Tese apresentada Diviso de Ps-Graduao do Instituto Tecnolgico de Aeronutica como

parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Cincias na rea de Infra-

Estrutura de Transportes do Curso de Ps-Graduao em Engenharia de Infra-Estrutura

Aeronutica.

REN ANTONIO ROEHRS

ESTUDO DE PROCEDIMENTOS PARA AVALIAO DO PCN DE

PAVIMENTOS AEROPORTURIOS

Tese aprovada em sua verso final pelos abaixo assinados.

Prof. Rgis Martins Rodrigues

ORIENTADOR

Prof. Homero Santiago Maciel

CHEFE DA DIVISO DE PS-GRADUAO

CAMPO MONTENEGRO

SO JOS DOS CAMPOS, SP, BRASIL

2002

ESTUDO DE PROCEDIMENTOS PARA AVALIAO DO PCN DE

PAVIMENTOS AEROPORTURIOS

REN ANTONIO ROEHRS

Composio da Banca Examinadora:

Prof. Jos Antnio Hernandes, D.Sc. -Presidente

Prof. Rgis Martins Rodrigues, D.Sc. -Orientador

Prof. Jorge Augusto Pereira Ceratti, D.Sc. -UFRGS

Prof. Eliseu Lucena Neto, D.Sc. -ITA

Prof. Flvio Luiz Bussamra, D.Sc. -ITA

ITA, novembro 2002

i

Sumrio

Lista de Tabelas .......................................................................................................................... iv

Lista de Figuras .......................................................................................................................... vi

Glossrio ..................................................................................................................................... ix

Lista de Smbolos ....................................................................................................................... xi

Resumo ..................................................................................................................................... xiii

Abstract .................................................................................................................................... xiv

Agradecimentos ......................................................................................................................... xv

Dedicatria ............................................................................................................................... xvi

I INTRODUO ................................................................................................................. 1

I.1 O mtodo ACN / PCN.................................................................................................... 1

I.2 Clculo do ACN ............................................................................................................. 4

I.3 Avaliao do PCN ........................................................................................................ 16

I.4 O comportamento do pavimento .................................................................................. 20

I.5 As provas de carga ....................................................................................................... 21

I.6 Dados para avaliao de pavimentos ........................................................................... 23

I.7 Requisitos prticos ....................................................................................................... 24

II OBJETIVOS DA PESQUISA.......................................................................................... 25

III METODOLOGIA EMPREGADA .............................................................................. 26

III.1 Modelos ........................................................................................................................ 26

III.2 Ensaios de campo ......................................................................................................... 27

III.3 Avaliao do PCN ........................................................................................................ 27

III.4 O programa PCN .......................................................................................................... 32

ii

IV ESTUDO DE CASOS .................................................................................................. 42

IV.1 Dados Utilizados .......................................................................................................... 42 IV.1.1 Natal....................................................................................................................... 42 IV.1.2 Recife ..................................................................................................................... 53 IV.1.3 Campina Grande ...................................................................................................... 63 IV.1.4 Manaus ................................................................................................................... 67 IV.1.5 Caruaru................................................................................................................... 71

IV.2 Pavimentos Flexveis .................................................................................................... 76 IV.2.1 Equao do Corpo dos Engenheiros .......................................................................... 76 IV.2.2 Programa PCN......................................................................................................... 91 IV.2.3 Anlises .................................................................................................................. 92

IV.3 Pavimentos Rgidos...................................................................................................... 97 IV.3.1 Equaes de Westergaard......................................................................................... 97 IV.3.2 Modelo de Previso de Desempenho da USACE...................................................... 106 IV.3.3 Modelo de Fadiga do Concreto ............................................................................... 115 IV.3.4 Programa PCN....................................................................................................... 120 IV.3.5 Anlises ................................................................................................................ 122

IV.4 Pavimentos Compostos .............................................................................................. 131 IV.4.1 Equao do Corpo dos Engenheiros ........................................................................ 131 IV.4.2 Modelo de Previso de Desempenho da USACE...................................................... 135 IV.4.3 Programa PCN....................................................................................................... 138 IV.4.4 Anlises ................................................................................................................ 138

IV.5 Pavimentos Semi- rgidos ............................................................................................ 145 IV.5.1 Modelo do HVS da frica do Sul............................................................................ 145 IV.5. 2 Programa PCN....................................................................................................... 148 IV.5.3 Anlises ................................................................................................................ 150

IV.6 Reavaliao do Programa PCN .................................................................................. 155 IV.6.1 Pavimentos Flexveis ............................................................................................. 155 IV.6.2 Pavimentos Rgidos ............................................................................................... 168 IV.6.3 Pavimentos Compostos .......................................................................................... 169 IV.6.4 Pavimentos Semi-rgidos ........................................................................................ 170

IV.7 Descrio do Programa PCN aperfeioado ................................................................ 172

V CONCLUSO ............................................................................................................... 178

V.1 Concluses de ordem geral ........................................................................................ 178

V.2 Sugestes para prosseguimento de pesquisas ............................................................. 181

Referncias Bibliogrficas ..................................................................................................... 183

VI ANEXOS .................................................................................................................... 185

VI.1 Anexo A.1 Aeroportos em estudo ........................................................................... 186

iii

VI.2 Anexo A.2 Pavimentos rgidos ................................................................................ 189

VI.3 Anexo A.3 - Trfego .................................................................................................. 191

VI.4 Anexo A.4 Resultados da interpretao mecanstica da frmula USACE. ............. 193

VII APNDICES .............................................................................................................. 196

VII.1 Apndice A.1 - Cdigos do Mtodo ACN- PCN.................................................... 197

VII.2 Apndice A.2 Fatores geomtricos ..................................................................... 199

iv

Lista de Tabelas

Tabela I-1 Tabela de exemplo do ACN. ........................................................................................3 Tabela III-1 Parmetros de cisalhamento de materiais granulares.(kPa)......................................... 37 Tabela IV-1 Distncia dos sensores do FWD............................................................................... 43 Tabela IV-2 Arquivo resultante do FWD (tipo .txt)...................................................................... 44 Tabela IV-3 - Arquivo resultante da retroanlise com o LAYMOD3 (tipo .bac). .............................. 44 Tabela IV-4 - Mdulos dos Pavimentos Flexveis - (kgf/cm2).......................................................... 53 Tabela IV-5 Mdulos dos Pavimentos Rgidos - (kgf/cm2). .......................................................... 53 Tabela IV-6 Distncia dos sensores do FWD............................................................................... 54 Tabela IV-7 Mdulos dos Pavimentos Flexveis - (kgf/cm2). ........................................................ 62 Tabela IV-8 Mdulos dos Pavimentos Rgidos - (kgf/cm2). .......................................................... 62 Tabela IV-9 Mdulos dos Pavimentos Compostos - (kgf/cm2). ..................................................... 62 Tabela IV-10 Mdulos dos Pavimentos Flexveis - (kgf/cm2). ...................................................... 66 Tabela IV-11 Mdulos dos Pavimentos Rgidos - (kgf/cm2). ........................................................ 66 Tabela IV-12 Mdulos dos Pavimentos Compostos - (kgf/cm2). ................................................... 67 Tabela IV-13 Posicionamento dos sensores do FWD ................................................................... 67 Tabela IV-14 Mdulos dos pavimentos semi-rgidos - (kgf/cm2).................................................. 70 Tabela IV-15 Mdulos dos Pavimentos Flexveis (kgf/cm2). ........................................................ 75 Tabela IV-16 Correlaes entre mdulos resilientes e CBR.......................................................... 78 Tabela IV-17 PCN obtido com a equao da USACE (CBR = MR/100)..................................... 78 Tabela IV-18 PCN obtido com a equao da USACE - CBR mximo = 15%. .............................. 80 Tabela IV-19 PCN obtido com a equao da USACE correlao especfica............................... 81 Tabela IV-20 Resumo da estrutura dos pavimentos flexveis. ....................................................... 83 Tabela IV-21 PCN obtido com a equao da USACE espessura real ht2. .................................. 84 Tabela IV-22 Resumo dos PCN obtidos com a equao da USACE............................................. 86 Tabela IV-23 Resumo dos PCN para o trfego no horizonte de 20 anos. ...................................... 87 Tabela IV-24 Resumo dos PCN para o trfego de 5 000 coberturas.............................................. 88 Tabela IV-25 Anlise do trfego em operaes com sobrecarga.................................................... 90 Tabela IV-26 Resultados de PCN. .............................................................................................. 91 Tabela IV-27 Comparaes entre os PCN calculados de acordo com o trfego. ............................. 93 Tabela IV-28 Obteno do k do sistema sub-base/subleito. ........................................................ 101 Tabela IV-29 Clculo do PCN carga no interior da placa......................................................... 102 Tabela IV-30 Clculo do PCN carga na borda da placa. ......................................................... 102 Tabela IV-31 Clculo do PCN carga no canto da placa. .......................................................... 103 Tabela IV-32 PCN calculado pelas equaes de Westergaard. .................................................... 103 Tabela IV-33 PCN calculado pelas equaes de Westergaard k dinmico. ................................ 104 Tabela IV-34 PCN calculado pelas equaes de Westergaard mdulos mdios. ........................ 105 Tabela IV-35 PCN calculado pelas equaes de Westergaard Valores mdios - K din................. 106 Tabela IV-36 Mxima tenso de trao para o concreto C = 5 000. .......................................... 109 Tabela IV-37 Mxima tenso de trao para o concreto C= 10 000. ......................................... 109 Tabela IV-38 Mxima tenso de trao para o concreto - Coberturas para 20 anos....................... 110 Tabela IV-39 Resultados de PCN C= 5 000. ........................................................................... 111 Tabela IV-40 Resultados de PCN C = 10 000. ........................................................................ 111 Tabela IV-41 Resultados de PCN Coberturas para 20 anos...................................................... 112 Tabela IV-42 Comparao dos resultados de PCN x Trfego - Kest . ........................................... 112 Tabela IV-43 Comparao dos resultados de PCN x Trfego - Kdin............................................ 113 Tabela IV-44 Anlise das operaes com sobrecarga. ................................................................ 115 Tabela IV-45 Valores de RT x Trfego. .................................................................................... 117 Tabela IV-46 Valores de PCN - C = 5 000. ............................................................................. 118 Tabela IV-47 Valores de PCN - C = 10 000. ........................................................................... 119 Tabela IV-48 Valores de PCN - Coberturas para 20 anos. ....................................................... 119

