[1999] Desempenho Dos Pavimentos Flexíveis

7/26/2019 [1999] Desempenho Dos Pavimentos Flexveis

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O Desempenho dos PavimentosFlexveis

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Prof. Fernando Pugliero Gonalves

Novembro de 1999


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ndice

1. INTRODUO.......................................................................................................................................4

2 - EVOLUO DA TECNOLOGIA APLICADA PAVIMENTAO...........................................6

3 - PROJETO DE PAVIMENTOS............................................................................................................8

3.1 - FATORES DE PROJETO ..........................................................................................................................11

3.2 -CONSIDERAES SOBRE O DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS .....................................11

4. PAVIMENTOS FLEXVEIS EM CONCRETO ASFLTICO..... .............. ............. ............ ...........15

4.1 - FATORES QUE INFLUEM NO DESEMPENHO DE PAVIMENTOS FLEXVEIS .................................................16

4.2 - O COMPORTAMENTO DOS PAVIMENTOS FLEXVEIS ..............................................................................17

4.3 - CONSIDERAES SOBRE AS CONDIES CLIMTICAS...........................................................................24

4.3 - ESTUDOS EXPERIMENTAIS ENVOLVENDO ENSAIOS ACELERADOS DE PAVIMENTOS...............................27

4.4 - O DESEMPENHO DE MISTURAS ASFLTICAS MODIFICADAS - ESTUDO DE CASOS ...................................39

4.4.1 - Caso 1 - Estudo do desempenho de misturas porosas................................................................39

4.4.2 - Caso 2 - Estudo experimental de misturas modificadas.............................................................44

5 - MODELOS DE PREVISO DE DESEMPENHO...........................................................................48

5.1 - MODELOS EMPRICOS ..........................................................................................................................49

5.2 - MODELOS MECANSTICO-EMPRICOS....................................................................................................50

5.3 - REVISO BIBLIOGRFICA PARCIAL SOBRE MODELOS DE PREVISO DE DESEMPENHO ...........................54

6 - O TRINCAMENTO DOS PAVIMENTOS ASFLTICOS.............................................................67

6.1 - PRINCIPAIS CAUSAS DO TRINCAMENTO ................................................................................................67

6.2 - PROPAGAO DAS TRINCAS.................................................................................................................68

6.3 - CLASSIFICAO DAS TRINCAS..............................................................................................................70

6.4 - CONSEQNCIAS DESFAVORVEIS DAS TRINCAS .................................................................................72

6.5 - A REFLEXO DE TRINCAS ....................................................................................................................72

6.6 - FADIGA DAS MISTURAS ASFLTICAS ....................................................................................................74

6.6.1 - Fatores que influem na vida de fadiga das misturas asflticas..................................................76

6.7 - PREVISO DA OCORRNCIA DE TRINCAMENTO POR FADIGA ................................................................79

7 - AFUNDAMENTOS EM TRILHA DE RODA................................................................................115

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............ ............ ............... ............. ............. ............ .............. .......148


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1. Introduo

A tarefa de se melhorar o desempenho dos pavimentos uma atividade complexa e seconstitui num desafio constante. Para venc-lo, diversos programas de pesquisas vem

sendo desenvolvidos ao longo do tempo em vrios pases. Dentre estes, atualmente,

destacam-se a pesquisa Long Term Pavement Performance, as pesquisas envolvendo

ensaios acelerados de pavimentos e o estabelecimento de especificaes com base no

desempenho. Esses estudos tm como objetivo comum propiciar aos responsveis pelo

processo de tomada de deciso e, aos tcnicos rodovirios, informaes e ferramentas

capazes de auxili-los nas atividades de projeto e manuteno dos pavimentos, de modo

que estes possam oferecer um bom desempenho ao longo de sua vida de servio (relao

custo-benefcio, conforto ao rolamento e segurana do usurio).

O controle dos mecanismos principais de deteriorarao e o estabelecimento de modelos

de previso de desempenho dos pavimentos so atividades essenciais para a eficcia da

gerncia de uma determinada rede pavimentada. Entende-se por desempenho de um

pavimento o grau com que o mesmo atende as funes que lhe so impostas ao longo de

sua vida de servio. A interpretao do desempenho oferecido por um determinado

pavimento busca, identificar de maneira objetiva a sua condio atual e futura,

possibilitando definir de forma racional as aes que compe um Sistema de Gerncia

de Pavimentos. Nesse sentido, diversos rgos rodovirios tem, ao longo do tempo,

desenvolvido uma grande variedade de modelos de previso de desempenho para

utilizao em suas atividades de gerenciamento dos pavimentos. De acordo com

Rodrigues (1997), a engenharia de pavimentao moderna envolve a concepo, o

projeto, a construo, a manuteno e a avaliao de pavimentos dentro de fatores e

condicionantes tcnicos, econmicos, operacionais e sociais. Sendo, neste contexto maisamplo, fundamental, para uma otimizao de fato, a aplicao de modelos de previso

de desempenho mecanstico-empricos, cuja tecnologia se encontra hoje em condies

operacionais


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O desempenho de um pavimento apresenta diferenas quando analisado em nvel de

rede ou em nvel de projeto. Tambm preciso levar em conta a esfera em que a malha

viria est envolvida, ou seja, municipal, estadual ou federal. Na fase de projeto, o

desempenho definido pelas condies oferecidas pelo pavimento em termos da

presena e da severidade de mecanismos de deteriorao eleitos a priori (ex.:trincamento por fadiga, deformaes plsticas, serventia do pavimento e condies de

atrito). Os modelos de previso de desempenho podem ser de dois tipos: determinsticos

e probabilsticos. Modelos determinsticos prevm um nico nmero para a vida de

servio do pavimento ou para o grau de deteriorao. J os modelos probabilsticos

incluem anlise de distribuio de probabilidade. So utilizados preferencialmente em

nvel de rede, devido s maiores incertezas associadas a esse nvel.

Os modelos estabelecidos a partir de respostas fundamentais fornecidas pelo pavimento

permitem a previso das principais respostas a serem oferecidas pelo pavimento quando

da sua solicitao pelas cargas do trfego e pelas condies climticas, tais como:

deflexes, tenses, deformaes, tenses trmicas, teor de umidade e temperatura. Esses

modelos podem ser do tipo empricos, mecansticos ou mecanstico-emprico (modelos

calibrados com dados observados no campo). Existem modelos que congregam defeitos

de toda espcie que ocorrem nos pavimentos e compe medidas de condies do

pavimento tais como o Pavement Condition Index (PCI). Esses modelos podem serempricos ou mecanstico-empricos. Nenhum modelo inteiramente mecanstico para

quantificao de defeitos foi desenvolvido at o momento, embora no exista nenhuma

razo para que eles no possam ser formulados e desenvolvidos. J os modelos oriundos

da interpretao do desempenho funcional do pavimento prevem, de modo geral, o

Present Serviciability Index(PSI) e o grau de conforto e segurana oferecidos pela via.

Procuram refletir quanto o pavimento atende as necessidades de conforto e segurana do

usurio ao trafegar pela via. Existem, ainda, modelos derivados tanto dos modelos de

desempenho funcionais quanto dos estruturais, acrescendo-se a determinao dos fatoresde equivalncia de cargas (damage models).

A caracterizao dos motivos que fazem com que alguns pavimentos ofeream um

desempenho superior a outros um elemento chave para que se possa construir e manter

de forma eficaz um sistema de rodovias. Em funo disso, em 1987 teve incio a


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pesquisaLong Term Pavement Performance (LTPP), um programa que dever durar 20

anos e tem como propsito principal estudar o desempenho de diferentes tipos de

pavimentos em servio. Envolvendo, para tanto, uma srie de rigorosos testes e

monitoramento de pavimentos asflticos e de concreto cimento nos Estados Unidos e

Canad. Na primeira dcada o programa LTPP estabeleceu uma base de conhecimentocom vistas ao entendimento do desempenho oferecido pelos pavimentos. Atualmente,

entrando na sua segunda dcada, o grande desafio do programa entender e explicar

porque os pavimentos apresentaram tal desempenho. Nesse sentido, os responsveis

pela pesquisa esto promovendo a abertura dos dados coletados durante a primeira

dcada. Tambm, est sendo distribuido a pesquisadores do campo de pavimentao que

tenham interesse em colaborar na interpretao do desempenho oferecido pelas sees

avaliadas, o software DataPaveo qual, possibilita acesso aos dados do LTPP atravs de

um CD-ROM.

2 - Evoluo da tecnologia aplicada pavimentao

A tecnologia envolvida na pavimentao evoluiu, na medida em que aumentava o

volume de trfego e a magnitude das cargas dos veculos, desde os procedimentos

baseados em tentativa de erro, anteriores a 1920, at se efetuar a integrao de todas as

atividades envolvidas em se administrar uma malha viria (planejamento, projeto,construo, manuteno, monitoriamento e pesquisa), dentro do moderno conceito de

Sistema de Gerncia de Pavimentos. Esta evoluo, que acompanhou o aumento da

demanda por pavimentos rodovirios e aeroporturios que oferecessem maior

durabilidade, melhores condies funcionais, em termos de segurana e de conforto ao

usurio, e uma utilizao mais economica e racional dos recursos e materiais

disponveis, est sintetizada na Tabela 1.


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Tabela 1- Evoluo da tecnologia de pavimentos (FONTE:

perodo estado de desenvolvimento

Antes de 1920 Inexistncia de projeto. Construes eram baseadas em tentativa e erro e na experincia local

1920 - 1940 Surgimento da Mecnica dos Solos. Primeiras Classificaes de solos com base em sua adeq

(Hogentogler e Terzaghi). Construes utilizavam sees padro. Primeira pista experimental em

1940 - 1950 WASHO Road Test, que evidenciou a deteriorao acelerada que ocorre durante o degelo da p

espessura do revestimento asfltico no desempenho dos pavimentos flexveis. Surge o sistema d

(Casagrande, 1948)

1950 - 1960 AASHO Road Test. Sintese da experincia californiana (com base no desempenho de rodovias

1960 - 1970 Consolidao da Mecnica dos Pavimentos, como ferramenta bsica para o dimensionament

estudos de laboratrio sobre as propiedades mecnicas (reolgicas, de fadiga e de deformpavimentao

1970 -1993 Modelos de previso de desempenho mecanstico-empricos. Estruturao dos Sistemas de G

trincas em recapeamentos asflticos se torna uma preocupao central na restaurao dos p

automatizados para avaliao estrutural no destrutiva. Pesquisas fundamentais em trechos instr

Heavy Vehicle Simulator (frica do Sul), para ensaios de fadiga acelerados em verdadeira g

cargas dinmicas dos diversos tipos de eixos e suspenses. Pesquisa SHRP.

