superior, ou seja, a sub-base. Devido ao nome de reforço do subleito, essa
camada é, às vezes, associada à fundação. No entanto, essa associação é meramente formal, pois
o reforço do subleito é parte constituinte especificamente do pavimento e tem funções de
complemento da sub-base que, por sua vez, tem funções de complemento da base.
Assim, o reforço do subleito também resiste e distribui esforços verticais, não tendo as
características de absorver definitivamente esses esforços, o que é característica específica do
subleito (SENÇO, 2007).
2.2.3 Sub-base
É a camada complementar à base, quando, por circunstâncias técnicas e econômicas, não
for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do subleito.
Segundo a regra geral — com exceção dos pavimentos de estrutura invertida - o material
constituinte da sub-base deverá ter características tecnológicas superiores às do material de
reforço; por sua vez, o material da base deverá ser de melhor qualidade que o material da sub-
base (BALBO, 2007).
Segundo a INSTRUÇÃO DE PROJETO, do Departamento de Estradas de Rodagem de
janeiro de 2006:
Os solos, misturas de solos, solos estabilizados quimicamente, materiais pétreos ou
misturas de solos quando empregados na camada de sub-base do pavimento devem apresentar as
seguintes propriedades geotécnicas:
- Capacidade de suporte, ISC, superior ou igual a 30%;
- Expansão máxima de 1%.
2.2.4 Base
É a camada mais importante da estrutura do pavimente, pois fica localizada logo abaixo
do revestimento do pavimento, seja rígido, semirrígido ou flexível, pois será responsável pelo
suporte estrutural do pavimento tendo que dissipar as cargas para as próximas camadas, reduzindo
sua intensidade. Caso a qualidade da base não seja boa será muito provável que aconteça algum
dano a esse pavimento.
É a camada destinada a resistir aos esforços verticais oriundos do tráfego e distribuí-los.
Na verdade, o pavimento pode ser considerado composto de base e revestimento, sendo que a
base poderá ou não ser complementada pela sub-base e pelo reforço do subleito (SENÇO, 2007).
21
Segundo a INTRUÇÃO DE PROJETO, do Departamento de Estradas de Rodagem de
janeiro de 2006, os materiais ou misturas de materiais, quando empregados na camada de base do
pavimento, devem apresentar as seguintes propriedades geotécnicas:
- Capacidade de suporte, ISC, superior ou igual a 80%;
- Expansão máxima de 1%
2.2.5 Revestimento Asfáltico
É a camada que recebe diretamente a ação do tráfego. Tem o objetivo de melhorar
as condições de rolamento quanto ao conforto e à segurança e deve ter capacidade de
resistir aos desgastes, a fim de aumentar a durabilidade do pavimento. Também deve ser,
tanto quanto possível, impermeável. (Manual de Pavimentação do DNIT, p.106, 2006a).
2.3 TRÁFEGOS NO PAVIMENTO
O estudo do tráfego de veículos no pavimento é de grande importância para a
escolha correta e adequada de qual asfalto a se utilizar no dimensionamento de acordo
com Bevenides (2000) e Darous (2003). O pavimento é dimensionado em função do
número equivalente (N) de operações de um eixo tomado como padrão, durante o período
de projeto escolhido.
2.3.1 Eixos
O tráfego é formado por uma diversidade de veículos e cargas, onde estes veículos
são constituídos por diferentes configurações de eixos, com uma significativa diferença
de cargas impostas por estes eixos ao pavimento (BALBO, 2007; MEDINA, 1997).
Tabela 01 – Cargas Máximas legais permitidas no país
Fonte: BALBO, 2007
22
Figura 3 - Formato dos eixos predominantes no país:
Fonte: BALBO, 2007.
2.3.2 Tipos de Veículos
O Manual de Projeto de Interseções, DNIT, 2005, classifica os veículos usuais em
cinco categorias, a serem adotadas em cada caso conforme as características
predominantes do tráfego:
VP - Representa os veículos leves, física e operacionalmente assimiláveis ao
automóvel, incluindo minivans, vans, utilitários, pick-ups e similares.
CO - Representa os veículos comerciais rígidos, não articulados. Abrangem os
caminhões e ônibus convencionais, normalmente de dois eixos e quatro a seis rodas.
O - Representa os veículos comerciais rígidos de maiores dimensões. Entre estes
incluem-se os ônibus urbanos longos, ônibus de longo percurso e de turismo, bem como
caminhões longos, frequentemente com três eixos (trucão), de maiores dimensões que o
veículo CO básico. Seu comprimento aproxima-se do limite máximo legal admissível
para veículos rígidos.
SR - Representa os veículos comerciais articulados, compostos de uma unidade
tratora simples (cavalo mecânico) e um semirreboque. Seu comprimento aproxima-se do
limite máximo legal para veículos dessa categoria.
23
RE - Representa os veículos comerciais com reboque. É composto de uma unidade
tratora simples, um semirreboque e um reboque, frequentemente conhecido como bitrem.
Seu comprimento é o máximo permitido pela legislação.
Medina e Motta (2005) trazem no quadro 1 os veículos rodoviários apresentados segundo
o DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem).
Indicam que esses veículos podem ser classificados conforme listados abaixo:
a) automóveis;
b) ônibus;
c) caminhões leves os quais contém dois eixos simples de rodas simples;
d) caminhões médios que tem o eixo dianteiro simples de rodas simples e o eixo traseiro
simples com rodas duplas;
e) caminhões pesados apresentando dois eixos sendo o traseiro um tandem duplo;
f) reboques;
g) semirreboques.
24
Quadro 01 – Classificação dos veículos
(fonte: MEDINA; MOTTA,2005)
2.3.3 Fator de Equivalência de carga
Segundo Albano (2005), "O tráfego que se desloca sobre o pavimento é o carregamento a
ser considerado nos métodos de dimensionamento sejam eles empíricos ou mecanísticos.", visto
isso, conclui que é de mera importância saber modela-lo, para isso é o encontrado o número de
“N”.