v

Tabela IV-49 Valores de PCN x Trfego................................................................................... 119 Tabela IV-50 Valores de PCN x Trfego................................................................................... 120 Tabela IV-51 Resultados de PCN. ............................................................................................ 121 Tabela IV-52 Resultados de PCN. ............................................................................................ 121 Tabela IV-53 Diferenas entre o PCN para diversas condies de carregamento (%). .................. 123 Tabela IV-54 Diferenas entre o PCN para diversas condies de trfego. .................................. 124 Tabela IV-55 Diferenas entre o PCN em funo do trfego....................................................... 126 Tabela IV-56 Diferenas de PCN em funo do k. ..................................................................... 127 Tabela IV-57 Resultados comparativos de PCN C = 10 000. ................................................... 128 Tabela IV-58 Resultado de PCN com valores mdios C = 10 000. ........................................... 129 Tabela IV-59 Resultados de PCN para C = 10 000. .................................................................... 132 Tabela IV-60 Resultados de PCN para C = 10 000 CBR mx. = 15%....................................... 132 Tabela IV-61 Resultados de PCN para C = 10 000 espessura aumentada.................................. 133 Tabela IV-62 Resultados comparativos de PCN para C = 10 000. ............................................... 134 Tabela IV-63 Resultados comparativos de PCN para C = 5 000. ................................................. 134 Tabela IV-64 Resultados comparativos de PCN para o trfego de 20 anos................................... 134 Tabela IV-65 Mdulos e propriedades das placas de concreto. ................................................... 136 Tabela IV-66 Mximas tenses de trao para o concreto x Trfego. .......................................... 136 Tabela IV-67 Resultados de PCN. ............................................................................................ 137 Tabela IV-68 Resultados de PCN k dinmico. ........................................................................ 137 Tabela IV-69 Resumo de mdulos adotados e PCN. .................................................................. 138 Tabela IV-70 Valores de PCN - C = 10 000 ............................................................................. 144 Tabela IV-71 Deforma o de ruptura de materiais cimentados. .................................................. 145 Tabela IV-72 Resultados do PCN............................................................................................. 148 Tabela IV-73 Mdulos de elasticidade e resultados de PCN. ...................................................... 149 Tabela IV-74 Mdulos de elasticidade e resultados de PCN. ...................................................... 150 Tabela IV-75 Resultados de PCN obtidos. ................................................................................ 153 Tabela IV-76 Parmetros de entrada. ........................................................................................ 158 Tabela IV-77 Parmetros a e b. ................................................................................................ 161 Tabela IV-78 Resultados de PCN para o trfego previsto para 20 anos........................................ 163 Tabela IV-79 Resultados de PCN . .......................................................................................... 166 Tabela IV-80 Trincamento para o PCN calculado pelo modelo HVS. ......................................... 171 Tabela IV-81 Valores de PCN. ................................................................................................. 171 Tabela VI-1 Obteno do k do sistema sub-base/subleito - Valores mdios. ................................ 189 Tabela VI-2 Clculo do PCN Carga no interior da placa Valores mdios. .............................. 189 Tabela VI-3 Clculo do PCN Carga na borda da placa Valores mdios. ................................. 189 Tabela VI-4 Clculo do PCN Carga no canto da placa Valores mdios. ................................. 190 Tabela VII-1 Funo r/a.......................................................................................................... 199 Tabela VII-2 Funo z/a. ........................................................................................................ 200

vi

Lista de Figuras

Figura I-1 Exemplo do ROTAER. ................................................................................................2 Figura I-2 Grfico para a verificao do ACN. ..............................................................................4 Figura I-3 Distribuio usual das cargas por trem de pouso. ...........................................................6 Figura I-4 Configuraes mais usuais de trens de pouso. ................................................................7 Figura I-5 Exemplo da interferncia de efeitos no solo. ..................................................................7 Figura I-6 Esquema da Carga de Roda Simples Equivalente. ........................................................ 11 Figura I-7 Efeito do afastamento das rodas na determinao da CRSE. ......................................... 14 Figura I-8 Anlise para pavimentos rgidos. ................................................................................ 15 Figura I-9 Deciso para mudana de PCN................................................................................... 18 Figura I-10 Mdulos de elasticidade obtidos pela retroanlise. ..................................................... 19 Figura III-1 Variao PCN e do SCI com o tempo. ..................................................................... 28 Figura III-2 Comportamento tpico de pavimentos flexveis. ....................................................... 31 Figura III-3 Variao do SCI para pavimentos rgidos. ................................................................ 32 Figura III-4 Esquema geral do funcionamento do Programa PCN. ................................................ 33 Figura III-5 Influncia da tenso vertical nas deformaes plsticas.............................................. 35 Figura III-6 Comportamento da tenso de cisalhamento sob a atuao de uma carga. ..................... 38 Figura III-7 Critrio de resistncia para a brita graduada. ............................................................. 38 Figura III-8 Grfico log- log para interpolao de tenses x cargas................................................ 39 Figura IV-1 Disposio dos sensores do FWD............................................................................. 43 Figura IV-2 - Seo-tipo do pavimento da Pista 16L-34R. .............................................................. 46 Figura IV-3 Seo-tipo do pavimento da Pista 12 - 30. ................................................................ 47 Figura IV-4 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi ALFA. ..................................................... 48 Figura IV-5 Seo-tipo do remendo do pavimento da Pista de Txi ALFA.................................... 49 Figura IV-6 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi BRAVO................................................... 49 Figura IV-7 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi ECHO...................................................... 50 Figura IV-8 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi JULIET.................................................... 50 Figura IV-9 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi OSCAR.................................................... 51 Figura IV-10 Seo-tipo do pavimento do Ptio da Linha de Hangaretes....................................... 51 Figura IV-11 Seo-tipo do pavimento do Ptio 2O. .................................................................... 52 Figura IV-12 Deflexes aos 3m do lado esquerdo sentido cabeceira 36 - 18. ................................. 55 Figura IV-13 Seo-tipo do pavimento do Segmento 1 da Pista 18 -36. ......................................... 56 Figura IV-14 Seo-tipo do pavimento do Segmento 2 da Pista 18 -36. ......................................... 56 Figura IV-15 Seo-tipo do pavimento do Segmento 3 da Pista 18 -36. ......................................... 57 Figura IV-16 Seo-tipo do pavimento do Segmento 4 da Pista 18 -36. ......................................... 57 Figura IV-17 Seo-tipo do pavimento do Segmento 5 da Pista 18 -36. ......................................... 58 Figura IV-18 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi DELTA.................................................. 58 Figura IV-19 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi ECHO. ................................................... 59 Figura IV-20 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi FOXTROT. ............................................ 59 Figura IV-21 Seo-tipo do pavimento do Ptio de Estacionamento Civil S1. ............................. 60 Figura IV-22 Seo-tipo do pavimento do Ptio de Estacionamento Civil S2. ............................. 60 Figura IV-23 Seo-tipo do pavimento Flexvel do Ptio de Estacionamento Militar...................... 61 Figura IV-24 Seo-tipo do pavimento Rgido do Ptio de Estacionamento Militar........................ 61 Figur a IV-25 Deflexes na linha dos 3m da Pista 15 - 33. ............................................................ 63 Figura IV-26 Seo-tipo do pavimento da Pista 15 -33. ................................................................ 64 Figura IV-27 Seo-tipo do pavimento da Cabeceira da Pista 33 e das reas de Giro. .................... 65 Figura IV-28 Seo-tipo da Pista de Txi. ................................................................................... 65 Figura IV-29 Seo-tipo do pavimento do Ptio de Estacionamento. ............................................. 66 Figura IV-30 Seo-tipo do pavimento dos Segmentos RC-1 e RC -5 da pista 10 28. ................... 68 Figura IV-31 Seo-tipo do pavimento dos Segmentos RC-2, RC-3 e RC-4 (Pista 1028).............. 69