1993 - Atual Consolidao e implementao dos resultados da pesquisa SHRP. Incio da pesquisa LTPP do F

previso de desempenho, com base no monitoramento de sees de pavimentos em rodovias

executado durante 15 anos


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3 - Projeto de pavimentos

Um pavimento uma estrutura que tem as seguintes funes principais: (1) Propiciar uma

superfcie de rolamento que atenda a requisitos de conforto e segurana para o trfego, nasvelocidades operacionais da via; (2) Manter essas caractersticas acima de limites admissveis

em quaisquer condies climticas.

A partir do incio da dcada de 60 foram estabelecidas curvas para projeto de pavimentos

flexveis. Tompson et al. (1998) apontam que, desde ento, dois critrios principais de falha

vem sendo usados em procedimentos de projeto:

(1) Limitao da deformao vertical de compresso no topo do subleito com vistas a se

reduzir a presena de deformaes permanentes no pavimento;

(2) Limitao da deformao horizontal de trao na face inferior da camada de revestimentos

asfltico para minimizar a ocorrncia de trincamento por fadiga.

Alguns dos mtodos de projeto atualmente em uso como o do Instituto do Asfalto e o da

Shell estabelecem critrios de falha, como por exemplo, pela limitao de ATR a valores

admissveis em torno de 13 mm ou estabelecendo um nmero admissvel de repeties de

carga para se atingir um determinado nvel de deformao de trao definida com base em

ensaios de fadiga realizados em laboratrio e/ou calibrao efetuada a partir de dados de

desempenho obtidos no campo.

As respostas de um pavimento flexvel quando submetido as cargas do trfego (tenses,

deformaes, deslocamentos) so significativamente influenciadas pelo subleito. Uma

porcentagem elevada da deflexo que ocorre na superfcie do pavimento acumulada no

subleito. Se a deflexo na superfcie for um critrio de projeto, a necessidade de umacaracterizao adequada do subleito torna-se bvia. Uma caracterizao adequada do subleito

requer que sejam efetuadas consideraes acerca da variao das propriedades do solo do

subleito ao longo do pavimento (variabilidade longitudinal) e ao longo do tempo (efeito da

sazonalidade e da variao climtica).


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Camadas granulares de base e sub-base so componentes essenciais para o desempenho de

pavimentos flexveis. Sua funo principal a de reduzir as tenses provocadas pelas cargas

repetidas do trfego e transmit-las ao subleito de maneira a minimizar a ocorrncia de ATR.

Alm disso, as camadas granulares tem especial importncia em pavimentos de baixo volume

de trfego onde a espessura do revestimento pequena ou somente tratamento superficial utilizado.

Os mdulos resilientes dos materiais das camadas granulares e do solo de subleito so

parmetros fundamentais para avaliao do comportamento estrutural de pavimentos

flexveis. No entanto, para que se possa caracterizar de maneira adequada esse comportamento

estrutural, especialmente de materiais granulares e do solo de subleito, essencial que se

determine a variao da magnitude dos valores dos mdulos dessas camadas tanto em relao

a profundidade como no sentido longitudinal da via (variabilidade construtiva). Diversos

programas desenvolvidos para a anlise de pavimentos flexveis permitem que se considere a

no linearidade do materiais.

No guia da AASHTO (1986) os valores de mdulo de resilincia so utilizados para

caracterizar solos de subleito e definir coeficientes de equivalncia estrutural para as camadas

granulares de base e sub-base. Tambm, so destacadas as dificuldades encontradas por

diversos rgos rodovirios estaduais americanos em estabelecer mdulos de resilinciaadequados ao processo de inputprescrito pelo mtodo de dimensionamento da AASHTO.

A determinao dos mdulos de resilincia das camadas que compoe uma estrutura de

pavimento pode ser efetuada atravs dos seguintes procedimentos:

Ensaios de mdulo de resilincia realizados em laboratrio;

Retroanlise a partir de levantamentos deflectomtricos efetuados com o FWD;

Estimado a partir de propriedades dos materiais (ex.: granulometria, teor de argila, etc)

Atribudos com base na experincia adquirida na utilizao de solos ou materiais

granulares similares.

De acordo com Rodrigues (1998), um pavimento dificilmente sofre ruptura catastrfica, a

menos que haja erro de projeto geotcnico em casos como os de pavimentos assentes em


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aterros sobre solos moles. A sua degradao se d de forma contnua, ao longo do tempo, por

meio de mecanismos complexos e ainda no inteiramente equacionados, onde gradativamente

vo se acumulando deformaes plsticas e trincas nas camadas, decorrentes de uma

combinao entre a ao das cargas do trfego e os efeitos do intemperismo (variaes de

temperatura e umidade ao longo do tempo). Alm disso, a ruptura de um pavimento , atcerto ponto, indefinida e subjetiva, havendo divergncias entre os tcnicos e administradores

quanto ao melhor momento de se restaurar um pavimento que atingiu um certo nvel de

deteriorao estrutural e/ou funcional. Dois fatos decorrem desses aspectos:

As conseqncias do mau desempenho de um pavimento nem sempre so

imediatamente visveis. Os prejuzos econmicos causados por elevaes nos custos

de manuteno e, mais importante ainda, nos custos operacionais dos veculos, podem

ser, contudo, extremamente elevados. Alm disso, a escassez de recursos para

investimentos em infra-estrutura nos pases em desenvolvimento torna a tecnologia

envolvida na pavimentao um item muito importante para a economia desses pases;

A previso do desempenho futuro de um pavimento ou de medidas de manuteno a

ele aplicadas um problema extremamente complexo. Sua importncia to elevada,

contudo, que as pesquisas na rea do desenvolvimento e calibrao de modelos de

previso do desempenho tm sido intensas em todo o mundo.

As etapas de projeto e manuteno dos pavimentos so influenciadas, de forma predominante,

pelo tipo de revestimento utilizado. Assim, pode-se classificar os pavimentos nos seguintes

tipos fundamentais:

Pavimentos asflticos;

Pavimentos semi-rgidos;

Pavimentos rgidos;

Pavimentos de blocos rgidos.


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3.1 - Fatores de pro jeto

Os seguintes fatores devem ser considerados ao se efetuar o projeto de um pavimento:

Caractersticas e condies do solo de subleito;

Trfego esperado (magnitudes e freqncias das cargas dos veculos ou aeronaves);

Materiais de construo disponveis a distncias de transporte economicamente

viveis;

Prticas construtivas locais e experincia e habilidade das empresas de construo;

Condies climticas (pluviometria e oscilaes trmicas);

Importncia da rodovia ou aeroporto, traduzida por meio de um nvel de confiabilidade

(NC) que o pavimento dever apresentar. Quanto maior for o NC adotado, menoressero os custos de conservao e menos freqentes sero as intervenes requeridas.

importante, para que se obtenha um projeto economicamente eficaz, que se analise o maior

nmero possvel de tipos de estruturas de pavimento que forem aplicveis. Em algumas

situaes, um tipo de estrutura pode ser prefervel em relao aos demais.

3.2 - Consideraes sobre o dimensionamento de pavimentos asflticos

O dimensionamento estrutural de um pavimento flexvel tem sido feito aplicando-se mtodos

de origem emprica, como o Mtodo do DNER (1981) e o Guia da AASHTO (1986), que

definem a espessura total necessria para que as camadas de subleito e de reforo do subleito

sejam adequadamente protegidas contra a gerao excessiva de deformaes plsticas, ao

mesmo tempo que estipulam, com base no trfego de projeto, as espessuras mnimas das

demais camadas, desde que os materiais empregados atendam a determinadas especificaes.

Esses mtodos apresentam as vantagens da simplicidade de aplicao e de refletiremdesempenhos reais observados em pavimentos em servio. Tem sido notrio, contudo, que a

extrapolao desses mtodos para condies fora das que lhes deram origem leva a sub-

dimensionamentos ou super-dimensionamentos. Este fato deu origem a um grande nmero de

pesquisas no sentido de se obter modelos de previso de desempenho de natureza

mecanstico-emprica. Somente atravs de modelos deste tipo se pode efetuar projetos


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considerando o uso de materiais para os quais no se tem experincia de campo suficiente

para a elaborao de um modelo emprico adequado.

No Brasil, a espessura total requerida para um pavimento em concreto asfltico, em termos de

materiais granulares, vem sendo determinada a partir do Mtodo do DNER/1981 paradimensionamento de pavimentos flexveis (o qual tem sua origem no Mtodo CBR do

USACE de 1962). O estabelecimento da espessura total do pavimento pelo Mtodo do DNER

pode ser feita pelos seguintes caminhos:

Atravs do grfico ( Np x CBR)

( )H cm NCBRT P

( ) . . log . .= + +

9 02 0 23 0 05

7011234 3310

1

2

H cm C C NT p( ) log= +1 2 10

onde Np o trfego de projeto, em termos de repeties do eixo padro rodovirio de rodas

duplas e carga de 80 kN, calculado com base nos fatores de equivalncia de cargas do

USACE. Esse mtodo, contudo, pode ser considerado como a favor da segurana, quando se

trata de proteger o subleito contra o acmulo excessivo de deformaes plsticas. A razo

para essa garantia de superdimensionamento est no fato de o mtodo consistir essencialmente

do mtodo CBR original do USACE, publicado no incio da dcada de 60 (j que no se tem

no Brasil o fenmeno do degelo da primavera).

Os coeficientes C1 e C2, definidos em funo do CBR do solo de subleito, esto apresentados

na Tabela 2.