Logo a ASSHTO Road Test definiu um eixo padrão sendo ele composto por um eixo
simples de rodado duplo com carga de 8,2tf e com pressão de inflação dos pneus 80 psi
(ALBANO, 2005). Esse eixo padrão é utilizado como meio de adequar então as cargas, assim
surgiu o Fator de Equivalência de Carga - FEC – que calcula os efeitos nos pavimentos flexíveis
gerados pelo excesso de carga, segundo Albano (1998).
Segundo Núnez (2012), o FEC pode ser representado pela equação 1 onde "[...] Np e Ni são
os números de aplicação das cargas de eixo Cp e Ci correspondentes a um mesmo estado de
degradação.".
25
O fator de veículo, produto do fator de eixo pelo fator de carga, atua na compensação da
grande diversidade de veículos e cargas que transitam pela via, transformando estas cargas e
veículos diversos em uma quantidade de operações do eixo padrão que seja equivalente em
termos de feito destrutivo do pavimento, ou seja, o fator de veículo transforma um veículo
qualquer, com um carregamento qualquer, em uma quantidade de solicitações equivalente do
eixo padrão de 8,2 toneladas que causaria o mesmo efeito destrutivo no pavimento. (Castro,
2014).
Fator de eixo: uma vez que o número de eixos por veículo é bastante variado, utiliza-se o
fator de eixo para determinar o número médio de eixos por veículo que circula em uma
determinada rodovia (Castro, 2014).
Equação 1 (fonte: PEREIRA,1985)
Onde:
NE = número eixos do veículo
%NE = porcentagem de determinado tipo de veículo em relação ao total.
Fator de equivalência carga ou, simplesmente, fator de cargas é um fator que transforma
qualquer magnitude de cargas em um número equivalente de operações de um eixo padrão, em
função do tipo de eixos. Esta conversão é realizada através de relações empíricas já estabelecidas
e que foram transformadas em ábacos, para o caso de eixos simples ou duplos, e em tabelas, para
o caso de eixos triplos (Castro, 2014).
De acordo com Pereira (1985), a USACE não considera nem de forma indireta as espessuras
e características dos materiais que compõem os pavimentos. As equações usadas pelo DNER
em 1981 e 1985 estão no Quadro 2.
Quadro 02 - Fator de equivalência de cargas DNER
(fonte: BALBO,2007)
26
Para a AASHTO (1993) o método de projeto de pavimentos flexíveis deve considerar
algumas premissas fundamentadas nos conceitos de ruptura funcional, relacionado à serventia
do pavimento e na parametrização da estrutura do pavimento considerando o número estrutural
“SN”.
A partir disso a AASHTO (1993) determinou por meio de técnica estatística de regressão,
conforme equação 2 as expressões para obter os valores dos fatores de equivalência de cargas
(Quadro 3).
Equação 2 (fonte: AASHTO,1993)
Onde:
Qj – carga sobre o eixo
Qp – carga sobre eixo padrão (80kn)
ɣ - constante de regressão
Quadro 3 - Fator de equivalência de cargas AASTHO
(fonte: AASHTO, 1993)
2.4 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS
De acordo com Balbo (2007), dimensionar um pavimento sonda da determinação da
espessura das camadas a serem aplicadas e a composição dos materiais que serão aplicados, pois
desta maneira é possível estabelecer uma estrutura que tenha capacidade de tolerar o
carregamento imposto por determinado volume de tráfego em situações climáticas do meio em
que está inserido.
Para Bevenides (2000) e Domingos (2007), a espessura e os materiais que compõem a
estrutura de um pavimento devem aguentar certo número de repetições de cargas durante sua
vida útil.
27
A Vida Útil (VU) é definida pela NBR 15575 (ABNT, 2013) como uma medida temporal
da durabilidade de um edifício ou de suas partes, ou seja, o período de tempo em que estes
elementos se prestam às atividades para as quais foram projetados e construídos, considerando
a devida realização dos serviços de manutenção, conforme especificados no respectivo Manual
de Uso, Operação e Manutenção da edificação.
No Brasil para o o dimensionamento dos pavimentos flexíveis é disseminado o método do
DNER, que emprega como base as curvas de dimensionamento da USACE (Corpo de
Engenheiros Militares dos EUA) e no ensaio de CBR (MEDINA, 1997).
O método de dimensionamento do DNER se encaixa nos métodos empíricos, ou seja,
fundamenta na experiência adquirida e faz algumas correlações entre o desempenho obtido do
pavimento e certas propriedades dos materiais que integram a estrutura deste pavimento
(BEZERRA NETO, 2004).
De acordo com Bezerra Neto (2004) os métodos empíricos são de fácil empregabilidade,
devido aos ensaios serem de grande simplicidade, o que torna desnecessário a utilização de
equipamentos sofisticados.
Devido o pavimento ser uma estrutura complicada e a previsão de seu desempenho ser
realizada com uma gama de simplificações desenvolveram-se alguns métodos de
dimensionamento de pavimentos.
Desta maneira, obteve-se três métodos de dimensionamento de pavimentos: os empíricos,
mecanísticos e teóricos experimentais (BEVENIDES, 2000; SILVA, 2009).
Balbo (2007) aponta que a existência de diferentes formas de dimensionamento se deve ao
fato da utilização de diferentes critérios de ruptura da estrutura. Onde a ruptura se divide em:
Ruptura plástica, onde é evidenciada em situações onde há baixa resistência das camadas
inferiores do pavimento ou quando o fluxo de veículos comerciais é canalizado. A ruptura por
deformação plástica ocorre de forma cumulativa no decorrer da vida de serviço do pavimento e
é decorrente do comportamento elasto-plástico de materiais dos tipos de solos, misturas
estabilizadas granulometricamente, pedras britadas e pedregulhos. A cada aplicação de carga, o
material se deforma. E a ruptura funcional que caracteriza-se quando as condições de rolamento
com conforto, segurança e economia oferecidas aos usuários deixam de ocorrer. Inúmeros fatores
podem contribuir, individualmente ou em conjunto, para a perda de conforto e da suavidade de
rolamento, tais como o surgimento de deformações plásticas em trilhas de roda que geram,
simultaneamente, irregularidades superficiais transversais e longitudinais, ou a situação em que
a superfície do pavimento não fornece, com sua macrotextura, condições adequadas de
rolamento para se garantirem níveis ideais de aderência entre pneu e pavimento, configurando
condição de ruptura por segurança (DER/SP, 2006).