vii

Figura IV-32 Seo-tipo do pavimento das Pistas de Taxiamento. ................................................ 69 Figura IV-33 Seo-tipo do pavimento dos Ptios de Estacionamento A6 e A7. ............................ 70 Figura IV-34 Seo-tipo do pavimento da Pista 13-31. ................................................................ 72 Figura IV-35 Deflexes aos 3m do lado esquerdo sentido cabeceira 31 - 13. ................................. 72 Figura IV-36 Seo-tipo do pavimento da Pista de Txi. .............................................................. 74 Figura IV-37 Seo-tipo do pavimento do Ptio de Estacionamento de Aeronaves......................... 74 Figura IV-38 Influncia da espessura do pavimento no valor do PCN. .......................................... 92 Figura IV-39 Influncia do CBR do subleito no valor do PCN...................................................... 93 Figura IV-40 Influncia do mdulo de elasticidade do subleito no valor do PCN. .......................... 94 Figura IV-41 Influncia da espessura no valor do PCN. ............................................................... 95 Figura IV-42 Influncia do CBR do subleito no valor do PCN...................................................... 95 Figura IV-43 PCN x Relao de Espessuras. ............................................................................... 96 Figura IV-44 Comparaes entre os dois procedimentos. ............................................................. 96 Figura IV-45 Posies relativas de carga..................................................................................... 98 Figura IV-46 Modelo de Previso de Desempenho. ................................................................... 106 Figura IV-47 Lei de fadiga do concreto..................................................................................... 116 Figura IV-48 PCN x Mdulo de Elasticidade E1 para carga na borda. ......................................... 122 Figura IV-49 PCN x h1. ........................................................................................................... 122 Figura IV-50 Desvio Padro de E1 x Diferenas de PCN............................................................ 123 Figura IV-51 Mdulo de Elasticidade E1 x PCN. ....................................................................... 124 Figura IV-52 Desvio padro de E1 x Diferenas de PCN. ........................................................... 125 Figura IV-53 Mdulo de Elasticidade E1 x PCN. ....................................................................... 125 Figura IV-54 Espessura x PCN................................................................................................. 126 Figura IV-55 Mdulo de elasticidade E1 x PCN......................................................................... 127 Figura IV-56 Resultados de PCN para C = 10 000. .................................................................... 129 Figura IV-57 Resultados de PCN para C = 10 000 mdulos mdios. ........................................ 130 Figura IV-58 Resultados do PCN em funo da espessura.......................................................... 130 Figura IV-59 Variao do PCN em funo do CBR adotado. ..................................................... 139 Figura IV-60 Variao do PCN em funo do trfego. ............................................................... 139 Figura IV-61 Variao do PCN em funo da espessura do pavimento. ....................................... 140 Figura IV-62 Variao do PCN em funo do CBR do subleito. ................................................. 140 Figura IV-63 PCN x mdulo de elasticidade do concreto. C = 10 000. ..................................... 141 Figura IV-64 Variao do PCN em funo do trfego. ............................................................... 141 Figura IV-65 Variao do PCN em funo do Mdulo de elasticidade do concreto. ..................... 142 Figura IV-66 Variao do PCN em funo do mdulo de elasticidade do subleito. ...................... 142 Figura IV-67 Variao do PCN em funo da espessura da placa de concreto.............................. 143 Figura IV-68 PCN em todas as sees C = 10 000. ................................................................. 144 Figura IV-69 Correlao entre o carga admissvel e o mdulo da sub-base.................................. 151 Figura IV-70 Efeito do mdulo de elasticidade do revestimento E2 tabelado. ............................ 151 Figura IV-71 Efeito da espessura do revestimento E2 tabela do. ................................................ 152 Figura IV-72 Variao do PCN em funo do mdulo de elasticidade da base............................. 152 Figura IV-73 Variao do PCN em funo do mdulo de elasticidade da sub-base. ..................... 153 Figura IV-74 Correlao entre os resultados do modelo HVS e Programa PCN - EC real. ............ 154 Figura IV-75 Obteno do fator i. ........................................................................................... 157 Figura IV-76 Comparao entre as equaes do mtodo de projeto da USACE. .......................... 157 Figura IV-77 Influncia da tenso de cisalhamento. ................................................................... 159 Figura IV-78 Tenso de cisalhamento admissvel para CBR = 3%.............................................. 160 Figura IV-79 Tenso de cisalh amento admissvel para CBR = 21,5 %. ....................................... 160 Figura IV-80 Tenso de cisalhamento admissvel para CBR = 40%. ........................................... 160 Figura IV-81 Tenso de cisalhamento mxima x Nmero de coberturas. ..................................... 161 Figura IV-82 Parmetro a. ....................................................................................................... 162 Figura IV-83 Parmetro b. ....................................................................................................... 162 Figura IV-84 Diferenas de PCN entre as duas equaes. .......................................................... 164

viii

Figura IV-85 Diferenas de PCN entre as duas equaes. .......................................................... 164 Figura IV-86 Retroanlise no-linear. ....................................................................................... 168 Figura VI-1 Croqui do Aeroporto de Natal. ............................................................................... 186 Figur a VI-2 Croqui do Aeroporto de Recife. ............................................................................. 186 Figura VI-3 Croqui do Aeroporto de Campina Grande. .............................................................. 187 Figura VI-4 Croqui do aeropor to de Manaus. ............................................................................ 187 Figura VI-5 Croqui do aeroporto de Caruaru. ........................................................................... 188 Figura VII-1 Funo r/a Alternativa de uso em substituio tabela VII-1. .............................. 201

ix

Glossrio

ACI American Concrete Institute Instituto do Concreto dos Estados Unidos.

AIP Airborne Information Publication - Publicao de Informaes Aeronuticas

Publicaes peridicas, sempre atualizadas, que divulgam informaes sobre infra-estrutura

aeroporturia, proteo ao vo e navegao area.

ACN Aircraft Classification Number Nmero de Classificao da Aeronave - Um

nmero que expressa o efeito relativo de uma aeronave em um pavimento para uma

especificada resistncia padronizada de subleito.

CBR California Bearing Ratio - ndice de Suporte Califrnia.

Cobertura representa o nmero de passagens de aeronave sobre determinada

largura de faixa do pavimento para que todos os pontos recebam pelo menos uma passagem

de carga.

CRSE Carga de Roda Simples Equivalente Carga de uma nica roda, com presso

padronizada, que equivale ao somatrio da influncia de todas as cargas de rodas de um trem

de pouso mais complexo.

CRSEmx a mxima CRSE admissvel por um determinado pavimento.

Deflexo deformao vertical recupervel que ocorre em um pavimento pela

aplicao de uma determinada carga.