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Tabela 2-Coeficientes C1 e C2

CBR C1 C2 CBR C1 C2

2 16.764 13.282 12 8.664 4.239

3 11.221 10.596 13 8.735 3.989

4 12.599 8.750 14 8.635 3.774

5 10.292 7.932 15 8.707 3.525

6 9.856 6.978 16 9.000 3.314

7 10.385 6.199 17 9.264 3.103

8 8.371 5.971 18 9.564 2.889

9 8.471 5.485 19 9.828 2.678

10 8.585 4.992 20 10.121 2.467

11 8.635 4.617

A espessura mnima do revestimento betuminoso obtida em funo do trfego (Tabela 3) e

as espessuras da base, sub-base e reforo do subleito so determinadas pela resoluo

sucessiva de inequaes do tipo:

h1kR + h2kB=H20

h1kR + h2kB + h3kS =Hn

h1kR + h2kB + h3kS + hnkref=

Hmsendo:

h1 ,h2 ,h3, hn = espessuras das camadas do pavimento

kR ,kB, kS, kref= coeficientes de equivalncia estrutural dos materiais das camadas.

Tabela 3 -Determinao da espessura do revestimento - DNER/1981N espessura mnima do revestimento

N 10 6 Tratamentos superficiais betuminosos106


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a favor da segurana como contra ela, por no levar em conta as deformaes mximas de

trao que so provocadas pelas cargas do trfego nessa camada e que controlam a sua vida de

fadiga.

O mtodo da AASHTO para dimensionamento de pavimentos flexveis baseado nosresultados obtidos na pista experimental da AASHO Road Test. Seu objetivo principal

estabelecer o numero estrutural (SN) adequado para proteo do subleito contra deformaes

plsticas excessivas para um determinado trfego. A determinao do nmero estrutural (guia

da AASHTO, 1986) feita atravs da seguinte expresso:

SN = aD1+ a2D2m2+ a3D3m3

onde:

mi= Coeficiente de drenagem para a camada i;

ai = Coeficiente que usado para converter a espessura da camada i em nmero

estrutural SN;

Di= Espessura da camada iem polegadas

A equao bsica de projeto :

log , log ( ) ,

log, ,

,( )

, log ,,

10 18 10

10

5 19

109 36 1 0 204 2 15

0 401094

1

2 32 8 07W Z S SN

PSI

SN

MrR o= + + +

++

+

onde:

W18= Nmero de repeties de carga do eixo padro de 18000 lb. (80 kN);

ZR = Desvio padro normal para um determinado nvel de confiabilidade;

So= Desvio padro

SN= Nmero estrutural

PSI= pi- p

t

pi= ndice de serventia inicial

pt= ndice de serventia terminal

Mr= Mdulo de resiliencia em lb./ polg.2


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4. Pavimentos Flexveis em Concreto Asflti co

Um pavimento flexvel aquele que tem revestimento asfltico e camada de base granular. A

distribuio das tenses e deformaes, geradas na estrutura pelas cargas de roda do trfego,

se d de modo que as camadas de revestimento e base aliviem as tenses verticais de

compresso no subleito por meio da absoro de tenses cisalhantes. Neste processo,

ocorrem tenses e deformaes de trao na fibra inferior do revestimento asfltico, as quais

provocaro seu trincamento por fadiga com a repetio das cargas do trfego (Figura 1). Ao

mesmo tempo, a repetio das tenses e deformaes verticais de compresso que atuam em

todas as camadas do pavimento levaro formao de afundamentos em trilha de roda,

quando o trfego tender a ser canalizado, e ondulao longitudinal da superfcie, quando a

heterogeneidade do pavimento for significativa.

t

v

Concreto Asfltico

Subleito

Camadas Granulares

Figura 1 - Seo tpica de um pavimento flexvel em concreto asfltico

Quando da construo de um determinado pavimento ou no caso de sua restaurao, a anlise

de estratgias alternativas possveis de serem implementadas, feita com base na aplicao de

modelos de previso de desempenho, permite, atravs da apreciao dos custos envolvidos,

que se adote a soluo que represente o melhor investimento em termos econmicos. Vale

destacar que a eficcia econmica de um investimento em pavimentao envolve aspectos

como:

Os custos de construo, restaurao e conservao dos pavimentos envolvidos;

Os custos associados a interrupes de trfego, decorrentes das obras de conservao e

restaurao, como aqueles que so funo do tempo de viagem, elemento importante

em reas com trfego intenso e economias afluentes;


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Nvel de serventia fornecido pelo pavimento, expresso pela sua irregularidade

longitudinal, que afeta os custos operacionais dos veculos;

A convenincia de se utilizar ou no uma pavimentao por etapas, que permite que

as incertezas quanto ao trfego futuro no levem adoo de um fator de segurana

exagerado.

4.1 - Fatores que influem no desempenho de pavimentos flexveis

Muitos fatores afetam o desempenho a ser oferecido por um determinado pavimento, dentre

estes destacam-se: o nmero e a magnitude das cargas do trfego, as propriedades dos

materiais componentes das camadas e a sua heterogeneidade ao longo da via, a natureza do

solo de subleito, a frequencia e as prticas de manuteno aplicadas ao longo do tempo, ascondies de drenagem e aspectos ambientais. Diversos indicadores podem ser utilizados para

se quantificar o desempenho de um pavimento, variando desde aqueles que caracterizam a sua

condio funcional at aqueles que consistem simplesmente do registro de defeitos de

superfcie ou das deformaes plsticas. O desempenho estrutural pode ser avaliado atravs da

variao do mdulo de elasticidade efetivo de uma ou mais camadas com o trfego

acumulado. Os principais mecanismos de deteriorao dos pavimentos flexveis so:

! Formao e crescimento de trincas nas camadas asflticas do revestimento, decorrentesda fadiga provocada pela repetio das cargas do trfego;

! Gerao de afundamentos em trilha de roda ou de ondulaes na superfcie em

decorrncia do acmulo de deformaes plsticas em todas as camadas, sob a repetio

das cargas do trfego;

! Se a camada de base de drenagem lenta, a formao de trincas no revestimento d

acesso a guas pluviais, que se acumulam no topo da base. Com a passagem de uma

carga de roda, gera-se um excesso de presses neutras na gua retida, levando ao

bombeamento de finos da base para a superfcie (eroso) e a solicitaes dinmicas

elevadas sob a camada de revestimento, acelerando a sua deteriorao. Se a gua

atingir e se acumular no topo do subleito, no sendo este drenante, aumenta a gerao

de deformaes plsticas nessa camada e a sua intruso na base granular;

! Envelhecimento do ligante betuminoso por oxidao, que fragiliza a mistura asfltica e

facilita seu trincamento e o arrancamento de agregados. A velocidade com que a


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oxidao do asfalto se processa depende das condies de temperatura, umidade e

insolao. As oscilaes trmicas, por sua vez, levam formao de trincas

superficiais, cujo potencial de gerao aumentado pela oxidao dos primeiros 25

mm do topo da camada asfltica;

! Desgaste com exposio de agregados e perda da macrotextura da superfcie dopavimento, em decorrncia da abraso provocada pelos veculos, acelerado pelo

intemperismo (oxidao do asfalto), levando queda do coeficiente de atrito. Este

problema especialmente grave nos revestimentos em Tratamento Superficial.

4.2 - O comportamento dos pavimentos flexveis

A passagem de uma carga de roda gera, em um ponto qualquer do pavimento, pulsos detenses e de deformaes, normais e cisalhantes, sendo que os pulsos de tenses e de

deformaes cisalhantes so duplos e com reverso de sentido. Os planos principais sofrem

rotao, coincidindo com os planos horizontal e vertical apenas para os pontos situados no

plano longitudinal da carga de roda e quando o ponto se encontra ao longo da vertical que

passa pelo centro da carga (Figura 2). Em uma estrutura de pavimento, o comportamento

transiente, os solos e os materiais granulares da fundao tm comportamento tenso-

deformao no-linear (que so influenciados por diversas variveis), e os materiais asflticos

tm suas propriedades sensveis velocidade de aplicao das cargas e temperatura.


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Subleito

x

MM

v

v

h

h

Carga de roda

Tenses

x

Horiz

Vertical

Cisalhante

Figura 2 -Efeitos produzidos no pavimento por uma carga de roda em movimento

As propriedades mecnicas do solo de subleito so influenciadas pelo regime de tenses a ele

imposto. Este regime deve ser considerado em duas partes: o estado de tenses resultante das

condies de equilbrio estabelecidas aps a construo, quando as condies de umidade se

estabilizaram, e aquele imposto de forma transiente por uma carga de roda em movimento. A

resposta de um elemento de solo s cargas aplicadas depende de sua histria de tenses

durante a consolidao e do estado atual de tenses efetivas. Como o topo do subleito tende a

se encontrar acima do nvel do lenol fretico, tem-se que, imediatamente acima do lenol,

onde o solo est saturado, a poro presso negativa proporcional altura acima do lenol. Aproporcionalidade termina medida que o solo se torna parcialmente saturado nas alturas

maiores, no que influi o tipo de solo. Para solos finos e lenis pouco profundos, pode-se

admitir saturao completa do subleito, para efeito de projeto. Medidas feitas com

tensimetros na Inglaterra pelo TRL em subleitos de pavimentos rgidos mostraram que a

poro presso em solos argilosos pode se encontrar tanto acima como abaixo da reta


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19

hidrosttica, em pontos situados a mais de 1 m do nvel do lenol fretico. Mostraram tambm

que ocorrem apenas pequenas variaes sazonais, apoiando o conceito de um teor de

equilbrio sob superfcies impermeveis.

Um parmetro bastante til para se prever as tenses e deformaes produzidas no pavimentopelas cargas transientes do trfego o mdulo de resilincia, o qual inclui as parcelas de

deformao elstica e viscoelstica sob pulsos de cargas com durao da ordem de 0,1 s. A

origem deste conceito se deve a Francis Hveem e a pesquisadores da Universidade da

Califrnia durante a dcada de 50, que foram os primeiros a relacionar as propriedades

resilientes dos materiais de fundao dos pavimentos ao trincamento por fadiga dos

revestimentos asflticos. Em um ensaio triaxial de cargas repetidas, o mdulo de resilincia

pode ser calculado por:

MRd

E VE

d

R

=+

=

onde R a deformao resiliente axial. Esta , portanto, a mesma definio do mdulo de

Young, aplicada a solicitaes transientes de curta durao.

