UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

Patrick Maboni

AVALIAÇÃO DAS SOLUÇÕES DE RESTAURACÃO DA RSC 287 A PARTIR DA ANÁLISE MECANICISTA

Santa Maria,RS 2018

Patrick Maboni


Trabalho de conclusão de curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), como requisito para a obtenção do título de Engenheiro Civil.

Aprovado em, __04 de junho de 2018______:

________________________________________ Prof. Dr. Luciano Pivoto Specht (UFSM)

(Presidente/ Orientador)

________________________________________ Prof. Dr. Deividi da Silva Pereira (UFSM)

________________________________________ Doutorando Lucas Dotto Bueno

Santa Maria, RS

2018

AGRADECIMENTOS

Agradeço:

- À minha família, meus pais, Valdemar Maboni e Oneida Angelina Franceschi

Maboni e minha irmã Priscila Maboni que me ajudaram a superar os desafios e

obstáculos durante essa longa caminhada longe de casa.

- Aos meus amigos, principalmente Caroline Jioucoski e Gláucio Gonçalves de

Souza por serem minha família em Santa Maria.

- Ao pessoal do GEPPASV em especial ao meu professor orientador de

iniciação cientifica e também orientador deste trabalho, o Prof. Dr. Luciano Pivoto

Specht. Outra pessoa de fundamental importância e que faz parte do grupo de

pesquisa é o doutorando Lucas Dotto Bueno que não mediu esforços para me auxiliar

em algumas etapas deste projeto.

- À empresa Della Pasqua Engenharia e Construções Ltda. que me acolheu por

2 anos e meio durante meu estágio, onde pude aprender muito na área de rodovias e

foi onde tive o acesso ao projeto do CREMA da RSC 287 para desenvolver este meu

estudo.

- E a todas as pessoas que de uma forma ou outra me ajudaram a crescer ao

longo deste caminho.

RESUMO


AUTOR: Patrick Maboni ORIENTADOR: Luciano Pivoto Specht

Os métodos vigentes de dimensionamento de pavimento, tanto para estruturas novas (baseados no CBR) quanto para reforço (baseados na deflexão máxima), possuem uma base empírica que foram desenvolvidas a partir de observações para um dado tipo de material, clima e local. Isso acaba gerando resultados superficiais. Assim, há uma necessidade de elaborar uma nova técnica capaz de trazer melhorias nos projetos de pavimentação em termos de eficiência estrutural. Dessa forma, surge o método mecanístico-empírico, que é fruto da calibração de modelos teóricos com dados experimentais obtidos em campo e em laboratório. Baseado nisso, a ideia deste trabalho foi fazer uma análise do projeto CREMA de restauração da RSC-287 feito pelo DAER, que utilizou o DNER-PRO-11/79 para dimensionamento, e utilizar o método mecanístico-empírico para fazer uma avaliação da área trincada por fadiga através do programa chamado MeDiNa v1.00. O software está em fase de testes, por isso foi necessário fazer algumas adaptações relacionadas a questão de fresagem, aos coeficientes de regressão de fadiga dos materiais, além de suposições em relação a estrutura do pavimento existente. Para realizar a análise é necessário conhecer os módulos de resiliência das camadas, e a técnica utilizada foi a da retroanálise. Na etapa de utilização do MeDiNa dividiu-se o procedimento em duas fases: a primeira foi verificar se a área trincada por fadiga ao final da vida útil do pavimento seria menor ou igual à 30%, utilizando as espessuras de projeto; já a segunda fase foi redimensionar os segmentos que não atenderam ao critério de fadiga mencionado na primeira fase. Em conclusão, foi constatado que em quase 70% da rodovia necessitou-se de um aumento da espessura que ficou em média 80% maior que a solução inicial. Isso gerou um acréscimo de custo no entorno de 35%, porém uma durabilidade em média 2 anos maior. Outro fator importante está relacionado com a necessidade da caracterização dos materiais, visto que, os parâmetros de fadiga apresentam uma grande influência nos resultados. Caso, não seja utilizado valores coerentes poderá levar à um erro de projeto.

Palavras-chave: Pavimentos. Dimensionamento de reforço. Método mecanístico-empírico. MeDiNa. Fadiga. Retroanálise

ABSTRACT


(EVALUATION OF RSC-287 ROAD REHABILITATION SOLUTIONS UTILIZING MECHANISTIC ANALYSIS)

AUTHOR: PATRICK MABONI ADVISOR: LUCIANO PIVOTO SPECHT

Existing pavement design methods, both for new (based on CBR method) and reinforced design for flexible pavement (based on maximum deflection), have an empirical basis that have been developed from observations for a given type of material, climate, and location. This method gets in superficial results. Thus, there is a need to elaborate a new technique capable of bringing improvements in paving projects in terms of structural efficiency. Therefore, the mechanistic-empirical method emerges which the result of the calibration of theoretical models with experimental data is obtained in the field and in the laboratory. Based on this, the idea of this paper was to make an analysis of flexible pavement rehabilitation on RSC-287 road in Brazil made by the Rio Grande do Sul Department of Transportation, and to use the mechanistic-empirical method to make an evaluation of the cracking area caused by fatigue using the program called MeDiNa v1.00. The software is in the test phase, so it was necessary to make some adaptations related to the milling off, the fatigue regression coefficients of the materials, as well as assumptions regarding the existing pavement structure. To perform the analysis it is necessary to know the resilience modules of the pavement layers, and the technique used was the backcalculation. In the MeDiNa stage, the procedure was divided into two phases: the first one was to verify if the cracking area caused by fatigue at the end of the pavement life was less than or equal to 30%, using the designed thicknesses. The second phase was to redesign the segments that did not meet the fatigue criterion mentioned in the first phase. In conclusion, it was found that almost 70% of the highway requires an increase in thickness that was on average 80% higher than the initial solution. Related to cost, there was an increase around 35%, but an average durability of 2 years to more. Another important factor is related to the necessity of the characterization of the materials, since; the fatigue parameters present a great influence on the results. If do not be used consistent values it could lead to design errors. Keywords: Asphalt pavement. Reinforcement. Mechanistic-Empirical analysis. Software MeDiNa. Fatigue. Backcalculation.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 2.1 Modos de comportamento dos revestimentos asfálticos ao carregamento repetido.................................................................... 16

Figura 2.2 Deformação permanente ou plástica por camada do pavimento. 18

Figura 2.3 Fluxograma de classificação dos segmentos homogêneos – DAER-RS............................................................................................ 30

Figura 2.4 Fluxograma de um método de dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos asfálticos.................................................. 35

Figura 2.5 Fluxograma do método de dimensionamento de pavimentos asfálticos – SisPav.......................................................................... 38

Figura 2.6 Fluxograma do MEPDG da AASHTO (2004) ................................ 41

Figura 3.1 Mapa do trecho estudado da RSC 287.......................................... 43

Figura 3.2 Mapa de contagem RSC 287......................................................... 45

Figura 3.3 Interface do programa BackSisPav v.1.1.1.0................................ 57

Figura 3.4 Interface MeDiNa v.1.00................................................................. 60

Figura 3.5 Porcentagem de representatividade de cada solução de projeto da RSC 287 sobre sua extensão total.............................................. 62

Figura 4.1 Resultado da retroanálise de uma bacia utilizando o BackSisPav.................................................................................. 64

Figura 4.2 Dimensionamento de uma estrutura de pavimento utilizando MeDiNa v1.00................................................................................. 67

Figura 4.3 Análise da necessidade de nova solução nos segmentos homogêneos (SH) .......................................................................... 71

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Valores típicos de coeficiente de Poisson....................................... 21

Tabela 2.2 Valor Z em função de n................................................................... 24

Tabela 2.3 Fator de correção sazonal – Fs....................................................... 25

Tabela 2.4 Coeficientes equivalência estrutural por tipo de material................ 27 Tabela 2.5 Classificação dos segmentos homogêneos conforme IS112/13

DAER-RS........................................................................................ 29 Tabela 2.6 Catálogo de Soluções de restauração DAER-RS........................... 31 Tabela 2.7 Catálogo soluções SWAP – DNIT................................................... 33 Tabela 3.1 Dados da contagem de veículos posto P3...................................... 46 Tabela 3.2 Dados da contagem de veículos posto P2...................................... 47 Tabela 3.3 Dados da contagem de veículos posto P5...................................... 48 Tabela 3.4 Dados da contagem de veículos posto P4...................................... 49

Tabela 3.5 Sondagens executadas na RSC 287.............................................. 51 Tabela 3.6 Parâmetros de projeto e dimensionamento pelo método DNER

PRO-11/79 para cada um dos trechos homogêneos...................... 53 Tabela 3.7 Catálogo de soluções CREMA – DAER/RS para cada um

dos trechos homogêneos................................................................ 54

Tabela 3.8 Quantitativo de retroanálise............................................................. 57

Tabela 3.9 Valores de Coeficiente de Poisson adotados nesta pesquisa........ 58

Tabela 3.10 Critério de confiabilidade para retroanálise..................................... 59 Tabela 3.11 Número de Segmentos Homogêneos (SH) e número N por

sondagem........................................................................................ 60

Tabela 3.12 Solução adotada pelo autor deste trabalho com espessuras......... 61 Tabela 3.13 Combinações de propriedades de materiais ensaiados no

MeDiNa v1.00.................................................................................. 63

Tabela 4.1 Resultados da retroanálise por sondagem...................................... 65 Tabela 4.2 Porcentagem de área trincada por fadiga em cada segmento

homogêneo...................................................................................... 69

Tabela 4.3 Média da % de área trincada por tipo de solução adotada............. 70 Tabela 4.4 Vida útil dos segmentos homogêneos que não atenderão ao

critério de fadiga ao final dos 6 anos do projeto do DAER.............. 72 Tabela 4.5 Resultado das novas espessuras para atender ao critério de

fadiga............................................................................................... 72

Tabela 4.6 Levantamento dos custos da execução do concreto asfáltico........ 73

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

σ Tensão

σd Tensão de desvio

σi Tensão inicial

σ1 Tensão principal (vertical, maior)

σ3 Tensão confinante (horizontal, menor)

ε Deformação específica instantânea

εi Deformação inicial

ε (%) Erro percentual admissível para ajuste entre bacias medidas e calculadas

ε1 Deformação elástica resiliente axial (vertical)

μ Coeficiente de Poisson

AASSHTO American Association of Highway and Transportation Officials

AEMC Análise Elástica de Múltiplas Camadas

AMP Asfalto Modificado por Polímero

AT Área Trincada por fadiga

ATR Afundamentos em trilha de roda

BDI Bonificação de Despesas Indiretas

BGS Brita Graduada Simples

BGTC Brita Graduada Tratada com Cimento

cm Centímetro

CA Concreto Asfáltico

CAP Cimento Asfáltico de Petróleo

CBR California Bearing Ratio

CREMA Contrato de Restauração e Manutenção

CCR Concreto Compactado com Rolo

COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia

CV Coeficiente de Variação

D0 Deflexão máxima, medida abaixo do ponto de aplicação da carga

DAER Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem

Dc Deflexão característica

DC Deformação Controlada

Di Deflexão obtida pelo sensor “i”

DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

DP Desvio Padrão da amostra

FS Fator Sazonal para cálculo da deflexão de projeto

FWD Falling Weight Deflectometer

h Espessura

IES Índice de Estado de Superfície

IGG Índice de Gravidade Global

IGGE Índice de Gravidade Global Expedito

IRI Índice de irregularidade internacional

ISC Índice de Suporte Califórnia

k1, k2, k3, k4 Coeficientes de Regressão linear obtidos em laboratório

kg Quilograma

km/h Quilômetros por hora

kN Quilo Newton

LVC Levantamento Visual Contínuo

m Metro

MeDiNa Método de Dimensionamento Nacional

MEPDG Mechanistic-Empirical Program of Design Guide

mm Milímetro

MH Macadame Hidráulico

MR Módulo de Resiliência

MS Macadame Seco

N Número de solicitações do eixo equivalente ao eixo padrão de 8,2t

Nf Número de ciclos de fadiga

PRO Procedimento

RS Rio Grande do Sul

SC Solo cimento

SCA Solo cal

SH Segmento homogêneo

SMC Solo melhorado com cimento

SNV Sistema Nacional de Viação

TC Tensão Controlada

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

UFSM Universidade Federal de Santa Maria

USACE United States Army Corps of Engineers

VDM Volume diário médio

Z Coeficiente de majoração em função do número de amostras

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 11

1.1 OBJETIVO ................................................................................................... 12

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................... 12

2 REVISÃO DE LITERATURA ...................................................................... 14

2.1 DESEMPENHO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS ..................................... 14

2.1.1 Deflexão admissível na superfície do pavimento ................................... 14

2.1.2 Trincamento por Fadiga ............................................................................. 15

2.1.3 Deformação permanente ........................................................................... 17

2.2 PARAMETROS ELÁSTICOS DOS MATERIAIS DE PAVIMENTAÇÃO ....... 19

2.2.1 Módulo de resiliência ................................................................................. 20

2.2.2 Coeficiente de Poisson .............................................................................. 20

2.3 DIMENSIONAMENTO DE REFORÇO DE PAVIMENTO ............................. 21

2.3.1 PRO 11/79 – Procedimento B .................................................................... 23

2.3.2 Catálogos de Soluções CREMA ................................................................ 27

2.3.2.1 Instrução de serviço CREMA – DAER-RS (IS-112/13) ................................ 27

2.3.2.2 Catálogo de soluções CREMA 2ª ETAPA - SWAP-DNIT ............................ 32

2.4 MÉTODO MECANÍSTICO-EMPÍRICO ......................................................... 34

2.4.1 Método mecanístico-empírico de projeto de reforço .............................. 36

2.4.1.1 Retroanálise ................................................................................................. 36

2.4.2 O software MeDiNa v1.00 ........................................................................... 37

2.4.3 Método de dimensionamento AASHTO .................................................... 40

3 METODOLOGIA .......................................................................................... 42

3.1 PLANEJAMENTO ........................................................................................ 42

3.2 ESTUDO DO CASO - RSC 287 ................................................................... 43

3.2.1 Tráfego ........................................................................................................ 44

3.2.2 Avaliação Funcional ................................................................................... 49

3.2.3 Avaliação Estrutural ................................................................................... 50

3.2.4 Sondagens .................................................................................................. 51

3.2.5 Soluções de projeto catálogo DAER ........................................................ 52

3.3 RETROANÁLISE DO MÓDULO DE RESILIÊNCIA ...................................... 56

3.4 DIMENSIONAMENTO UTILIZANDO A FERRAMENTA MeDiNa v1.00 ....... 59

3.4.1 Parâmetros de regressão k1 e k2 para fadiga ......................................... 62

4 RESULTADOS ............................................................................................. 64

4.1 RESULTADOS DA RETROANÁLISE........................................................... 64

4.2 RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO .................................................. 67

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................... 74

5.1 CONCLUSÃO ............................................................................................... 74

5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................... 75

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 76

APÊNDICE ................................................................................................... 79

11

1 INTRODUÇÃO

Albernaz (1997) cita que apesar do crescimento na melhoria da malha viária no

país, o Brasil ainda possui uma densidade de rodovias pavimentadas muito baixa se

comparado a outros países da américa latina. Segundo o sistema nacional de viação

(SNV,2016) existem apenas 212.866 km de rodovias pavimentadas, contra 1.365.426

km de rodovias não pavimentadas.

Os principais defeitos nas rodovias que são trincas causadas por fadiga e

deformação permanente, podem surgir precocemente devido a diversos fatores tais

como: erro de projeto; erros na seleção, dosagem ou produção de materiais; erros e

inadequações construtivas, erros ou inadequações nas alternativas de conservação e

manutenção (BERNUCCI et al, 2010).

Um dimensionamento é considerado adequado quando a repetição de carga

não deteriorará precocemente o pavimento por fadiga e todas as camadas estejam na

espessura correta para não ocorrer afundamentos em trilha de roda (FRANCO, 2007).

No Brasil, o método mais utilizado de dimensionamento de pavimentos tem sido

o método empírico, desenvolvido pelo extinto DNER, atual DNIT, em 1966 e

atualizado em 1981. Baseado em regras desenvolvidas a partir de observações e

experiência com certos tipos de pavimentos, para certos materiais de pavimentação e

condições específicas de clima. Este método empírico apresenta caráter generalista,

em função de ensaios de CBR, onde várias situações são tratadas de forma

simplificada. Sua maior limitação é que não pode ser generalizado com confiabilidade

para outras condições senão àquelas para o qual foi desenvolvido, levando a uma

análise não muito precisa sobre a situação e especificidades das diversas variáveis

que influenciam no desempenho funcional e estrutural de um pavimento (FRANCO,

2007; COUTINHO, 2011).

Da mesma forma que a metodologia empírica de dimensionamento de

pavimentos novos possui limitações, a de reforço também apresenta.

Durante muito tempo, desde a década de 1950, o principal parâmetro para a

avaliação estrutural e dimensionamento de reforço do pavimento é a deflexão máxima

sob a carga das rodas. Na década de 1970, houve o reconhecimento de que somente

as deflexões máximas não eram suficientes para avaliar a estrutura do pavimento

12

(FONSECA, 2013; MEDINA e MOTTA, 2015).

A rede temática de asfaltos que compreende a Petrobrás, o DNIT,

Universidades Federais e alguns pesquisadores capacitados da área rodoviária, têm

feito estudos e ensaios em pistas testes em várias partes do país para extrair dados

locais para elaboração de um modelo empírico de calibragem dos fatores campo-

laboratório que juntamente com a fundamentação mecanicista teórica, permitirá uma

adequada análise das estruturas de pavimentos novos ou restaurados e decisões

sobre vida útil em termos de fadiga e afundamento em trilha de roda, principais

defeitos estruturais dos pavimentos asfálticos e que são os principais indicadores de

desempenho calculados pelo software MeDiNa v1.00 (Método de Dimensionamento

Nacional) uma atualização do SISPAV desenvolvido por Franco em sua tese de

doutorado em 2007.