DW Dual Wheel Trem de pouso de rodas duplas.

DTW Dual Tandem Wheel Trem de pouso composto por dois eixos (tandem) de

duas rodas.

FWD Falling Weight Deflectometer Defletmetro de carga dinmica aplicada por

queda de pesos.

HVS Heavy Vehicle Simulator Equipamento que realiza ensaios acelerados de

fadiga em pavimentos aplicando cargas de trfego (rodovirios) de magnitude real.

x

ICAO - International Civil Aviation Organization Organizao da Aviao Civil

Internacional (OACI) - Organizao vinculada ONU que regulamenta, por meio de

Recomendaes, o trfego areo e a infra-estrutura aeroporturia internacional, entre outras

atividades ligadas aviao.

PCA Portland Cement Association Associao do Cimento Portland.

PCI Pavement Conditioning Index ndice de Condio do Pavimento.

PCN Pavement Classification Number Nmero de Classificao do Pavimento -

Um nmero que expressa a capacidade de suporte de um pavimento para operaes irrestritas.

PMD Peso Mximo de Decolagem Peso mximo da aeronave para a decolagem.

Normalmente um pouco inferior ao mximo peso de rampa.

PSR Present Service Reliability Nvel de Serventia do Pavimento.

PVO Peso Vazio Operacional Peso mnimo da aeronave em condies de decolar,

incluindo tripulao e equipamentos bsicos. No inclui o combustvel e qualquer carga paga.

ROTAER - Manual de Rotas Areas Publicao peridica, sempre atualizada,

contendo um resumo da infra-estrutura aeronutica disponvel em cada aerdromo.

SCI Structural Conditioning Index ndice de Condio Estrutural do Pavimento.

Sees Totais nmero de sees (bacias) retroanalisadas naquela estrutura.

Sees teis nmero de sees consideradas no clculo dos mdulos do pavimento

das reas homogneas aps a excluso dos valores esprios.

SW Single Wheel - trem de pouso de roda simples.

USACE United States Army Corp of Engineers Corpo de Engenheiros do Exrcito

dos Estados Unidos.

xi

Lista de Smbolos

Observao sobre as unidades adotadas: Procurou-se utilizar o Sistema Mtrico, mas em algumas correlaes aplicou-se o

Sistema Internacional. As unidades do sistema ingls foram utilizadas nas frmulas estudadas, quando

exigido. Em face de este trabalho ter, tambm, o cunho didtico, diversos dados de entrada e resultados parciais foram apresentados nesse sistema, mas sempre acompanhados com os valores no sistema mtrico. a :raio da rea de contato. ai :fator de equao. A :rea de contato. Ac :rea de contato. b :raio da rea carregada. bi :expoente de equao. C :trfego em coberturas. C0 :trfego em coberturas para o incio do trincamento das placas de concreto. CF :trfego em coberturas que conduz o pavimento condio estrutural nula (final). CFacum :trfego acumulado, em coberturas. CFP

:trfego em coberturas da aeronave de projeto que conduz o pavimento condio estrutural final.

CFR :trfego residual. CoP :trfego em coberturas da aeronave de projeto para o incio do trincamento. CT :trfego em coberturas que conduz o pavimento a uma condio estrutural pr-determinada. CTP

:trfego em coberturas da aeronave de projeto que conduz o pavimento a uma determinada condio.

d fator de majorao - pavimentos semi-rgidos. D. P. :descontado de um desvio padro. De :deflexo imposta por uma CRSE. DF

:design factor - relao entre a resistncia trao na flexo e a tenso a que submetido o concreto.

Dif. :diferena em percentual. Dk :deflexo mxima na deduo da CRSE. Do :deflexo no centro da aplicao da carga. Normalmente a maior de cada bacia. E :mdulo de elasticidade (dinmico). EC :mdulo de elasticidade da camada cimentada. Ei :mdulo de elasticidade da camada i. Ei* :mdulo de elasticidade da camada i dividido por trs. R : deformao de ruptura. T : deformao mxima atuante. F :funo genrica. FC :fator de calibrao. h :espessura. hc :espessura da placa de concreto. hi :espessura da camada i. Ht :espessura total. ht* :espessura adicionada de camada granular sob a placa de concreto-cimento.

xii

htr :espessura total reduzida ht2 :espessura adotada. k :mdulo de reao do subleito (esttico). kdin :Mdulo de reao do subleito calculado a partir do MR integral. kest :Mdulo de reao calculado a partir de um tero do MR. l :raio de rigidez relativa. MR :mdulo de elasticidade (dinmico). N :trfego atuante, em nmero de solicitaes. Nacum :trfego acumulado. Nano :trfego ao ano, em coberturas. NF :vida de fadiga em funo do trfego atuante. : coeficiente de Poisson. NP :trfego atuante, em nmero de solicitaes. P :carga aplicada. p :presso. Pd :carga aplicada. Pe :carga aplicada. Pk :carga aplicada. Q :carga aplicada. r :distncia radial. r2 :coeficiente de correlao. RCS :resistncia compresso simples. RPC relao passagem/cobertura. RT :relao de tenses. RTCIS :relao de tenses de cisalhamento. RTD :resistncia trao direta. RTF :resistncia trao na flexo. SSR :strain-strength ratio relao de deformaes. v : tenso vertical. h : tenso horizontal. t : tenso de trao. t1 :espessura final na iterao para clculo do PCN de pavimentos rgidos t :espessura total. : tenso de cisalhamento. adm : tenso de cisalhamento admissvel. max : tenso de cisalhamento mxima. u : tenso de cisalhamento ltima. V.Inf. :vida de servio infinita. V. S. :vida de servio. V.M. :valores mdios de mdulos de elasticidade. x- : mdia menos o desvio padro. z :profundidade.

xiii

Resumo

Este estudo trata da avaliao de pavimentos aeroporturios para notificao do PCN.

So estudados cinco aeroportos brasileiros, onde o Falling Weight Deflectometer (FWD)

usado para medir as deflexes do pavimento. O programa Laymod-3 utilizado para a

retroanlise dos mdulos de elasticidade das camadas, e seus resultados so analisados.

Quatro grupos de pavimentos so estudados: flexveis, rgidos, compostos e semi-rgidos.

Com base nos mdulos de elasticidade das camadas dos pavimentos, obtidos por retroanlise,

procede-se a avaliao do PCN com a utilizao de uma variada gama de procedimentos e

critrios para previso de desempenho e projeto de pavimentos, para trs nveis de trfego. Os

resultados so cuidadosamente analisados para definir quais critrios definem melhor a

resistncia do pavimento, em cada caso. Os procedimentos mais adequados so aplicados no

aperfeioamento do Programa PCN, com o objetivo de prover mais uma ferramenta para o

uso dos engenheiros voltados avaliao de pavimentos aeroporturios.

xiv

Abstract

This work deals with airport pavements evaluation for reporting the PCN. Five

Brazilian airports are studied, where Falling Weight Deflectometer (FWD) is used to measure

pavement deflections. The Laymod-3 program is used do perform back-calculation

concerning the layers elastic moduli and the results are discussed. Four groups of pavements

are studied: Flexible, Rigid, Composite and Semi-rigid. Using elasticity moduli, obtained by

back-calculation, the PCN is calculated through several procedures and criteria for

performance prediction and pavement design, for three traffic levels. The results are carefully

analyzed to define what numbers represent better the pavement strength, in each case. Finally,

the best criteria are used to improve the PCN Program, aiming its use for airport pavement

engineers.

xv

Agradecimentos

Em primeiro lugar Deus, que sempre me orienta.

Aos Professores e Funcionrios da Diviso de Engenharia de

Infra-Estrutura Aeronutica do Instituto Tecnolgico de Aeronutica, pelo

apoio e colaborao recebida no decorrer do Curso.

Diretoria de Engenharia da Aeronutica - DIRENG, pelo apoio

dispensado na realizao do Mestrado e pela permisso para acompanhar

levantamentos com o Falling Weight Deflectometer.

Ao Comando Geral do Ar COMGAR, pela oportunidade a mim

propiciada nesta fase da minha carreira.

Ao Prof. Rgis Martins Rodrigues, pela contribuio, dedicao e

compreenso na orientao deste trabalho.