A correta caracterizao do solo de subleito quanto ao seu comportamento resiliente,especialmente quanto variao de MR com o estado de tenses, fundamental para

previses confiveis da deflexo do pavimento, na medida em que o subleito tende a ser a

camada de maior contribuio nas deflexes. Para solos finos coesivos (IP > 0), o mdulo de

resilincia varia essencialmente com a tenso desvio, de acordo com o modelo:

M KR dn=

onde n < 0. A pequena influncia exercida pelas tenses confinantes, neste caso, deve-se ao

fato de serem as tenses de suco nos solos parcialmente saturados bem mais elevadas que as

tenses confinantes usuais. Assim, o estado de tenses efetivas do solo varia apenas

ligeiramente quando se varia as tenses confinantes no ensaio. Em um solo saturado este

efeito deixa de existir. Para este caso especfico Brown et al. (1975) verificaram que, para


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20

uma argila siltosa, pde ser definido um modelo nico, independente do volume especfico

inicial, da razo de pr-adensamento e das tenses efetivas iniciais, o qual pode ser expresso

por:

Mq

Rr=

79 3

3

0 861

,.

onde MR dado em MPa, qr a tenso desvio aplicada e 3 a tenso efetiva de

confinamento.

Os modelos utilizados para se calcular as tenses e deformaes induzidas no pavimento pelas

cargas do trfego fazem simplificaes quanto ao comportamento real da estrutura. Em geral,

considera-se um comportamento elstico linear, com extenses para o tratamento de

comportamentos dependentes do tempo (viscoelasticidade) ou do estado de tenses. Algumas

hipteses so comuns a quase todos os modelos at hoje desenvolvidos, alm de sua base na

teoria da elasticidade. Por exemplo, a carga de roda aplicada , em geral, tratada como um

carregamento esttico, deixando-se a considerao dos efeitos dinmicos para serem

embutidos nos mdulos de elasticidade dos materiais das camadas. Este procedimento esttico

equivalente razovel, na medida em que os efeitos inerciais tm pequena influncia, para as

velocidades usuais e para as irregularidades comumente existentes nas vias. A razo disto estna massa elevada do pavimento, cuja freqncia de ressonncia muito diferente das

freqncias associadas s cargas mveis dos veculos ou aeronaves. Outras hiptese comuns,

embora no sejam obrigatrias em anlises pelo mtodo dos elementos finitos, incluem:

Materiais isotrpicos e com propriedades idnticas quanto s deformaes em trao e

em compresso;

Aderncia perfeita entre as camadas;

A carga de roda aplica apenas presses verticais.

As propriedades dos materiais a serem utilizadas deveriam ser determinadas por meio de

ensaios que simulem, o melhor possvel em termos prticos, as condies de solicitao que

ocorrem sob a ao de uma carga de roda em movimento, bem como as condies in situde


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compactao, temperatura e umidade. Dessa forma, o grau de confiana com que se pode

utilizar resultados de ensaios de laboratrio em anlises estruturais depende do quanto os

mtodos de ensaio adotados modelizam aquelas condies.

Para a identificao dos mecanismos de deteriorao que vm controlando o desempenhooferecido por um determinado pavimento necessrio aplicar-se uma srie de modelos de

previso de desempenho s condies oferecidas pelo mesmo, a fim de se comparar suas

previses com o desempenho real observado. Informaes confiveis quanto a idade do

pavimento e ao histrico do trfego atuante so cruciais para que essa comparao tenha

significado. O resultado dessa anlise ser:

1. O esclarecimento do (s) mecanismo (s) de degradao predominante (s);

2. A seleo do (s) modelo (s) de previso de desempenho mais apropriado (s)

realidade da rodovia;

3. A calibrao do (s) modelo (s), para se dimensionar o pavimento restaurado.

Alm disso, preciso efetuar a ponderao relativa dos efeitos das duas fontes de solicitaes

mecnicas:

O clima, na forma de variaes de temperatura e de umidade; O trfego, seja pela degradao estrutural gerada pelas tenses aplicadas pelos

veculos de carga, seja pelo desgaste da superfcie produzido pela passagem de todos

os tipos de veculo.

A estas duas aes externas deve-se opor as condies intrnsecas do pavimento,

especialmente:

As propriedades dos materiais das camadas (natureza, compactao, problemasconstrutivos);

As condies de drenagem, superficial e profunda;

A estrutura do pavimento existente.


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22

No caso de pavimentos flexveis em concreto asfltico, deve-se pesquisar a existncia ou no

de correlaes entre o trincamento de superfcie, expresso pela percentagem de rea trincada,

por exemplo, e um parmetro relacionado ao mecanismo de trincamento por fadiga, como a

deflexo mxima ou a deformao mxima de trao sob o revestimento. A inexistncia de

relaes bem definidas entre parmetros estruturais e parmetros que expressem a degradaodo pavimento revela que a origem dos defeitos observados deve estar no em um processo

normal de deteriorao, que se acumula com a repetio das cargas do trfego, mas em outros

mecanismos como:

1. Envelhecimento natural do revestimento asfltico, onde a oxidao do ligante torna a

mistura gradativamente mais frgil, e propensa a sofrer trincamento apenas em virtude

das tenses geradas pelas oscilaes trmicas;

2. Condies adversas de drenagem sub-superficial ou subterrnea;

3. Deficincias construtivas, como m compactao, segregao, asfalto super-aquecido

na usina ou aplicado abaixo da temperatura adequada.

No caso de pavimentos flexveis em tratamento superficial, uma relao clara entre

trincamento e deflexo revela o mecanismo de trincamento por fadiga, enquanto que uma

correlao entre a severidade do desgaste de superfcie e o volume total dirio de veculos que

compem o trfego revela o mecanismo de desgaste por abraso. A existncia dessascorrelaes permite que se calibre modelos de previso de desempenho. No que diz respeito

aos modos de degradao superficial dos tratamentos superficiais, tm-se dois processos

fundamentais:

1. A desagregao da superfcie, por meio do arrancamento de agregados;

2. A perda da macrotextura, por embutimento dos agregados ou por exsudao, e da

microtextura, devido ao polimento por abraso dos agregados.

A previso da poca de ocorrncia desses fenmenos muito difcil, por dependerem bastante

da especificao dos materiais, da qualidade da construo e dos processos construtivos. Em

algumas regies, por exemplo, o arrancamento de agregados em tratamentos superficiais

muito raro. Esses dois fenmenos tendem a ocorrer, a uma extenso e severidade tais que se

faz necessria a manuteno do pavimento, em mdia entre 6 a 15 anos, para volumes de


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trfego inferiores a 2000 veculos/dia, podendo-se chegar a 6000 veculos/dia se a construo

for excelente.

O arrancamento de agregados ocorre pela ao das rodas em movimento dos veculos, seja por

causarem a fratura da pelcula de ligante ou por perda de aderncia entre o ligante e oagregado. Associada s tenses decorrentes das presses verticais de contato do pneu, tem-se

ainda uma combinao das tenses horizontais na rea de contato do pneu com a suco que

se segue sua passagem, resultando no arrancamento do agregado. Pode-se considerar que a

magnitude da carga de roda no influa de forma significativa no fenmeno, sendo importantes

a presso de contato e as dimenses e demais caractersticas dos pneus. Os dois mecanismos

que podem levar ao arrancamento de agregados podem ser descritos em termos de:

Fratura mecnica da pelcula de ligante;

Perda de aderncia entre o ligante e o agregado, seja em presena de gua (stripping)

ou por agregado contaminado por finos.

O primeiro processo ocorre quando o ligante se torna muito frgil ou quando a pelcula

muito delgada para suportar as tenses aplicadas. Esta fragilizao pode ocorrer por:

Evaporao de leos plastificantes; Superaquecimento durante a construo;

Oxidao trmica a longo prazo.

O processo de oxidao leva mais tempo para endurecer o ligante medida que se tem

pelculas mais espessas, uma vez que aumenta o caminho que o oxignio tem que percorrer

por difuso. Como se trata de um processo termicamente ativado, quanto mais elevadas as

temperaturas, mais rapidamente ocorre a oxidao. A ligao entre o asfalto e o agregado do

tipo molecular. Como os agregados tendem a apresentar cargas superficiais ligeiramente

negativas, eles atraem a gua de preferncia ao betume, que tem carga neutra. importante,

portanto, proteger-se o tratamento superficial das chuvas, at que a ligao se torne plena e

tenha ocorrido um embutimento firme dos agregados. Quanto maior o dimetro dos

agregados, maior ser a espessura da pelcula de ligante, o que leva a maiores vidas de servio

quanto ao arrancamento de agregados.


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4.3 - Consideraes sobre as condies climticas

Diversas investigaes vem sendo realizadas nos ltimos anos com vistas a investigar o

relacionamento existente entre variveis climticas e propriedades estruturais de pavimentos.

Ali et al. (1996) apresentam o seguinte modelo para estabelecimento de um fator de correo

do mdulo da camada asfltica do pavimento obtido por retroanlise de levantamentos

deflectomtricos realizados com o FWD.

( )E e T19 37196 0 03608145 1= . .

sendo:E1= mdulo do concreto asfltico;

T1= temperatura a 25 mm abaixo da superfcie.

O fator de correo definido como:

( )

( )C

E e

ee

T

T= = =

19 37196 0 03608145 21

9 37196 0 03608145

0 0 3608145 0 7 5771na temperatura de referencia (21 C)

E na temperatura medida ( C)

0

10

. .

. .

( . . )

Motta (1991), apresenta correlaes estabelecidas entre as temperaturas do ar e da camada

asfltica para diferentes regies do Brasil. Tais equaes, mostradas nas Tabelas 4, 5 e 6,

foram desenvolvidas com base nos dados derivados da Pesquisa de Avaliao Estrutural de

Pavimentos (PAEP) do IPR/DNER.

Tabela 4 -Estimativa da temperatura do revestimento em pavimentos com tratamento

superficial (0C)


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regio correlao Trev.

mn.

Trev.

mx.

Tarmn. Tarmx. r

sul Trev.= - 0,03 + 1,31 Tar 9 53 7 32 0,89

sudeste Trev.= - 7,40 + 1,55 Tar 20 54 16 36 0,90

nordeste Trev.= - 6,90 + 1,58 Tar 20 54 20 36 0,88

Tabela 5 -Estimativa da temperatura do revestimento em pavimentos com CBUQ - h < 6 cm

(0C) - profundidade entre 3 e 4 cm.


mn.

Trev.

mx.

Tarmn. Tarmx. r

sul Trev.= - 6,51 + 1,61 Tar 14 60 12 37 0,92

sudeste Trev.= - 11,39 + 1,76 Tar 18 58 14 41 0,84


Tabela 6 -Estimativa da temperatura do revestimento em pavimentos com CBUQ - 8 cm h

11,5 cm (0C) - profundidade entre 5 e 7 cm.


mn.