28
Motta (1991) aponta que de forma geral os métodos de dimensionamento de pavimentos
levam uma boa parte do empirismo. No entanto, apontam as técnicas computacionais e as teorias
de múltiplas camadas como um aumento para métodos mais racionais de raízes mecanísticas.
A probabilidade de certa seção do pavimento projetado desempenhar de forma satisfatória
durante o período de projeto as solicitações de tráfego e as condições ambientais pode ser
estabelecida como a confiabilidade de um projeto (AASHTO, 1993).
No dimensionamento de pavimentos pode ser feito uso de sistemas determinísticos ou
probabilísticos. Onde no primeiro sistema, é atribuído ao projeto um fator de segurança, para
prevenir os parâmetros de incertezas. Porém, este tipo de abordagem pode resultar em um
superdimensionamento ou subdimensionamento das estruturas, variando conforme a magnitude
dos fatores ou modelos aplicados (HUANG, 2004).
2.4.1 Método de Dimensionamento do DNIT
O engenheiro Murillo Lopes de Souza foi responsável pelo método de dimensionamento
adotado pelo DNER na década de 60, com base no critério do CBR, o eixo-padrão de 80 kN e
considerando o coeficiente de equivalência estrutural obtido nas pistas da AASHTO (BALBO,
2007; MEDINA, 1997; MOTTA, 1991).
A definição dos materiais deve levar em consideração algumas observações feitas por
Souza (1981), relacionadas a partir do CBR dos materiais a serem utilizados, ou seja, respeitando
os valores mínimos de algumas características. Isto para que não ocorra a ruptura precoce no
pavimento. Estas características dos materiais estão no Quadro 4.
Quadro 4 - Características dos materiais do pavimento
(fonte: SOUZA,1981)
29
Para a determinação do tráfego Souza (1981), propõe o levantamento do número de
veículos, faixas, tipo do veículo (comercial ou passeio) e tipo de eixo. O valor de repetições de
passagem do eixo-padrão de 80 kN é dado por:
𝑁 = 365 × 𝑃 × 𝑉𝑚 × 𝐹𝑉 × 𝐹𝑅
Equação 3 (fonte: SOUZA,1981)
Onde:
N = número de operações do eixo padrão;
P = período de projeto em anos;
Vm = Volume médio diário de tráfego durante a vida de projeto;
FV = Fator de veículo da frota;
FR = Fator climático regional.
Tabela 2 - Faixas granulométricas materiais granulares
(fonte: SOUZA,1981)
Para o dimensionamento do pavimento primeiro se determina a espessura total do
pavimento, posteriormente a determinação (escolha) do tipo de revestimento e por fim a
espessura das demais camadas que compõem o pavimento.
A espessura do pavimento correlacionando os valores de N e CBR são dados pelo ábaco
construído por Souza (1981), Figura 3. No entanto, Balbo (2007) cita a equação 4, como solução
para as retas contidas no ábaco, estas obtidas por regressão linear múltipla.
𝐻𝑒𝑞 = 77,67 × 𝑁0,0482 × 𝐶𝐵𝑅−0,598
Equação 4 (fonte:BALBO,2007)
Onde:
Heq = espessura equivalente em cm;
N = número de repetições de carga;
CBR = valor da camada de suporte.
30
Figura 4 - Ábaco espessura do pavimento dado pelo valor de N e o CBR
(fonte: SOUZA, 1981 apud BEZERRA NETO, 2004.)
A escolha do tipo e espessura do revestimento parte de valores mínimos conforme faixas
de valor de repetições de carga a serem aplicadas no pavimento, conforme Tabela 3.
Tabela 3 - Tipo de revestimento em relação aos valores de N e espessuras mínimas
(fonte: SOUZA, 1981 apud BALBO, 2007)
31
O cálculo das demais camadas do pavimento é obtido por meio da resolução sucessiva
das seguintes equações:
Equação 5 (fonte:BALBO,2007)
Equação 6 (fonte:BALBO,2007)
Equação 7 (fonte:BALBO,2007)
Onde:
Kr, Kb, Ks e Kn = são os coeficientes de equivalência estrutural dos materiais do
pavimento; R, B, h20 e hn = são os valores das espessuras das camadas de revestimento, base,
sub-base e reforço do subleito;
H20, Hn e Hm = são os valores das espessuras das camadas equivalentes, de referência
pedra britada graduada, sobre a sub-base, reforço do subleito e subleito.
Os coeficientes de equivalência estruturais são obtidos por meio da Tabela 6, que
correlaciona o coeficiente com o tipo de material
Tabela 4 - Coeficiente de equivalência estrutural DNIT
(Fonte: SOUZA, 1981 apud BALBO, 2007.)
32
2.4.2 Método de Dimensionamento mecanístico-empírico do DNIT
O dimensionamento das estruturas dos pavimentos deve garantir que o pavimento não
venha sofrer ruptura estrutural dentro de um período determinado de projeto. Pouco se pode
afirmar sobre a condição funcional futura do pavimento após vários ciclos de vida, apesar da
existência de modelos de previsão de irregularidade e de trincamento que vêm sendo
desenvolvidos nos últimos tempos, visto que demandam muitos anos de persistentes
acompanhamentos de trechos de pavimento e respectivos tráfegos.
