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COMO CONSTRUIR PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DURÁVEIS
COM MENORES CUSTOS DE MANUTENÇÃO
Eng. Paul Lavaud
Diretor de Vendas Internacionais, América Latina e Caribe
1900-1910 Desenvolvimento de Asfalto
Em 1900 Frederick J. Warren solicitou uma
patente para um pavimento “Bitulithic”, uma
mistura do betume e brita (“bitu” de
“bitumén” e “lithic” de “lithos,” da palavra
grega para a rocha). A primeira usina
moderna de asfalto foi construída em 1901
por Warren Brothers em Cambridge, Mass.
Em 1902, a Texas Gulf Refining e a Texas Refining
companies produziram asfalto, como o fez a Sun Oil Co.
na Pensilvania. No ano seguinte, o congresso
estabeleceu um laboratório mecânico e químico para
testes de materiais de caminhos.
Em 1907 foi repavimentada a famosa Av. Pensilvania,
em Washington D.C. com Asfalto refinado de petróleo.
A primeira vez tinha sido em 1876 com asfalto de
Trinidad.
Em 1908 Henry Ford lança o modelo T.
1910 – 1930 Início de Instituições nos EUA • Em 1914 funda-se a American
Association of State Highways
(AASHO).
“ Smooth pavement stay smoother
throught its performance life”.
• Em 1915 funda-se a Bureau of
Public Roads, cujas funções
passam para a FHWA após a sua
inauguração em 1967.
• Em 1925 funda-se o Highway
Research Board (HRB) que
mudou para Transportation
Research Board (TRB) em 1974.
W.N. Carey Jr. And P.E. Irick “
The performance Serviciability
Performance Concept”
HRB Bulletin 250 , 1960
SUPERPAVE 1993
Em 1987 o congresso dos EUA
estabeleceu um programa de pesquisa de
5 aos, chamado Strategic Highway
ResearchProgram (SHRP) a um custo de
US$150 milhões dirigido a melhorar o
rendimento, durabilidade, segurança, e
eficácia do sistema de autopistas da
nação.
• Asfalto
• Rendimento dos Pavimentos.
Encarregou-se do programa Long Term
Pavement Performance Program (LTPP),
que consistia em um estudo de 20 anos
sobre 2000 seções de rodovias em serviço
nos EUA e Canadá para melhorar as
especificações de construção e
manutenção de pavimentos.
• Concreto e estruturas.
• Highway operations.
1930-1950 Equipamentos de Pavimentação • Em 1935 a Barber Green produz sua
primeira vibroacabadora com o conceito
de chapa flutuante. Em 1987 a Astec
adquire a Barber Green.
• Nos anos 50, são colocados controles
eletrônicos nas vibroacabadoras e nos
anos 60 começam a ser usados
controles automáticos nas mesas
compactadoras.
• Nos anos 30 aparece o desenho
Marshall para misturas asfálticas.
• Nos anos 40 desenvolve-se no Bureau
of Public Roads (BPR Integrator) ..
1950-1960 ROADS TESTS
• Em 1956 o presidente Dwight Eisenhower lançou a construção do Sistema de Autopistas Interestaduais . Sua construção levou 35 anos. Em 2006 tinha 75.440 km.
• Em 1955 estabelece-se a National Bituminous Concrete Association que, logo em 1965, se converteria na National Asphalt Pavement Association (NAPA) . Seu objetivo é propiciar a inovação de desenho e construção de pavimentos betuminosos.
• 1952 – 54 WASHO ROAD TEST
• 1955 - 62 AASHO ROAD TEST
Desenho AASHTO
PSR Índice de Serviço
1962 AASHO ROAD TEST
PSR IRI (m/km)
ÍNDICE DE SERVIÇO INICIAL 4,5 0,40
4,2 0,65
ÍNDICE DE SERVIÇO FINAL 2,5 2,68
2,0 3,50
Segundo um estudo realizado por Carey and Irick, em 1960,
praticamente 50% dos motoristas disseram que um PSR de 2,5,
equivalente a um IRI de 2,68 m/km não era aceitável.