Trev.

mx.

Tarmn. Tarmx. r

sul Trev.= - 1,18 + 1,45 Tar 13 63 8 39 0,87

sudeste Trev.= - 1,32 + 1,26 Tar 15 49 9 38 0,83


Tambm com base nos resultados obtidos na PAEP, Rodrigues (1991) estabeleceu a seguinte

equao para estimativa da temperatura do revestimento:

( )[ ]T X T T T X X ar( ) exp( , , )sup. sup.= + + 1 0 06855 0 002633

sendo:

T(X)= temperatura na profundidade X do revestimento;

Tsup.= temperatura da superfcie do pavimento;

Tar= temperatura do ar prxima ao pavimento.


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Na AASHO Road Test foi estabelecida a seguinte relao entre mdulo de elasticidade da

camada asfltica e temperatura (Ullidtz e Larsen, 1983):

( )E t t C C 1 1015000 7900= log , t > 10 0

Tal relao foi definida com base nas anlises efetuadas a partir de levantamentos

deflectomtricos. Sendo que as deflexes correspondem a uma velocidade de um veculo a 55

km/h. A faixa de variao de temperatura considerada foi de 0 a 40 0C

De acordo com Barker et al. (1977) a temperatura na superfcie da camada asfltica pode ser

estimada a partir da temperatura do ar atravs da seguinte relao:

T Tasf ar . , ,= +1 2 3 2 - temperatura em C0

O Quadro 1, apresentado a seguir, mostra a classificao SHRP para ligantes asflticos. Tal

diviso, considera o efeito da localizao geogrfica do pavimento atravs da variao mdia

da temperatura anual.


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Quadro 1 Classificao SHRP para ligantes asflticos

4.3 - Estudos experimentais envolvendo ensaios acelerados de pavimentos

Um dos maiores esforos empreendidos no sentido de se compreender o desempenho

oferecido por pavimentos em servio foi o estabelecimento da pista experimental daAASHO

(atualmente, American Association of State Highway and Transportation Officials -

AASHTO). Essa pesquisa foi desenvolvida prximo de Ottawa, Illinis, por um perodo de

dois anos (1959/60). Infelizmente, os modelos de desempenho estabelecidos a partir dos

estudos realizados na pista experimental daAASHO(Figura 3) e de outros estudos conduzidos

sob condies similares no so, em geral, diretamente aplicveis a pavimentos em outras

reas. Isto deve-se principalmente s diferenas relativas a fatores, tais como: cargas do

trfego, materiais do pavimento e solos de subleito, qualidade e controle construtivo e

condies climticas do local.


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Figura 3 -Layoutda AASHO Road Test

Aps a concluso da AASHO Road Test, acreditou-se que a qualidade do rolamento expressa

pelo PSI (Present Serviceability Index), seria suficiente como indicador do desempenho do

pavimento. Contudo, as medies objetivas utilizadas para se estimar a qualidade do

rolamento atriburam pouca significncia ocorrncia de trincamento por fadiga e aos

afundamentos em trilha de roda. Concluiu-se que a degradao fsica, que se relaciona

preservao do investimento, no est relacionada de maneira unvoca irregularidade do

pavimento. Embora as trincas, por si mesmas, pouco influam na capacidade do pavimento de

servir ao trfego, elas servem como uma indicao de que algo acerca do projeto do

pavimento est inadequado e que sua ruptura provvel que ocorra em uma poca mais cedo

do que se nenhum trincamento tivesse aparecido. De acordo com Rodrigues (1997), esta a

razo principal pela qual se deveria utilizar em projeto modelos capazes de prever, de forma

explcita, a gerao de trincas de fadiga e de afundamentos em trilha de roda.

A seguinte equao foi estabelecida na pista experimental da AASHO para modelar o

desempenho funcional de pavimentos:


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( )p p p pw

f=

0 0

onde:

p= PSI atual;

p0 = serventia inicial;

pf = PSI terminal;

w= trfego de acumulado;

e = parmetros determinados a partir do desempenho observado.

O modelo apresentado a seguir foi desenvolvido originalmente por Kirk (1973) com base na

AASHO Road Teste adaptado posteriormente por Ullidtz (1983) a partir de dados obtidos com

o FWD em 157 sees de rodovias em servio na Europa, expressa a deteriorao funcional

em funo do trfego acumulado (N) e valor mximo da tenso principal maior (i) na

camada crtica, definida como aquela que leva menor vida de servio para a seo, quando

se aplica o modelo verificando-se os resultados em todas as camadas granulares ou de solos. O

modelo expresso por:

p pN MPa

E MPa

i t

i

i

=

0 91

10

0 12

160

6

3 12

,,

,

onde:

Ei= mdulo de elasticidade da camada i;

pi= ndice de serventia (PSR) inicial;

pt= ndice de serventia (PSR) terminal;

= 1,16 se Ei< 160 MPa e = 1,00 nos demais casos.

Nos ltimos anos, no sentido de avaliar o desempenho de pavimentos em servio, tem sido

feitos diversos estudos envolvendo sees experimentais e a realizao de ensaios acelerados

de pavimentos. Para tanto, foram planejados e desenvolvidos diversos programas de pesquisa

(ex.: Mn/ROAD, Nardo Road Test, Corpo dos Engenheiros do Exercito Americano, Pista

Experimental de Nantes, Virttaa Test Track, Alberta Research Council e Pista Experimental

de Madri) com o propsito de se possibilitar a obteno de parmetros fundamentais, atravs


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dos quais se espera racionalizar as etapas de projeto e avaliao de pavimentos. No que se

refere a instrumentao de sees de pavimentos destaca-se o estudo que est sendo

desenvolvido pelo Departamento de Transportes do Estado de Minnesota (Mn/DOT), Estados

Unidos, que planejou e implementou um programa de pesquisas denominado Mn/ROAD

(Minnesota Road Research Project), o qual, representa sem sombra de dvidas, um grandepasso no campo de experimentos em escala real para ensaios de pavimentos. A

instrumentao inclui a instalao de aproximadamente 3000 sensores, os quais permitem

monitorar a resposta dos pavimentos, tanto em relao s cargas do trfego, como no que se

refere as condies ambientais (temperatura e umidade). Os dados coletados no Mn/ROAD

so usados para avaliar os mtodos de projeto atualmente disponveis, assim como, para

auxiliar no desenvolvimento de novas metodologias para avaliao e projetos de estruturas de

pavimentos. Alm disso, feito um esforo no sentido de desenvolver modelos de previso de

desempenho do tipo mecansticos. Nessa pesquisa so feitas observaes relativas a variao

das respostas, tanto em perodos curtos (ex.: variaes sazonais) como em perodos longos,

dentro do perodo de projeto.

Existem dois tipos de instrumentos instalados no Mn/ROAD, os quais, so classificados como

estticos e dinmicos. Os instrumentos dinmicos (strain gages) so usados para obteno de

respostas da estrutura devido s cargas do trfego e permitem monitorar de forma contnua o

pavimento, enquanto que os estticos, so utilizados para obter informaes ambientais (seteem cada dez instrumentos instalados no Mn/road so strain gages).

Os sensores estticos (ex.: termopares) so lidos em intervalos de 15 min. e possibilitam a

determinao de parmetros como temperatura e teor de umidade da camada. Os sinais

transmitidos pelos sensores so, inicialmente, enviados para um sistema temporrio de

armazenamento, instalado nas proximidades da pista. Em uma segunda etapa, as informaes

so transferidas para um computador central instalado do Mn/DOT.

As medidas de deformao na fibra inferior do revestimento asfltico so realizadas a partir dainstalao de strain gagesespaados transversalmente (intervalos de 300 mm) sob as trilhas

de roda. O intervalo transversal utilizado necessrio para assegurar que as deformaes

sejam capturadas sob o espao efetivamente ocupado pelas cargas de roda.


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Uma vez que as propriedades do concreto asfltico so altamente dependentes da temperatura

(rigidez da camada), as deformaes lidas so corrigidas para uma temperatura padro (25 0

C), com o propsito de assegurar que elas representem efetivamente somente o efeito devido

s cargas do trfego. As leituras de temperatura so realizadas atravs de termo pares (thermo

couples) instalados no interior da camada asfltica. O fator de correo da temperaturautilizado pela equipe do Mn/DOT dado por:

25 3 21

0 000051 0 00047 0 0072 0 305=

+ +i T T T. . . .

sendo:

25 = deformao estimada a 25 0C;

i = deformao medida na temperatura T.

Vale destacar que essa equao foi derivada a partir de medies feitas nas sees-teste do

Mn/ROAD e no necessariamente se aplica a todo tipo de pavimentos asflticos.

Outro programa interessante desenvolvido no campo, foi uma extensiva instrumentao

realizada no campo de testes de Nardo, Nardo, Itlia em 1984. O programa de testes,

inicialmente preocupado com a realizao de medidas de deformao em camadas asflticas,

envolveu o esforo de pesquisadores de 10 pases. Sendo que cada equipe apresentou seus

prprios objetivos e utilizou projetos individuais de instrumentos. Durante a construo da

camada de concreto asfltico, para permitir uma alta sobrevivncia dos sensores, foram

adotados cuidados especiais como utilizao de compactador no vibratrio e baixa

temperatura da mistura asfltica. A taxa de mortalidade ps construo ficou em torno de 13

% (foram instalados 200 sensores). O sucesso variou de equipe para equipe de acordo com a

ateno destinada proteo dos instrumentos. A maioria desses, foram presumidamente

sucumbido pela intruso de agregados. Mesmo com as precaues adotadas foram registradasperdas significativas durante a construo, principalmente com os sensorescuja proteo era

de alumnio. Os testes realizados em Nardo no servem para refletir condies reais de

pavimentos em servio devido, principalmente, s precaues de proteo adotadas durante a

construo (compactao e temperatura da mistura).