Métodos analíticos para o dimensionamento de pavimentos asfálticos vêm sendo
desenvolvidos ao longo dos anos e vários autores apresentam diagramas com um procedimento
detalhado e bastante característico para a definição das espessuras das camadas da estrutura. A
Figura 4 e a Figura 5 sintetizam, respectivamente, os fluxogramas descritos por MOTTA (1991)
e HUANG (2003).
Figura 5: Esquema de proposta de método de dimensionamento (MOTTA, 1991).
(Autor: Felipe Cinque)
33
Figura 6: Metodologia de um procedimento mecanístico calibrado para dimensionamento de
pavimentos (HUANG, 2003).
(Autor: Felipe Cinque)
Fundamentalmente, o procedimento para o dimensionamento mecanístico-empírico
consiste em:
a) Reunir os dados referentes aos materiais de pavimentação, ao tráfego e às
condições ambientais;
b) Correlacionar os dados de resistência dos materiais e tráfego em função das
épocas sazonais e o comportamento dos materiais em função do tipo de
carregamento;
c) Escolher as espessuras das camadas e calcular as tensões e deformações
considerando as diversas correlações obtidas;
d) Relacionar os valores críticos de tensões e deformações com os danos que as
repetições das cargas podem causar ao pavimento por meio de modelos de
previsão;
e) Verificar se as espessuras escolhidas satisfazem as condições impostas no
dimensionamento.
2.4.3 Método de Dimensionamento da AASHTO
2.4.3.1 Método AASHTO 1993
O método foi baseado na análise estatística dos resultados que se
alcançaram na pista experimental da AASHTO, localizada em Ottawa nos EUA, que foi
concluída em 1958 e monitorada até 1960. Foram monitorados os efeitos das cargas de tráfego
34
por meio de fatores de equivalência estrutural, estes foram definidos
através da determinação de correlações entre a repetição de cargas de ESRD com
18 libras (80kN), a espessura das camadas e perda de qualidade de trafegabilidade
do pavimento e a variação de serventia. A figura 7 está apresentando as características do loop
normalmente utilizado.
Figura 7 – Características do loop
(fonte: AASHTO ROAD TEST, apud FATEC)
Na figura 8 estão apresentados os seis loops construídos entre a cidade de Ottwa e Utica
no Estado de Illinois – USA. Na figura 7 detalhe de um dos loops.
Figura 8 – Seis loops entre Ottwa e Utica
(fonte: Throwin' Wrenches)
35
O Quadro 5 mostra as informações que
Balbo (2007) alcançou sobre os testes realizados na AASHTO Road Test
Quadro 5 - Considerações sobre a pista experimental AASHTO
Informação Detalhes
Temperaturas e clima
Média no mês de julho: 24,5°C Média no mês de janeiro: -2,8°C Índice pluviométrico anual: 837mm Profundidade média de congelamento do pavimento: 711mm
Pistas Seis circuitos Circuitos 2 e 6 submetidos ao tráfego Circuito 1 apenas para o estudo de efeitos do clima
O que foi medido durante os testes
Irregularidade Serventia Defeitos (visuais) Deflexões Deformações
Tráfego durante os testes
Loop 2 – ESRD (8,9kN) e ETD (26,7kN) Loop 3 – ESRD (53,3kN) e ETD (106,7kN) Loop 4 – ESRD (80kN) e ETD (142,2kN) Loop 5 – ESRD (99,6kN) e ETD (177,8kN) Loop 6 – ESRD (133,3kN) e ETD (213,3kN)
Misturas asfálticas
Revestimento em CBUQ com agregado de calcário, areia silicosa natural e cal como material de enchimento, empregando-se um CAP 80-100. Material dosado pelo ensaio Marshall com 50 golpes por face. O teor de asfalto foi de 5,4%, e os vazios, em torno de 7,7 %. Camadas de ligação em PMQ com agregado de calcário, areia silicosa natural e cal como material de enchimento, empregando-se um CAP 80- 100. Material dosado pelo ensaio Marshall com 50 golpes por face. O teor de asfalto foi de 4,4%, e os vazios, em torno de 7,7 %.
Bases e sub bases
Bases de BGS com CBR de 107% em laboratório, porém entre 52 e 160% em pistas, umidade variando entre 5,6% e 6,1%, massa específica aparente seca máxima entre 22,42kN/m³ e 22,75kN/m³. Sub-bases com misturas de areia natural e pedregulhos naturais com CBR entre 28% e 51%, umidade variando entre 6,1% e 6,8%, e massa específica aparente seca máxima entre 22,27kN/m³ e 22,59kN/m³. Estudos secundários com bases tratadas com asfalto e com cimento e também com pedregulho não britado.
Subleito na área
A CFT foi construída em 1m de espessura cm solo tipo total das pistas A- 6, LL de 31%, IP de 16% e umidade de compactação de 13%, com CBR variando entre 1,9% e 3,5% e grau de compactação de 98%.
(fonte: BALBO,2007)
AASHTO (1993) mensurou a serventia em um valor variando entre 0 e 5, onde a
definição deste índice é dado como sendo as condições de qualidade de um pavimento em
determinado momento, levando em conta o conforto e segurança, sob determinadas condições
do clima.
Com isto a AASHTO equalizou seu método baseando-se na relação serventia-
desempenho. E determinou a equação 8 que leva em consideração tráfego, serventia e a espessura
das camadas para demonstrar o desempenho do pavimento flexível.
36
Para isto, foram realizadas 1.114.000 aplicações de cargas e quando a seção de aplicação
de carga atingia um valor de serventia de 1,5, recebiam um reforço em CBUQ antes dos novos
testes.
Equação 8 (fonte: AASHTO,1993)
Onde:
SN é o número estrutural do pavimento;
p0 é a serventia inicial;
pt é a serventia ao final do projeto;
Mr é o módulo de resiliência;
Zr é o nível de confiança do processo de dimensionamento.
O valor de SN é dado pela equação 9, que expressa à capacidade estrutural do pavimento
para um número de repetições do eixo padrão em uma serventia ao final da vida útil,
considerando as condições climáticas.