-0,26 (IRI)
PSR=5e
Correlação informada em 1992 em Illinois por Al-Omari e Darter
Estabelece-se o conceito de: “SERVICIBILIDADE”
Paul Lavaud Telf. 224 1681
Tráfego ( Eixos equivalentes ou Tempo)
Construção
Inicial
Reabilitação ou
Manutenção
Nível mínimo
aceitável de PSI
Normalmente usado
0,40 m/k
2,00 m/k
3,50 m/k
2,5 2,68 m/k (FHWA Conceito “Aceitável Qualidade de Direção” 1998)
1970-1980 Aparecimento de Fresadoras
• Aparecimento de
Fresadoras
• Crise do Petróleo
• Reciclagem
• Medição de rugosidade
com Perfilógrafo California
Test 526 de 1978
IRI Uso Normalm/km km/hr
16
Erosão da britae depressões profundas
1450
12
Frequentes depressões rasas 1110 E profundas alguns
10 60
8
8.0 80
Frequentes depressões6 menores 6,0
4 Imperfeiçõesda superficie 3,5
4,0 1003,5
2 2.02,5
1,5
0
Aeroportos Novos Antigos Estarads não Pavimentos Estradas nãopavimentadas
Rodovias Pavimentos Pavimentos Pavimentos Danificados Sem mantenção
1982 Conceito IRI
International Roughness Index
Quanto maior o tráfego,
recomenda-se menor IRI
Recomendações do Transportation Research Board (TRB) para a seleção de
valores máximos admissíveis de IRI em função do TPDA.
Especificações AASHTO 1988 Índice de Perfil IRI Ajuste de Preço unitário
1988 Pol./milha mm/km m/km
3 ou menos 47,6 ou menos 1,068 ou menos 105
Entre 3 e 4 Entre 47,4 e 63,5 Entre 1,068 e 1,128 104
Entre 4 e 5 Entre 63,5 e 79,4 Entre 1,128 e 1,188 103
Entre 5 e 6 Entre 79,4 e 95,3 Entre 1,188 e 1,248 102
Entre 6 e 7 Entre 95,3 e 111,5 Entre 1,246 e 1,308 101
Entre 7 e 10 Entre 111,1 e 158,8 Entre 1,308 e 1,489 100
Entre 10 e 11 Entre 158,8 e 174,6 Entre 1,489 e 1,549 98
Entre 11 e 12 Entre 174,6 e 190,5 Entre 1,549 e 1,609 96
Entre 12 e 13 Entre 190,5 e 206,4 Entre 1,609 e 1,669 94
Entre 13 e 14 Entre 206,4 e 222,3 Entre 1,669 e 1,729 92
Entre 14 e 15 Entre 222,3 e 238,1 1,729 e 1,789 90
Mais de 15 Mais de 238,1 Mais de 1,789 É necessário trabalho Corretivo
AASHTO Medição de Índice de Perfil (IP) Teste California 526, 1978
Correlação IRI: 3,78601 * PI 5mm + 887,51 R2 0,77 (NCHRP web document 42 Project 20.51 (Ano 2002)
VEÍCULO DE TRANSFERÊNCIA
DE MATERIAL 1989 (1 u) ATUAL (1200 u)
20 Países
Espanha 20; México 7; Porto Rico 4; Colômbia 3; Brasil 2; Venezuela 2; Panamá 1
ESTUDO DE MICHAEL JANOFF APRESENTADO PERANTE A NAPA EM
1990
“A RUGOSIDADE INICIAL INFLUI NA VIDA ÚTIL DAS RODOVIAS E NOS CUSTOS DE
MANUTENÇÃO A LONGO PRAZO”
Devido à redução da rugosidade de 553 a 158 mm/km, apresentam-se menos rachaduras e, portanto, tem-se que
intervir menos no pavimento, segundo os dados encontrados do estudo a economia anual é de US$ 590 menos
US$ 32, ou seja, de US$ 558. Em 12,7 anos a economia equivale a US$ 7.087. Portanto, a economia total por
pavimentar com uma rugosidade inicial de 158 mm/km é de US$ 3.206 + US$ 7.087 = US$ 10.293.