Segundo FRANCO (2007), o método mecanístico-empírico vem da busca

constante de se melhorar os projetos de pavimentação em termos de eficiência

estrutural, onde seja possível utilizar materiais dos quais não se tem um devido

conhecimento em campo, além de se considerar os efeitos das condições ambientais

e de tráfego, diferentes daquelas para as quais os métodos empíricos foram

desenvolvidos.

1.1 OBJETIVO

Este trabalho tem como objetivo geral realizar uma análise das soluções de

projeto de restauração da RSC 287, utilizando um método mecanicista para

avaliação de áreas trincadas por fadiga.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Com base no objetivo geral, foram definidos os seguintes objetivos específicos:

a) Análise do projeto de restauração da RSC 287 que foi feito utilizando um dos

métodos atuais de dimensionamento de reforço, o DNER PRO 11/79;

13

b) Realizar uma retroanálise dos módulos de resiliência das camadas do

revestimento através dos ensaios de sondagens e de deflexão do projeto

utilizando o software BackSisPav;

c) Verificar a porcentagem de área trincada por fadiga das soluções originais do

projeto utilizando o software MeDiNa v1.00;

d) Calcular novas soluções para casos que tiverem área trincada superior ao limite

especificado;

e) Apresentar uma breve comparação de custos entre o método atual e

mecanístico-empírico.

14

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 DESEMPENHO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Muitos fatores afetam o desempenho do pavimento, tais como: a magnitude do

tráfego, as propriedades dos materiais das camadas e sua heterogeneidade, o tipo de

solo do subleito, condições de drenagem, aspectos ambientais e as práticas de

manutenção rotineira. Diversos indicadores podem quantificar o desempenho de um

pavimento, desde uma avaliação funcional até uma avaliação estrutural para levantar

os defeitos nas vias, dos quais, se destacam a deflexão máxima admissível na

superfície do pavimento, a deformação permanente, que causa afundamento em trilha

de roda, e os trincamentos causados por fadiga do material asfáltico e das bases

cimentadas.

2.1.1 Deflexão admissível na superfície do pavimento

Segundo Medina e Motta (2015) a deflexão máxima admissível na superfície

do pavimento é um fator que pode representar um controle da resistência a fadiga e é

utilizado como critério de degradação estrutural pela sua facilidade de controle no

campo.

A deflexão máxima recuperável é um indicador global de desempenho do

pavimento, e está ligada com a concepção estrutural do pavimento e as características

elásticas de suas camadas. A deflexão de uma seção de pavimento é considerada

nos métodos de reforço de pavimento como principal fator a afetar o cálculo da sua

espessura, como ocorre nos métodos PRO 10/79, PRO 11/79, PRO 159/85 e PRO

269/94 (DNIT, 2006).

Preussler (1983) propôs expressões para estimar a vida de fadiga baseada na

deflexão máxima recuperável da estrutura do pavimento devido a um carregamento

conhecido e que faz parte do método de dimensionamento de reforço de pavimento

DNER - PRO 269/94. Esse mesmo autor dividiu o modelo em duas expressões

(Equação 2.1 e 2.2) a fim de tornar o método mais apurado.

15

log(𝐷) = 3,148 − 0,188 ∗ log(𝑁𝑓) para h < 10 cm (2.1)

log(𝐷) = 3,479 − 0,289 ∗ log(𝑁𝑓) para h > 10 cm (2.2)

Onde,

Nf, é a vida de fadiga expressa em número de solicitações de carga;

h é a espessura do reforço.

2.1.2 Trincamento por Fadiga

A fadiga dos pavimentos asfálticos está relacionada com a repetição de cargas

solicitando o pavimento à níveis de tensão inferiores àquelas de ruptura, pouco a

pouco isso resulta na perda das características originais, o que gera um processo de

microfissuração progressiva que causa o desenvolvimento de fraturas e, por fim, o

rompimento do material (BALBO, 2007).

Medina e Motta (2015) citam que essas trincas iniciam na parte inferior e são

propagadas para parte superior, onde atingem a superfície.

Ainda conforme explicado pelos autores citados anteriormente, o ensaio de

compressão diametral é o mais utilizado no país para avaliação de fadiga. As cargas

solicitantes verticais devem induzir tensões normais no plano vertical diametral de 10

a 50% da tensão da ruptura estática. O ensaio é feito à tensão controlada (TC), ou

seja, a tensão vertical aplicada não se altera até a ruptura do corpo de prova. A outra

modalidade a de deformação controlada (DC), é mais difícil de se executar se não

possuir de um servomecanismo retroalimentador que permite ajustar a força aplicada

em função dos desvios de deformação. A TC ocorre em pavimentos de revestimento

muito mais rígidos do que a camada de base. Já a DC corresponde a pavimentos de

revestimento delgado e fraco em relação a base (a deformação do revestimento é

influenciada pelas camadas inferiores). Na Figura 2.1 estão esquematizados os

gráficos da variação da tensão (σ) e da deformação (ε), nos ensaios TC, DC e

intermediário, realizados por Pinto (1991).

16

A expressão da correlação estatística entre a vida de fadiga Nf, tensão σ e a

deformação ε no centro do corpo de prova comprimido diametralmente é definido

pelas equações 2.3 e 2.4.

𝑁𝑓 = 𝐾1 ∗ (1

σ𝑖)

𝑛1

(2.3)

𝑁𝑓 = 𝐾2 ∗ (1

𝜀𝑖)

𝑛2

(2.4)

Onde,

Nf, é a vida de fadiga expressa em número de solicitações de carga;

σi e εi, são tensão e deformação iniciais;

K e n parâmetros de fadiga determinados nos ensaios.

Figura 2.1 – Modos de comportamento dos revestimentos asfálticos ao carregamento repetido

Fonte: Pinto, 1991

17

A fim de melhorar o comportamento a fadiga e buscando uma lei geral, a

COPPE/UFRJ, Shell Oil, e a AASHTO, desenvolveram modelos de fadigas baseados

na deformação inicial de tração e no módulo de resiliência da mistura. Os modelos

possuem a forma apresentada pela Equação 2.5.

𝑁𝑓 = 𝑘1 ∗ 휀𝑘2 ∗ 𝐸𝑚𝑖𝑥𝑘3 (2.5)

Onde,

Nf é o número de aplicações de carga até a ruptura;

ε é a deformação máxima inicial de tração;

Emix é o módulo de resiliência ou rigidez da mistura;

k1, k2 e k3 são constantes de regressão.

Segundo FRANCO (2007) os métodos para previsão de fadiga e deformabilidades

devem ser coerentes com a técnica adotada no programa de dimensionamento.

2.1.3 Deformação permanente

A deformação permanente é caracterizada pelo afundamento em trilha de roda

(ATR) e por irregularidades na superfície do pavimento que dificultam a drenagem da

água e agravam a possibilidade de ocorrência de aquaplanagem (FRANCO, 2007).

Em sua tese de doutorado, MOTTA (1991) explica que no Brasil a deformação

plástica não é tão significativa em rodovias devido do dimensionamento ser feito pelo

método do CBR saturado e devido à baixa umidade das camadas.

Porém, há um crescimento na deformação permanente causada apenas pela

camada de revestimento em locais com grande concentração de cargas, como

corredores e paradas de ônibus. Isso é uma questão mais de dosagem do que de

dimensionamento (FRANCO, 2007).

A medição da deformação permanente segue a norma do DNIT 006/2003-PRO

onde se utiliza uma treliça de alumínio de 1,20 m de base, que tem uma régua vertical

corrediça no centro. Também é possível realizar o ensaio com perfilômetro inercial a

laser, que simula uma treliça, para medir o ATR.

18

Os modelos de previsão de deformação específica permanente têm sido

desenvolvidos em laboratórios a partir de ensaios triaxiais de carga repetida para

solos e materiais granulares (FRANCO, 2007).

Medina e Motta (2015) desenvolveram um esquema simplificado de cálculo da

deformação permanente através do somatório das deformações plásticas ou

permanente de cada camada, conforme Figura 2.2.

Figura 2.2– Deformação permanente ou plástica por camada do pavimento

Fonte: Medina e Motta, 2015

A expressão da deformação total causada por uma carga P pode ser expressa

pela Equação 2.6.

𝛿𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= ∑ (휀𝑃(𝑖)

∗ ℎ𝑖)𝑛𝑖=1 (2.6)

Onde:

휀𝑃(𝑖) = deformação plástica média da camada;

ℎ𝑖 = espessura da camada de ordem, ou da subcamada de ordem 𝑖 quando as

camadas forem subdividias para efeito de cálculo;

O somatório se faz com as n camadas ou subcamadas.

Um dos principais estudos sobre deformação permanente é de Monismith,

Ogawa e Freeme (1975), da Universidade da Califórnia, Berkeley, conhecido como

modelo de Monismith onde o efeito cumulativo das deformações permanentes se

exprime por uma relação dada pela Equação 2.7:

19

휀𝑝 = 𝐴𝑁𝐵 (2.7)

Onde:

N é o número de repetições de cargas;

A e B são parâmetros experimentais.

Esses parâmetros A e B dependem da natureza do material ensaiado, das

condições de ensaio e do número de ciclos N.

GUIMARÃES (2009) desenvolveu em sua tese de doutorado um método

mecanístico-empírico para previsão de deformação permanente em solos tropicais. A

modelagem é feita pelo modelo seguinte (Eq. 2.11):

휀𝑝(%) = 𝜓1 ∗ (𝜎3

𝜌0)

𝜓2

∗ (𝜎𝑑

𝜌0)

𝜓3

∗ 𝑁𝜓4 (2.8)

Onde:

휀𝑝(%): deformação permanente;

𝜔1,𝜔2,𝜔3: parâmetros de regressão;

𝜎3: tensão confinante em MPa;

𝜎𝑑: tensão desvio em MPa;

𝜌0: tensão de referência, que é a pressão atmosférica igual a 0,1 MPa;

N: número de ciclo de aplicação de carga.

2.2 PARAMETROS ELÁSTICOS DOS MATERIAIS DE PAVIMENTAÇÃO

A iteração carga-estrutura de pavimentos deve ser abordada dentro de um

conceito de que tal estrutura constitui um conjunto de camadas, com espessuras e

propriedades reológicas distintas, respondendo aos esforços aplicados pelos

veículos. Os parâmetros elásticos mais empregados habitualmente para análise de

sistemas de camadas são o módulo de elasticidade ou módulo de resiliência dos

materiais de pavimentação, bem como seus respectivos coeficientes de Poisson,

estes utilizados para empregabilidade da lei de Hooke generalizada (BALBO 2007).

20

2.2.1 Módulo de resiliência

Em seu livro Pavimentação asfáltica: materiais, projetos e restauração BALBO

(2007, p 227) define módulo de resiliência como “A capacidade de o material não

resguardar deformações depois de cessada a ação de cargas”.

Todos materiais de pavimentação podem ser ensaiados para obtenção do

módulo de resiliência, desde os solos coesivos, materiais granulares (tratados ou não

com cimentos) até as misturas asfálticas (FERNANDES JUNIOR, 1994).

Segundo Medina e Motta (2015) para solos coesivos e materiais granulares

utiliza-se o ensaio de compressão triaxial de cargas repetidas. Já para misturas

asfálticas tem-se os ensaios: de viga a flexotração, de cilindros à compressão

diametral, de cilindro à compressão axial, de tronco de pirâmide à flexão em balanço,

etc. Sendo os mais utilizados triaxial de cargas repetidas (solos coesivos e materiais

granulares) e o compressão diametral de cargas repetidas (materiais asfálticos).

O módulo de resiliência de solos pode ser expresso pela Equação 2.12 a seguir:

𝑀𝑅 =𝜎𝑑

𝜀1 (2.12)

Onde,

𝜎𝑑 =tensão de desvio = 𝜎1 − 𝜎3;

𝜎1 = tensão principal maior (tensão vertical, variável);

𝜎3 = tensão principal menor (tensão horizontal, confinante);

ε1= deformação elástica resiliente axial ( vertical).

2.2.2 Coeficiente de Poisson

O coeficiente de Poisson (μ), é necessário para análise de sistema de camadas

elásticas, e é dado pelo inverso da relação entre a deformação vertical imposta ao

material pela deformação horizontal sofrida no corpo-de-prova durante ensaio

uniaxial. Na Tabela 2.1 encontra-se valores típicos de coeficiente de Poisson segundo

BALBO (2007).

21

Tabela 2.1 – Valores típicos de coeficiente de Poisson

Material Faixa Variação

Concretos asfálticos 0,32 - 0,38

Concreto de cimento Portland 0,15 - 0,20

BGS, MH, BC 0,35 - 0,40

CCR, BGTC 0,15 - 0,20

SC, SMC 0,20 -0,30

SCA 0,25 - 0,30

Solos Arenosos 0,30 - 0,35

Areias Compactadas 0,35 - 0,40

Solos Finos 0,40 - 0,45

Fonte: Balbo, 2007

2.3 DIMENSIONAMENTO DE REFORÇO DE PAVIMENTO

Segundo Balbo (2007) reforço de pavimento é a construção de uma nova

camada de revestimento sobre um pavimento antigo que se encontra deteriorado.

Essa nova camada irá propiciar uma melhoria nas condições funcionais e estruturais

do pavimento.

Para definir as soluções de restauração são feitas análises para determinar a

condição atual do pavimento. Assim, é procedido por uma análise funcional e

estrutural do pavimento.

A análise funcional verifica a condição da superfície do pavimento através de

levantamentos de defeitos superficiais e irregularidade longitudinal (IRI). Os

problemas identificados nessa etapa são: área trincada utilizando métodos como

levantamento visual continuo – LVC ou Índice de gravidade global – IGG, deformações

permanentes através do levantamento de trilhas de roda - ATR e irregularidade

longitudinal - IRI.

Já a análise estrutural se baseia em levantamentos não destrutivos para

verificar o suporte de cargas do pavimento. Nesta etapa é feito o levantamento

22

deflectométrico, que consiste na aplicação de uma carga na estrutura. Essa avalição

está associada ao conceito de capacidade de carga do pavimento. Os defeitos

resultam, normalmente, da repetição de cargas e vincula-se às deformações elásticas

e plásticas (permanentes). As deformações elásticas são avaliadas por

deflectômetros. Eles medem os deslocamentos verticais, denominados “deflexão” do

pavimento. Elas são responsáveis pelo surgimento da maioria dos trincamentos ao

longo da vida útil, o que pode levar a fadiga. As deformações plásticas são

acumulativas durante anos de vida de um pavimento e resultam em defeitos do tipo

afundamento localizado ou nas trilhas de roda (BERNUCCI et al.,2010).

Segundo Pessoa (2012) a avaliação estrutural tem como objetivo conhecer os

elementos necessários para um projeto de reforço. Esta avaliação pode ser realizada

por três métodos: destrutivos, semidestrutivos ou não destrutivos. O destrutivo é

realizado através da abertura de trincheiras ou poços de sondagens, podendo ser

verificado espessura de camadas, módulos de resiliência, materiais utilizados. O

semidestrutivo é aquele que se vale de aberturas menores no pavimento, que pode

ser feito uma correlação com o índice de suporte Califórnia – ISC. O método não

destrutivo em pavimentos emprega equipamentos de alta tecnologia para identificação

de espessura de camadas e tipos de materiais existentes no pavimento. Neste ensaio

podem ser utilizados carregamento quase estático (ensaio de placa e viga

Benkelman), carregamento vibratório (Dynaflect) e carregamento por impacto (Falling

Weight Deflectometer – FWD).

No Brasil atualmente existem quatro métodos de dimensionamento de reforço

de pavimento, são eles:

a) DNER PRO 10/79 – Procedimento A;

b) DNER PRO 11/79 – Procedimento B;

c) DNER PRO 159/85;

d) DNER PRO 269/94 – TECNAPAV.

Será abordado neste trabalho o método PRO 11/79-Procedimento B. Como o

projeto analisado pertence ao DAER/RS, o órgão utiliza também a instrução de serviço

IS 112/13 para propor as soluções de catálogos baseadas nas avaliações funcionais

23

e estruturais do pavimento da RSC 287. Por fim, será abordado de uma forma geral o

SWAP, o catálogo de soluções do DNIT, utilizado no programa CREMA 2ª etapa.

2.3.1 PRO 11/79 – Procedimento B

É um método de dimensionamento de reforço baseado no critério de

deformabilidade dos pavimentos flexíveis, que na verdade são expressos pelas

deflexões recuperáveis.

De acordo com a norma DNER-PRO 11/79 a estrutura do pavimento está

submetida a três fases de vida: consolidação, elástica e fadiga. E justamente nessa

última fase se não se tomarem medidas para recuperação do pavimento, observara-

se, um processo acelerado de degradação.

Os estudos necessários para aplicação do método se dividem em dois grandes

grupos:

a) Estudos preliminares: tem como objetivo fornecer uma ideia geral da

constituição do pavimento, das solicitações por ele já suportadas e as que irão

suportar durante um novo projeto de exposição ao tráfego.

b) Estudos definitivos:

- Demarcação de estações de ensaio: em rodovias de pista única com duas

faixas de tráfego, as estações para determinar as deflexões devem ser

marcadas em ambas faixas, onde em um mesmo sentido a distância fique em

40 m e entre estações consecutivas contando ambos os lados fique em 20m.

Em rodovias de pista dupla a cada 20m na faixa externa.

- Determinação das deflexões recuperáveis: na trilha de roda externa, em

todas as estações demarcadas. Deve ser obtido dados para cálculo do raio

de curvatura que é determinado a cada 200m. Com o objetivo de enriquecer

o projeto pode ser coletado dados referentes a parcela transitória da

deformação para determinação da bacia de deformação. O aparelho utilizado

para ensaio é a Viga Benkelman ou outro já normatizado, desde que

estabelecida a correlação com as medidas pela viga Benkelman.