Equação 9 (fonte: AASHTO,1993)
Onde:
ai é o coeficiente estrutural da camada;
Di a espessura da camada;
mi o coeficiente de drenagem da camada.
A serventia inicial é o valor que se define pela qualidade da construção do pavimento
logo após a construção.
Pela AASHO foi obtido um valor médio de 4,2. A serventia terminal é o momento em
que a rodovia para de ser trafegável e o valor determinado foi de 1,5.
O coeficiente de equivalência estrutural é a medida de capacidade do material em atuar
dentro do sistema como mecanismo estrutural, dissipando as pressões que o pavimento é
submetido sobre as camadas inferiores.
A AASHTO estabeleceu correlações entre as propriedades mecânicas dos materiais
como CBR e módulo de resiliência para obtenção do coeficiente de equivalência estrutural como
mostra na Tabela 5.
37
Tabela 5 – Coeficiente de equivalência estrutural
(fonte: AASHTO,1993)
Apurados os valores dos números estruturais, calcula-se a espessura para cada camada
do pavimento segundo as equações abaixo:
Espessura do revestimento: (10)
Equação 10 (fonte: AASHTO,1993)
Espessura da base: (11)
Equação 11 (fonte: AASHTO,1993)
Espessura sub-base: (12)
Equação 12 (fonte: AASHTO,1993)
Na Tabela 6, estão os valores de modificação mi para coeficientes estruturais de camadas
granulares de bases e sub-bases.
Tabela 6 – Coeficientes de drenagem
(fonte:BALBO,2007)
38
Figura 9 – Esquema de camadas apontadas por BALBO,2007.
(fonte: BALBO,2007)
Importante: Após obter os valores das equações (10), (11) e (12) devem-se respeitar
as espessuras mínimas da tabela 7.
Tabela 7 - Espessuras mínimas (AASHTO)
(fonte: AASHTO,1993)
Desse modo, é essencial a verificação das espessuras mínimas determinadas pela
AASHTO pós cálculo, para obtenção de valores corretos.
2.4.3.2 Método AASHTO 2008
A começar de 2002, inúmeros estados americanos deram início as atividades de
implementação de um guia de dimensionamento. Abrangendo as atividades, treinamento de
pessoal, coleta de dados de entrada, tráfego e os materiais, obtenção de equipamentos para testes,
bem como a seleção e preparação de seções teste para calibração local (KALOUSH &
RODEZNO, 2011).
O processo inicia-se por uma avaliação das condições locais (clima, tráfego, leito do
pavimento ou condições do pavimento existente no caso de uma reabilitação). Este método
permite uma categorização do conhecimento do projetista relativamente aos parâmetros a
utilizar, hierarquizados e divididos em níveis distintos em função da confiabilidade dos dados
disponíveis.
39
Os resultados do processo de dimensionamento são devolvidos em valores representativos
das tensões instaladas e da regularidade do pavimento (“suavidade”, vulgarmente avaliada pelo
ruído provocado pelo rolamento sobre o mesmo, cientificamente avaliada pelo IRI –
International Roughness Index) e não da espessura das camadas.
Finalizado o pré-dimensionamento, se as tensões instaladas estiverem dentro dos limites
impostos para que o pavimento tenha o tempo de vida útil esperado, então pode-se realizar uma
otimização caso seja possível. No caso das condições não serem verificadas, o processo repete-
se até que tal aconteça.
Abaixo, a figura 10 apresenta as fases de um dimensionamento de pavimento retratado por
um diagrama representativo.
Figura 10 - Organograma
Organograma de dimensionamento de pavimentos flexíveis (AASHTO, 2008)
40
3 METODOLOGIA
3.1 PLANEJAMENTO
O trabalho foi estruturado com base em dois segmentos de análises. Ambas visam realizar
o dimensionamento do trecho situado na BR-153, entre as cidades de Aliança do Tocantins e
Crixás do Tocantins. O primeiro estudo foi realizado a partir método oficial do DNIT por meio
de uma planilha do Excel. O segundo ramo do estudo também visou o dimensionamento através
de uma nova planilha, porém sendo dimensionada a partir do método AASHTO 1993.
O fluxograma demonstra as seguintes questões desenvolvidas e analisadas durante o
trabalho (Figura 11).
Figura 11 – Fluxograma de Atividades
fonte: AUTORA, 2019
41
3.1.1 Estudo Comparativo
Foi realizado o estudo comparativo entre o método de dimensionamento empírico do
DNIT e o método de dimensionamento da AASHTO.
A autora coletou dados referente ao trecho da BR-153 (Crixás-TO/Aliança-TO)
através da superintendência do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes,
localizada na Avenida Teotônio Segurado, Plano Diretor Sul em Palmas – TO.
O estudo foi executado da seguinte forma. Com os dados coletados e analisados, os
mesmos foram lançados na planilha do Excel disponibilizadas por alunos da faculdade IPOG e
pelo Engenheiro Pablo Del Aguila Lima.
3.2 LOCAL E PERÍODO DA REALIZAÇÃO DA PESQUISA
Os estudos comparativos das análises foram feitos no trecho da rodovia Belém-Brasília,
BR-153 localizado entre as cidades de Aliança do Tocantins e Crixás do Tocantins, como mostra
a Figura 12.
Figura 12 – Trecho BR-153 entre Crixás-TO/Aliança-TO
(Fonte: Adaptado GOOGLE MAPS, 2019)
O experimento foi executado entre abril e novembro de 2019, no qual foi realizado
uma análise comparativa entre os métodos do local de estudo.
42
3.3 MÉTODO DE PESQUISA ADOTADO
O presente trabalho tem como objetivo contribuir para a busca da resposta para
o seguinte problema: “Quais são as possíveis causas da degradação precoce do
pavimento rodoviário no Brasil? ” Para tanto, como principal estratégia de pesquisa para
o desenvolvimento do trabalho adotou-se a Revisão Bibliográfica. Propõe-se uma
análise comparativa entre os métodos, com objetivo metodológico explicativo de
natureza quantitativa relacionada com as constatações da pesquisa bibliográfica, a
abordagem é quali-quantitativa.