Aos colegas e amigos que sempre me incentivaram.

xvi

Dedicatria

Dedico este trabalho

minha esposa Ivone e s minhas

filhas Ingrid e Laura,

que me compreenderam

nesta rdua etapa.

I INTRODUO

I.1 O mtodo ACN / PCN O Mtodo ACN/PCN (Aircraft Classification Number / Pavement Classification Number) foi

institudo pela ICAO (Aerodrome Design Manual Part 3 Pavements) em 1983 com a

finalidade de padronizar a notificao da resistncia das pistas e ptios de aeroportos nas

Publicaes de Informaes Aeronuticas (AIP), uma vez que os quatro mtodos ento em

uso apresentavam restries significativas, inclusive quanto interpretao (Fonseca, 1987).

O mtodo correlaciona um nmero que expressa o efeito da aeronave (ACN) ao

nmero que expressa a capacidade do pavimento (PCN), sem fazer referncia configurao

do trem de pouso.

O valor do PCN expressa o resultado da avaliao de um pavimento em termos

relativos e no pode ser usado para fins de projeto ou em substituio avaliao, os quais

so problemas complexos de engenharia que requerem anlise detalhada, no podendo ser

reduzidos a um simples nmero (Fonseca, 1987).

A Figura I.1, um exemplo do ROTAER [DEPV], onde a informao do PCN apre-

senta-se destacada. Os dados da aeronave (ACN) pousar no aeroporto so comparados com

o valor do PCN notificado, verificando-se a possibilidade da citada operao.

Introduo 2

FOZ DO IGUAU 1 Cataratas, PR SBFI 25 36 01 S/054 29 06W

INTL PUB 11SE UTC-3 VFR IFR 121, 23, 26 INFRAERO 239 (786)

14 - 19(1),12 - (2195 X 45 ASPH 51/F/B/X/T 114,15) - 19(1),12 - 32 CMB - (2) PF, TF

SER - S2

MET - (045) 574-2814 CMA (3) (1 a 7) ..........

Figura I-1 Exemplo do ROTAER.

No exemplo em pauta, o PCN ASPH 51 F/B/X/T, representa

ASPH o tipo do revestimento;

51 - o nmero de classificao do pavimento (PCN), relacionado

sua resistncia para um nmero irrestrito de operaes;

F - o tipo do pavimento relacionado ao seu comportamento

(flexvel);

B - a categoria do subleito (CBR mdio = entre 8 e 13);

X - a mxima presso de pneus admissvel (1,5 MPa);

T - o mtodo adotado para a avaliao do pavimento (tcnica).

O PCN acima notificado infere que o pavimento pode suportar, sem restries de

carga e nmero de operaes, as aeronaves com ACN inferior ou igual ao PCN informado.

O Apndice A.1 reproduz o texto sobre o significado das siglas utilizadas na

notificao do PCN, conforme consta no Manual que o instituiu.

Na poca da divulgao do mtodo, a ICAO apresentou uma lista dos ACN das

aeronaves de uso mais freqente para as quatro classes de subleito padronizadas, conforme

modelo exposto na Tabela I.1, deixando a avaliao do PCN para os Estados, de acordo com o

seu mtodo preferido.

Introduo 3

Pode-se ver na Tabela I.1 que a divulgao do ACN para cada verso de aeronave

engloba dados que permitem a comparao direta com o PCN, ou seja, possui o nmero

relacionado ao tipo do pavimento e classe do subleito. informada tambm a presso dos

pneus da certificao da aeronave, para ser comparada com a presso admissvel do

pavimento.

Tabela I-1 Tabela de exemplo do ACN. ACN PARA

SUBLEITO DE PAVIMENTOS RGIDOS

ACN PARA SUBLEITO DE PAVIMENTOS

FLEXVEIS

DADOS GERAIS MN/m3 CBR (%)

Alta Mdia Baixa

Ultra- Baixa

Alta

Mdia

Baixa

Muito Baixa

Tipo da Aeronave

Peso Operacional

Carga em um trem de pouso principal

Presso dos

pneus 150 80 40 20 15 10 6 3

(kgf) (%) (MPa)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

B727-200 78 471 48 50 53 56 43 45 51 56

(Standard) 44 293 48.5

1.15

24 26 27 29 22 23 25 29

B727-200 84 005 49 52 55 58 45 48 55 60

(Advanced) 44 270 48.0

1.02

23 24 26 28 21 22 24 29

Fonte: Anexo14 - Part 3 Pavements.

Na publicao da ICAO (ICAO, 1983) constam os ACN calculados para o Peso

Mximo de Decolagem (PMD) e para o Peso Vazio Operacional (PVO), ou seja, os extremos

da faixa operacional. Recomenda a citada publicao que o ACN para os pesos intermedirios

seja determinado pela interpolao entre os valores extremos publicados.

Entretanto, a partir da introduo deste mtodo, os fabricantes passaram a calcular os

ACN das suas aeronaves, apresentando, ento, nos manuais, grficos que permitem a

obteno direta do ACN a partir de qualquer peso operacional da aeronave. O exemplo pode

ser visto na Figura I.2, extrada do Manual do Boeing 737-300 (BOEING, 1986).

Introduo 4

140130120110100908070

50

40

30

20

10

0

AIR

CR

AFT

CLA

SS

IFIC

ATI

ON

NU

MB

ER

(AC

N)

AIRPLANE GROSS WEIGHT

35 40 45 50 55 60

Notes:ACN WAS DETERMINED AS REFERENCED IN AMENDMENT 38TO ICAO ANNEX 14, "AERODROMES" 8TH EDITION, MARCH 1983.TO DETERMINE MAIN-GEAR LOADING SEE SECTION 7.4.PERCENT WEIGHT ON MLG 90.85.

NOTE: TIRES H40 x 14.5-19 24PR

CODE D - CBR 3 (ULTRA LOW)CODE C - CBR 6 (LOW)CODE B - CBR 10 (MEDIUM)CODE A - CBR 15 (HIGH)

Figura I-2 Grfico para a verificao do ACN.

I.2 Clculo do ACN O mtodo faz uso de uma Carga de Roda Simples Equivalente, derivada matematicamente,

para definir a iterao trem de pouso/pavimento. Isto feito igualando a espessura dada pelo

modelo matemtico para um trem de pouso de uma aeronave, com a espessura para uma carga

de roda simples sob a presso padronizada de 1,25 MPa (180 psi) (ICAO, 1983).

A CRSE pode ser vista como aquela, com presso de pneus padro, que produz no

pavimento efeito destrutivo equivalente, ou melhor, que tenha o mesmo potencial de causar

danos que um trem de pouso complexo. Portanto, trata-se de uma homogeneizao das

inmeras configuraes possveis de trens de pouso de aeronaves, convertidos como sendo

uma carga de roda simples com presso padronizada em 180 psi, ou 12,5 kgf/cm2.

Dois modelos matemticos so usados no mtodo ACN/PCN: a soluo de

Westergaard para pavimentos rgidos com fundao de Winkler (caso de carregamento no

Introduo 5

interior), e a soluo de Boussinesq para os deslocamentos em um semi-espao homogneo,

elstico e isotrpico sob rea circular carregada, para pavimento flexvel.

O uso desses modelos permite a mxima correlao com as metodologias de

dimensionamento de pavimentos largamente utilizadas no mundo, com um mnimo de

exigncias de informaes sobre os parmetros do solo, ou seja, apenas os valores de CBR ou

do mdulo de reao do subleito K.

A carga de roda simples assim obtida ento usada sem qualquer referncia s

espessuras, que so eliminadas do processo por meio de critrios de desempenho

selecionados, impondo-se a mesma tenso ou deslocamento, o que est de acordo com o

objetivo do mtodo, que de avaliar o efeito relativo da carga de uma aeronave num

pavimento. Assim, o ACN representa o efeito relativo no pavimento produzido pelo trem de

pouso de cada aeronave, padronizado para Carga de Roda Simples Equivalente, (CRSE).

A CRSE assim calculada, multiplicada por dois, representa o ACN da aeronave, por

definio.

O ACN pode ser calculado por um processo iterativo, por meio de programa

computacional, onde so dados de entrada:

as cargas por roda atuantes no trem de pouso principal;

a configurao geomtrica do trem de pouso;

a presso dos pneus,

as quais representam a ao do trem de pouso no pavimento, para a aeronave em estudo, na

sua configurao mais crtica, qual seja, o peso mximo de decolagem, que tambm

associado ao centro de gravidade mais recuado.