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Nesse contexto, tambm merecem destaque as pistas de testes de pavimentos construdas em

Madri na Espanha (Figuras 4 e 5), Nantes na Frana (Figura 7) e em Nevada nos Estados

Unidos (Figura 8), as quais permitem a realizao de ensaios acelerados e controlados em

pavimentos rodovirios construdos em escala real. Os ensaios consistem em se fazer trafegar

veculos sobre os pavimentos de modo a se poder analisar suas respostas ante as cargas e seacompanhar o surgimento e evoluo de defeitos. As instalaes concebidas permitem ensaiar

e comparar distintas estruturas de pavimentos simultaneamente. Seus principais objetivos so

a calibrao de mtodos analticos de dimensionamento, avaliao de pavimentos,

comparao da capacidade de suporte e vidas de servio de diferentes sees estruturais de

pavimentos, comparao de diferentes tipos de revestimentos, medio de tenses e

deformaes em pontos crticos das estruturas, verificaes e calibrao de modelos tericos

de desempenho de pavimentos e estudo de novos materiais para rodovias.

Figura 4 -Pista de testes de pavimentos - Madri

Na Pista de Testes de Madri existem 6 sees de ensaios de 25 m cada, situadas nos trechos

retos. As sees foram construdas com materiais e equipamentos comumente utilizados nas

rodovias espanholas; a simulao do trfego realizada por veculos guiados por uma viga de

concreto. As caractersticas do simulador correspondem as de um caminho com mxima

carga legal.

As respostas do pavimento quando submetido s cargas do trfego e sua evoluo com o

tempo, so medidas por instrumentos instalados no pavimento (Figura 6). O sistema de

aquisio de dados existente est preparado para monitorar at 400 sensores de respostas.


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Figura 5 -Representao esquemtica das sees instrumentadas na pista experimental de

Madri

O centro de controle, completamente automatizado, situa-se na parte interna da pista oval. A

capacidade inicial de aplicao de cargas (um milho ao ano com um nico veculo) deve ser

dobrada com a possibilidade da circulao simultnea de dois veculos. As principais

caractersticas dessa rea de testes so:

Distncia total de ensaio (segmento reto) de 150 m;

Sees de ensaios com largura de 8 m e 2,6 m de profundidade, construdas sobre uma

plataforma de concreto em forma de U;

As sees so cobertas e existe um dispositivo que permite a simulao de chuvas;

Dois veculos simuladores de trfego pesado. Caractersticas: carga por gravidade,

semi-eixo simples, velocidade de 60 km/h, largura de atuao de 1,3 m, carga varivel

entre 5,5 e 7,5 t ( 11-15 t/eixo);

O controle dos veculos realizado atravs de um programa especfico com transmiso

das aes via cabo. Funcionamento totalmente automtico no sendo necessria a

presena contnua de pessoal; Sistema de aquisio de dados totalmente automatizado.


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Figura 6 -Sinal tpico obtido pelos sensores - pista de testes de Madri

Figura 7 -Pista de testes de pavimentos Nantes

Figura 8 -Pista de testes de pavimentos - Nevada

Ainda, com respeito a instrumentao de pavimentos in situ, sem dvida, uma das maiores

contribuies oferecidas foi a concepo, aplicao e interpretao dos resultados obtidos

atravs da utilizao do HVS (Heavy Vehicle Simulator) sul-africano. Trata-se de um veculo

pesado rebocvel tendo uma roda de carga simples ou geminada que se desloca num

comprimento de 8 m e pode distribuir-se transversalmente em 1,5 m. A carga sobre a roda


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pode ir a 100 kN (10 tf) e a velocidade ir at 14 km/h no movimento de vaivm; podem

aplicar-se 1200 repeties por hora. Fazem-se as seguintes medies: deflexes com viga

Benkelman prpria, deformaes permanentes e transientes na superfcie e em profundidade

(por meio de sensores LVDT a vrias profundidades em furo aberto no pavimento) e perfil

superficial transversal em 2 m de largura com um perfilmetro automtico. Tambm se podemedir a suco a vrias profundidades com psicrmetros. Os sensores de deslocamento,

instalados no pavimento antes da atuao do HVS (Figuras 9 e 10), permitem acompanhar a

resposta das vrias camadas do pavimento ao longo de carregamentos sucessivos, de vrias

intensidades e distncias transversais.

A partir dos ensaios acelerados in situ realizados com o HVS foram derivados modelos de

previso de desempenho, como o apresentado a seguir, para a considerao do trincamento

por fadiga da base cimentada em pavimentos semi-rgidos:

N Ff C

SSR

=

10

7 19 18

,

; SSR t

R

=

; RTFR

E=

0

; ( ) ( )

R psiE ksi

TF =+0 139

4 6,

onde:

Nf nmero de repeties de carga para ocorrncia do trincamento por fadiga da base

cimentada;

t deformao de trao atuante sob a base;R deformao de ruptura da mistura cimentada;

RTF resistncia trao na flexo;

FC fator de calibrao (default, FC = 1,0)


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Figura 9 -Heavy Vehicle Simulator - HVS


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Figura 10 - Alguns instrumentos utilizados com oHVS

Metcalf (1996) apresenta um resumo dos principais programas de investigao do

desempenho de pavimentos envolvendo a realizao de ensaios em verdadeira grandeza em

trechos de rodovias, pistas circulares ou pistas retas. A Tabela 7 mostra uma sntese acerca

dos recursos disponibilizados para o desenvolvimento dessas pesquisas.


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Tabela 7 -Informaes acerca de programas estabelecidos para realizao de ensaios acelerados em pavime

denominao pas local ano custo (milhesUS$)

carga de roda (kN) veloc.(km/h)

MnRoad EUA Minneapolis 1993 25 356 - 453,9 56 - 104 Nardo Itlia Brindisi 1979 - - 30

PTI EUA Univ. Pennsylvania 1971 - 71 - 120 36 PWRI Japo Tsukuba 1979 0,5 60 - 160 40

WesTrack EUA Nevada 1995 - 53,4 + 178 + 5 x 89 65 C-TIC Canad Saskatchewan 1978 0,4 40 - 60 18 - 28

CAPTIF N. Zelndia Univ. de Canterbury 1987 0,3 21 - 60 1 - 50 ISETH Suia Zurich 1979 0,75 50 - 80 60

IUT EUA Univ. de Illinois 1963 - 14,53 3 - 15 JHPC Japo Machida 1979 - 0 - 30 10 - 60 LCPC Frana Nantes 1978 5 40 - 140 30 - 100

Road Machine Inglaterra Harmondsworth 1963 - 49 - 67 - RRT Romnia Tech. Univ. Iassy 1982 0,42 45,5 5 - 40 Shell Holanda Amsterdam 1967 - 1 - 20 1 - 20

S-KSD Eslovakia Bratislava 1994 - 83 - 130 10 - 50 UCF EUA Florida 1988 0,25 45,4 - 136,2 24 - 48

UNAM Mxico Ccidade do Mxico 1970 0,48 80 - 100 4 - 40 WSU EUA Washington 1965 - 50,5 - ALF Austrlia Melbourne 1984 1 40 - 80 1 - 20

FHWA-PTF EUA Washington 1986 1,1 40 - 110 20 RIOH-ALF China Beinjing 1990 1 40 - 80 20

PRF-LA EUA Univ. Louisiania 1995 1,8 40 - 80 20 DRTM Dinamarca Tech. Univ. Denmark 1973 0,2 65 (mx.) 25 - 30 EPFL Suia Lausane 1977 - 120 10 HVS fr. do Sul CSIR 1971 - 20 - 100 12

CAL-APT EUA Richmond 1994 1,75 20 - 100 12 LINTRACK Holanda Delft 1991 1 15 - 100 20 Minne-ALF EUA Minneapolis 1990 0,2 110 88

PTF Inglaterra Crowthonne 1984 1,7 100 1 - 20 INDO/PURDUE EUA Indiana 1992 0,14 90,7 8

TxMLS EUA Texas 1995 2,5 22,2 - 111,2 ou 35,6 -191,3 32,2

CEDEX Espanha Madri 1987 2,1 55 - 75 1 - 60 BASt Alemanha Bergisch Gladbach 1963 - 20 - 100 2 p/s MSU EUA Michigan 1990 0,1 45 88 PHRI Japo Yokosuka 1969 - - -


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39

4.4 - O desempenho de misturas asflticas modificadas - estudo de casos

4.4.1 - Caso 1 - Estudo do desempenho de misturas porosas

Nos ltimos anos, o uso de misturas asflticas porosas como revestimento tem

demonstrado enormes vantagens e muitos tcnicos rodovirios, principalmente na

Espanha, esto optando por estas. Pesquisadores da Universidade Politcnica de

Barcelona na Espanha (Prez-Jimnez, 1990) mostram os resultados obtidos em estudos

realizados com o propsito de comparar o desempenho de asfaltos modificados com

polmeros e CAPs comuns. Esses estudos foram realizados no Road Laboratory da

Universidade de Cantabria e no E.S.M. Research Center.

A caracterstica mecnica bsica a ser levada em conta no projeto de misturas asflticas

porosas a resistncia a desintegrao. A observao de sees em servio demonstra

que a perda de agregados e a presena de panelas so freqentes nesse tipo de

pavimento. Essas deficincias provm da perda de coeso da mistura, tornando-a

incapaz de resistir adequadamente ao efeito abrasivo provocado pelas cargas do trfego.

A principal vantagem na utilizao de misturas porosas o fato de permitirem

melhoramentos na circulao do trfego em pocas de chuvas, portanto diretamente

relacionada com a permeabilidade. Quanto maior a permeabilidade, maior a capacidade

de drenagem do pavimento.

O grande problema que as duas principais propriedades esto em oposio (porosidade

e coeso). Um aumento na porosidade sempre representa uma perda de coeso e em

conseqncia menor capacidade de resistir a desintegrao. Em vista disso, difcil

atingir uma soluo satisfatria com o uso de asfaltos e demais materiais convencionais.Sendo, portanto, necessrio encontrar asfaltos especiais que permitam melhorar essas

propriedades ao mesmo tempo ou seja, possibilitando porosidade elevada e coeso

adequada.


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40

O estudo de laboratrio foi centrado na investigao dos efeitos produzidos pela

incorporao de polmeros nas seguintes propriedades da mistura:

Resistncia deformaes plsticas;

Resistncia trao; Resistncia desagregao;

Desgaste;

Foram preparadas duas misturas sendo que em uma dessas o asfalto foi modificado pela

incorporao de polmeros. O asfalto base utilizado foi um 80/100 e o tipo de agente

modificante adotado foi o EVA, cujas caractersticas principais esto apresentadas na

Tabela 8. A mesma Tabela mostra as caracteraticas do asfalto B-60/70 usado. As

diferenas entre os asfaltos so notveis.