- Inventário do estado de superfície do pavimento existente: deve ser feito um

levantamento do estado apresentado pela superfície do pavimento.

24

- Sondagens complementares a pá e picareta: Deve ser feito sondagens com

espaçamento máximo de 200m para possíveis casos onde só a deflexões não

é suficiente.

-Definição dos segmentos homogêneos: a rodovia será dividida em trechos

que possam serem considerados iguais, ou seja, homogêneos

estruturalmente. Deve ser levado em conta os valores de raio de curvatura, a

constituição do pavimento existente, a natureza e os defeitos verificados na

superfície. A indicação é manter segmento entre 200 m e 2000 m.

-Análise estatística das deflexões recuperáveis: Primeiro tabula-se os valores

individuais das deflexões (Di), calcula-se a média aritmética (D), determina-se

o desvio padrão da amostra (DP), em seguida estabelece o intervalo de

aceitação para os valores individuais definidos através dos limites D+ Z* (DP),

onde o sinal é adota sempre a favor da segurança e Z é estimado em função

de n (número de amostras) mediante Tabela 2.2 a seguir:

Tabela 2.2 – Valor Z em função de n

n Z 3 1,0 4 1,5

5-6 2,0

7-19 2,5

> 20 3,0

Fonte: DNER-PRO 11/79

A seguir, elimina-se todos os valores individuais fora do intervalo

definido, procedendo um novo cálculo de D e DP, bem como a fixação de

novos limites de aceitação. O procedimento deve ser repetido quantas vezes

forem necessários. O coeficiente de variação CV é determinado para cada

uma das distribuições sendo CV = (DP) /D, sendo um valor considerado limite

o próximo de 30%.

O valor da deflexão característica é determinado para cada uma das

distribuições através da expressão 2.13 abaixo:

25

𝐷𝑐 = 𝐷 + (DP) (2.13)

Onde,

Dc é a deflexão característica;

D é a deflexão do ensaio com Viga Benkelman ou do FWD corrigido;

DP é o desvio padrão da amostra.

- Deflexão de projeto: a melhor época para realização do ensaio de deflexão

é após a estação chuvosa, quando o subleito está com o máximo de umidade.

Como isto nem sempre é possível, costuma-se utilizar fatores de correção

sazonal, conforme Tabela 2.3, para corrigi-las para épocas mais

desfavoráveis.

Tabela 2.3 – Fator de correção sazonal – Fs

Natureza do subleito Fator de Correção Sazonal - Fs

Estação Seca Estação Chuvosa

Arenoso e Permeável 1,10 – 1,30 1,00 Argiloso e Sensível à umidade 1,20 – 1,40 1,00


A deflexão característica corrigida é:

𝐷𝑝 = 𝐷𝑐 ∗ 𝐹𝑠 (2.14)

Onde:

Dp = Deflexão de projeto (0,01mm);

Dc = deflexão característica obtida pelo levantamento deflectométrico

(0,01 mm);

Fs = Fator de correção sazonal.

Para que não surjam trincas no pavimento é necessário manter a deflexão

abaixo de um valor denominado deflexão admissível (Dadm). Esse valor depende dos

materiais do revestimento e base, bem como do número N de solicitações de eixos

equivalentes ao eixo padrão de 8,2 t. Para pavimentos flexíveis de revestimento de

26

concreto betuminoso executado sobre base granular, o valor da deflexão admissível

(Dadm) em 0,01 mm é dado pela expressão 2.15 abaixo:

log 𝐷𝑎𝑑𝑚 = 3,01 − 0,176 log 𝑁 (2.15)

Onde:

Dadm = Deflexão admissível, em 0,01mm;

N = número de repetições do eixo padrão de 8,2 t.

Para pavimentos semirrígidos, com base de solo-cimento ou base de brita

tratada com cimento, deve ser adotado a metade do valor obtido pela expressão 2.15.

Para revestimentos com tratamento superficial, executados sobre base granular, deve

ser adotado o dobro do valor encontrado pela expressão 2.15.

O dimensionamento de reforço é feito pela expressão 2.16 que segue abaixo:

ℎ = 𝐾 ∗ 𝑙𝑜𝑔𝐷𝑝

𝐷𝑎𝑑𝑚 (2.16)

Onde:

h = espessura do reforço, em cm

Dp = deflexão de projeto, em 0,01mm

Dadm = deflexão admissível, em 0,01 mm

K = fator de redução de deflexão próprio do material usado no reforço do

pavimento

Para cálculo do reforço de pavimento, hcb, em termos de concreto betuminoso,

deve ser usado o valor 40 para o K.

Quando a espessura da camada de reforço for superior a 5 cm, devem ser

estudadas outras soluções de reforço em camadas múltiplas. E para cálculo de

camadas não constituídas de material betuminoso, deve ser adotado os coeficientes

de equivalência estrutural recomendados pelo DNER, conforme Tabela 2.4

27

Tabela 2.4 – Coeficientes equivalência estrutural por tipo de material

Componentes do reforço do pavimento Coeficiente de equivalência

estrutural

Concreto betuminoso 2,00

Pré misturado a quente de graduação densa 1,70

Pré misturado a frio de graduação densa 1,40

Macadame betuminoso por penetração 1,20

Brita graduada com ISC > 80 1,10

Material granular com ISC > 60 1,00

Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias superior a 45

Kg/cm²

1,70

Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias entre 45 Kg/cm² e

28 Kg/cm²

1,40

Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias inferior a 28

Kg/cm²

1,00


Assim, a espessura das camadas inferiores será obtida pela expressão:

ℎ = 2,00

𝐶𝑜𝑒𝑓.𝑒𝑞𝑢𝑖.𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 (2.17)

2.3.2 Catálogos de Soluções CREMA

O CREMA é um contrato de restauração e manutenção de rodovias que é

utilizado tanto por órgãos estaduais, neste caso o DAER-RS, como pelo órgão federal

o DNIT. Neste trabalho, será abordado a instrução de serviço CREMA do DAER-RS,

que foi utilizado no projeto as RSC 287, e para fins de comparação o Catálogo SWAP

do DNIT.

2.3.2.1 Instrução de serviço CREMA – DAER-RS (IS-112/13)

O programa CREMA-RS tem como objetivo instituir um processo sistemático e

contínuo de conservação, por meio de ações de restauração e manutenção, da malha

de rodovias pavimentadas. Os serviços deverão atender indicadores de desempenho

definidos para um período de intervenções e obras de cinco anos.

28

Segundo o IS 112/13, os serviços deverão ser realizados em algumas etapas:

serviços preliminares, levantamentos, execução dos projetos e apresentação dos

serviços. Os serviços preliminares consistem no plano de trabalho e estaqueamento

do trecho (20 em 20 m). Os levantamentos deverão ser:

a) Levantamento contínuo dos defeitos da rodovia (LVC) conforme norma DNIT

008/2003-PRO, porém, os dados levantados deverão ser cadastrados a cada

200m no sentido crescente dos marcos do sistema rodoviário estadual (SRE).

b) Medidas de irregularidade longitudinal (IRI) e de trilha de rodas (ATR) deverão

ser feitos com equipamento de avaliação direta, com, no mínimo, cinco

sensores a laser. O ensaio deverá ser feito nas trilhas de roda interna e externa.

O IRI será feito de 200 em 200 m e o ATR de 20 em 20m.

c) Medidas de deflexão: Deverá ser realizado com equipamento tipo FWD com

aplicação de carga equivalente ao eixo padrão de 8,2t, na trilha externa da faixa

direita de rolamento segundo a norma DNER PRO 273/96.

d) Cadastros dos dispositivos de drenagem, sinalização horizontal e vertical,

passivo ambiental, vegetação, obras-de-arte especiais.

e) Contagem de tráfego e cálculo do número N deverão seguir a IS-110/10 DAER

com contagem bidirecional e classificatórias, devendo os volumes de tráfego

ser totalizados a cada hora e terão frequência mínima de um dia (com período

mínimo de 16h), ocorrendo sempre terça, quarta ou quinta feira.

f) Sondagem do pavimento deverão ser feitas sempre, a critério do projetista, que

a solução de restauração do catálogo para o segmento exigir o conhecimento

da espessura do revestimento do pavimento.

Com bases nos levantamentos, será elaborado o projeto de restauração, onde

todos deverão contemplar soluções que permitam o atendimento dos indicadores de

desempenho durante o período proposto nas seguintes etapas:

a) A fase do diagnóstico visa definir os segmentos homogêneos baseado na

análise dos defeitos de superfície, irregularidade e deflexões utilizando o

método PRO 11-79. Os segmentos homogêneos segundo a IS 112/13 deverão

ter mínimo 200 m e máximo 3000 m. Nos trechos de reconstrução o valor

mínimo é 50m. Os segmentos deverão ser classificados conforme Tabela 2.5,

fluxograma da Figura 2.3 e o catálogo da Tabela 2.6.

29

Tabela 2.5 – Classificação dos segmentos homogêneos conforme IS112/13 DAER-RS

CPR DGP/DAER

CLASSIFICAÇÃO DOS SEGMENTOS HOMOGÊNEOS

Estado do Pavimento

ÓTIMO OT Pavimentos novos e bem executados e/ou conservados que necessitam apenas de manutenção rotineira.

BOM BO

Pavimentos em bom estado de conservação com algum desgaste superficial, trincas pouco severas em áreas limitadas e poucos reparos superficiais (menos de 2 ocorrências a cada 200m) e ATR<7mm.

REGULAR RE

Pavimento trincado em áreas restritas (FC-2 ou FC-3) ou grandes extensões com trincamento tipo FC-2, panelas e reparos pouco frequentes (menos de 5 ocorrências a cada 200m) com irregularidade transversal e longitudinal aceitáveis (IRI<3,0 e ATR<10mm), podendo apresentar desgaste.

RUIM

Pavimento com defeitos generalizados

R1 Pavimento com irregularidade muito elevada IRI>3,0.

R2 Pavimento com panelas e reparos frequentes (mais de 5 ocorrências a cada 200m).

R3 Pavimento com trilha de roda >10mm (R3a) ou defeitos de massa (R3b).

R4 Pavimento com trincamento severo, tipo FC-3.

PÉSSIMO PE Pavimento com defeitos generalizados e correções prévias. Degradação do revestimento e das demais camadas - infiltração de água e descompactação da base.

Fonte: IS-112/13 DAER/RS, 2013

Restauração do pavimento: deverá ser aplicado o catálogo de soluções

do DAER correspondente ao tipo de revestimento (delgados ou CA – Concreto

Asfáltico) conforme a Tabela 2.6. O catálogo de soluções engloba tipologias de

intervenções descontínuas e contínuas. As descontinuas envolve execuções

apenas em parte do pavimento como, remendos localizados, fresagens

descontinuas e reperfilagem descontínua. Já as contínuas envolvem

microrrevestimento asfáltico, recapeamento com CA (3, 4 ou 5cm),

intervenções combinadas de reperfilagem e CA, reforço estrutural com CA em

espessura Hx determinada pelo DNER-PRO11-79, fresagem contínua e reforço

com CA e reconstruções. As soluções de catálogo têm limite de aplicação para

30

N superior 1x107 e deflexão superior 120x10-2. O projeto deve contemplar os

procedimentos PRO 11-79B e/ou PRO 269-94 e/ou análise mecanicista.

Figura 2.3 – Fluxograma de classificação dos segmentos homogêneos - DAER-RS

Fonte: IS-112/13 DAER/RS, 2013

31

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AE

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Fonte

: IS

-112/1

3 D

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R/R

S, 201

3

32

2.3.2.2 Catálogo de soluções CREMA 2ª ETAPA - SWAP-DNIT

Para parâmetro de comparação será abordado, de forma geral, o catálogo

utilizado pelo departamento nacional de infraestrutura e transporte (DNIT). O método

utilizado pelo DNIT divide o programa em duas etapas: CREMA 1ª ETAPA que tem

um caráter de correção funcional da via e dura 2 anos e o CREMA 2ª ETAPA tem um

caráter não só de manutenção funcional, mas também estrutural e tem duração de

cinco anos. O CREMA 2a ETAPA prevê soluções para vida útil de 10 anos, utilizando

método de reforço DNER-PRO 11/79 e uma comparação com o DNER-PRO 269/94

(TECNAPAV). Os critérios de avaliação para realizar o dimensionamento levam em

conta: irregularidade longitudinal do pavimento (IRI), deflexão recuperável de projeto

(Dp), deflexão admissível (Dadm), índice de gravidade global (IGG) (FONSECA 2013).

O CREMA 2ª ETAPA prevê dois catálogos de soluções: um para pavimento em

revestimento asfáltico e outro para tratamentos superficiais. Será abordado aqui o

catálogo para revestimentos asfálticos, visto que, é o mais utilizado em rodovias no

Brasil. Esse catálogo consiste em uma tabela com 80 células (conforme Tabela 2.7)

com soluções conforme os valores encontrados nas avaliações funcionais e

estruturais do pavimento, sendo um catálogo baseado no catálogo SWAP fornecido

pelo banco mundial (FONSECA 2013).

33

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34

2.4 MÉTODO MECANÍSTICO-EMPÍRICO

O dimensionamento de pavimento novo, baseado no método do CBR

(DNER,1966), de natureza empírica, não considera o fato das camadas de

revestimentos asfálticos e de bases e sub-bases, asfálticas ou cimentadas

trabalharem em flexão e, portanto, estarem sujeitos à fadiga (BALBO 2007).

Motta (1991) explica que para ter um novo método de dimensionamento de

pavimentos, é preciso ter seus fundamentos teóricos e experimentais bem

esclarecidos, que irão se mostrar confiáveis na opinião de especialistas e futuros

usuários e deve apresentar vantagens em relação ao método atual. A Figura 2.4

mostra um fluxograma elaborado pela mesma autora em sua tese de doutorado, em

1991, indicando os passos para elaboração de um dimensionamento, que engloba as

novas técnicas de ensaio de materiais, métodos racionais de tensão-deformação,

influência do clima, conceitos de serventia e parâmetros de tráfego.

Conforme verificado na Figura 2.4, existem vários fatores que afetam e

influenciam no dimensionamento do pavimento pelo método proposto pela autora

citada acima:

a) Fatores ambientais: eles são importantes porque em cada região varia a

umidade, a velocidade do vento, a temperatura do ar, a radiação solar, a

precipitação, a evapotranspiração, e estes são fatores que precisam ser

analisados porque influenciam na trabalhabilidade das camadas do pavimento.

b) Tráfego: é necessário conhecer o tipo de carga que será aplicada no

pavimento para estimar de alguma forma o efeito destrutivo que cada

passagem de veículo ocasionará, bem como o número de veículos que

utilizarão a rodovia durante a vida útil.

c) Materiais disponíveis: os mesmos devem ser estudados de forma intensa,

visando definir as variabilidades e modelos de comportamento à tensão e

deformação, que são baseadas em estudos de sistemas em camadas por

teorias elásticas de forma a compatibilizar espessuras e esforços.

d) Técnicas construtivas: deve haver um intenso controle tecnológico e uso de

técnicas em campo que permitam uma boa confiabilidade.

35

Figura 2.4 - Fluxograma de um método de dimensionamento mecanístico-empírico de

pavimentos asfálticos

Fonte: Motta 1991

e) Parâmetros de projetos: uma junção de todos os itens anteriores em um certo

nível de aceitabilidade a ser exigido.

f) Métodos de cálculo: devem atender aos métodos mecanicistas da mecânica

dos pavimentos desenvolvidas por Boussinesq em 1885 e Burmister em 1943.

Boussinesq desenvolveu a solução geral formal para os vários tipos de

carregamento, cargas concentradas ou uniformemente distribuídas, aplicados

em um meio semi-infinito, elástico, homogêneo e isotrópico. Já a teoria

desenvolvida por Burmister, foi formulada para meios estratificados de duas e

três camadas elásticas, portanto, é mais adequada em se tratando de

pavimentos.

g) Dimensionamento final: deve levar em conta o consumo de fadiga para que o

pavimento dura o maior tempo possível.

36

2.4.1 Método mecanístico-empírico de projeto de reforço

Desde a década de 1950 a deflexão máxima sob a carga de rodas tem sido o

principal parâmetro para avaliação estrutural e dimensionamento de reforço.

A concepção do método de dimensionamento apresentado no item anterior

para pavimentos novos, serve também para dimensionamento de reforços. Segundo

Medina e Motta (2015), a dificuldade maior no projeto de reforço é determinar os

valores do módulo de resiliência do pavimento atual que irá ser restaurado, devido à

falta de informação. Existem duas saídas: ou faz-se avaliação destrutiva com abertura

de sondagens e ensaio em laboratório ou procede-se a avaliação não destrutiva, com

medidas de deflexão e retroanálise da deformabilidade das camadas do pavimento.

Para o dimensionamento de reforço de pavimento utilizando o método

mecanicista-empírico os mesmos autores citados acima mostram as etapas que

devem ser seguidas:

a) Determinar no trecho a ser restaurado, as bacias de deflexão, utilizando FWD

ou Viga Benkelman;

b) Utilizar um programa confiável de retroanálise das bacias (para cálculo do

módulo de resiliência) do qual se conheça os princípios e métodos de cálculo;

c) Utilizar um programa confiável de cálculo de tensões e deformações no qual

serão usados os módulos retroanalisados e as espessuras das camadas;

d) Comparar tensões ou deformações calculadas com valores admissíveis em

função do tráfego de projeto;

e) Pode-se simular também processo de reciclagem, com ou sem adição de novos

materiais e espessura adicional.