Do pavimento, os dados de entrada se referem apenas ao CBR ou ao k do subleito, e

ao tipo do pavimento, com relao ao seu comportamento, embora as metodologias de clculo

Introduo 6

utilizadas exijam certas padronizaes para a uniformidade da divulgao, j previstas no

Manual da ICAO e que sero citadas no momento oportuno.

Para o clculo do ACN, parte-se da configurao mais crtica da aeronave, qual seja, o

Peso Mximo de Decolagem (PMD), devidamente considerada a mxima carga paga ou

mximo alcance, e o seu centro de gravidade, calculando-se o percentual atuante no trem de

pouso principal. Destaca-se que tambm realizado o mesmo clculo para o Peso

Operacional Vazio da aeronave, com o objetivo de se pegar os extremos dos valores.

O percentual da carga atuante no trem de pouso principal normalmente fornecido

pelos fabricantes. Para as aeronaves convencionais, com dois trens de pouso na parte central,

e as rodas do nariz, uma distribuio tpica dos esforos de 95% das cargas no trem

principal e 5% no trem de pouso de nariz (Figura I.3).

Figura I-3 Distribuio usual das cargas por trem de pouso.

Introduo 7

A configurao geomtrica do trem de pouso, (Figura I.4) associada com a presso dos

pneus, determinar a influncia das cargas no subleito, para uma determinada carga (Figura

I.5).

Figura I-4 Configuraes mais usuais de trens de pouso.

Figura I-5 Exemplo da interferncia de efeitos no solo.

Os diversos mtodos de dimensionamento de pavimentos flexveis aeroporturios

esto fundamentados nos ensaios desenvolvidos pelo Corpo de Engenheiros do Exrcito dos

Estados Unidos USACE, na dcada de 50, quando foram exaustivamente simulados

Introduo 8

pavimentos com espessuras variveis sobre subleitos com capacidade de suporte variveis,

alterando-se tambm as cargas aplicadas e as reas de contado, aperfeioando os mtodos de

dimensionamento baseados no mtodo CBR ento em uso.

Para os pavimentos flexveis h dois critrios principais em uso para clculo da CRSE

do trem de pouso principal (Yoder, Witczak, 1975)

tenso vertical no topo do subleito;

deflexo no topo do subleito.

O primeiro o adotado pela Administrao Federal de Aeroportos FAA, e pela

Marinha dos Estados Unidos USN, enquanto que o segundo utilizado pelo Corpo de

Engenheiros do Exrcito USACE, e pelo Instituto do Asfalto.

Destacam-se como fundamentais para este trabalho as seguintes concluses dos

Experimentos da USACE:

o afundamento (deformao plstica) ocorrido nos pavimentos era

praticamente causado pela deformao permanente do subleito;

foi observada forte correlao entre as deformaes plsticas do pavimento e a

deformao recupervel (deflexo elstica), que ocorria a cada aplicao de

carga.

Portanto, o objetivo desses procedimentos calcular a espessura de pavimento

necessria para proteger o subleito contra um nvel de deformao plstica excessiva, para

uma determinada carga e um determinado nmero de aplicaes desta, tendo sido obtido o

seguinte modelo, vlido para CBR na faixa de 3% a 12%, mas extrapolada correntemente.

-

+=

ppCBRP

CHt

11,8

1100

4,14log1,23 (1)

onde, de acordo com a padronizao da ICAO, para o ACN:

C =10 000 (nmero acumulado de coberturas);

Introduo 9

P = Carga de Roda Simples Equivalente aplicada (pounds);

p = 180 psi (12,5 kgf/cm2 - presso dos pneus);

Ht = espessura do pavimento em polegadas.

Para os pavimentos rgidos, os modelos utilizados para pavimentos aeroporturios so

fundamentados nas frmulas de Westergaard, que em 1926 fez estudos com base na Teoria da

Elasticidade, aplicando o conceito de placa rgida apoiada sobre fundao elstica, sendo

ainda hoje esse critrio utilizado nos mtodos de dimensionamento da PCA.

Neste caso, o objetivo dimensionar uma espessura de placa que, submetida a uma

carga, apresente tenso de trao na fibra inferior da placa igual a 27,5 kgf/cm2 (2,75 MPa)

para os pavimentos aeroporturios. Este valor uma conveno associada ao carregamento no

centro da placa e a um concreto de cimento portland com mdulo de elasticidade E = 280 000

kgf/cm2.

O modelo utilizado no mtodo para o clculo do ACN para a carga aplicada no

interior da placa (2), o qual apresenta simplificaes em relao aos clculos nas bordas

(utilizado no dimensionamento de pavimentos aeroporturios) e cantos das placas (Williams,

1986).

( )

-

+= N

nl

kbEh

hP

t

2

4

3

2 54,54log1275,0 ns (2)

sendo l o raio de rigidez relativa, dado por:

( )( )4 2

3

112 kEh

lu-

= (3)

b = r (raio da rea carregada - in), se r1,724 h (in), ou

Introduo 10

hhrb 675,06,1 2 -+= se r < 1,724h (in);

E = Mdulo de elasticidade do concreto, tabelado em 4 x 106 psi = (280.000kgf/cm2);

= 0,15 (coeficiente de Poisson);

t = Tenso de trao desenvolvida na placa sob o centro da rea carregada (psi),

normalizada para efeito de padronizao em 400 psi (27,5 kgf/cm 2);

P = Carga de Roda Simples Equivalente a ser obtida (pounds);

k = mdulo de reao do subleito (pci);

n = um fator governado pela mxima distncia do centro da carga dentro da qual

ocorre a redistribuio da reao do subleito. Este fator tem seu valor sugerido

em 0,5;

N = um fator relacionado com a razo da distribuio da deflexo mxima, sugerido

como 0,2.

O clculo do ACN inicia com a converso de um trem de pouso qualquer em uma

carga de roda simples equivalente, sendo o uso da CRSE uma prtica comum em pavimentos

aeroporturios, mas no em rodovirios.

O procedimento para pavimentos flexveis utilizado pela USACE, ou seja, de idnticas

deflexes, pode ser mais bem entendido visualizando-se os desenhos da Figura I.6.

Da anlise do trem de pouso de roda dupla (DW) da Figura I.6.a, observa-se que a

deflexo mxima (Dk) inferida pela carga aplicada diretamente correlacionada com a

deformao mxima imposta ao pavimento e ao subleito, conforme a segunda concluso

citada no incio deste item.

O princpio da superposio dos efeitos pode ser considerado no trem de pouso DW,

obtendo-se um Dk normalmente localizado entre as duas rodas do trem. Para os trens de

pousos de rodas mltiplas a posio da deflexo mxima deve ser pesquisada. Um programa

que permite esta pesquisa o FLAPS, Finite Layers Analysis of Pavements Structures, que

Introduo 11

auxilia na localizao do ponto de deflexo mxima, bem como calcula as tenses,

deformaes e deslocamentos que ali atuam, com adequada preciso para quaisquer

configuraes de trem de pouso (Rodrigues, 1996).

Na Figura I.6.b apresenta-se o croqui da CRSE. Portanto, como as deflexes Dk so

iguais para os dois trens de pouso, observa-se de imediato que o problema consiste em

encontrar o raio da roda simples ae, que multiplicado pela presso de contato pe, fornea a

CRSE que provoque a deflexo Dk. No diagrama, o coeficiente k representa as condies

sobre os dados conhecidos do trem de pouso em anlise, enquanto e refere-se ao sistema

equivalente. Assim como para os trens de pouso de rodas duplas, o procedimento realizado

para trens de pouso de montagens mais complexas.

Figura I-6 Esquema da Carga de Roda Simples Equivalente.

Pela soluo pela Teoria de Boussinesq (uma camada constituda de material elstico

linear, isotrpica, homognea e semi-infinita) o critrio de iguais deflexes assume a forma da

equao (4), conforme procedimento detalhado por (Yoder, Witczak, 1975), a seguir.

( ) ( )

-+

+= HA

az

Epa

D nn

11

. (4)

Introduo 12

De acordo com o representado na Figura I.6, observa-se que a deflexo no ponto 1

funo da geometria do problema, ou seja, da relao entre a distncia deste ponto ao centro

da rea carregada e o raio desta carga, e entre a profundidade do ponto 1 e o raio da rea

carregada.