3.4 DESENVOLVIMENTO DO ESTUDO
Para o desenvolvimento do estudo a autora optou pela realização de coleta de informações
através de observação indireta na análise de bancos de dados.
3.4.1 Estratégia para o desenvolvimento dos estudos
Para o desenvolvimento do estudo foram feitas coletas de informações referentes a obra
rodoviária revitalizada em novembro de 2016 entre as cidades de Crixás – TO e Aliança – TO.
Para a coleta de informações da Revisão Bibliográfica, a autora analisou as espessuras
das camadas do pavimento, assim como a obtenção do número de “N”, CBR, VMD, DMT,
coeficiente de carga.
A obra não será vistoriada pela diretamente pela autora, devido ao curto prazo da tese e
a distância de locomoção até o local. Os dados disponibilizados pelo DNIT serão suficientes para
os fins de cálculos da pesquisa.
3.4.2 Estratégia de Análise
Após a realização da coleta de dados e da observação indireta, foi possível obter uma
análise individual e conjunta do estudo. A autora buscou analisar os dados por meio da extração
de informações que possa compor a planilha.
3.4.3 Produto do Trabalho
Após a realização da coleta e análise dos dados, o resultado obtido foram diretrizes para
a análise comparativa entre os métodos construtivos, obtendo resultados tais como resistência,
durabilidade e qualidade do pavimento e orçamento.
43
4 RESULTADOS
4.1 ESTUDOS PRELIMINARES
4.1.1 Dados do Trecho
Os dados do trecho foram retirados do Relatório de Estudos Preliminares – PROJETO
EXECUTIVO DE ENGENHARIA E EXECUÇÃO DAS OBRAS DE REVITALIZAÇÃO
(RECUPERAÇÃO, RESTAURAÇÃO E MANUTENÇÃO) RODOVIÁRIA - CREMA 2ª
ETAPA. Dados disponibilizados pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
– DNIT – Superintendência regional do Estado do Tocantins.
▪ RODOVIA: BR - 153/TO
▪ TRECHO: Div. PA/TO (São Geraldo Araguaia) - Div. TO/GO
▪ SUBTRECHO: BR – 153 ALIANÇA/TO A CRIXÁS/TO
▪ SEGMENTO: Km 607,6 ao km 620,6
▪ EXTENSÃO: 20 Km
▪ LOTE: Único
▪ CÓDIGO SNV: 153BTO0255 ao 153BTO0560
4.1.2 Mapa de Situação
Figura 13 – Mapa de Situação do Trecho analisado
(Fonte: Adaptado GOOGLE MAPS, 2019)
44
4.1.3 Dados dos Materiais
Tabela 8 – Dados do Trecho
BR Furo km Posicao x y Zona DensMax_g_cm3 W_otm(percnt)
153 258 607,6 LD 727041,598 8770685,88 22L 1,843 10,4
153 259 609,6 LD 726771,266 8768095,91 22L 1,766 13,6
153 260 611,6 LD 726496,126 8765488,457 22L 1,898 10
153 261 613,6 LD 726245,968 8763051,808 22L 2,153 9,6 153 262 615,6 LD 725973,249 8760449,154 22L 1,911 13,4
153 263 617,6 LD 725693,008 8757802,224 22L 1,807 10
153 264 619,6 LD 725410,584 8755069,48 22L 1,856 10,4
153 265 620,6 LD 725128,167 8752377,487 22L 1,854 9,7
Expans_percent Energia_Golpes ISC_percent Dens_Natural
(g_cm) W_Camp_percent Eq_areia NA
0,69
12 19,8 1,976 8,6 20,7 não
encontrado
0,65 12 12,4 1,856 10,1 23,5 não
encontrado
1 12 18,4 1,951 11,7 25,8 não
encontrado
0,71 12 20,9 1,715 8,6 34,8 não
encontrado
0,1 12 14,7 1,864 9,8 21,6 não
encontrado
0,97 12 17,8 1,59 13,6 22,8 não
encontrado
0,75 12 17,1 1,685 12,4 20,7 não
encontrado
0,93 12 15,2 1,735 10,7 21,8 não
encontrado
Profund Class_expedita silte_percent argila_percent Tipo_solo LL LP IP IG
1,1 Cascalho lateritico
vermelho 8,8 12,3 II 43 33 10 0
1,6 Areia argilosa cinza 15,2 13,9 II NL NP 0 0
1,2 Cascalho lateritico
amarelo 16,1 14,4 II 46,8 30 16,8 1
1,1 Cascalho argiloso
amarelo 15,9 17,1 II NL NP 0 0
1,1 Cascalho lateritico
amarelo 9,3 15,5 II 35 22,1 12,9 0
1,3 Cascalho lateritico
amarelo 14,6 13,7 II 47 30,5 16,5 1
1,4 Cascalho lateritico
amarelo 14,1 13,3 II 48,2 28,8 19,4 1
1,1 Cascalho argiloso
amarelado 14,7 15,5 II 46,1 30,2 15,9 1
(Fonte: PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA E EXECUÇÃO DAS OBRAS DE REVITALIZAÇÃO
(RECUPERAÇÃO, RESTAURAÇÃO E MANUTENÇÃO) RODOVIÁRIA - CREMA 2ª ETAPA)
45
4.1.4 Dados da Jazida Utilizada
A jazida utilizada para fins de projeto foi a JAZIDA J-01 por se localizar próxima ao
trecho entre as cidades de Crixás e Aliança.
A distância da Jazida até o eixo é de 0,15Km, do Areal até o eixo são de 32,15Km e da
Pedreira até o eixo é de 21,52Km.