2.4.1.1 Retroanálise

Os módulos de resiliência obtidos em laboratório dependem da preparação do

material e carga aplicada, o que pode ser diferente da realidade no campo (BALBO,

2007). O agravante é para dimensionamentos de restauração onde são necessários

os valores do módulo de resiliência que em laboratório seria praticamente inviável,

visto que se extrair amostras estas não refletirão o comportamento conjunto de todas

37

as peças que compõem uma camada da rodovia. Dessa forma, com auxílio das bacias

de deslocamento em campo é possível extrair os módulos de resiliência utilizando o

método da retroanálise, que é a representação teórica da bacia de deflexões.

Retroanálise é um processo pelo qual, conhecendo-se as respostas em

termos de deformação ou tensões da estrutura real, medidas por meio de

algum instrumento, procura-se simular uma teoria condizente com o

comportamento da estrutura em questão, verificando-se para quais

parâmetros (em geral, os parâmetros geométricos e de carregamento são

conhecidos a priori) o modelo teórico (analítico ou numérico) consegue

representar, com maior fidelidade possível, as medidas reais obtidas em

campo ( BALBO, José Tadeu 2007 p 478).

Segundo Preussler (2000) os módulos de resiliência retroanalisados são

aproximações do valor real, onde destacam as desvantagens do método como

cálculos simplificados; necessidade de sensibilidade do usuário do programa na

escolha dos parâmetros iniciais de entrada; variabilidade na possibilidade de

soluções. Mas destacam, também, vantagens no uso do método, como: eliminação

da necessidade de inspeção e coleta de amostras (menos custo); melhor avaliação

do pavimento na situação atual, já que a avaliação é feita nas condições ambientais

em que se o material se encontra em campo.

2.4.2 O software MeDiNa v1.00

O MeDiNa é uma atualização do software SisPav, desenvolvido na tese de

doutorado de Franco (2007), que leva em conta a análise do tráfego para diversos

tipos de eixos dos caminhões, para diversas variações sazonal do tráfego e diversos

tipos de materiais de comportamento elástico tanto linear como não linear. Além disso,

engloba também, modelos de previsão de danos desenvolvidos a partir de ensaios

brasileiros, parâmetros dos materiais de pavimentação e bacias deflectométricas

calculadas para controle de execução no campo e análise de confiabilidade.

Franco (2007) desenvolveu um fluxograma (Figura 2.5) do método de

dimensionamento mecanístico-empírico, que compreende uma sequência

praticamente igual ao do fluxograma apresentado por Motta (1991).

38

Para desenvolver o programa, Franco (2007) utilizou a teoria da elasticidade

como método para cálculo de tensões, deformações e descolamentos na estrutura do

pavimento, tendo como base a análise elástica de múltiplas camadas - AEMC. O

programa foi desenvolvido em Visual C++ onde buscou-se a praticidade, agilidade e

velocidade de cálculos.

Figura 2.5 - Fluxograma do método de dimensionamento de pavimentos asfálticos – SisPav

Fonte: Franco, 2007

Segundo o relatório parcial VI do método de análise mecanístico-empírico

desenvolvido pela rede temática de asfaltos em 2017, o software considera a

sobreposição de camadas sobre o pavimento asfáltico antigo. A fresagem foi

considerada no estabelecimento da função de transferência. Porém o software não foi

calibrado para situações de fresagem, devendo procurar dados de trechos reais já

feitos com esta técnica. O software também não prevê reflexão de fissuras.

39

O MeDiNa v1.00 calcula o dano acumulado - DA a partir do dano médio (ΔD),

empregando a hipótese de Miner. Este dano médio é estimado numa malha distribuída

em 110 pontos da camada de revestimento, permitindo ainda, calcular o dano em até

duas camadas asfálticas. O programa calcula para cada período, o dano médio

distribuído nestes 110 pontos, em uma grade de 10 pontos distribuídos na direção

horizontal a partir do centro do carregamento (considerando o eixo padrão) – ponto 0

cm até 32,85 cm e 11 pontos distribuídos na direção vertical à 0,01 mm da superfície

igualmente distribuídos em função da espessura da camada asfáltica. O dano médio

de cada ponto da malha é calculado pela divisão do nº atual de aplicações de eixos

de carga (n) pelo nº permissível de aplicações de eixos de carga (N). A temperatura

não é uma variável incluída no cálculo do ΔD. São levados em conta o tipo de eixo de

carga (c) e o tempo (t) conforme equação 2.18 abaixo:

𝐷𝐴 = ∑ ∆𝐷 = ∑ (𝑛

𝑁)

𝑡,𝑐 (2.18)

Com o dano acumulado, o MeDiNa calcula o dano reduzido empregando uma

função matemática S (fator de desvio ou shift factor):

𝐷𝑟𝑒𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜 = 𝐷𝑚é𝑑𝑖𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑎𝑙𝑑𝑜 𝑋 𝐹𝑢𝑛çã𝑜 "𝑆" (2.19)

Finalmente tem-se a Função de Transferência (FT) que transforma o dano

reduzido em área trincada prevista, por meio de duas constantes C1 e C2 definidas

no processo de calibração.

𝐴𝑇𝑝𝑟𝑒𝑣𝑖𝑠𝑡𝑎 = 𝐶1 𝑋 (𝐷𝑟𝑒𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜)𝐶2 (2.20)

A diferença de área prevista com área observada dá origem ao erro da função

transferência. Esse somatório de erro é a diferença ao quadrado da ATprevista menos

ATobservada. Quanto menor o somatório de erro melhor é o ajuste da FT.

Para utilizar o MeDiNa v1.00, deve ser inserido no programa dados coletados

como espessura das camadas, módulo de resiliência, coeficientes de regressão dos

modelos de fadiga, coeficiente de Poisson, coeficientes de deformação permanente

40

para materiais granulares e solos e o valor do ensaio de Flow Number para materiais

asfálticos.

Ainda de acordo com o relatório parcial VI do método de análise mecanístico-

empírico, são propostos dois níveis hierárquicos quanto as características dos

materiais e clima:

a) Nível A que se baseia nos ensaios do módulo de resiliência para todos os

materiais das camadas e do subleito, deformação permanente dos materiais

da base, sub-base e subleito por ensaio triaxial de carga repetida e fadiga das

misturas asfálticas e materiais cimentados por compressão diametral de carga

repetida. A biblioteca disponível no MeDiNa deve ser utilizada somente para

anteprojeto. Para projeto todos os materiais devem ser ensaiados.

b) Nível B que deve ser utilizado para altos volumes de tráfego, e valem as

recomendações do nível A quanto aos ensaios para base, sub-base e subleito.

Porém para misturas asfálticas os ensaios serão módulo dinâmico e de fadiga

por tração direta. Este nível ainda está em fase de conclusão não fazendo parte

da versão atual do MeDiNa v1.00.

2.4.3 Método de dimensionamento AASHTO

O método de dimensionamento de pavimentos da AASHTO (American

Association of State Highway and Transportation Officials) está fundamentado na

análise estatística dos resultados obtidos na pista experimental da AASHO Road Test.

O experimento se destacou pelo modo de quantificação das condições de ruptura do

pavimento, que foram baseadas na opinião subjetiva dos usuários e na mensuração

objetiva dos defeitos nos pavimentos. Esse modo de avaliação ficou conhecido como

serventia do pavimento. Essa medida varia de 0 a 5. Onde o valor 5 representa o

melhor índice de serventia possível. As equações de dimensionamento estão

baseadas no binômio serventia-desempenho: serventia é a habilidade de um

pavimento de cumprir suas funções em um momento particular do tempo;

desempenho é a medida da história de serventia de um pavimento ao longo do tempo

(BALBO, 2007).

Em 2002, vários estados dos Estados Unidos se reuniram para desenvolver um

41

projeto em busca de novos procedimentos de dimensionamento que considerassem

fatores críticos, como diferentes condições climáticas sazonais, a necessidade de

controle de processos de danificação mais críticos nos pavimentos e a previsão de

desempenho em pavimentos.

A AASHTO evoluiu para um método mecanístico-empírico de

dimensionamento onde o projetista deve ter uma abordagem iterativa, e após a

escolha das espessuras iniciais deve efetuar a análise dos critérios de deformação

permanente (ATR), trincas por fadiga de baixo para cima (bottom-up) e de cima para

baixo (top-down), trincas térmicas e irregularidades longitudinais (IRI) (MEDINA e

MOTTA, 2015).

A Figura 2.6 mostra a estrutura básica de análise do MEPDG – Mechanistic-

Empirical Paviment Design Guide, que é um fluxograma típico semelhante ao

apresentado por Motta (19910 e Franco (2007) em suas teses de doutorado. O

esquema segue uma lógica semelhante: começa com os parâmetros de entrada, as

respostas em termos de tensões, deformações e deslocamentos, depois a calibragem

dos modelos de desempenho, a confiabilidade, e pôr fim a aceitabilidade ou não da

estrutura.

Figura 2.6 – Fluxograma do MEPDG da AASHTO (2004)

Fonte: Medina e Motta, 2015.

42

3 METODOLOGIA

3.1 PLANEJAMENTO

O estudo visa analisar o projeto de restauração CREMA (Contrato de

Restauração e Manutenção de Rodovias) da RSC 287 feito pelo Departamento

Autônomo de Estradas de Rodagens do Estado do Rio Grande do Sul - DAER em

2015 (A realização dos estudos e elaboração dos projetos foram decorrentes do

Contrato nº AJ/CD/063/14, firmado entre o Consórcio STE-PAVESYS e DAER),

utilizando um método mecanístico-empírico desenvolvido no trabalho de doutorado de

Franco 2007 na COPPE/UFRJ, o SisPav, que hoje atualizado chama-se MeDiNa. O

programa vem sendo aprimorando ao longo do tempo, onde vários pesquisadores, em

diferentes estados do país, trabalham juntos em uma iniciativa chamada Rede

Temática de Asfaltos, para recolher dados experimentais em campo e realizar a

devida calibragem empírica campo-laboratório.

O trabalho consiste em uma primeira etapa na análise do projeto da RSC 287

filtrando as informações úteis para a avaliação, a segunda etapa é a retroanálise dos

módulos de resiliência a partir dos dados do projeto e de outros complementares, a

última etapa é o dimensionamento pelo método mecanístico-empírico.

Primeira etapa: análise do projeto da RSC 287. Todas as informações foram

retiradas do projeto, desde as avaliações funcionais até as estruturais.

Segunda etapa: cálculo dos módulos de resiliência utilizando o método da

retroanálise, através dos dados do ensaio não destrutivo realizados com FWD do

projeto. O software utilizado foi o BackSisPav v.1.1.1.0 (versão de retroanálise do

SisPav).

Terceira etapa: dimensionamento das espessuras de reforço utilizando o

software MeDiNa v.1.00 aplicando os dados encontrados no projeto e fazendo as

devidas correlações.

43

3.2 ESTUDO DO CASO - RSC 287

O trecho estudado da RSC 287 fica entre ERS-502 (Conteda) e ERS-509

(Camobi) do segmento km 176,68 ao km 232,54, totalizando 55,85 km de extensão

conforme Figura 3.1.

As soluções do reforço apresentado no projeto são para uma vida útil de 6 anos

e toda a manutenção e restauração ficará por conta da empresa detentora do contrato

durante todo esse período.

Figura 3.1 – Mapa do trecho estudado da RSC 287

Fonte: Relatório de projeto CREMA – DAER RSC 287 Anexo 4 Vol. 1, 2015

Para concepção do projeto o DAER fez o estudo e levantamento de várias

informações necessárias para aplicação do catálogo de soluções (mencionado

anteriormente na revisão de literatura). No projeto o DAER disponibilizou os resultados

dos levantamentos realizados no primeiro semestre de 2015, são eles: levantamento

44

visual contínuo com vídeo registro (LVC), levantamento de irregularidade longitudinal

(IRI) e transversal (ATR) com perfilômetro laser e levantamento deflectométrico com

FWD. Esses levantamentos foram atualizados pelo consórcio através da realização

de levantamentos adicionais, uma vez que os dados fornecidos pelo DAER não mais

representavam a realidade verificada em campo. Ainda, foram efetuados

levantamentos para cadastro de fornecedores de materiais (comerciais) na região e

realização de contagens de tráfego.

3.2.1 Tráfego

Uma das primeiras etapas para concepção do projeto é a contagem volumétrica

de veículos para estimativa do número N durante a vida útil do pavimento que segue

a Instrução de Serviço 110/10 do DAER-RS. O número N consiste no somatório de

eixo simples de rodas duplas (ESRD) de carga padrão 8,2 t e pneus com 0,56 MPa

que será solicitado na rodovia ao longo de um dado período e seu cálculo se dá pela

Equação 3.1.

𝑁𝑖 = 𝑉𝐷𝑀𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑖 ∗ 𝐹𝑉𝐷𝐴𝐸𝑅 ∗ 𝑛 ∗ 𝐹𝐹 ∗ 𝐹𝑅 ∗ 𝐹𝐸 ∗ 106 (3.1)

Onde,

Ni: eixos equivalentes que trafegaram por faixa na rodovia no ano “i”;

VDMcomercial i: volume diário médio de tráfego projetado para veículos da

categoria no ano “i”;

FVDAER: fator de equivalência veicular ao eixo padrão do DAER (no projeto

não consta a origem desse fator, nem se ele se origina do sistema USACE ou

AASHTO);

n: número de dias no ano;

FR: fator climático regional;

FE: fator de expansão para contagens reduzidas;

FF: fator de distribuição do tráfego para as faixas disponíveis.

As contagens foram feitas em ambos os sentidos por um período de 3 dias

típicos com duração de 24 horas. Os postos de contagens P2, P3, P4 e P5

45

implantados no km 187,00 (P2 e P3) e km 213,20 (P4 e P5), localizados no mapa de

contagem da RSC 287 na Figura 3.2. Os levantamentos foram realizados nos dias 21,

22 e 23 de julho de 2015 para os postos P3 (Tabela 3.1) e P2 (Tabela 3.2) e nos dias

28, 29 e 30 de julho de 2015 para os postos P5 (Tabela 3.3) e P4 (Tabela 3.4).

O cálculo do número N se estendeu por um período de 8 anos, mas para fins

de dimensionamento foi estimado uma vida útil de 6 anos. Logo, foi utilizado o N

acumulado do sexto ano, que corresponde ao ano 2021, conforme pode ser analisado

nas Tabelas 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4. A taxa de crescimento do tráfego estimada pelo DAER

foi de 5% ao ano.

Figura 3.2 – Mapa de contagem RSC 287


46

Tabela 3.1 – Dados da contagem de veículos posto P3

IDENTIFICAÇÃO

RODOVIA RSC 287 CÓDIGO TRECHO SRE 287RSC0172

TRECHO Entr. ERS 502 (Contenda) - Entr. ERS-509 (Camobi)

SUBTRECHO Entr. ERS 502 (Contenda) - Entr. ERS 348(B) (P/Agudo)

CONTAGEM

CATEGORIA Passeio Coletivo Carga

TOTAL Leve Média Pesada Ultra Pesada

ANO DE CONTAGEM 2015 VDM 4.403 133 404 402 396 71 5.809

% DA CATEGORIA 76% 2% 7% 7% 7% 1% 100%

TAXA 5% a.a. Med Pista

2.201 66 202 201 198 35 2.904

TRÁFEGO E NÚMERO N

Ano Passeio Tx Coletivo Tx Carga Tx TOTAL 1 VDMA N N

Acumulado

2015 2.201 5% 66 5% 633 5% 2.900 5.800 6,15E+05 0,00E+00

2016 2.311 5% 69 5% 665 5% 3.045 6.090 6,45E+05 6,45E+05

2017 2.427 5% 73 5% 698 5% 3.198 6.395 6,78E+05 1,32E+06

2018 2.548 5% 76 5% 733 5% 3.357 6.715 7,12E+05 2,04E+06

2019 2.675 5% 80 5% 769 5% 3.524 7.050 7,47E+05 2,78E+06

2020 2.809 5% 84 5% 808 5% 3.701 7.403 7,85E+05 3,57E+06

2021 2.950 5% 88 5% 848 5% 3.886 7.773 8,24E+05 4,39E+06

2022 3.097 5% 93 5% 891 5% 4.081 8.162 8,65E+05 5,26E+06

2023 3.252 5% 98 5% 935 5% 4.285 8.570 9,08E+05 6,16E+06

Horizonte 8 Fatores de veículo

Coletivo: 0,3450

Fator Climático 1,00 Carga Leve: 0,0630

Fator de expansão 1,00 Carga Média: 1,3710

Fator de faixa 1,00 Carga Pesada: 4,9860

Abertura ao tráfego 2016 Carga Ultra Pesada 11,2050


47


IDENTIFICAÇÃO



SUBTRECHO Entr. ERS 348(A) (P/Agudo) - Entr. ERS 149(A) (P/Restinga Seca)

CONTAGEM




% DA CATEGORIA 74% 3% 7% 7% 7% 1% 100%

TAXA 5% a.a. Med Pista 1.843 63 179 174 185 33 2.478


Ano Passeio Tx Coletivo Tx Carga Tx TOTAL

1 VDMA N

N Acumulado

2015 1.843 5% 62 5% 570 5% 2.475 4.950 5,70E+05 0,00E+00

2016 1.935 5% 65 5% 599 5% 2.599 5.198 5,99E+05 5,99E+05

2017 2.032 5% 68 5% 628 5% 2.729 5.457 6,29E+05 1,23E+06

2018 2.134 5% 72 5% 660 5% 2.865 5.730 6,60E+05 1,89E+06

2019 2.240 5% 75 5% 693 5% 3.008 6.017 6,93E+05 2,58E+06

2020 2.352 5% 79 5% 727 5% 3.159 6.318 7,28E+05 3,31E+06

2021 2.470 5% 83 5% 764 5% 3.317 6.633 7,64E+05 4,07E+06

2022 2.593 5% 87 5% 802 5% 3.483 6.965 8,02E+05 4,88E+06

2023 2.723 5% 92 5% 842 5% 3.657 7.313 8,42E+05 5,72E+06


Coletivo: 0,3450




Abertura ao tráfego 2016 Carga Ultra Pesada

11,2050


48


IDENTIFICAÇÃO



SUBTRECHO Entr. ERS 149(A) (P/Restinga Seca) - Entr. ERS 348(B) (P/Faxinal do Soturno)