Se considerarmos que o custo inicial do pavimento era de US$ 11.875, estamos falando de uma economia de
87%. Se as entidades encarregadas de estabelecer as especificações técnicas oferecessem um bônus entre 5 a
10% por atingir uma rugosidade inicial de 158 mm/km (IRI de 1,04 m/km) em vez de 553 mm (IRI de 1,41 m/km)
teriam um grande benefício
Bônus
5%
Economia
87%
RUGOSIDADE INICIAL RUGOSIDADE FINAL RACHADURAS
CUSTO MÉDIO
METRO MAYS IRI METRO MAYS IRI FAIXA
mm/km m /km m/km m /km mm/km US$ / Km
553 1,41 647 1,50 410 590
474 1,34 553 1,41 268 416
395 1,26 474 1,34 150 73
316 1,19 379 1,25 63 162
237 1,11 300 1,17 16 81
158 1,04 205 1,08 0 32
FONTE:
Resultado de sensitividade segundo a rugosidade inicial (NCHRP1-31
Smoothness specifications for Pavements)
The National Cooperative Highway Research Program
http://www.fhwa.dot.gov/publications/publicroads/00septoct/smooth.cfm
Enhancing Pavement Smoothness
Results of Smoothness Modeling Sensitivity Analysis (NCHRP 1-31,
Smoothness Specifications for Pavements)
PESQUISA DEMONSTRA QUE OS PAVIMENTOS
MAIS PLANOS DURAM MAIS
1997
Redução
Rugosidade
Inicial
% Média de Incremento a
vida útil dos pavimentos
Asfalto Concreto
10% 5 7
25% 13 18
50% 27 36
Um pavimento plano se
mantém plano com o tempo
Mudança de IRI do Ano 1 ao Ano 3
Impacts of Smoothness on Hot Mix Asphalt Pavement Performance
In Washington State 2004.
• A colocação adequada dos materiais da mistura asfáltica a quente é um elo crítico na cadeia de atividades que devem ser controladas para produzir uma superfície asfáltica com a mais alta qualidade em rodovias, aeroportos e ruas.
• Um pavimento de qualidade pode ser definido em duas palavras: Uniforme e Duradouro.
Manual NAPA N° 125, impresso em junho de 1996.
OPERAÇÃO ADEQUADA DA VIBROACABADORA 1996
Deve ser usado o sensor automático
de alimentação.
Uso de extensões de sem-fim e túnel.
Os sem-fins devem estar entre 30 e
45 centímetros do borde da mesa
para una melhor distribuição da
mistura.
CORREÇÃO DA MESA
COMPACTADORA
Amplitude de mudança
L = Longitude do braço
Direção de pavimentação
87%
6L
63%
5L 4L 3L 2L 1L 0
96% 98% 99%
Fresado requer nivelamento
Regularidade:
A superfície será testada com uma regla de 3 m. A variação da
superfície com a regla não deverá ser maior que 5mm.
DOT Georgia Specificação Fresado
432.3.06 Quality Acceptance
• Ensure that the milling operation produces a uniform pavement texture that is true to line, grade, and cross
section.
• Milled pavement surface acceptance testing will be performed using the Laser Road Profiler method in
GDT 126. Milled pavement will be evaluated on individual test sections, normally 1 mile (1 km) long.
• When the milled surface is to be left as the final wearing surface, ensure that indices do not exceed:
• • 1025 on milled pavement surfaces on interstates when the milled surface will be the final wearing surface
• • 1175 for other on-system routes when the milled surface will be the final wearing surface
• • 1175 on Interstates and 1325 for other on-system routes if the milled surface will be overlaid
• Remill mile (kilometer) areas to meet the specified limits when the indices are exceeded. Remill at no
additional cost to the Department.
• Milled pavement surfaces are subject to visual and straightedge inspection. Keep a 10 ft (3 m)
straightedge near the milling
• operation to measure surface irregularities of the milled pavement surface. Remill irregularities greater
than 1/8 in per 10 ft (3mm in 3 m) at no additional cost to the Department.
• Ensure that the cross slope is uniform and that no depressions or slope misalignments greater than 1/4 in
per 12 ft (6 mm in 3.6 m) exist when the slope is tested with a straightedge placed perpendicular to the
center line.