A e H so fatores geomtricos da soluo de Boussinesq, resolvidos e tabelados para

quaisquer situaes de profundidade (z) e raio (a), existindo tambm a possibilidade de

resoluo grfica no caso especial de = 0,5. O Apndice A.2 mostra exemplos desses

fatores.

Dado que as reas de contato Ak de cada roda do sistema de rodas mltiplas so

iguais, os raios de contato ak so tambm iguais. Pk a carga de um pneu do trem de pouso de

rodas mltiplas e r1 e r2 representam a distncia radial dos pneus 1 e 2, respectivamente, para

o ponto de clculo 1 em questo.

Para as conhecidas condies do sistema de rodas mltiplas, pelo princpio da

superposio de efeitos, a deflexo no ponto 1 igual soma das deflexes parciais devidas a

cada roda, ento:

( ) ( ) ( )

-+

++

-+

+= 2211 1

11

)1(HA

az

Eap

HAaz

Eap

Dk

kk

k

kkk n

nn

n (5)

para a carga de roda simples equivalente temos a deflexo dada por:

( ) ( )

-+

+= ee

e

eee HAa

zE

apD n

n1

1 (6)

A deflexo mxima abaixo da CRSE deve ser igualada mxima deflexo devida ao

trem de pouso de rodas mltiplas. Esta condio somente satisfeita quando re igual a zero

(carga centrada) e a soma das funes geomtricas F abaixo do trem de pouso de rodas

mltiplas a mxima.

Igualando (5) e (6), resulta:

Introduo 13

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

-+

++

-+

+=

-+

+= 2211max 1

11

)1(1

1HA

az

Eap

HAaz

Eap

HAaz

Ekp

Dk

kk

k

kk

e

ee nn

nn

nn

(7)

simplificando

( ) ( ) ( )

-++-+=

-+= 2211max 111 HAa

zHAazapHA

azapD

kkkk

eee nnn (8)

Como A e H so funes da geometria do problema, pode-se definir que

( )

-+=

= 11

11 1, HAa

zaz

ar

fFkkk

n (9)

e

( )

-+=

= 22

22 1, HAa

zaz

ar

fFkkk

n . (10)

Por estar a deflexo mxima na CRSE exatamente no eixo de aplicao da carga, seu

valor apenas funo da relao profundidade / rea carregada. Neste caso a funo F dada

por

21

2

1

5,1

+

=

e

e

az

az

F . (11)

Pela padronizao, tem-se que a presso pe 12,5 kgf/cm2. Simplificando e

preenchendo os valores conhecidos referentes ao trem de pouso em anlise, o problema se

resume em encontrar o raio (a) da carga com presso pe = 12,5 kgf/cm2 que inferir no

subleito a mesma deflexo do sistema de rodas mltiplas:

pA c

a = (12)

ou seja, CRSE = 12,5 x Ac, e o ACN dado por 2 x CRSE.

Introduo 14

A pesquisa do ponto onde ocorre a deflexo mxima pode ser realizada pelo Programa

FLAPS Finite Layer Analysis of Pavement Structures, e a profundidade z obtida com o

uso da equao (1), em sucessivas iteraes com os resultados de ae (raios da CRSE)

obtidos na equao (8).

conveniente tambm observar o grfico apresentado na Figura I.7 onde se visualiza

que para baixas espessuras de pavimento, deixa de ocorrer a sobreposio, e a CRSE a

prpria carga de roda. No outro extremo, quando as rodas estariam to prximas que

teoricamente uma estivesse sobre a outra, a CRSE seria equivalente soma das duas cargas de

roda.

Figura I-7 Efeito do afastamento das rodas na determinao da CRSE.

O procedimento para pavimentos rgidos pode ser mais bem visualizado na Figura I.8,

e inicia-se pela pesquisa da localizao da mxima tenso de trao atuante do trem de pouso

de roda dupla.

Da mesma forma que para os pavimentos flexveis, o programa FLAPS permite este

clculo com para quaisquer configuraes de trem de pouso.

A equao de Westergaard (2) vlida para a tenso de trao localizada exatamente

sob o centro do carregamento. Para posies deslocadas do centro, adota-se um fator de

correo

Introduo 15

=

kk aHt

ar

FF , (13)

sendo que ,0=Rr

se F = 1.

n

ss

Figura I-8 Anlise para pavimentos rgidos.

O procedimento completo do clculo da CRSE realizado com a entrada de uma

determinada carga de roda Pd, arbitrria, na equao de Westergaard (2) estando os demais

valores tabelados de acordo com o preconizado no mtodo ACN-PCN, e dados do trem de

pouso k conhecidos. Aplica-se o fator de correo (13) para cada roda, funo de uma

espessura arbitrria t1.

O resultado da equao de Westergaard ser uma espessura t2, a qual fornece novos

fatores F. Realimentando-se a equao de Westergaard, esta apresentar uma espessura t3, e

assim sucessivamente.

Quando o resultado da equao de Westergaard apresentar como resposta a mesma

espessura de entrada tf, a carga que resultou nesta espessura ser a CRSE.

Esta CRSE, devidamente multiplicada por dois, ser o ACN da aeronave em estudo

para aquele subleito.

Introduo 16

I.3 Avaliao do PCN No item anterior foi apresentado o embasamento terico para o clculo do ACN das

aeronaves. Entretanto, na implantao do mtodo ACN-PCN, os ACN das aeronaves de maior

utilizao na poca j tiveram seus valores divulgados pela ICAO (Tabela I.1). Tambm, no

mesmo documento foram apresentados programas computacionais para o clculo do ACN

para pavimentos flexveis e para pavimentos rgidos. Ainda, desde ento, os fabricantes

introduziram, nos manuais das aeronaves, grficos (Figura I.2) apresentando o ACN para as

quatro categorias do subleito, em funo da carga operacional da aeronave. Uma vez que a

industria aeronutica restrita a poucos pases, o clculo do ACN se mostrou pouco usual

para grande parcela dos engenheiros.

Com o PCN foi diferente. A ICAO deixou claro que a avaliao dos pavimentos era

tarefa para os Estados realizarem, para permitir que as autoridades aeronuticas pudessem

escolher os critrios de avaliao julgados mais adequados para as suas condies. Todavia,

determinou que uma vez notificado o PCN de um aeroporto, as aeronaves com ACN igual ou

inferior poderiam utiliz-lo sem restries de peso ou nmero de operaes (DIRENG, 1982).

Alm disso, permitiu que o PCN tambm fosse notificado com base na experincia

com o tipo de aeronaves que operam no aeroporto, adotando o ACN da aeronave crtica que

se encontrasse em operao regular e que no demonstrasse estar danificando o pavimento de

forma significativa. Todavia, recomendava que fosse realizada avaliao tcnica, consistindo

em um estudo especfico das caractersticas do pavimento e na aplicao da tecnologia do

comportamento dos pavimentos.

Portanto, o Manual (ICAO, 1983) dedicou muitas pginas avaliao de pavimentos

com o propsito de informao, dada a responsabilidade pela avaliao e notificao da

capacidade de resistncia, visto que o conhecimento sobre o assunto varia entre

Introduo 17

experimentados engenheiros at administradores de aeroportos que no possuem sob seu

comando engenheiros com experincia na rea de comportamento de pavimentos.

Embora sejam utilizados vrios mtodos empricos de dimensionamento de

pavimentos, somente o mtodo da AASHTO correlaciona esses dados e resultados ao

comportamento e desempenho do pavimento em funo do trfego.

O PCN determinado para a mxima carga admissvel no pavimento e deve levar em

considerao fatores tais que representam o trfego (freqncia de operaes) e tenses e

deformaes admissveis no pavimento (Alexander, Hall Junior, 1991).

Para aeronaves que possuem um ACN igual ao do PCN a previso de ruptura do

pavimento igual sua vida de projeto. Aeronaves com ACN superiores ao PCN

sobrecarregam o pavimento e reduzem sua expectativa de vida de servio, enquanto aeronaves

com ACN inferiores ao do PCN tenderiam a aumentar a vida de servio do pavimento

(Alexander, Hall Junior, 1991)

Um dos problemas usuais com que as autoridades aeronuticas se defrontam est

relacionado com a capacidade de suporte das pistas quando as empresas de transportes areos

desejam utilizar aeronaves de maior porte do que aquelas que usualmente vm operando em

determinado aeroporto.