A seguir são exibidos os dados da jazida:
Figura 14 – Croqui de Situação Jazida J-01
(Fonte: DNIT)
Figura 15 – Boletim de Sondagem
(Fonte: DNIT)
46
Figura 16 – Análise Estatística
(Fonte: DNIT)
Analisando todos os dados da jazida, obteve-se um CBR de 94%.
47
4.2 DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO EMPÍRICO
O dimensionamento pelo método empírico foi feito através de uma planilha do Excel,
como ilustra o APÊNDICE A disponibilizada por alunos do instituto de Pós-Graduação e
Graduação do IPOG.
Nesta planilha foi calculada as espessuras das camadas, definidos os tipos de materiais
utilizados para cada camada, assim como seus respectivos coeficientes. Foi detalhado também
volume de materiais por camada (m³), custo de material/camada, valor de DMT e o orçamento
total do dimensionamento.
4.2.1 Perfil do Dimensionamento
Figura 17 – Seção Transversal do Pavimento Dimensionado
Medidas da planta em cm.
(Fonte: AUTORA,2019)
4.3 DIMENSIONAMENTO PELO MÉTODO AASHTO
Em 1993 a AASHTO apresentou o seu método de dimensionamento de pavimentos
flexíveis, como uma atualização ao método anteriormente proposto, e o qual a base do método
também é empírica e resultado da pista experimental da AASHO. Esse método apresenta como
principais parâmetros de análise os seguintes itens:
W18 = N = Número de Solicitações equivalentes ao eixo padrão de 80 kN (8,2 tf)
R = Nível de confiabilidade do projeto
Zr = Desvio padrão normal
S0 = Desvio padrão combinado
Mr = Módulo Resiliente (MPa) das camadas
ΔPSI = Diferença entre índices de serventia
48
O número de repetições do eixo padrão (N) é calculado com base em fatores de
equivalência de carga, os quais por sua vez depende de alguns parâmetros dos veículos como o
tipo de eixo. Além disso, são aplicáveis o número estrutural e o valor de serventia do pavimento.
O fator de confiabilidade (R) é a probabilidade do pavimento dimensionado ter
o comportamento real igual ou superior a aquele previsto para a vida útil adotada, que acaba
culminando no fator Zr. Segundo a AASHO (1993) é recomendado que os valores variem de
99,9 para rodovias que apresentam elevado volume de tráfego à 50 para rodovias de baixo
volume. Ou seja, o valor adotado para a probabilidade é função de uma classificação vias. A
Tabela 9 apresenta os níveis de confiança.
Tabela 9 – Valores em (%) para Zr
Fonte: BALBO (2007)
O desvio padrão combinado (S0) tomado como base nas pistas experimentais da
AASHO varia de 0,35 a 0,5. Sendo que para considerações de tráfego futuro é adotado algo
próximo a 0,49 e quando não é 0,44.
O Módulo de Resiliência, o qual é semelhante ao modulo de elasticidade, pode ser
adotada a correlação de Heukelom e Klomp (1962) para o caso de solos de granulação fina com
CBR menor ou igual a 10%.
A Equação 1 apresenta a correlação.
O mais indicado para definir o Módulo de Resiliência dos materiais é o emprego de ensaios
como, por exemplo, o Triaxial de cargas repetidas.
A variação do PSI, Present Serviceability Index, mede a diferença entre o valor de
serventia no inicio das atividades do pavimento (po) e no final do período (pf). O valor de p0
igual a 5 corresponde a um pavimento perfeito, onde não existem irregularidades. Mas, como
sempre ocorrem imprevistos a AASHTO adota como valor inicial da serventia, utilizado na Pista
Experimental, o valor de 4,2.
49
O valor terminal (pf) varia para diferentes vias, sendo considerado como 2,5 para volumes
elevados de tráfego, e 2 para volume baixo. A Equação 2 apresenta a variação de serventia.
Outro parâmetro intrínseco ao dimensionamento é o Número estrutural do Pavimento
(SN) o qual tem por objetivo indicar a resistência estrutural do pavimento completo ou das suas
camadas. A Equação 3 apresenta a equação geral do número estrutural, o qual depende dos
coeficientes estruturais (ai), espessura de camadas (Di) e coeficientes de drenagem (mi).
Os valores estruturais (ai) adotados na pista experimental da AASHO é de 0,44 para a1,
0,14 para a2 e 0,11 para a3. Já os coeficientes de drenagem, variam com base no tempo em que
a água deixa a estrutura analisada, chamada de qualidade de drenagem. Segundo Balbo (2007) a
qualidade de drenagem pode ser dividia em:
Excelente = Até 2 horas para drenar
Boa = 1 dia para drenar
Regular = 1 semana para drenar
Pobre = 1 mês
Muito pobre = Não é drenada
Dessa forma, com base nas categorias a Tabela 10 apresenta os fatores de drenagem
relacionando qualidade com a porcentagem de tempo que o pavimento está sujeito a condições
de umidade próximas a saturação.
Tabela 10 – Coeficientes de drenagem (mi)
Fonte: BALBO (2007).
Logo, o dimensionamento pelo método AASHTO foi executado através da planilha do
Excel (APÊNDICE B) desenhada pelo Consultor Internacional de Infraestrutura de Transporte
no Banco Interamericano de Desenvolvimento, Eng. Pablo Del Aguila.
50
Em seguida, foi utilizada a mesma planilha orçamentária para fins de cálculos através
do método DNIT, para descobrir o valor total de execução do trecho através do método
AASHTO, como ilustra o APÊNDICE C.
4.3.1 Perfil do Dimensionamento
Figura 18 – Seção Transversal do Pavimento Dimensionado
Medidas da planta em cm.
(Fonte: AUTORA,2019)
4.4 ESTUDO COMPARATIVO DO TRECHO BR – 153 ENTRE OS MUNICÍPIOS DE
ALIANÇA E CRIXÁS DO TOCANTINS
No APÊNDICE D pôde ser analisado o custo unitário de cada item utilizado e o valor total
para a execução do trecho tanto para o dimensionamento empírico (DNIT) quanto o americano
(AASHTO).