SEGREGAÇÃO DE TEMPERATURA Universidade de Washington
Department of Transportation (DOT)
Washington
1998
“É possível perder até 50% da
vida útil de um pavimento pela
segregação de temperatura”
Steve Read, Univeridade de Washignton
Dr. Joe Mahoney DOT Washignton
DESCARGA DE MISTURA DO CAMINHÃO
DIFERENTES TEMPERATURAS
ESFRIAMENTO DA MISTURA PERTO DOS LADOS DA CAÇAMBA
IRF Brazil Conference. October 26th, 2011. Iguazu Falls, Brazil
COMPACTAÇÃO
A °C
PORCENTAGEM DE VÁCUOS (voids)
(%)
AFUNDAMENTO
(Formação de
sulcos)
(rutting)
FADIGA
(Fatigue)
TESTE DE
AFUNDAMENTO
TESTE DE
FADIGA (mm)
# DE
CICLOS
149 6.7 6.8 6.38 46.718
143 7.1 7.4 6.26 20.956
138 7.0 7.5 6.06 19.690
127 7.6 8.0 7.47 13.198
116 8.5 8.4 9.50 8.010
104 8.2 8.6 10.72 4.578
93 9.1 9.5 14.84 4.250
Efeitos da Segregação Térmica Mistura Densa
COMPACTAÇÃO
A °C
PORCENTAGEM DE VÁCUOS
(voids) (%)
AFUNDAMENTO
(Formação de
sulcos)
(rutting)
FADIGA
(Fatigue)
TESTE DE
AFUNDAMENTO
TESTE DE
FADIGA (mm)
# DE
CICLOS
171 7,4 7,4 0,53 300.000
166 8,6 7.4 0,88 226.962
160 8,6 8,3 0,89 175.972
149 9,5 9,5 1,13 172.390
138 9,3 10,3 0,91 79.146
127 8.7 9,4 2,00 71.094
116 9.5 9.8 1,55 51.798
Efeitos da Segregação Térmica Mistura Superpave
ADEQUADA COMPACTAÇÃO 75 m
Rolo
1,67 m
3,7 m
15 min
Vibroacabadora v= 5 mpm
Espessura do pavimento=2” Queda de Temperatura de 135 °C a 80 °C= 15 min.
Rolo: 66" (1,67 m) 3 passos ( 6 percursos ida e volta) Velocidade de Rolo mínimo: 30 mpm Frequência 2000 vpm ( Máximo 3000 vpm) Velocidade do Rolo: 39 mpm Impactos por metro linear: 46 (Mínimo: 33 Impactos por minuto para uma boa textura IRF Brazil Conference. October 26th, 2011. Iguazu Falls, Brazil
SEGREGAÇÃO: Produz o aparecimento prematuro
de Gretas (Rachaduras) e Afundamentos de pneus
FÍSICA
• Quando as britas grossas se separam das finas se produz excesso de vácuo, o qual permitirá erosões pelo efeito da água.
• As finas quando se juntam e têm maior quantidade de asfalto produzirão uma mistura instável.
TÉRMICA
• As zonas frias são mais difíceis de compactar, o que aumentará os vácuos, reduzindo a resistência.
• A sobrecompactação produz fratura de pedra e exsudação.
REINÍCIO DE DESCARGA DE CAMINHÃO APÓS OS PRIMEIROS DEZ
METROS
QUEDA DE TEMPERATURA
SEGREGAÇÃO FÍSICA E
TÉRMICA
Ajuste de preço do contrato segundo especificações limites.