CONTAGEM




% DA CATEGORIA 76% 3% 7% 7% 7% 1% 100%

TAXA 5% a.a. Med Pista 2.098 79 182 192 188 36 2.776


Ano Passeio Tx Coletivo Tx Carga Tx TOTAL

1 VDMA N

N Acumulado

2015 2.098 5% 79 5% 597 5% 2.774 5.548 5,98E+05 0,00E+00

2016 2.203 5% 83 5% 627 5% 2.913 5.825 6,28E+05 6,28E+05

2017 2.313 5% 87 5% 658 5% 3.058 6.117 6,59E+05 1,29E+06

2018 2.429 5% 91 5% 691 5% 3.211 6.423 6,92E+05 1,98E+06

2019 2.550 5% 96 5% 726 5% 3.372 6.744 7,27E+05 2,71E+06

2020 2.678 5% 101 5% 762 5% 3.540 7.081 7,63E+05 3,47E+06

2021 2.812 5% 106 5% 800 5% 3.717 7.435 8,01E+05 4,27E+06

2022 2.952 5% 111 5% 840 5% 3.903 7.807 8,41E+05 5,11E+06

2023 3.100 5% 117 5% 882 5% 4.098 8.197 8,83E+05 5,99E+06


Coletivo: 0,3450




Abertura ao tráfego 2016 Carga Ultra Pesada

11,2050


49


IDENTIFICAÇÃO



SUBTRECHO Entr. ERS 348(B) (P/Faxina do Soturno) - Entr. ERS 509 (P/Camobi

CONTAGEM




% DA CATEGORIA 81% 3% 5% 5% 5% 1% 100%

TAXA 5% a.a. Med Pista 3.236 106 215 210 209 38 4.015


Ano Passeio Tx Coletivo Tx Carga Tx TOTAL 1 VDMA N N

Acumulado

2015 3.235 5% 106 5% 671 5% 4.012 8.024 6,59E+05 0,00E+00

2016 3.397 5% 111 5% 705 5% 4.213 8.425 6,92E+05 6,92E+05

2017 3.567 5% 117 5% 740 5% 4.423 8.846 7,27E+05 1,42E+06

2018 3.745 5% 123 5% 777 5% 4.644 9.289 7,63E+05 2,18E+06

2019 3.932 5% 129 5% 816 5% 4.877 9.753 8,01E+05 2,98E+06

2020 4.129 5% 135 5% 856 5% 5.120 10.241 8,41E+05 3,82E+06

2021 4.335 5% 142 5% 899 5% 5.376 10.753 8,83E+05 4,71E+06

2022 4.552 5% 149 5% 944 5% 5.645 11.291 9,27E+05 5,63E+06

2023 4.780 5% 157 5% 991 5% 5.928 11.855 9,74E+05 6,61E+06


Coletivo: 0,3450




Abertura ao tráfego 2016 Carga Ultra Pesada 11,2050


3.2.2 Avaliação Funcional

A avaliação funcional é fundamental porque visa caracterizar o desempenho do

pavimento sob o ponto de vista do usuário (conforto e rolamento na pista).

No projeto de restauração da RSC 287 foram feitos três levantamentos

funcionais: levantamento visual continuo – LVC, irregularidade longitudinal – IRI e

afundamento em trilha de roda – ATR.

50

A avaliação dos defeitos superficiais foi feita utilizando a metodologia LVC com

vídeo registro em um veículo que percorre o trecho a uma velocidade de 40 km/h,

equipado com velocímetro/odômetro conforme norma técnica PRO008 (DNIT,2003)

que também avalia as condições de acostamento e degraus entre pista e

acostamento. A compilação de dados se deu a cada 200 m. Através da avaliação é

possível calcular o ICPF – índice de condição de pavimentos flexíveis ou semirrígidos

e propiciar também o cálculo do IGGE – índice de gravidade global expedito e do IES

– índice do estado de superfície. Segundo a norma são adotadas nomenclaturas para

os diversos tipos de defeitos: Trinca: Trincas isoladas (TR); Trincas interligadas tipo

jacaré (TJ); Trincas interligadas tipo bloco (TB). Remendos (R) Panelas (P)

Afundamento: Afundamento plástico e de trilhas de roda (AF); Ondulações:

Ondulações e/ou corrugações (O). Outros defeitos: Escorregamento do revestimento

betuminoso (E); Exsudação (EX); Desgaste (D).

O levantamento de irregularidade longitudinal (IRI) e afundamento em trilha de

rodas (ATR) foi utilizado perfilômetro a laser com cinco sensores, os levantamentos

devem ser feitos com velocidades superiores a 30 km/h. os resultados do IRI são

apresentados a cada 200 m e do ATR a cada 20 m.

3.2.3 Avaliação Estrutural

No projeto de restauração da RSC 287 foi utilizado o ensaio não destrutivo

FWD. O ensaio consiste em levantar pesos à uma altura pré-determinada e deixá-los

cair sobre uma placa de 30 cm de diâmetro com uma força na ordem de 40 kN. Os

levantamentos foram realizados a cada 40 m na trilha de roda externa na faixa da

esquerda e da direita. Para construção da bacia de deflexão foram levantados valores

nos seguintes espaçamentos: 0; 20; 30; 45; 60; 90; 120 (em centímetros). O ponto 0

está sob o prato de carga do sensor D1. O equipamento fez registro de temperatura

do ar e da superfície do pavimento no mesmo instante em que foi feito a coleta das

bacias deflectométricas.

51

3.2.4 Sondagens

Foram realizadas sondagens no trecho com o intuito de levantar informações

necessárias para a aplicação do catálogo de soluções do DAER. A execução foi

realizada com pá e picareta sendo garantido a execução de uma sondagem pelo

menos a cada 5.000m. No total foram feitas 15 sondagens ao longo da rodovia

conforme Tabela 3.5.

Tabela 3.5 – Sondagens executadas na RSC 287

So

nd

ag

em

MATERIAL Espessura

(cm)

Reve

sti

men

to

Base Sub-base Subleito

Reve

sti

men

to

Base

Su

b-b

ase

1 C.A.* B.G. Marrom -

Argila Arenosa Marrom e Vermelha

16 26 -

2 C.A. B. G.** Marrom

M.S.*** (água retida) Argila Arenosa Rosa (Saturada) 8 34 13

3 C.A. B.G. Marrom

- Argila Arenosa Marrom c/ Pedregulho

14 16 -

4 C.A. B.G. Marrom

M.S. (água retida) Argila Arenosa Marrom (Saturada)

8 28 19

5 C.A. B.G. Marrom

M.S. (água retida) Argila Arenosa Marrom (Saturada)

11 21 22

6 C.A. B.G. Marrom

M.S. Argila Arenosa Rosa 10 15 26

7 C.A. B.G. Marrom

M.S. (água retida) Argila Arenosa Variegada c/ Pedregulho

10 15 30

8 C.A. B.G. Rosa - Argila Arenosa Variegada 10 28 -

9 C.A. B.G. Rosa - Argila Arenosa Marrom 13 35 -

10 C.A. B.G. Rosa - Argila Arenosa Rosa 12 28 -

11 C.A. B.G. Rosa - Areia. Arg. Rosa (Arenito) 13 26 -

12 C.A. B.G. Rosa - Argila Arenosa Rosa 14 32 -

13 C.A. B.G. Rosa - Argila Arenosa Rosa (Arenito) 28 22 -

14 C.A. B.G. Rosa Argila Arenosa Marrom c/ Seixo

Argila Arenosa Variegada c/ Seixo (Saturada)

11 23 15

15 C.A. B.G. Marrom - Areia Argilosa Rosa (Arenito) 20 20 -

Fonte: Adaptado do relatório de projeto CREMA – DAER RSC 287 Anexo 4 Vol. 1, 2015

Legenda: *CA = Concreto Asfáltico; **BG= Brita Graduada; ***MS = Macadame Seco

52

3.2.5 Soluções de projeto catálogo DAER

O trecho foi classificado conforme metodologia do DAER, onde os segmentos

de 200 m são classificados com base nos resultados dos defeitos de superfície (LVC),

resultados de trilhas de roda (ATR) e de irregularidade longitudinal (IRI). Os

segmentos homogêneos para o projeto de restauração foram aqueles indicados pelas

classes de intervenção, onde foram feitas algumas subdivisões adicionais em função

de variações importantes do IRI e condição geral dos pavimentos avaliada na visita

em campo. De forma geral, toda a extensão do segmento em estudo possui

características semelhantes, ou seja, a rodovia apresenta grande número de defeitos

envolvendo essencialmente a última camada de reforço aplicada. Além disso, foi

constado que em mais de 30% do trecho possui bastante área trincada grau FC-3

(sendo que em quase 40% dos segmentos possuem grau FC-2 de trincamento), em

mais de 35% dos segmentos possuem valores de IRI elevada (>3m/km) e no geral as

deflexões característica não superaram as deflexões admissíveis em quase 70% do

trecho (Dp<Dadm)

Conforme o projeto CREMA/DAER-RS RSC 287 foi utilizado o método DNER

PRO-11/79 e os resultados encontram-se na Tabela 3.6. Após o dimensionamento foi

aplicado o catálogo de soluções do DAER para misturas densas (apresentado neste

trabalho no item 2.3.2) já que a solução adotada na pista será executada com Asfalto

Modificado por Polímero (AMP) 60/85 com polímero e os resultados encontram-se na

Tabela 3.7. Os trechos sombreados são Obras de artes especiais (OAE) que não

foram utilizadas na análise.

53

Tabela 3.6 – Parâmetros de projeto e dimensionamento pelo método DNER PRO-11/79 para cada um dos trechos homogêneos.

(Continua)

Segmento Homogêneo Parâmetros PRO 11/79

N.

Se

gm

en

to

Km

in

icio

Km

fim

Ex

ten

são

(k

m)

Np

US

AC

E

(PP

= 6

an

os

)

Cla

ss

ific

aç

ão

IRI

mé

dio

(m/k

m)

AT

R

ca

rac

terí

sti

co

Dc

(m

m 2

)

Ra

io d

e

Cu

rva

tura

Da

dm

(P

RO

01

1)

h (

PR

O 0

11

)

1 176,68 178,23 1,55 4,39E+06 RE 2,53 3,9 35,1 1711,4 69,3 -11,8

2 178,23 178,27 0,04 4,39E+06 OAE - - - - - -

3 178,27 178,9 0,63 4,39E+06 RE 2,46 3,9 38,7 1460,6 69,3 -10,1

4 178,9 179,14 0,24 4,39E+06 R1 7,9 4,2 45,2 436,8 69,3 -7,4

5 179,14 179,38 0,24 4,39E+06 R1 10,32 3,6 57,4 254,9 69,3 -3,3

6 179,38 181,9 2,52 4,39E+06 R1 4,39 3,1 65,9 482,3 69,3 -0,9

7 181,9 182,8 0,9 4,39E+06 R2 5,08 3 48,2 347,6 69,3 -6,3

8 182,8 183,6 0,8 4,39E+06 R1 3,69 3,1 52,5 317,4 69,3 -4,8

9 183,6 184,49 0,89 4,39E+06 R4 3,36 3,4 58,7 196,5 69,3 -2,9

10 184,49 185,1 0,61 4,39E+06 R1 3,35 2,8 62,2 345,7 69,3 -1,9

11 185,1 186,6 1,5 4,39E+06 R2 4,55 3,1 72,4 241,3 69,3 0,8

12 186,6 187,13 0,53 4,39E+06 R2 3,76 3,5 51 280,8 69,3 -5,3

13 187,13 187,5 0,37 4,07E+06 R4 3,51 2,8 47,4 331 70,3 -6,8

14 187,5 188,76 1,26 4,07E+06 R4 2,42 3,3 53,8 251,9 70,3 -4,6

15 188,76 188,79 0,03 4,07E+06 OAE - - - - - -

16 188,79 189,58 0,79 4,07E+06 RE 2,63 3,6 52,4 283,2 70,3 -5,1

17 189,58 189,62 0,04 4,07E+06 OAE - - - - - -

18 189,62 190 0,38 4,07E+06 R1 3,21 3,3 45,2 308,4 70,3 -7,7

19 190 190,28 0,28 4,07E+06 R1 2,87 3,4 60 321,5 70,3 -2,8

20 190,28 190,7 0,42 4,07E+06 OAE - - - - - -

21 190,7 191 0,3 4,07E+06 R1 3,77 2,7 45,5 220,3 70,3 -7,6

22 191 191,7 0,7 4,07E+06 RE 2 2,6 51,7 289,2 70,3 -5,3

23 191,7 191,79 0,09 4,07E+06 OAE - - - - - -

24 191,79 194 2,21 4,07E+06 RE 2,3 3,5 46,9 280,7 70,3 -7,0

25 194 195,9 1,9 4,07E+06 R4 2,27 3,4 44 244,2 70,3 -8,1

26 195,9 197,21 1,31 4,07E+06 RE 1,98 3 48,1 325,8 70,3 -6,6

27 197,21 198,4 1,19 4,27E+06 R4 2,87 3 41 243,4 69,7 -9,2

28 198,4 201,2 2,8 4,27E+06 RE 2,07 3,4 36,7 338,8 69,7 -11,1

29 201,2 201,4 0,2 4,27E+06 R1 3,56 3,4 37,5 331,4 69,7 -10,8

30 201,4 202,62 1,22 4,27E+06 RE 2,22 3,5 50,4 272,4 69,7 -5,6

31 202,62 202,66 0,04 4,27E+06 OAE - - - - - -

32 202,66 203,9 1,24 4,27E+06 RE 2,15 4 50,7 240,9 69,7 -5,5

33 203,9 205 1,1 4,27E+06 R4 2,37 3 50 252,6 69,7 -5,8

34 205 207,8 2,8 4,27E+06 RE 2,63 3,3 51,6 350 69,7 -5,2

35 207,8 208 0,2 4,27E+06 R4 2,1 4,1 46,5 356 69,7 -7,0

36 208 210,6 2,6 4,27E+06 RE 2,61 3,3 52,1 311 69,7 -5,1

37 210,6 211,2 0,6 4,27E+06 RE 3,07 3,2 86,5 234,9 69,7 3,8

38 211,2 211,8 0,6 4,27E+06 R4 3,69 3,4 104,9 169,8 69,7 7,1

39 211,8 212,2 0,4 4,27E+06 R4 2,53 3,9 91,5 189,2 69,7 4,7

40 212,2 213,22 1,02 4,27E+06 R4 3,24 3 120,6 162,6 69,7 9,5

41 213,22 213,8 0,58 4,71E+06 R1 3,84 6,8 92,1 243,5 68,5 5,1

42 213,8 215,5 1,7 4,71E+06 RE 2,36 8,6 100,8 206,2 68,5 6,7

43 215,5 216,2 0,7 4,71E+06 R4 2,86 5,9 86,1 258,4 68,5 4,0

44 216,2 216,6 0,4 4,71E+06 RE 2,26 4,9 71,9 232,2 68,5 0,8

45 216,6 216,8 0,2 4,71E+06 R2 2,06 3,3 43,7 326,4 68,5 -7,8

46 216,8 218,6 1,8 4,71E+06 R1 2,59 4,6 60,1 287,6 68,5 -2,3

47 218,6 218,8 0,2 4,71E+06 R4 2,32 4,3 48,8 585,5 68,5 -5,9

48 218,8 219,5 0,7 4,71E+06 R4 2,83 4,4 71 240,5 68,5 0,6

49 219,5 220 0,5 4,71E+06 R2 2,79 4,4 75,8 315,2 68,5 1,8

54

Tabela 3.6 – Parâmetros de projeto e dimensionamento pelo método DNER PRO-

11/79 para cada um dos trechos homogêneos.

(Conclusão)

Segmento Homogêneo Parâmetros PRO 11/79

N.

Se

gm

en

to

Km

in

icio

Km

fim

Ex

ten

são

(k

m)

Np

US

AC

E

(PP

= 6

an

os

)

Cla

ss

ific

aç

ão

IRI

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dio

(m/k

m)

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(m

m 2

)

Ra

io d

e

Cu

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tura

Da

dm

(P

RO

01

1)

h (

PR

O 0

11

)

50 220 223 3 4,71E+06 R4 3,84 4,5 67,3 318,5 68,5 -0,3

51 223 224,1 1,1 4,71E+06 RE 2,03 5,7 48,1 289,8 68,5 -6,1

52 224,1 225 0,9 4,71E+06 RE 2,39 5,9 57,9 258,7 68,5 -2,9

53 225 226,26 1,26 4,71E+06 RE 2,31 5 67,4 337,1 68,5 -0,3

54 226,26 226,3 0,04 4,71E+06 OAE - - - - - -

55 226,3 227,46 1,16 4,71E+06 RE 2,46 6,6 60,9 265,7 68,5 -2,0

56 227,46 227,48 0,02 4,71E+06 OAE - - - - - -

57 227,48 227,5 0,02 4,71E+06 RE 1,99 7,8 69,7 182,4 68,5 0,3

58 227,5 227,86 0,36 4,71E+06 R4 2,27 6,3 83,8 174,2 68,5 3,5

59 227,86 227,88 0,02 4,71E+06 OAE - - - - - -

60 227,88 228,9 1,02 4,71E+06 R4 2,85 4,9 87,1 216,6 68,5 4,2

61 228,9 228,92 0,02 4,71E+06 OAE - - - - - -

62 228,92 229,6 0,68 4,71E+06 R4 2,51 5,4 74,9 547,5 68,5 1,6

63 229,6 230 0,4 4,71E+06 R1 3,61 4,6 80,9 266,4 68,5 2,9

64 230 230,7 0,7 4,71E+06 RE 2,25 7,8 69,1 201,6 68,5 0,2

65 230,7 231,34 0,64 4,71E+06 R4 2,41 10,6 77,2 427,8 68,5 2,1

66 231,34 232,54 1,2 4,71E+06 R1 3,58 10,7 42,9 408,7 68,5 -8,1


Tabela 3.7 –Catálogo de soluções CREMA – DAER/RS para cada um dos trechos homogêneos.