Tabela 8 -Caracterizao dos asfaltos estudados

B-60/70 AMP

Penetrao a 25 0C (0.1mm) 65 70

Pto. de amolecimento (0C) 50 68

ndice de penetrao -0.5 1.9

Pto. Fraas (0C) -8 -13

ndice de Plasticidade (0C) 58 81

Dureza (kg.cm) 4 157

Tenacidade (kg.cm) 95 229

O estudo da resistncia deformaes plsticas foi realizado utilizando um simulador

de trfego a uma temperatura de ensaio de 60 0C. Os teores de asfalto adotados

variaram de 4 a 4,5 % para ambas as misturas.

Na Figura 11 podemos ver que a resistncia deformaes plsticas oferecida pela

mistura de AMP bem superior quela proporcionada pela mistura convencional.


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Resistncia `a Deformaes Plsticas

Temperatura dos Ensaios: 60 C

Tempo (minutos)

Deformao(mm)

0

2.2

4

5

6

7

8

9

0 15 30 45 60 75 90 105

Asfalto comum (4,5%)

Asfalto com um (4%)

Asf alto mod ifi cado com pol meros (4,5

Asf alto mod ifi cado com pol mero s (4%)

Figura 11 -Resistncia deformaes plsticas das misturas

O uso de AMPs pode diminuir o efeito de ps-compactao pelas cargas do trfego, o

qual , as vezes, observado nas misturas porosas.

O efeito do tipo de asfalto na resistncia trao das misturas foi estudado atravs da

ruptura de corpos de prova Marshall em compresso diametral. Os ensaios foram

realizados a temperaturas de 5 e 45 0C, e com velocidade de aplicao do carregamentode 50,8 mm/min. Os corpos de prova foram compactados com uma energia de 50 golpes

por face. Os resultados desses ensaios so mostrados na Tabela 9 e Figuras 12 e 13.

Tabela 9- Efeito da temperatura e do teor de asfalto na resistncia trao

resistncia trao (kp/cm2)

teor de asfalto (%) 3,5 4,5 5,5

temperatura oC 5 45 5 45 5 45

AMP 71,5 3,8 72,5 3,5 70,1 3,1

B-60/70 65,4 2,9 69,6 2,9 71,0 2,7


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42

Influncia do Teor de Asfalto na Resistncia Trao

Ensaios Realizados a 45 C

Tor de Asfalto (%)

ResistnciaTrao(kp

/cm2)

3.8

3.5

3.1

2.9 2.9

2.7

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

3.5 4.5 5.5

Asf alto mod ifi cado com pol meros- EV

Asf alto com um - B -60/70

Figura 12 -Influncia do teor de asfalto na resistncia trao

Influncia do Teor de Asfalto na Resistncia Trao

Ensaios Realizados a 5 C

Teor de Asfalto (%)

ResistnciaT

rao(kp/cm2)

71.5

72.5

70.1

65.4

69.6

71

70.1

71.5

72.5

3.5 4.5 5.5

Asf alto mod ifi cado com pol meros - EV

Asf alto com um - B -60/70

Figura 13 -Influncia do teor de asfalto na resistncia trao

Os resultados obtidos mostram um melhor desempenho da mistura com asfalto

modificado com polmeros. A diferena mais significativa nos ensaios realizados a 45

C que a 5 C . Alm disso, os resultados indicam um aumento na resistncia trao,

entre 20 e 30 %, na mistura com asfalto modificado, quando comparado com a mistura

com asfalto comum, no caso dos ensaios a 45 C.


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43

O comportamento das misturas com relao a desagregao , talvez, a propriedade

mais importante a ser considerado nas misturas asflticas porosas e, justamente nela

que o efeito do asfalto modificado com polmeros torna-se mais evidente. A resistncia

a desintegrao das misturas foi verificada em laboratrio atravs do ensaio Cantabro, o

qual consiste da introduo de amostras Marshall em um aparelho Los Angeles (semesferas) para obter sua perda de peso aps 300 revolues do tambor. Este ensaio vem

sendo usado pelas padronizaes espanholas para o estabelecimento de critrios de

projeto para essas misturas. Tais padronizaes, preconizam, de acordo com esse ensaio,

as seguintes especificaes (esses valores se referem a utilizao de corpos de prova

Marshall compactados com 50 golpes por face):

O teor de vazios na mistura deve ser maior que 18% e, preferencialmente, no

inferior a 20 %;

As perdas no ensaio Cantabro no devem ser superior 35% .

Os resultados obtidos mostram claramente as vantagens de se utilizar asfaltos

modificados com polmeros em vez do asfalto tradicional. Para o mesmo teor de asfalto

na mistura e com percentagens similares de teor de vazios, o uso de AMP reduz a perda

entre 15 e 20 pontos, como ser visto na Tabela 10 e Figura 14. Ento, de acordo com os

padres espanhois a no utilizao de asfaltos modificados deveria implicar na rejeioda mistura, exceto quando se utilizar 5,5% de asfalto com consequente reduo dos

vazios na mistura.

Tabela 10 -Resultados obtidos no ensaio cantabro

Tipo de Asfalto B-60/70 Asfalto modificado com

polmeros (EVA)

Teor de asfalto (%) 3,5 4,5 5,5 3,5 4,5 5,5

Teor de vazios (%) 24,1 22,2 20,2 24,1 22,1 19,9

Perda1 46 40 33 30 20 15

perda2 (aps imerso) 86 65 50 52 32 24


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44

Teor de Betume (%)

PerdanoEnsaioCan

tabro(%)

46

40

33

30

20

15

86

65

5052

32

24

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

3.5 4.5 5.5

Asf alto com um

Asf alto pol mero

Asf alto comum - aps imer so

Asf alto pol mero - aps imer s

Figura 14 -Influncia do teor de asfalto na resistncia ao desgaste

4.4.2 - Caso 2 - Estudo experimental de misturas modificadas

Huet et al. (1990) apresentam um estudo cujo propsito principal foi o de avaliar de

maneira comparativa o desempenho oferecido por diferentes composies de misturas

asflticas porosas in situ. Para tanto, foi utilizado o simulador de trfego instalado na

pista circular de testes de pavimentos de Nantes (Figura 15) na Frana.


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45

Seo 01Asfalto Convencional

Seo 02Asfalto Modificado - SBS1

Seo 04Asfalto com Fibras Minerais

Seo 03Asfalto Modificado - SBS2

Figura 15 -Representao esquemtica do experimento realizado na pista de testes de

pavimentos em Nantes

As misturas com asfalto modificado foram projetadas com 4,5 % de SBS, penetrao a

25 C de 130 (0,01mm) e ponto de amolecimento anel e bola superior a 65 0C. As

espessuras dos revestimentos adotadas para as diferentes misturas asflticas estudadas

esto apresentadas na Tabela 11.

Tabela 11 -Espessuras do revestimento das sees-teste

seo-teste espessura do revestimento (cm)

1 4,2

2 3,43 3,8

4 4,2

O experimento com o simulador de trfego foi realizado no perodo entre 17 de agosto e

22 de outubro de 1987, sendo iniciado trs semanas aps a execuo das sees-teste. O


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46

nmero mximo de ciclos de carga aplicado foi de 1100000. Nesse estudo, foi avaliado

o comportamento das misturas com relao a variao no teor de vazios aps a

aplicao de ciclos de cargas especficos. Os valores iniciais e suas mudanas foram

calculados usando medidas de densidade de trs ou quatro corpos de prova. Os

resultados so mostrados na Tabela 12 e na Figura 16.

Tabela 12 -Teor de vazios das misturas asflticas aps N ciclos de carga

N0de Ciclos de Carga S1(%) S2(%) S3(%) S4 (%)

4 000 17,1 21,3 19,4 23,2

24 000 17,3 18,3 18,8 23,2

100 000 16,9 17,5 19,8 23,9

600 000 13,3 18,7 16,8 22,0

1 100 000 12,4 16,7 16,4 23,8

Anlise do Teor de Vazios - CP's Ex trados aps N Ciclos de Carga

Ciclos de Carga

TeordeVaziosnaM

istura(%)

10

12

14

16

18

20

22

24

4000 24000 100000 600000 1100000

As falt o Com um

SBS1

SBS2

Asfalt o co m Fib ras Mi nerai s

Figura 16 -Anlise comparativa do teor de vazios de misturas asflticas aps N ciclos

de repeties de carga com o simulador de trfego na pista de Nantes

Alm da anlise das misturas com relao a variao de vazios, os pesquisadores de

Nantes, nesse estudo, tambm avaliaram o comportamento dos revestimentos no que se

refere a ocorrncia de deformaes plsticas (ATR) e caracterizao das propriedades de


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condutividade hidrulica (porosidade efetiva e permeabilidade horizontal e vertical). Os

resultados oferecidos mostram, tambm nesses aspectos, um melhor desempenho da

seo cujo revestimento foi constitudo por asfalto modificado com fibras minerais.

Ao final do experimento, percebe-se que em asfaltos porosos, o teor de vazios tende,geralmente, a diminuir com o acmulo das cargas do trfego. Exceo foi o desempenho

oferecido pela mistura modificada com fibras minerais, onde o teor de vazios no sofreu

reduo com a aplicao das cargas do trfego. Como conseqncia disso, suas

propriedades de drenagem permaneceram praticamente inalteradas e os afundamentos

plsticos foram mnimos. Enquanto que os outros trs asfaltos (comum, SBS1 e SBS2)

apresentaram redues significativas nos teores de vazios (- 28 % para os asfaltos

comuns, - 21 % e -16 % para o SBS1 e SBS2, respectivamente. Essa queda no teor de

vazios acompanhada pelo aumento na ocorrncia de afundamentos e reduo na

capacidade de drenagem. Nesses dois aspectos as diferenas entre esses trs asfaltos

muito pequena.

De acordo com os responsveis pela pesquisa, o estudo desenvolvido deixa evidente a

superioridade no desempenho oferecido pela mistura asfltica modificada com fibras,

em relao as demais. Vale destacar que o percentual de fibras minerais adicionado a

mistura foi de apenas 1% e que o teor de asfalto e teor de filler foi de 5,6 e 9,5%respectivamente. Enquanto que nas demais misturas esses teores foram de: asfalto

comum: 4,1 e 5,4 %; SBS1: 4,8 e 5,6 % e SBS2: 4,2 e 5,6 %. Portanto, cabem sem

dvida, alguns questionamentos quanto ao fato de se comparar de maneira equitativa o

desempenho apresentado pelas quatro misturas testadas nesse estudo, dentre estes

destacam-se:

! Qual a influncia dos diferentes teores de asfalto e de filler utilizados nas misturas ?