Conteúdo de Asfalto Valor de Teste Porcentagem de ajuste
no pagamento
±0.07% 100
±0.8-1.0% 75
> ±1.0% *
Porcentagem passo
malha #200
±3.1-4.0% 75
±3.0% 100
> ±4.0% *
Densidade ≥ 92% or < 97% of DMT 100
90-91% or 97-99% of
DMT
98
≤ 89% or > 99% of DMT *
DOT Pensilvania. DMT: Densidade Máxima Teórica
1998
National Strategic Highway Plan
National Highway System (NHS)
Qualidade de Direção
ACEITÁVEL
IRI ≤ 2,68 m/Km
NÃO ACEITÁVEL
IRI > 2,68 m/Km
FHWA
Conceito “ Aceitável Condição de Direção” IRI ≤ 2,68 m/Km
Proporção Aceitável e Não
Aceitável segundo o IRI
A Statistical Analysis of Factors associated with driver-perceived road roughness on urban highway
Research Project 1803 Task 28 June 2002
CORRELAÇÃO PRIMÁRIA ENTRE O IRI E O
CONSUMO DE COMBUSTÍVEL (MPG)
University of North Florida
2,38 m/km
0,79 m/km
1,58 m/km
Fuel Economy and Roughness vs Time
4.14.24.34.44.54.64.74.84.9
55.1
1-Oct-00 20-Nov-00 9-Jan-01 28-Feb-01 19-Apr-01 8-Jun-01 28-Jul-01 16-Sep-01
Time
mp
g
1.001.021.041.061.081.101.121.141.161.181.20
IRI
(m/k
m)
mpg IRI
Economia de Combustível e Rugosidade x Tempo
National Center for Asphalt Technology (NCAT) 2004
O consumo de combustível foi reduzido em até 20%
O consumo médio dos caminhões foi de 4,2 milhas (6,72 km) por galão.
Depois da Reabilitação reduziu-se o IRI em 10% e o rendimento do
Combustível aumentou 4,5%.
Westrack
Research Report Points Out Road to Energy Savings;
U.S. Could Save 3.3 Billion Gallons of Fuel per Year
IMMEDIATE RELEASE
July 18, 2011
Incline Village, NV – A new study shows that one road to energy savings could already be under the wheels of our cars: smoother pavements. Dr. Richard Willis, an assistant research professor at Auburn University, reported today that modest improvements in the smoothness of pavements could save up to 2.4 billion gallons of gasoline and over 900 million gallons of diesel for the U.S. every year – a total of more than 3.3 billion gallons of fuel for the vehicles being driven on our highways. In other terms, smoothing out America’s roads and highways could save around $12.5 billion for the U.S. economy every year.
Willis and Auburn’s Dr. Rob Jackson have just completed an analysis of more than 20 studies from throughout the world. At the Midyear Meeting of the National Asphalt Pavement Association, Willis presented a preview of a study that will be published soon by Auburn. He reported that smoothness is a pavement characteristic that has one of the greatest impacts on fuel economy. “We know that, of all the factors that influence fuel economy – vehicle aerodynamics, engine dynamics, ambient air temperature, tire geometry, vehicle speed, tire pressure, and so forth – there is only one that pavements can affect, and that is rolling resistance,” said Willis.
Asked to define his terms, Willis said, “Rolling resistance can be thought of as the force required to keep tires rolling. It could also be thought of as the energy lost between the vehicle and the pavement. Of the two main influences on rolling resistance related to pavements – those due to the stiffness properties of the tire and those due to imperfections in the pavement surface – the pavement industry has the opportunity to influence only one, the pavement itself.”
ECONOMIA DE
COMBUSTÍVEL 5%
VTM Tipo de
Automóveis % Quanti-
dade Percurso Consumo Consumo Preço Total Economia
5% Economia US$
Uni. Km / dia Km/ Gal Gal/ dia Gal US$ US$ US$ US% / dia US$ /Ano
5.000
Sedan 85% 4.250 50 30 1,67 5,77 9,6 0,43 1.839 671.214
Ônibus 5% 250 50 26 1,92 4,69 9,0 0,41 101 37.025
Caminhão e Trailer 10% 500 50 12 4,17 4,69 19,5 0,88 440 160.440
Total 2.380 868.678
10 Anos 23.799 8.686.780
1,79
1,59
1,43
1,27
1,21
M/KM
Promedio Mediana
1989
MTV
1988
AASHTO
Bônus e
Penalidade 1990
Michael Janoff
Study
1982
IRI
1998
FHWA : IRI ≤ 2,69 m/km
“Direção Aceitável” 93%
para 2008
DOT Washington
Segregação de
Temperatura
1993
Superpave
LTTP 1996
Manual Napa
FHWA PROGRAMA DE AUTOPISTAS COM
BAIXA RUGOSIDADE
• Para reduzir a irregularidade da rede de autopistas nacionais, as agências
de transporte não somente devem reabilitar os pavimentos com alta
rugosidade, devem fazê-lo de forma programada, manter corretamente a
porção da rede que atualmente cumpre com os parâmetros de rugosidade.