(Continua) Segmento Homogêneo Solução Pista

N.

Segm

ento

Km

in

icio

Km

fim

Catálogo soluções DAER Solução adotada em concordância com o DAER/RS

1 176,68 178,23 R + MRAF (*) (FRES+REC) Desc 10% 4 + CAp4

2 178,23 178,27 - (FRES+REC) Cont 4

3 178,27 178,9 R + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4

4 178,9 179,14 R + (FRES+REC) Cont x RECON (MS20+BG20+CAp5)

5 179,14 179,38 R + (FRES+REC) Cont x RECON (MS20+BG20+CAp5)

6 179,38 181,9 R + (FRES+REC) Desc y% x + CA 4 (FRES+RECp) Cont 4

7 181,9 182,8 R + (FRES+REC) Cont x (FRES+RECp) Cont 4




11 185,1 186,6 R + (FRES+REC) Cont x + CAx RECON (MS20+BG20+CAp5)



14 187,5 188,76 R + (FRES+REC) Desc y% x + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4

15 188,76 188,79 - (FRES+REC) Cont 4


17 189,58 189,62 - (FRES+REC) Cont 4

55

Tabela 3.7 –Catálogo de soluções CREMA – DAER/RS para cada um dos trechos

homogêneos.

(Conclusão) Segmento Homogêneo Solução Pista

N.

Segm

ento

Km

in

icio

Km

fim

Catálogo soluções DAER Solução adotada em concordância

com o DAER/RS

18 189,62 190 R + (FRES+REC) Desc y% x + CA 4 (FRES+RECp) Cont 4

19 190 190,28 R + (FRES+REC) Desc y% x + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4

20 190,28 190,7 - MRAF (*)

21 190,7 191 R + (FRES+REC) Desc y% x + CA 4 (FRES+REC) Desc 5% 4 + CAp4

22 191 191,7 R + MRAF (*) (FRES+REC) Desc 5% 4 + CAp4

23 191,7 191,79 - (FRES+REC) Cont 4

24 191,79 194 R + MRAF (*) (FRES+REC) Desc 5% 4 + CAp4

25 194 195,9 R + (FRES+REC) Desc y% x + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4


27 197,21 198,4 R + (FRES+REC) Desc y% x + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4




31 202,62 202,66 - (FRES+REC) Cont 4


33 203,9 205 R + (FRES+REC) Desc y% x + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4

34 205 207,8 R + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4

35 207,8 208 R + (FRES+REC) Desc y% x + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4


37 210,6 211,2 R + MRAF (*) RECON (MS20+BG15+CAp5)

38 211,2 211,8 R + (FRES+REC) Desc y% x + CA x RECON (MS20+BG15+CAp5)




42 213,8 215,5 R + MRAF (*) RECON (MS20+BG15+CAp5)

43 215,5 216,2 R + (FRES+REC) Desc y% x + CA x (FRES+REC) Cont 4 + CAp4

44 216,2 216,6 R + MRAF (*) (FRES) Cont 4 + CAp5

45 216,6 216,8 R + (FRES+REC) Desc y% x + MRAF (*) (FRES+REC) Desc 5% 4 + CAp4



48 218,8 219,5 R + (FRES+REC) Desc y% x + CA x (FRES) Cont 4 + CAp5

49 219,5 220 R + (FRES+REC) Desc y% x + CA x RECON (MS20+BG15+CAp5)

50 220 223 R + (FRES+REC) Desc y% x + CA 4 (FRES+RECp) Cont 4


52 224,1 225 R + MRAF (*) (FRES+RECp) Cont 4


54 226,26 226,3 - (FRES+REC) Cont 4


56 227,46 227,48 - (FRES+REC) Cont 4



59 227,86 227,88 - (FRES+REC) Cont 4


61 228,9 228,92 - (FRES+REC) Cont 4

62 228,92 229,6 R + (FRES+REC) Desc. y% x + CA x (FRES) Cont 4 + CAp6

63 229,6 230 R + (FRES+REC) Desc. y% x + CA x (FRES) Cont 4 + CAp7


65 230,7 231,34 R + (FRES+REC) Cont x + CAx RECON (MS20+BG15+CAp5)

66 231,34 232,54 R + (FRES+REC) Cont x (FRES+RECp) Cont 4

Fonte: Relatório de projeto CREMA – DAER RSC 287 Anexo 4 Vol. 1, 2015 Legenda: CA Concreto Asfáltico com asfalto convencional, conforme DAER ES P16/91; CAp Concreto Asfáltico com asfalto polímero, conforme DAER ES P16/91;

56

BGS Brita Graduada Simples, conforme DAER ES P 08/91; MRAF Micro revestimento Asfáltico a frio, conforme DER/PR ES P30/05; RECON Reconstrução do pavimento; MR Manutenção Rotineira; R Reparos Localizados; PMF Pré-Misturado a Frio, conforme DAER ES P 19/91; *MRAF: Micro revestimento asfáltico a frio em 2 camadas; FRES Fresagem do revestimento existente, conforme DNIT 159/2011 ES (FRES); MS Macadame Seco, conforme DAER ES P 07/91; TSS Tratamento Superficial Simples, conforme DNIT 146/19; TSD Tratamento Superficial Duplo, conforme DAER ES P15/19; RECIC Reciclagem de Base com recicladora, e do revestimento existente e adição de brita e de cimento; REEST Reestabilização de base com escarificação da base e revestimento existente e adição de brita; REP Reperfilagem com CA Faixa A do DAER e = 2,5 cm, conforme DAER ES P 16/91; (FRES+REC) Desc. y%x Fresagem Descontínua e Recomposição de CA na % de área y% espessura x (cm); (FRES+REC) Cont. x Fresagem Contínua (toda área do segmento) e Recomposição de CA espessura x (cm); RECp Recomposição de CAp espessura x (cm); HR Solução de restauração da camada de revestimento do acostamento; H2 = Solução de restauração da camada de base do acostamento; B12 = escarificação e geração de camada de base de 12 cm; MFRES = inclusão de material fresado na espessura x (MFRESx);

3.3 RETROANÁLISE DO MÓDULO DE RESILIÊNCIA

Após a análise do projeto foram separados os dados necessários para as

próximas etapas. Para o dimensionamento, é preciso conhecer os módulos de

resiliência das camadas. Assim, foi utilizado um método que não necessita de ensaios

em laboratórios para caracterização dos valores dos módulos de resiliência: a

retroanálise, utilizando o BackSisPav (software que faz parte do SisPav desenvolvido

por FRANCO (2007). Sua interface pode ser vista na Figura 3.3).

Para utilização do BackSisPav, é necessário informar as espessuras de cada

camada, valores mínimos e máximos do módulo de resiliência, coeficiente de Poisson,

decidir pelo sistema de camadas aderidas ou não aderidas, a temperatura do ar e do

pavimento, a carga aplicada e o raio da base da célula de carga do equipamento que

foi realizado o ensaio, neste caso o FWD. O software permite importar uma planilha

direto do Excel com os dados das bacias deflectométricas de campo que foram

retiradas do projeto da RSC 287 (onde foi utilizado para o ensaio o equipamento

chamado FWD).

57

Figura 3.3 – Interface do programa BackSisPav v.1.1.1.0

Fonte: Printscreen do BackSisPav v1.1.1.0 utilizando Windows 10

Para obter os resultados da retroanálise é preciso conhecer as espessuras das

camadas do pavimento. No projeto foram feitas apenas quinze sondagens ao longo

dos quase 56 km do trecho estudado. Dessa forma foi anotado a localização de cada

sondagem e as bacias de deflexão próximas de cada amostragem. Procurou-se não

se distanciar muito do ponto da sondagem, visto que não se pode saber a variabilidade

do solo e dos materiais que estão no local. Nos locais onde a estaca da sondagem

coincidiu com o de uma bacia deflexão, utilizou-se 3 bacias para cada sondagem e

nos pontos onde não coincide utilizou-se 4 bacias (totalizando 52 bacias conforme

Tabela 3.8).

Tabela 3.8 – Quantitativo de retroanálise

km N. de bacias km N. de bacias Sondagem 1 177+490 4 Sondagem 9 203+000 3 Sondagem 2 180+900 3 Sondagem 10 208+000 3 Sondagem 3 183+995 4 Sondagem 11 213+000 3 Sondagem 4 185+195 4 Sondagem 12 216+400 3 Sondagem 5 186+510 4 Sondagem 13 221+400 3 Sondagem 6 187+130 4 Sondagem 14 226+000 3 Sondagem 7 192+130 4 Sondagem 15 231+000 3 Sondagem 8 197+130 4 Total 52

Fonte: autor

58

Em relação ao coeficiente de Poisson, foi utilizado conforme a Tabela 3.9 que

foi baseado em valores de Balbo (2007).

Tabela 3.9 – Valores de Coeficiente de Poisson adotados nesta pesquisa

Material Coeficiente de Poisson

Concreto Asfáltico 0,35

Brita Graduada Simples 0,40

Macadame Seco 0,40

Subleito 0,45 Fonte: autor

Os intervalos de módulos de resiliência para serem inseridos no programa

foram baseados em Medina e Motta (2015) que apresentam uma tabela de valores

médios calculados por Nobrega (2003). Baseado em Bueno (2016), foram utilizados

valores baixos para evitar compensação modular de uma camada por outra. Dessa

forma, para revestimentos asfálticos iniciou-se com valores próximos de 1000 a 2000

MPa, para camadas granulares de 50 a 200 MPa e para o Subleito de 20 a 150MPa.

Esses valores foram os utilizados inicialmente, ao longo da iteração houveram

variações conforme a necessidade de convergência.

O conceito de camadas aderidas ou não aderidas estão relacionados com o

fato de haver imprimação, pintura de ligação e travamento da base e sub-base

adequados. Neste trabalho foi utilizado camadas aderidas, devido as considerações

feita por Bueno (2016), onde ele encontrou valores menores para camadas aderidas.

Devido ao fato de todas as cargas estarem próximas dos 40 kN e da

temperatura entre pavimento e ar não estarem tão distantes, optou-se em não corrigir

esses valores.

Com relação ao critério de parada, foi utilizado o método do erro relativo

(proposto por Fernandes, 2000), conforme Tabela 3.10 e Equação 3.2, que tem uma

boa acurácia e não é tão exigente igual a outros métodos.

휀 (%) = ((𝐷𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜− 𝐷𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑎𝑛á𝑙𝑖𝑠𝑒)

𝐷𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜) ∗ 100 (3.2)

59

Onde,

D é a deflexão característica no ponto analisado

Tabela 3.10 – Critério de confiabilidade para retroanálise

Distância do ponto de aplicação de carga (mm) Erro admissível – ε (%)

0 10

200 10

300 10

450 10

600 20

900 20

1200 50

Fonte: FERNANDES, 2000

3.4 DIMENSIONAMENTO UTILIZANDO A FERRAMENTA MeDiNa v1.00

A terceira e última etapa é a aplicação dos conceitos da método mecanístico-

empírico utilizando o software MeDiNa v1.00. A ideia é calcular as áreas trincadas por

fadiga no fim da vida útil do pavimento e, se esse valor for superior a 30% (rodovia

principal com confiabilidade de 75%), será feito um novo dimensionamento,

apresentando novas espessuras da camada de reforço. A interface do programa é

simples, como mostra Figura 3.4, e para o estudo deste trabalho, onde será avaliado

apenas fadiga, é necessário informar o tráfego, o tipo de material utilizado, as

espessuras das camadas, o módulo de resiliência, o coeficiente de Poisson e os

coeficientes de regressão de fadiga.

Como o trecho de quase 56 km tem apenas 15 sondagens e 66 segmentos

homogêneos (SH), foi preciso fazer uma divisão da representatividade de cada

sondagem para cada trecho, o critério utilizado foi o da distância média entre as

sondagens e o valor do número N acumulado. A Tabela 3.11 mostra o resumo final

desse arranjo. Observa-se que os segmentos homogêneos que são obras de arte

especiais (OAE) foram desconsiderados no dimensionamento. Dessa forma dos 66

segmentos, foram utilizados 56 deles.

O software possui uma base de dados de materiais com ensaios feitos pela

COPPE/UFRJ e também tem a opção de adicionar valores de projeto.

60

Figura 3.4 – Interface MeDiNa v1.00

Fonte: Printscreen do MeDiNa v1.00 utilizando Windows 10

Nas propriedades de cada material deve ser informado os parâmetros,

características e os coeficientes de regressão para fadiga (materiais asfálticos e bases

cimentadas), dos coeficientes de deformação permanente (bases granulares e solos),

e do Flow Number para assegurar que o revestimento do pavimento executado com

material asfáltico resistirá à deformação permanente. Neste trabalho de conclusão de

curso não foram determinados os afundamentos em trilha de roda limite, logo não

foram utilizados valores de coeficientes de regressão para deformação permanente,

nem valores do ensaio de Flow Number, pois esse não é um defeito recorrente em

restaurações de rodovias.

Tabela 3.11 – Número de Segmentos Homogêneos (SH) e número N por sondagem

SH N acumulado (USACE) SH N acumulado (USACE)

Sondagem 1 4 4,39E+06 Sondagem 9 4 4,27E+06







Sondagem 8 2 4,27E+06 Total 56

Fonte: autor

61

A Tabela 3.12 apresenta as oito diferentes soluções adotadas pelo projeto do

DAER ao longo dos 55,84 km do trecho. Devido a limitação imposta pelo MeDiNa

v1.00, não é possível utilizar novas espessuras menores que 5 cm; dessa forma, foi

adotada uma nova solução baseado nesse limite. Também nos casos em que havia

fresagem descontinua, foi desconsiderado e considerado apenas a capa. Para

dimensionamento, a parte fresada foi subtraída da espessura antiga do revestimento

conforme os resultados de sondagens nas espessuras indicadas na Tabela 3.12.

Tabela 3.12 – Solução adotada pelo autor deste trabalho com espessuras finais utilizadas

Segmentos Homogêneos

Solução Adotada DAER

Solução Adotada pelo autor

Espessura revestimento asfáltico (cm)

Fresada Nova

1;46 (FRES+REC) Desc 10% 4 +

CAp4 CAp5 - 5,0

3;6-10;12-14;16;18;19;25-

30;33-36;50;52;57;64;66

(FRES+RECp) Cont 4 (FRES+RECp) Cont 5 5,0 5,0

4;5;11 RECON (MS20+BG20+CAp5) RECON

(MS20+BG20+CAp5) - 5,0

21;22;24;32;45;47;51;53;55

(FRES+REC) Desc 5% 4 + CAp4

CAp5 - 5,0

37-42;49;65 RECON (MS20+BG15+CAp5) RECON

(MS20+BG15+CAp5) - 5,0

43;58;60 (FRES+REC) Cont 4 + CAp4 (FRES+RECp) Cont 4 +

CAp 4 4,0 8,0

44;48 (FRES) Cont 4 + CAp5 (FRES) Cont 4 + CAp5 4,0 5,0

62 (FRES) Cont 4 + CAp6 (FRES) Cont 4 + CAp6 4,0 6,0

63 (FRES) Cont 4 + CAp7 (FRES) Cont 4 + CAp7 4,0 7,0

Fonte: autor

A Figura 3.5 mostra a representatividade de cada uma das 8 soluções

adaptadas para o MeDiNa v1.00 em relação à extensão total da rodovia. A solução de

maior representativa é a da (FRES+RECp) Cont 5 que perfaz quase 57% do trecho e

a de menor representatividade é a (FRES) Cont 4 + CAp7 em menos de 1% do trecho.

Figura 3.5 – Porcentagem de representatividade de cada solução de projeto da RSC

287 sobre sua extensão total

62

Fonte: autor

3.4.1 Parâmetros de regressão k1 e k2 para fadiga

Devido à falta de ensaios de fadiga nos materiais de campo da rodovia e dos

materiais novos utilizados na restauração do projeto CREMA RSC 287, foi necessário

buscar dados de coeficientes de regressão já ensaiados. Por não ter dados para os

materiais do pavimento antigo, foi considerado coeficientes de regressão de materiais

novos.

Por se tratar de uma obra em Santa Maria - RS, optou-se por escolher

parâmetros de materiais ensaiados aqui no Rio Grande do Sul que foram retirados da

dissertação de Rossato (2015) e da tese de Specht (2004) e, para fins de comparação,

foram utilizados dados da tese de Fritzen (2016) com ensaios realizados no Rio de

Janeiro com materiais de diversas partes do país. A Tabela 3.13 apresenta valores

dos coeficientes de fadiga k1 e k2 e os módulos de resiliência das camadas novas

para as combinações entre camada antiga de campo, que foi executada com CAP

50/70, e camada nova, que pelo projeto será executada com AMP 60/85 com

polímero. Também para fins de comparação foi considerado, para fazer a

combinação, que a camada antiga de revestimento se comporta como material

21%

56%

4%

11%

4%

2%1%

1%CAp5

(FRES+RECp) Cont 5

RECON (MS20+BG20+CAp5)

RECON (MS20+BG15+CAp5)

(FRES+RECp) Cont 4 + CAp 4

(FRES) Cont 4 + CAp5



63

granular pelo fato de existir número elevado de trincas no pavimento. Conforme a

Tabela 3.13 foram utilizadas 6 combinações por segmento em um total de 56

segmentos homogêneos, totalizando 336 diferentes estruturas de pavimento

analisadas. A tabela apresenta o tipo de ligante utilizado, o módulo de resiliência para

camada nova e os coeficientes de fadiga (k1 e k2). O módulo de resiliência da camada

antiga são os valores encontrados pela retroanálise da estrutura original, devido à falta

de informações a respeito dos coeficientes de fadiga, teve que ser adotado valores de

k1 e k2 da literatura para pavimentos novos.