! Qual a influncia das diferentes espessuras de revestimentos ?! Qual a influncia das diferentes composies granulomtricas das misturas ?

Uma alternativa para que se obtenham respostas a essas questes seria, por exemplo,

realizar novos experimentos envolvendo simulaes de trfego in situ, semelhantes,

portanto, nesse aspecto com o realizado na pista circular de Nantes, e levando em conta


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esses parmetros (espessura de revestimento, composio granulomtrica, teor de asfalto

e quantidade de finos nas misturas), aspectos os quais foram negligenciados quando do

planejamentro da pesquisa.

5 - Modelos de Previso de Desempenho

Prever o desempenho futuro de uma seo especfica de pavimento uma tarefa muito

difcil. Muitas variveis influem no comportamento dos pavimentos e muito poucas

delas permanecem constantes durante a vida de servio. As variaes normais

encontradas na construo podem tornar o uso de valores mdios ou de projeto para as

variveis de anlise totalmente inadequado. Alm disso, um tipo de deteriorao pode

depender de outro, como o caso do trincamento e dos afundamentos em trilha de roda.

Ao longo dos anos, com a evoluo da tecnologia aplicada engenharia de pavimentos,

tem se buscado estabelecer modelos de previso de desempenho de maneira que se

possa prever a ocorrncia e a evoluo dos principais mecanismos de deteriorao que

concorrem para a queda da serventia dos pavimentos ao longo do tempo (ex.:

trincamento por fadiga, afundamento em trilha de roda e trincamento trmico).

Modelos de previso de desempenho so funes que relacionam as caractersticas do

pavimento e suas condies atuais (estruturais, funcionais e de degradao superficial)

evoluo com o tempo dos defeitos de superfcie ou do nvel de serventia, sob dadas

condies climticas e de trfego a que o pavimento est submetido. Tais modelos, so

instrumentos tecnolgicos essenciais para a anlise econmica de rodovias.

Infelizmente, os modelos de previso de desempenho obtidos em pistas experimentais

(ex.: AASHO) e em outros estudos desenvolvidos sob condies similares no so, em

geral, diretamente aplicveis a pavimentos em outras reas. Isto deve-se, principalmentes diferenas no espectro de cargas do trfego, materiais do pavimento e solo do

subleito, metodologia e controle da construo, bem como condies climticas

adversas.


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49

Com relao previso dos afundamentos em trilha de roda por meio de modelos

mecanstico-empricos, resultados aceitveis tm sido obtidos em sees de pavimento

do tipofull-depth, ou seja, sees onde todas as camadas acima do solo de subleito so

constitudas por misturas asflticas. A presena de camadas granulares tem levado a

previses sem acurcia adequada, qualquer que seja a formulao do modelomecanstico-emprico utilizado. A explicao mais provvel est no fato de o acmulo

de deformaes plsticas sob cargas repetidas em materiais granulares ser altamente

dependente do estado de tenses efetivas e estas so desconhecidas, na medida em que o

processo de compactao de uma camada granular induz elevadas tenses horizontais

residuais cuja estimativa ainda incerta.

Quanto ao trincamento por fadiga do revestimento asfltico, modelos baseados na

Mecnica da Fratura so os que tm encontrado maior sucesso nas suas previses.

5.1 - Modelos empricos

Resultam da observao do desempenho de rodovias em servio, e so funes de

alguns poucos parmetros ou ndices que procuram caracterizar a estrutura do

pavimento, o trfego e o clima. Uma abordagem puramente emprica para previso do

desempenho de pavimentos baseada em observaes de desempenho sem considerar

(satisfazer), teoricamente, as contribuies dos vrios fatores. Por outro lado, uma

abordagem puramente mecanstica define matematicamente os fatores individuais

especficos concluindo acerca do momento preciso e o modo principal de deteriorao.

Abordagens empricas esto restritas s condies para as quais foram desenvolvidas e

qualquer extrapolao desses limites podem resultar em interpretaes grosseiras.

Modelos analticos e numricos so usualmente confinados a problemas especficos,

como as respostas das cargas ou temperatura, e combinaes desses modelos paraexplicar completamente o comportamento de um pavimento tornam-se impossibilitadas.

Uma forma para resolver essas diferenas a realizao de experimentos em escala real,

onde sees de pavimentos so devidamente instrumentadas com o propsito de se obter

parmetros e respostas em pontos crticos da estrutura. Portanto, a finalidade principal


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50

da instrumentao de sees de pavimentos in situ a de se buscar condies que

possibilitem explicar racionalmente o desempenho dos mesmos.

Embora os modelos empricos sejam de utilizao bem mais simples que os

mecanstico-empricos, estes ltimos tendem a ser mais confiveis, especialmentequando se trata de aplic-los a condies de clima, trfego e materiais de construo

diferentes ou fora das faixas referentes aos trechos experimentais em que foram

calibrados. Alm disso, os modelos empricos nada informam sobre a evoluo dos

defeitos no pavimento ao longo do tempo e, na maioria dos casos, no indicam qual ser

a condio do pavimento ao final do perodo de projeto. Estas deficincias no existem,

de modo geral, nos modelos mecanstico-empricos.

5.2 - Modelos mecanstico-empricos

So constitudos por um modelo terico que procura explicar ou prever a deteriorao

da estrutura sob a repetio das cargas do trfego. Modelo este baseado no

comportamento mecnico dos materiais das camadas e da prpria estrutura sob a ao

das cargas dinmicas dos veculos em movimento, e por Funes de Transferncia, que

calibram o modelo terico de modo a que este reproduza o desempenho real de

pavimentos em servio. A calibrao responsvel por incluir no modelo final fatores

que no puderam ser considerados pelo modelo mecanstico. comum, no entanto, na

grande maioria dos modelos mecanstico-empricos existentes, que a teoria de

degradao adotada seja precria ou muito inconsistente, o que tem levado a

dificuldades na calibrao experimental, quando se obtm fatores de calibrao

exageradamente variados.

Os modelos de previso de desempenho do tipo mecanstico-emprico consistem,

essencialmente da associao de trs componentes fundamentais:

1. Um modelo mecnico para o clculo das respostas da estrutura do pavimento

passagem das cargas do trfego, respostas estas na forma de tenses,

deformaes e deflexes em toda estrutura;


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51

2. Uma teoria que associe as respostas calculadas gerao e progresso de

defeitos, tais como trincas de fadiga nas camadas asflticas e cimentadas e

deformaes plsticas por acmulo de deformaes permanentes em todas as

camadas;

3. Uma calibrao experimental, para incluir os efeitos de fatores que no puderamser tratados de forma adequada ou explcita pelo modelo terico, onde se

incluem principalmente as variveis ambientais (clima, drenagem) e

caractersticas especficas do trfego, especialmente aquelas que afetam as

solicitaes dinmicas efetivamente aplicadas ao pavimento.

A grande maioria dos modelos de previso de desempenho mecanstico-empricos

desenvolvidos at a atualidade requerem, para a caracterizao de cada componente da

estrutura do pavimento, incluindo a sua fundao, de constantes da elasticidade linear,

ou seja, mdulo de elasticidade e coeficiente de Poisson (Finn et al., 1978). Dessa

forma, foram desenvolvidos procedimentos para a caracterizao dos materiais e para a

medida experimental desses parmetros, tendo se consolidado o AASHTO Test Method

T724 para solos e o ASTM Method D3497para concretos asflticos, onde se mede o

mdulo de deformao resiliente a partir da realizao de ensaios triaxiais de

laboratrio. Em reconhecimento de que os materiais de pavimentao no so

necessariamente lineares, estes mtodos incluem a considerao da sensitividade aoestado de tenses dos solos coesivos e no coesivos e a dependncia da temperatura e do

tempo de carregamento do concreto asfltico.

Outra dificuldade para a implementao de modelos mecanstico-empricos a

necessidade de se reproduzir as propriedades dos materiais in situ e a longo prazo. Um

grande cuidado requerido na preparao e no ensaio das amostras e se recomenda o

uso de um nmero suficiente de corpos de prova de modo a se obter a melhor

representao possvel da condio in situdos materiais e ao longo do tempo. Assim, necessrio se estimar as condies iniciais e as variaes anuais esperadas, a fim de se

simular adequadamente as propriedades dos materiais. Estudos de campo acerca de

variaes com o tempo do teor de umidade e da densidade so requeridos para os solos.

Para o concreto asfltico, os efeitos do envelhecimento e do intemperismo nas relaes

mdulo-temperatura e nas propriedades de fadiga deveriam ser investigados.


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52

O guia da AASHTO (1986) descreve os benefcios de se utilizar procedimentos do tipo

mecanstico-emprico para projeto de pavimentos. Dentre estes, destaca-se uma melhor

confiabilidade para o projeto, a partir da possibilidade de se poder prever tipos

especficos de defeitos como trincamento por fadiga ou a presena de afundamentos emtrilha de roda. Discusses considerveis nos comits do TRB tem procurado aumentar a

taxa de aceitao de procedimentos mecansticos.

Corley-Lay, 1997, aponta as seguintes etapas como necessrias para a formulao de

um procedimento mecanstico-emprico de projeto:

1. Determinao da temperatura do concreto asfltico e estabelecimento de um

procedimento para correo da temperatura (mtodo de correo da

temperatura).

2. Estabelecimento da relao existente entre o mdulo de elasticidade do concreto

asfltico com a temperatura do revestimento.

3. Relacionar deformao (de trao) com a espessura e com os mdulos dos

materiais das camadas.

4. Relacionar deformao com o nmero de repeties de carga para ruptura.

5. Uso da lei de Miner para obter o efeito acumulado da deteriorao provocadapelas cargas do trfego ao longo da vida de servio do pavimento.

Em se tratando de pavimentos flexveis em concreto asfltico, sua deteriorao se d de

forma gradual ao longo do tempo devido a dois mecanismos diretamente associados

passagem repetida das cargas do trfego, ou seja:

O trincamento por fadiga das camadas asflticas; e

Os afundamentos em trilha de roda decorrentes do acmulo de deformaesplsticas em todas as camadas da estrutura.

As condies ambientais a

[1999] Desempenho Dos Pavimentos Flexíveis

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