Não é uma tarefa fácil. Um programa efetivo de baixa rugosidade requer
de metas de rugosidade desde o princípio. Para atingir este objetivo, um
programa de vias com baixa rugosidade requer o seguinte:
• Processos para identificar os mais importantes projetos para manter e
melhorar a rugosidade dos pavimentos na rede de rodovias.
• Um método para especificar a rugosidade durante a construção do
pavimento.
• Um método para medir a rugosidade durante a construção do pavimento.
• Ferramentas, ou seja, equipamentos e procedimentos para construir
pavimentos planos com baixa rugosidade.
NORMA MEXICANA SCT 2004
Índice de
perfil*
I.R.I.
Estimado** Fatores de estímulo ou sanção
(Fj) cm/km mm/km
4,0 ou menos 1.48 ou menos +0,05
5,5 1.48 a 1.52 +0,04
7,0 1.52 a 1.55 Estímulo +0,03
8,5 1.55 a 1.59 +0,02
10,0 1.59 a 1.62 +0,01
14,0 1.63 a 1.72 0
16,0 1.72 a 1.73 -0,02
18,0 1.77 a 1.81 -0.04
20,0 1.82 a 1.86 Sanção -0,06
22,00 1.86 a 1.91 -0,08
24,0 1.91 a 1,96 -0,10
Maior que 24,0 Corrigir
Incentivos de Construção de
Pavimentos no Arizona IRI (in/mi) IRI (m/km) Percent
Adjustment
< 51 < 0.80 +10%
51 – 60 0.80 – 0.95 +5%
61 – 80 0.96 – 1.26 0
81 – 101 1.27 – 1.58 -5%
101 – 110 1.59 – 1.74 -10%
111 – 120 1.75 – 1.89 -25%
> 120 > 1.89 Replacement
Required
DOT CONNECTICUT
IRI (m/km) PORCENTAGEM DE
AJUSTE
< 0,79 10
<0,789 - 0,947 63,29 (0,947 –IRI)
0,948 - 1,262 0
1,263 - 1,893 39,68 ( 1,263 – IRI)
> 1,893 -50
Tempo
Espera
Descargas
VTM 14 min
Descarga
com VTM 3 min
Caminhã
o 28 ton.
Tempo
Espera
(min)
Tempo
Descarga
(min)
Tempo
Espera
(min)
Tempo
Descarga
(min)
1 0 14 0 3
2 14 14 3 3
3 28 14 6 3
4 42 14 9 3
5 56 14 12 3
6 70 14 15 3
Tempo
total 210 84 45 18
Tempo
médio 42 8
Custo MTV 1 a 3 US$/Ton.
Para 1500 horas a 100 Ton./h
Custo é 1,70 US$/Ton.
Economia pela maior eficiência
de caminhões 1,68 Ton./h.
TRANSPORTE DE MISTURA DE ASFALTO
sem MTV com MTV
Produção Ton./ h 100 100
Produção Ton./ Dia 400 400
Ton. /
Caminhão 28 28
Caminhão
Custo/H $60 $60
H /Dia (Eficiência 50%) 4 4
Minutos Minutos
Demora na Usina 0 0
Tempo de
Carga 1 1
Ticket & Cobertor 5 5
Transporte à obra 60 60
Demora na
obra 42 8
Acomodação do caminhão 3 1
Descarga na Vibroacabadora 14 3
Retorno à
Usina 60 60
Total de minutos 185 138
# Ciclos 1,3 1,7
# de
Ciclos/Caminhão 14 14
# de Caminhões 11 8
Custo diário $2.642,86 $1.971,43
Custo / Ton. $6,61 $4,93
Eficiência do
Caminhão 65% 87%
KEY WORD: UNIFORMIDADE VIBRO ACABADORA: VELOCIDADE
CONSTANTE, NIVEL DE MATERIAL EM EIXOS SEM-FIM, BASE.PLANO
UNIFORMIDADE MISTURA: GRANULOMETRIA,
CONTEÚDO DO ASFALTO E VÁCUOS