Tabela 3.13 – Combinações de propriedades de materiais ensaiados no MeDiNa v1.00

Cód. Camada

nova MR

(MPa)

Coeficiente de Fadiga Camada antiga

Coeficiente de Fadiga

k1 k2 k1 k2

a AMP 65-90

Fritzen (2016) 3184 3,00E-11 -3,535

CAP 50/70 19,1mm Fritzen (2016)

1,00E-12 -3,599

b AMP 65-90

Fritzen (2016) 3184 3,00E-11 -3,535 Material Granular - -

c AMP 60/85

Rossato (2015) 4104 3,52E-01 -1,19

CAP 50/70 Specht (2004)

5,55E-06 -2,03

d AMP 60/85

Rossato (2015) 4104 3,52E-01 -1,19 Material Granular - -

e AMP 60/85

Rossato (2015) 4104 3,52E-01 -1,19

CAP 50/70 19,1mm Fritzen (2016)

1,00E-12 -3,599

f AMP 65-90

Fritzen (2016) 3184 3,00E-11 -3,535

CAP 50/70 Specht (2004)

5,55E-06 -2,03

Fonte: autor

O AMP 65/90 (FRITZEN, 2016) possui propriedades semelhantes ao AMP

60/85 de projeto, o que não influenciou tanto em sua utilização na comparação

Para não distorcer tanto o resultado optou-se por fazer a comparação entre

vários coeficientes de regressão e utilizar o pior caso, já que não foram feitos ensaios

de caracterização dos materiais.

64

4 RESULTADOS

Neste capitulo serão apresentados todos os resultados dos ensaios de

retroanálise e dimensionamento mecanístico-empírico, também será feita uma

discussão sobre os valores encontrados e as devidas considerações.

4.1 RESULTADOS DA RETROANÁLISE

A retroanálise é um processo que facilita a obtenção de valores, visto que um

ensaio de módulo de resiliência é mais caro e demorado, porém, a retroanálise ainda

é um causador de dúvidas no meio técnico.

Para finalizar a iteração foi utilizado, como critério de parada, o limite do erro

relativo conforme explicado na metodologia. A Figura 4.1 apresenta o resultado

apresentando da bacia 35 da sondagem 10 no km 207+980. Nota-se que o

comportamento da curva de deflexão em azul, com a calculada em vermelho ficaram

bem próximos. O valor do módulo calculado está situado na quarta coluna da segunda

Tabela da Figura 4.1.

Figura 4.1 – Resultado da retroanálise de uma bacia utilizando o BackSisPav

Fonte: Printscreen utilizando o Windows

65

Como os ensaios de FWD do projeto da RSC 287 são extensos (foram

realizados a cada 20 m no trecho de 55,86 km) optou-se por apresentar neste trabalho

apenas as tabelas com as 52 bacias utilizadas na retroanálise explicadas na

metodologia. Assim, encontra-se no APÊNDICE uma tabela com os valores das

deflexões calculadas pelo FWD e com módulos de resiliência encontrados para cada

bacia utilizando o BackSisPav. Com esses valores foi feito uma análise estatística

(será explicada a seguir) dos dados e os resultados da média, desvio padrão e

coeficiente de variação estão apresentados na Tabela 4.1.

Tabela 4.1 – Resultados da retroanálise por sondagem

Módulo de Resiliência (MPa)

Módulo de Resiliência (MPa)

MR1 MR2 MR3 MR4 MR1 MR2 MR3 MR4

1

MÉDIA 3506 248 168 -

2

MÉDIA 4350 193 180 140

DESV.PAD 854,98 70,42 2,63 - DESV.PAD 353,55 10,61 28,28 0,00

CV (%) 24,38% 28,45% 1,57% - CV (%) 8,13% 5,51% 15,71% 0,00%

3

MÉDIA 1161 81 159 -

4

MÉDIA 4818 124 110 144

DESV.PAD 210,91 16,07 9,95 - DESV.PAD 736,09 39,02 34,11 12,95

CV (%) 18,17% 19,90% 6,28% - CV (%) 15,28% 31,41% 31,15% 9,01%

5

MÉDIA 2793 146 203 193

6

MÉDIA 3498 157 192 173

DESV.PAD 1784,71 78,20 27,23 32,79 DESV.PAD 1518,22 77,74 51,77 11,90

CV (%) 63,89% 53,56% 13,45% 17,03% CV (%) 43,40% 49,67% 26,93% 6,90%

7

MÉDIA 3537 182 236 210

8

MÉDIA 5823 278 296 -

DESV.PAD 677,65 61,15 30,67 8,52 DESV.PAD 3875,27 229,11 79,73 -

CV (%) 19,16% 33,60% 13,00% 4,06% CV (%) 66,55% 82,56% 26,91% -

9

MÉDIA 1753 199 218

10

MÉDIA 2554 209 170 -

DESV.PAD 137,18 1,41 3,54 - DESV.PAD 160,51 50,91 0,00 -

CV (%) 7,83% 0,71% 1,63% - CV (%) 6,29% 24,36% 0,00% -

11

MÉDIA 1275 45 101 -

12

MÉDIA 1550 75 132 -

DESV.PAD 35,36 5,00 6,36 - DESV.PAD 268,70 7,07 8,49 -

CV (%) 2,77% 11,11% 6,33% - CV (%) 17,34% 9,43% 6,43% -

13

MÉDIA 725 28 147 -

14

MÉDIA 2934 95 95 170

DESV.PAD 35,36 3,54 19,09 - DESV.PAD 23,33 7,07 7,07 0,00

CV (%) 4,88% 12,86% 13,03% - CV (%) 0,80% 7,44% 7,44% 0,00%

15

MÉDIA 700 17 125 -

DESV.PAD 34,65 2,12 7,07 -

CV (%) 4,95% 12,86% 5,66% -

Fonte: autor

66

Para sondagens com 3 camadas: revestimento, base e subleito, foi utilizado a

nomenclatura MR1, MR2 e MR3, respectivamente. E onde haviam 4 camadas:

revestimento, base, sub-base e subleito, foi chamado de MR1, MR2, MR3 e MR4,

respectivamente. Dessa forma para cada sondagem foi calculado o desvio padrão

amostral (DESV.PAD) e o coeficiente de variância (CV) dos MR1’s, depois dos MR2’s

e assim por diante. Com o valor do desvio padrão, foram determinados o limite

superior e o limite inferior e verificado quais valores estavam fora desse limite para

serem descartados e considerados só os que estavam dentro para cálculo da nova

média, novo desvio padrão e novo coeficiente de variância (CV).

Buscou-se manter um CV menor ou igual a 30%, porém devido à escassez de

sondagens no projeto, precisou-se fazer uma consideração em função da distância

média de cada segmento homogêneo para cada sondagem. Isso pode ter causado

uma suposição diferente daquela encontrada no campo, o que gerou valores muito

altos de CV, por exemplo, para as sondagens 5, 6 e 8. Para solucionar esse problema

mais sondagens seriam necessárias.

Em uma análise geral das 15 sondagens foi determinado o módulo de

resiliência característico para cada um dos tipos de materiais encontrados nas

camadas do pavimento. Para todos os revestimentos executados com concreto

asfáltico, feitos com CAP 50/70, obtiveram valores entre 700 MPa e 5823 MPa com

média de 2731 MPa e desvio padrão de 1547,5 MPa. Já para camadas de base ao

longo do trecho foram utilizados dois tipos de materiais: Brita Graduada Rosa com

valores entre 28 MPa e 278 MPa tendo uma média de 133 MPa e desvio padrão de

96 MPa; Brita Graduada Marrom com valores entre 17 MPa e 248MPa, média de 143

MPa e desvio padrão de 71 MPa. E por último, a camada de subleito com valores

entre 101 MPa e 296 MPa, média de 170 MPa e desvio padrão de 46,97 MPa.

Além do fato da limitação em ensaios de sondagem, a grande variabilidade

também pode ser originada pelo fato de que a rodovia passou por diversas

intervenções ao longo do tempo, o que ocasiona a presença de materiais com

diferentes idades e qualidades.

67

4.2 RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO

Com as soluções da Tabela 3.12 foi realizado o dimensionamento utilizando o

software MeDiNa v1.00, que ainda se encontra em fases de testes. A Figura 4.2

apresenta o resultado de um dimensionamento feito no programa.

O software apresenta de forma simples as camadas, seus materiais e suas

propriedades e os dados do tráfego do pavimento. A utilização do software se deu em

duas etapas: primeiro foi feito uma análise da estrutura, onde foi calculado a

porcentagem de área trincada – AT (neste caso para 6 anos). O software só aceita

valor mínimo de projeto para 10 anos, dessa forma o N acumulado final foi ajustado

para que o N total fique igual ao N do projeto para o período de 6 anos. O valor da

deformação permanente não foi levado em conta, visto que, não foram inseridos

parâmetros de regressão para ser possível ter valores condizentes. A segunda etapa

consistiu no redimensionamento dos segmentos que tiveram uma AT > 30%.

Figura 4.2 – Dimensionamento de uma estrutura de pavimento utilizando MeDiNa v1.00

Fonte: Printscreen utilizando o Windows

68

Foi definido como pior caso entre as 6 combinações de estruturas que

aparecem na Tabela 3.13, aquelas que tinha o maior valor de área trincada. Após

processar as 336 diferentes estruturas da combinação da Tabela 3.12 com a Tabela

3.13 chegou-se a conclusão, conforme a Tabela 4.2, que a pior combinação foi o “a”.

O caso “a” é a estrutura AMP 65/90 (Fritzen, 2016) no revestimento novo e CAP 50/70

(Fritzen, 2016) no revestimento antigo. Porém, foi encontrado valores próximos para

o caso “e” que é composto por AMP 60/85 (Rossato,2015) no revestimento novo e

CAP 50/70 (Fritzen, 2016) no revestimento antigo. Como os valores do caso “e” deram

parecidos com o do caso “a” (com exceção da reconstrução que teve uma grande

variabilidade devido ao fato do material utilizado nos casos “c”, “d” e “e” terem módulo

de resiliência maior (Rossato, 2015) do que dos outros casos (Fritzen, 2016)), optou-

se por escolher como valores críticos a porcentagem de área trincada do caso “e” pelo

fato de que no caso “e” foram utilizados materiais da região para execução dos

ensaios para o cálculo dos coeficientes de regressão.

Nos casos “b” e “d” são, respectivamente, AMP 65-90 (Fritzen, 2016) no

revestimento novo e Material Granular simulando o revestimento antigo, e AMP 60/85

(Rossato, 2015) no revestimento novo e Material Granular simulando o revestimento

antigo. Essa consideração de Material Granular no revestimento antigo foi feita devido

ao elevado número de trincas FC-2 e FC-3 na pista, porém no dimensionamento

constatou-se que as % de área trincada deram valores muito baixos, talvez devido ao

fato de ter sido utilizado um módulo de resiliência alto (da retroanálise do revestimento

asfáltico).

Nos casos “c” e “f” são, respectivamente, AMP 65-90 Rossato (2015) no

revestimento novo e CAP 50/70 Specht (2004) no revestimento antigo, e AMP 60/85

Fritzen (2016) no revestimento novo, e CAP 50/70 Specht (2004) no revestimento

antigo. Para essas duas situações não houveram porcentagens significativas de área

trincada, apenas uma comprovação da influência do módulo de resiliência nos

resultados, onde o caso “c” apresentou % de área trincada menor que o caso “f”,

devido ao fato do MR em “c” ser levemente superior ao do MR em “f”.

A Tabela 4.3 apresenta as médias encontradas para cada um dos 8 diferentes

tipos de soluções utilizadas no dimensionamento.

69

Tabela 4.2 – Porcentagem de área trincada por fadiga em cada seg. homogêneo

So

na

ge

m

Seg. Homogêneo

Solução adotada

% área trincada

No

va

So

luç

ão

?

a b c d e f

1

1 CAp5 12,04 2,10 5,84 0,57 11,43 6,00 Não

3 (FRES+RECp) Cont 5 23,87 4,85 7,76 0,71 22,47 8,03 Não

4 e 5 RECON (MS20+BG20+CAp5) 39,71 39,63 1,61 1,61 1,61 39,71 Não

2 6 e 7 (FRES+RECp) Cont 5 58,42 15,51 11,58 1,18 55,69 12,27 Sim

3 8 e 9 (FRES+RECp) Cont 5 99,00 23,57 21,71 1,38 99,00 22,98 Sim

4 10 (FRES+RECp) Cont 5 69,72 41,53 12,69 1,36 65,79 14,08 Sim

11 RECON (MS20+BG20+CAp5) 45,35 45,25 1,70 1,69 1,70 45,35 Não

5 12 (FRES+RECp) Cont 5 85,96 19,19 14,65 1,28 82,53 15,55 Sim

6 13;14 e 16 (FRES+RECp) Cont 5 74,99 19,76 12,72 1,28 71,49 13,60 Sim

7

18; 19; 25 e 26

(FRES+RECp) Cont 5 67,43 16,87 11,95 1,21 64,27 12,64 Sim

21; 22 e 24 CAp5 28,07 6,04 7,97 0,77 26,24 8,30 Não

8 27 e 28 (FRES+RECp) Cont 5 26,52 9,20 7,98 0,94 25,10 8,26 Não

9 29; 30 e 33 (FRES+RECp) Cont 5 82,12 11,99 13,84 1,06 79,12 14,34 Sim

32 CAp5 43,13 6,66 10,15 0,80 40,96 10,15 Sim

10 34; 35 e 36 (FRES+RECp) Cont 5 67,11 10,35 12,28 1,05 64,14 12,77 Sim

11 37 - 40 RECON (MS20+BG15+CAp5) 50,49 50,23 1,77 1,77 1,77 50,49 Não

12

41 e 42 RECON (MS20+BG15+CAp5) 53,48 53,25 1,81 1,81 1,81 53,48 Não

43 (FRES+RECp) Cont 4 + CAp 4 80,58 20,62 14,35 1,32 74,69 15,37 Sim

44 (FRES) Cont 4 + CAp5 99,00 19,23 19,70 1,30 99,00 20,93 Sim

45-47 CAp5 76,33 9,99 14,11 0,99 72,74 14,76 Sim

13

48 (FRES) Cont 4 + CAp5 78,90 11,19 14,54 1,04 75,82 15,13 Sim


50 (FRES+RECp) Cont 5 85,40 11,77 15,41 1,06 82,35 16,06 Sim

51 CAp5 54,72 9,61 11,77 0,97 52,17 12,18 Sim

14

52 e 57 (FRES+RECp) Cont 5 99,00 29,71 18,03 1,51 98,55 19,75 Sim

53 e 55 CAp5 49,81 8,43 11,06 0,92 46,32 11,69 Sim

58 e 60 (FRES+RECp) Cont 4 + CAp 4 58,62 22,10 11,83 1,35 53,22 12,75 Sim

15

62 (FRES) Cont 4 + CAp6 99,00 27,74 24,57 1,50 99,00 26,34 Sim

63 (FRES) Cont 4 + CAp7 99,00 27,95 21,88 1,50 99,00 23,56 Sim

64 e 66 (FRES+RECp) Cont 5 99,00 29,56 30,01 1,54 99,00 32,18 Sim


Fonte: autor

70

Tabela 4.3 – Média da % de área trincada por tipo de solução adotada

Solução de projeto % área trincada

a b c d e f

CAp5 47,52 7,57 10,56 0,86 44,92 10,99

(FRES+RECp) Cont 5 73,01 18,01 14,57 1,20 70,71 15,46

RECON (MS20+BG20+CAp5) 41,59 41,50 1,64 1,64 1,64 41,59

RECON (MS20+BG15+CAp5) 52,10 51,83 1,79 1,79 1,79 52,10

(FRES+RECp) Cont 4 + CAp 4 65,94 21,61 12,67 1,34 60,38 13,62

(FRES) Cont 4 + CAp5 88,95 15,21 17,12 1,17 87,41 18,03

(FRES) Cont 4 + CAp6 99,00 27,74 24,57 1,50 99,00 26,34

(FRES) Cont 4 + CAp7 99,00 27,95 21,88 1,50 99,00 23,56

Média total 70,89 26,43 13,10 1,38 58,11 25,21

Desvio Padrão 22,97 14,40 8,39 0,30 39,46 14,53

Coeficiente de Variação - CV 32,4% 54,5% 64,1% 21,5% 67,9% 57,6%

Fonte: autor

Conferindo os valores na coluna de pior caso, a “e”, foi classificado cada

segmento homogêneo na necessidade ou não de nova solução (onde AT> 30%). O

coeficiente de variação alto no caso “e” ocorreu por conta das soluções de

reconstrução. Se desconsiderar essas soluções, o CV para caso “e” fica em 38%

contra 29% do caso “a”.

Com auxílio da Tabela 4.2 é possível identificar quais os tipos de soluções que

possivelmente não atenderão ao critério de fadiga no final dos 6 anos de projeto do

reforço feito pelo DAER. Dos 18 segmentos que não precisaram de nova solução,

apenas 7 não é reconstrução. A Figura 4.3 apresenta cada solução adota com a

necessita ou não de nova solução expressa em porcentagem de segmentos

homogêneos, também é apresentado o número total de segmentos para cada solução

no trecho.