Para os dois tipos de dimensionamentos foram utilizados os mesmos materiais para
utilização das camadas, sendo eles: Concreto Asfáltico (K=2); Brita Graduada Simples – BGS
(K=1); Areia Fina (K=0,8) e Argila Vermelha (K=0,7). Sendo assim as formulas para fins de
cálculos orçamentários foram as mesmas.
O método AASHTO não necessitou da camada de reforço do subleito, diferente do
DNIT, que exigiu o reforço. Mesmo não necessitando da camada, o método americano saiu mais
caro, devido suas camadas terem sido mais espessas comparada às camadas do DNIT, resultando
numa quantia de diferença no valor de R$ 2.689.273,74.
51
Figura 19 – Gráfico de Comparativos Orçamentários
(Fonte: AUTORA,2019)
Figura 20 – Comparativos das Espessuras da Camadas
COMPARATIVOS DAS ESPESSURAS DAS CAMADAS
CAMADA MÉTODO DNIT (CM) MÉTODO AASHTO (CM)
REVESTIMENTO 12,5 19,7
BASE 15,0 18,4
SUB-BASE 11,8 35,0
REFORÇO SUBLEITO 10 -
(Fonte: AUTORA,2019)
Figura 21 – Comparativos de Dados para Estrutura de Reforço
COMPARATIVOS DE DADOS PARA ESTRUTURA DE REFORÇO
CAMADA MÉTODO DNIT (K) MÉTODO AASHTO (K)
REVESTIMENTO 2 0,44
BASE 1,0 0,14
SUB-BASE 0,8 0,11
REFORÇO SUBLEITO 0,7 -
(Fonte: AUTORA,2019)
R$
2.7
00
.00
0,0
0
R$7
29.4
14,1
4
R$5
59.5
91,2
1
R$1
30.4
29,4
4
R$4
.119
.400
,91
R$4
.255
.200
,00
R$8
94.7
48,0
2
R$1
.658
.784
,96
R$6
.808
.674
,65
R$-
R$1.000.000,00
R$2.000.000,00
R$3.000.000,00
R$4.000.000,00
R$5.000.000,00
R$6.000.000,00
R$7.000.000,00
R$8.000.000,00
REVESTIMENTOS BASE SUB BASE REFORÇOSUBLEITO
Total
COMPARATIVO ORÇAMENTÁRIO DNIT/AASHTO
DNIT AASHTO
52
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
As maiores espessuras de revestimento obtidas para uma confiabilidade de 50% foram de
15 cm para N de 108 em um subleito de MR de 17,03 MPa pela planilha utilizada pela autora
para dimensionamento DNIT e de 19,7 cm para um volume de tráfego de 2,32x107 com subleito
de MR de 17,03 MPa pelo AASHTO.
O aumento no custo do pavimento em relação ao dimensionamento pelo DNIT sobre o
método da ASSHTO foi de 28,04%. Isso porque o método americano utiliza critérios mais
rigorosos, resultando em camadas mais espessas, a mesma ocasionando valores mais altos que o
método brasileiro.
Porém, vale ressaltar que se o pavimento for dimensionado pelo método do DNIT, de forma
empírica, não terá durabilidade de 10 anos e o custo de manutenção pode ocasionar em valores
mais elevados que a AASHTO. Ou seja, verificar os métodos de dimensionamento, refinar os
projetos pode apresentar, em longo prazo, melhor retorno financeiro.
Num comparativo entre AASHTO e o DNIT, o método americano mostrasse bem mais
criterioso quanto ao desempenho satisfatório de seus pavimentos. Porém, o DNIT pode estar
mais adequado (calibrado) para as condições climáticas do Brasil, bem como as propriedades
dos solos, visto a classificação dos solos ser direcionada a solos do país (MCT). Ou seja, um
ponto de partida para mudanças nos projetos brasileiros.
Fica como sugestão para trabalhos futuros:
▪ Dimensionamento de pavimentos com alterações nas camadas de base e sub-base;
▪ Trabalhar com valores de pesagem dos veículos, para determinação da sobrecarga;
▪ Utilizar o software AASHTOWare,
▪ Utilizar o software SisPavBR;
53
REFERÊNCIAS
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classificação de pavimentação. Rio de Janeiro, 1982.
CONFEDERAÇÃO NACIONAL DE TRANSPORTE. Pesquisa CNT Rodovias
2014. Relatório Gerencial. Disponível em: http://www.cnt.org.br/Paginas/Pesquisas.aspx.
Acessado em: 18/03/2019.
. Pesquisa CNT Rodovias 2015. Relatório Gerencial. Disponível em:
http://pesquisarodovias.cnt.org.br/. Acessado em: 15/03/2019.
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Reabilitação de Pavimentos Asfálticos. Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. Rio de
Janeiro, RJ, 1998.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1984). NBR 6459 - Solo –
determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1984). NBR 6508 - Grãos de solo
que passam na peneira de 4,8mm - determinação da massa específica. Rio de Janeiro.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1984). NBR 7180 - Solo –
determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro.
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Rodoviárias, Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, Ministério dos Transportes.
MEDINA, Jacques de , 1997, Mecânica dos Pavimentos, Rio de Janeiro, Ed. UFRJ. SENÇO,
Wlastermiller de, 1997, Manual de Técnicas de Pavimentaçào – volume I, São Paulo, Ed. Pini.
54
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (1998). Manual de reabilitação de
pavimentos asfálticos. Ministério dos Transportes, Rio de Janeiro, 1998.
MEDINA, J., 1995, Estudo das propriedades elásticas dos solos e do dimensionamento de
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Instituto Estatal de Estradas da Suécia, 1949). Boletim Técnico nº 14, Associação Brasileira
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MEDINA, J., 1997, Mecânica dos Pavimentos. Editora UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
MEDINA, J. e MOTTA, L.M.G., 2005, Mecânica dos Pavimentos. 2ª Edição, Edição dos
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