Ficou bem visível que a solução de fresagem de 5 cm com recomposição de

capa com 5 cm de espessura não ficou adequado, conforme essa análise mecanicista

para o tipo de rodovia escolhido em relação à fadiga: quase 90% dos segmentos

homogêneos com esta solução necessitam de novo dimensionamento. E esse tipo de

solução perfaz quase 60% da extensão do trecho. Já a solução de capa com 5 cm de

espessura (CAp5) apesar de ser positiva para alguns trechos, o projeto considera

fresagem descontínua nessas soluções, o que pode agravar o problema de reflexão

71

de fissuras. Nos outros trechos considerando a fresagem, está supondo uma correção

no problema da reflexão.

Figura 4.3 - Análise da necessidade de nova solução nos segmentos homogêneos (SH)

Fonte: autor

Utilizando o projeto do DAER, a vida útil de 6 anos não seria atingida por todos

os segmentos homogêneos, ou seja, irá surgir área trincada maior que 30% antes do

prazo. A Tabela 4.4 mostra o tempo (em anos) dos segmentos homogêneos que terão

a porcentagem limite de AT atingida antes do prazo de vida útil de projeto da RSC

287, determinada pelo DAER. Os segmentos piores são os 64 e 66 com previsão de

atingir os 30% em apenas 1,5 ano. Por isso, houve a necessidade de aumentar as

espessuras desses segmentos.

A segunda etapa consistiu no dimensionamento automático (disponível na

versão v1.00) dos segmentos que tiveram AT>30% e precisam de nova solução

conforme mostrado na Tabela 4.2. O programa calcula a espessura mínima

necessária para que a área trincada seja próxima de 30% que é o limite imposto pelo

software neste tipo de rodovia considerado para RSC 287 (rodovia principal).

A Tabela 4.5 apresenta as espessuras mínimas necessárias para cada

segmento homogêneo. Houve um aumento considerado nas espessuras com uma

variação percentual entre 38,75% até 238%.

63,6%88,9% 100,0% 100,0% 100,0% 100,0%

36,4%11,1%

100,0% 100,0%

CA

P5

(F

RE

S+

RE

CP

)

CO

NT

5

RE

CO

N

(M

S2

0+

BG

20

+C

AP

5)

RE

CO

N

(M

S2

0+

BG

15

+C

AP

5)

(F

RE

S+

RE

CP

)

CO

NT

4 +

CA

P

4

(F

RE

S) C

ON

T

4 +

CA

P5

(F

RE

S) C

ON

T

4 +

CA

P6

(F

RE

S) C

ON

T

4 +

CA

P7

% D

E S

H

SOLUÇÃO ADAPTADA DO PROJETO RSC287 DAER

Necessita de Redimensionamento Não necessita de Redimensionamento

11 SH 27 SH 3 SH 8 SH 3 SH 2 SH 1 SH 1 SH

72

Tabela 4.4 – Vida útil dos segmentos homogêneos que não atenderão ao critério de fadiga ao final dos 6 anos do projeto do DAER, calculado pelo MeDiNa v1.00.

Sondagem SH AT (6 anos) - % Tempo até atingir 30% AT (anos)

2 6 e 7 55,69 4,0

3 8 e 9 99,00 2,0

4 10 65,79 4,0

5 12 82,53 3,0

6 13;14 e 16 71,49 3,5

7 18; 19; 25 e 26 64,27 4,0

9 29; 30 e 33 79,12 3,5

32 40,96 5,0

10 34; 35 e 36 64,14 4,0

12

43 74,69 3,5

44 99,00 2,0

45-47 72,74 3,5

13

48 75,82 3,5

50 82,35 3,0

51 52,17 4,5

14

52 e 57 98,55 3,0

53 e 55 46,32 4,5

58 e 60 53,22 4,5

15

62 99,00 2,0

63 99,00 2,0

64 e 66 99,00 1,5

Fonte: autor

Tabela 4.5 – Resultado das novas espessuras para atender ao critério de fadiga

SH Espessura projeto DAER

(cm) Nova espessura

Mínima (cm) %

aumento % área trincada

caso “e”

6 e 7 5,00 8,80 76,00 28,66

8 e 9 5,00 14,00 180,00 29,54

10 5,00 9,10 82,00 29,6

12 5,00 10,60 112,00 30,01

13; 14 e 16 5,00 9,50 90,00 29,77

18; 19; 25 e 26 5,00 9,10 82,00 29,88

29;30 e 33 5,00 10,80 116,00 29,89

32 5,00 7,00 40,00 29,59

34; 35 e 36 5,00 9,40 88,00 29,87

43 8,00 13,30 66,25 30,03

44 5,00 13,30 166,00 30,03

45; 46 e 47 5,00 10,60 112,00 29,13

48 5,00 11,30 126,00 30,07

50 5,00 11,90 138,00 29,81

51 5,00 8,90 78,00 29,79

52 e 57 5,00 12,00 140,00 29,6

53 e 55 5,00 7,50 50,00 29,43

58 e 60 8,00 11,10 38,75 29,76

62 6,00 16,40 173,33 30,06

63 7,00 16,50 135,71 29,67

64 e 66 5,00 16,90 238,00 29,92

Fonte: autor

73

A espessura média passou de 5 cm para 9 cm, um acréscimo de 80%. O que

gera um grande impacto financeiro na obra. A Tabela 4.6 apresenta o custo médio por

metro cúbico do concreto asfáltico com polímero Faixa C DNIT através da planilha

disponível de custos SICRO – DNIT do mês de novembro/2017, o valor do AMP 60/85

da tabela da Agência Nacional do Petróleo (ANP) do mês de março de 2018, e o

transporte que está baseado em informações do projeto da RSC 287. Não foi

considerado a Bonificação por Despesas Indiretas (BDI).

Tabela 4.6 – Levantamento dos custos da execução do concreto asfáltico

Descrição Item Custo /m³

Concreto asfáltico com asfalto polímero - faixa C - areia e brita comerciais R$ 258,14

AMP 60/85 com polímero R$ 386,56

Transporte Massa asfáltica para DMT = 45,76 Km R$ 84,72

Transporte AMP 60/85 com polímero com DMT = 283 Km R$ 289,80

Custo sem BDI R$ 1.019,23

Fonte: autor

Com as soluções do DAER, teria um consumo de 19.259 m³ de Concreto

asfáltico a um custo de R$ 19.629.250,14 reais, já com o MeDiNa v1.00 um consumo

de 32.938,4 m³ a um custo de R$ 33.571.687,09 reais. Um aumento de 13.679,4 m³

que representa um montante a mais de R$ 13.942.436,95 reais. Isto representa, a

curto prazo, um aumento de quase 70%. Porém, precisaria de um estudo mais

detalhado, fazer uma análise mais minuciosa das possíveis soluções para verificar a

viabilidade. Já que, como foi mostrado, utilizando o projeto do DAER ocorreria elevado

número de áreas trincadas por fadiga antes de atingir a vida útil de 6 anos do

pavimento.

74

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

5.1 CONCLUSÃO

Seguindo os objetivos deste trabalho, foram executados os procedimentos de

análise da estrutura projetada pelo DAER para cálculo da porcentagem de área

trincada por fadiga. Os segmentos que tiveram área trincada por fadiga maior que

30%, foram redimensionados para buscar a nova espessura necessária.

Após a análise, verificou-se que, dos 56 segmentos homogêneos, 38 atingiram

área de trincas causadas por fadiga maior que o permitido, ou seja, quase 70% dos

segmentos homogêneos. A grande parte dos segmentos tinham como solução a

fresagem de 5 cm de espessura com recomposição em CA de 5 cm. Com a nova

solução final de projeto deste trabalho, as espessuras passaram de 5 cm para 9 cm.

Já com relação ao consumo de concreto asfáltico, houve um aumento de 71%

a um custo final no projeto em torno de 35% maior. Porém a solução pelo MeDiNa

duraria os 6 anos contra a média de 4 anos para as soluções de projeto do DAER.

O MeDiNa v1.00 é um software que está em fase de testes e necessita de

aprimoramentos. Para realização deste trabalho foi necessário fazer várias

considerações. O programa não prevê trechos que serão fresados, não foi analisado

a variação do módulo de resiliência antes e após a fresagem. Também, as sondagens

do trecho eram insuficientes, o que precisou ser assumido intervalos de validade para

cada sondagem baseado na distância média entre elas. Outra questão está

relacionada ao fato de não haver dados suficientes dos coeficientes de regressão

linear de fadiga k1 e k2, que são importantes parâmetro para a avaliação. Por causa

disso, houve uma expressiva variação nos resultados. A melhor solução seria recolher

amostras do material em campo e fazer os devidos ensaios para caracterização dos

materiais do pavimento.

Com esse trabalho, tem-se uma noção da necessidade de mudança do método

atual, onde há necessidade de buscar novas informações acerca dos materiais

utilizados no país e realizar a devida calibração campo-laboratório.

75

5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Sugere-se as seguintes atividades para dar continuidade ou melhorar a acurácia

dos valores encontrados neste trabalho:

a) Fazer análise de bacias de deflexão com viga Benkelman ou FWD antes e após

a execução dos serviços de fresagem, é importante saber quão expressiva é

essa variabilidade, visto que essa diferença influência nos valores de módulo

de resiliência;

b) Realizar ensaios laboratoriais de caracterização dos materiais locais para

cálculo, por exemplo, dos parâmetros de regressão k1 e k2 que conforme

mostrado ao longo desse trabalho, possuem uma fundamental importância no

resultado final;

c) Realizar estudos utilizando geogrelhas, geossintéticos ou outro material como

camada antirreflexão de fissuras para avaliar a melhoria na porcentagem de

área trincada ao final da vida útil do pavimento.

76

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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79

APÊNDICE

(Continua)

Bacias Deflectométricas obtidas pelo FWD e MR calculados por retroanálise

Sondagem Bacia D0 D20 D30 D45 D65 D90 D120 MR_1 MR_2 MR_3 MR_4

1

1 BACIA CAMPO 316 239 193 144 96 76 55

2275,000 250,000 170,000

BACIA RETRO 322 240 197 148 105 74 54

2 BACIA CAMPO 293 259 206 151 98 77 55

3800,000 170,000 165,000

BACIA RETRO 308 246 208 161 115 79 56

3 BACIA CAMPO 273 230 190 138 91 70 52

3700,000 230,000 170,000

BACIA RETRO 286 227 192 149 108 76 55

4 BACIA CAMPO 240 210 181 142 95 75 54

4250,000 340,000 166,000

BACIA RETRO 263 212 182 145 109 80 59

2

5 BACIA CAMPO 441 342 266 192 126 102 80

4600,000 185,000 200,000 140,000 BACIA RETRO 485 343 259 177 121 87 65

6 BACIA CAMPO 510 370 270 181 112 90 67

4100,000 -1 160,000 140,000 BACIA RETRO 529 370 275 183 121 86 63

7 BACIA CAMPO 507 327 247 176 98 84 37

-1 200,000 -1 -1 BACIA RETRO 505 337 246 163 109 76 55

3

8 BACIA CAMPO 559 416 293 169 94 64 48

1200,000 84,000 160,000

BACIA RETRO 559 375 277 177 108 72 53

9 BACIA CAMPO 506 378 274 185 95 71 49

1444,000 80,000 169,000

BACIA RETRO 529 364 271 175 106 69 51

10 BACIA CAMPO 584 392 287 182 102 68 50

1000,000 99,000 145,000

BACIA RETRO 595 392 289 187 118 80 59

11 BACIA CAMPO 657 445 307 176 91 63 49

1000,000 60,000 160,000

BACIA RETRO 659 431 309 189 109 71 54

4

12 BACIA CAMPO 567 417 325 224 132 78 57

5000,000 138,000 92,000 133,000 BACIA RETRO 582 425 325 218 139 92 66

13 BACIA CAMPO 601 515 389 231 120 77 53

5500,000 88,000 70,000 150,000 BACIA RETRO 644 475 359 229 131 77 54

14 BACIA CAMPO 505 373 295 206 122 84 55

5000,000 173,000 138,000 133,000 BACIA RETRO 515 374 286 196 132 92 68

15 BACIA CAMPO 626 420 316 198 109 73 51

3772,000 98,000 138,000 159,000 BACIA RETRO 631 432 308 186 108 71 53

5

16 BACIA CAMPO 385 301 234 159 94 66 43

4900,000 121,000 240,000 165,000 BACIA RETRO 389 296 235 165 109 74 54

17 BACIA CAMPO 549 263 227 143 83 60 40

550,000 255,000 175,000 180,000 BACIA RETRO 546 298 209 141 96 68 50

18 BACIA CAMPO 390 279 195 125 62 44 29 3056,000 138,000 195,000 240,000

80



BACIA RETRO 395 273 201 126 74 48 35

19 BACIA CAMPO 532 379 276 162 86 58 39

2667,000 70,000 200,000 185,000 BACIA RETRO 542 381 281 174 99 62 46

6

20 BACIA CAMPO 424 326 241 156 89 66 46

4611,000 123,000 185,000 170,000 BACIA RETRO 427 315 243 164 105 71 52

21 BACIA CAMPO 305 238 184 124 79 58 44

5000,000 270,000 260,000 190,000 BACIA RETRO 329 242 190 135 93 66 49

22 BACIA CAMPO 506 332 254 161 88 61 42

2167,000 138,000 190,000 165,000 BACIA RETRO 507 338 245 158 102 72 54

23 BACIA CAMPO 602 411 295 180 98 68 45

2214,000 95,000 134,000 165,000 BACIA RETRO 609 412 295 181 108 72 53

7

24 BACIA CAMPO 301 240 188 125 74 53 36

4500,000 270,000 265,000 198,000 BACIA RETRO 325 234 181 127 87 62 46

25 BACIA CAMPO 416 293 213 134 74 49 33

3278,000 150,000 210,000 210,000 BACIA RETRO 418 287 210 135 84 58 43

26 BACIA CAMPO 391 272 190 111 69 49 31

2925,000 175,000 260,000 215,000 BACIA RETRO 392 262 190 122 80 57 42

27 BACIA CAMPO 418 284 208 132 72 46 30

3444,000 133,000 209,000 217,000 BACIA RETRO 418 288 210 133 81 55 41

8

28 BACIA CAMPO 184 154 131 104 68 53 37

11600,000 500,000 250,000

BACIA RETRO 202 159 131 99 71 51 37

29 BACIA CAMPO 248 187 156 119 79 56 37

4500,000 450,000 220,000

BACIA RETRO 270 195 153 112 80 58 42

30 BACIA CAMPO 429 316 220 123 52 27 20

3525,000 90,000 315,000

BACIA RETRO 443 300 210 116 56 32 25

31 BACIA CAMPO 457 309 214 107 43 16 15

3667,000 70,000 400,000

BACIA RETRO 468 316 219 115 48 23 19

9

32 BACIA CAMPO 386 275 201 140 99 58 43

-1 200,000 -1

BACIA RETRO 387 274 213 138 99 69 50

33 BACIA CAMPO 377 256 185 116 67 50 37

1656,000 -1 220,000

BACIA RETRO 380 251 186 123 80 55 40

34 BACIA CAMPO 383 259 192 121 71 51 41

1850,000 198,000 215,000

BACIA RETRO 383 259 194 129 83 57 42

10

35 BACIA CAMPO 407 283 212 142 80 59 45

2440,000 173,000 -1

BACIA RETRO 407 284 214 142 90 60 44

36 BACIA CAMPO 316 251 199 141 91 65 47

-1 245,000 170,000

BACIA RETRO 346 259 207 151 105 73 53

81



37 BACIA CAMPO 617 465 347 220 111 69 48

2667,000 -1 170,000

BACIA RETRO 622 463 357 230 128 70 48

11

38 BACIA CAMPO 868 661 536 366 201 120 58

-1 40,000 96,000

BACIA RETRO 868 654 515 349 210 127 87

39 BACIA CAMPO 903 706 573 402 241 147 71

1250,000 45,000 -1

BACIA RETRO 953 702 546 367 224 141 100

40 BACIA CAMPO 845 638 484 339 170 116 56

1300,000 50,000 105,000

BACIA RETRO 849 613 469 307 182 112 81

12

41 BACIA CAMPO 658 485 379 264 148 90 47

1360,000 70,000 126,000

BACIA RETRO 680 490 378 252 153 95 67

42 BACIA CAMPO 622 469 382 280 167 96 42

1740,000 -1 138,000

BACIA RETRO 645 480 376 254 151 89 60

43 BACIA CAMPO 505 390 309 207 117 72 37

-1 80,000 -1

BACIA RETRO 525 391 308 210 128 78 54

13

44 BACIA CAMPO 574 453 365 257 152 92 43

-1 30,000 160,000

BACIA RETRO 611 413 332 242 157 93 57

45 BACIA CAMPO 497 410 328 231 132 78 31

700,000 25,000 -1

BACIA RETRO 546 376 304 221 142 81 46

46 BACIA CAMPO 463 365 307 235 146 98 51

750,000 -1 133,000

BACIA RETRO 499 343 282 215 152 103 71

14

47 BACIA CAMPO 529 388 297 197 107 68 46

-1 100,000 100,000 170,000 BACIA RETRO 535 390 297 194 115 71 51

48 BACIA CAMPO 449 330 238 167 92 66 47

2950,000 -1 -1 170,000 BACIA RETRO 453 323 245 164 105 72 53

49 BACIA CAMPO 569 421 320 218 119 86 61

2917,000 90,000 90,000 -1 BACIA RETRO 573 419 321 210 124 76 54

15

50 BACIA CAMPO 1031 792 596 364 176 86 40

-1 18,000 130,000

BACIA RETRO 1105 727 541 336 175 88 57

51 BACIA CAMPO 622 455 357 244 136 86 51

675,000 -1 120,000

BACIA RETRO 636 431 336 235 152 100 71

52 BACIA CAMPO 766 567 448 268 131 58 18

724,000 15,000 -1

BACIA RETRO 768 540 417 268 138 58 27

Nota1: Valores suprimidos após realizar a análise estatística e eliminar dados fora do limite inferior

e/ou superior.

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