A grande dificuldade hoje responder aos vrios questionamentos acerca da

resistncia das pistas, contribuindo para que este dado seja divulgado de maneira adequada.

Se o PCN for muito conservador, pode estar restringindo as operaes de aeronaves maiores,

com prejuzos populao e aos operadores. Se for mais elevado do que o real, pode estar

acelerando a deteriorao do pavimento, com prejuzos aos administradores do aeroporto. O

exemplo da deciso pode ser exemplificado no fluxograma da Fig. 1.9:

Introduo 18

ACN PCN

A aeronave podeoperar sem restries quantoao nmero de operaes

Reavaliar o PCN.Aps avalio dopavimento em nvelde projeto

ACN PCN

ACN 1,1 PCN

Sim

A aeronave pode operar com restries decarga e nmero deoperaes.

O pavimento deve serreforado

FIM

Sim

Sim No

No

No

Incio

Figura I-9 Deciso para mudana de PCN.1

Observa-se no Brasil que a avaliao tcnica do PCN , de maneira geral, elaborada

sobre o projeto de dimensionamento do pavimento, obtendo-se valores nem sempre coerentes,

a comear pelas metodologias de projeto, que no consideram a fadiga do pavimento causada

pelas cargas do trfego. Ainda, ao se reavaliar o projeto de um aeroporto que j possua algum

tempo de uso, ou seja, em que j ocorreu um certo consumo fadiga, o procedimento no o

mesmo do que avaliar-se um pavimento novo, onde pressupe-se que o ndice de condio do

pavimento (PCI) esteja prximo de 100, e que poder receber muito mais trfego ao longo da

sua vida de servio.

Dentre os procedimentos usuais para a avaliao dos pavimentos recomendados pelo

Manual (ICAO, 1983) esto aqueles que medem a resposta do pavimento com relao

aplicao da carga, conforme consta o trecho a seguir, que sugere a uso de critrios

defletomtricos, por exemplo:

...A technical evaluation also can be made based on measurements of the

response of pavement to load. Deflexion of a pavement under static plate or tire

load can be used do predict its behaviour. Also there are various devices for

1 A tolerncia de 10% para o ACN em relao ao PCN, constante da figura, apenas um exemplo. Podem ser adotadas outras, conforme critrio da autoridade normalizadora. Prticas de diversos pases esto descritas na referncia (ICAO, 1983)

Introduo 19

applying dynamic loads to a pavement, observing its response, and using this to

predict its behaviour... [Aerodrome Design Manual Part 3 Pavements, p. 3-25].

Portanto, com a evoluo que ocorreu nos equipamentos de aplicao de cargas

dinmicas desde o lanamento do manual da ICAO, em 1983, bem como o seu uso difundido

em todo o mundo, faz crer que estes mtodos apresentam grandes vantagens sobre os demais,

uma vez que possuem associados programas computacionais que utilizam as relaes tenso

deformao dos materiais das camadas do pavimento e modelos tericos racionais, que podem

retratar a condio atual do pavimento, o que, junto com outros fatores analisados, pode

representar a capacidade estrutural bem adequada para o pavimento.

A sugesto do texto acima pode ser interpretada como uma tentativa de se definir o

PCN dos pavimentos por meio do uso de medidas das deflexes induzidas no pavimento com

a aplicao de vrias cargas dinmicas, como o caso do FWD.

A Figura I.10 apresenta de forma esquemtica uma tpica sada de dados de uma

retroanlise no linear, onde para cada nvel de carga Q aplicada pelo FWD resultam os

mdulos de elasticidade E de cada camada. Com exceo das camadas asflticas e

cimentadas, o comportamento tpico dos mdulos de elasticidade dos materiais constituintes

dos pavimentos no-linear, e pode ser representado pelo modelo

ibii QaE = (14)

bQ E E E E =a Q

E1

2

(1) (1) (1)

Q (FWD)

2 2

E =a Q b 3 3

3

Q E E E 2 1 2 3(2) (2) (2)

Q E E E(3) (3) (3)

3 1 2 3

1 1 2 3

Figura I-10 Mdulos de elasticidade obtidos pela retroanlise.

Introduo 20

Modelos da AASHTO aplicaram esses conceitos de forma direta como maneira de

prever o desempenho de pavimentos rodovirios, dentre eles os apresentados abaixo:

05,2 log25,3log32,140,9log DQN -+= (15)

05,1 log64,3log36,118,10log DQN -+= (16)

onde N2,5 e N1,5 representam o nmero de repeties de carga para ocorrer a queda do nvel de

serventia do pavimento em 2,5 e 1,5 unidades, respectivamente, Q o nvel de carga aplicado

(kips) pelo FWD, e D0 a deflexo em centsimos de polegadas.

I.4 O comportamento do pavimento O modelo terico mais difundido para os mtodos de projeto mais recentes o sistema de

camadas elsticas, consideradas de espessura finita, com exceo do subleito, que

considerado infinito. A extenso considerada infinita lateralmente. A resposta de cada

camada caracterizada por seus mdulos de elasticidade e de Poisson, determinados por

ensaios de laboratrio e por testes de campo de diversos tipos, com correlaes ou derivaes

calculadas, ou meramente estimando os valores quando estes no so crticos. Estes mtodos

permitem investigar as tenses e os deslocamentos impostos pelas cargas.

Geralmente, o valor da tenso nos pontos crticos (topo do subleito no ponto abaixo

da carga, superfcie inferior da camada de superfcie, etc.) correlacionado com o

desempenho pretendido do pavimento para o uso no projeto ou na avaliao.

conhecido que a resposta da tenso-deformao dos materiais do pavimento no

linear, mas a estratificao das camadas permite a variao do valor do mdulo de

elasticidade de subcamada a subcamada. Torna-se mais crtica esta no linearidade nos solos

finos coesivos de subleito, o que pode ser levado em considerao nos programas de

retroanlise.

Introduo 21

As teorias aplicadas ao comportamento do pavimento indicam uma proporcionalidade

entre a carga aplicada e a deflexo, concluindo-se que esta deve ser um indicador da

capacidade estrutural do pavimento. Isto concluiu tambm que a deflexo determinada para

uma carga particular poderia ser ajustada proporcionalmente para predizer a deflexo que

resultaria da aplicao de outras cargas fundamentando a base para a avaliao dos

pavimentos. A experincia e a pesquisa dos modelos de verificao in loco mostram

correlaes fortes entre o comportamento do pavimento ao valor e deflexo imposta pela

carga, concluindo, ento, pela utilizao da deflexo para a avaliao dos pavimentos. Testes

experimentais controlados no campo confirmam forte correlao entre a deflexo do

pavimento e o nmero das repeties da carga ( ruptura) relacionada carga que causou essa

deflexo, embora no representada bem por uma nica linha ou curva, mas sim por uma faixa

um tanto larga haja vista a presena de muitos fatores secundrios.

I.5 As provas de carga Inicialmente os mtodos baseados em testes de placa foram os mais comuns, mas resultados

semelhantes foram obtidos com medidas de deflexes sob cargas reais da roda (ou no meio de

duas e quatro rodas dos trens de pousos), as quais so a base de alguns mtodos expeditos de

dimensionamento. Os mtodos da Viga Benkelman, assim como os outros mtodos

rodovirios, so mais recomendveis para avaliao de pavimentos para aeronaves leves.

Neste aspecto, deve ser mencionado que na pesquisa de (Rocha, 1996) foram

investigadas as confiabilidades das leituras de levantamentos defletomtricos repetidos na

mesma bacia, realizados com a Viga Benkelman e com o Falling Weight Deflectomenter

KUAB 2m, constatando que a preciso deste bem maior, apresentando coeficiente de

variao da ordem de 0,4% a 1,5%. Para as bacias levantadas com a Viga, esse coeficiente

Introduo 22

variou de 4% para os pontos prximos ao local de aplicao da carga, at cerca de 50% nas

medidas mais afastadas.

Entretanto, com algumas limitaes, as informaes fornecidas pela Viga Benkelman

podem ser teis. Uma campanha de levantamentos defletomtricos realizada pela DIRENG e

INFRAERO em 27 aeroportos do Brasil (1987) (Rodrigues, 1996), concluiu que aqueles

pavimentos em que as deflexes mximas se situavam abaixo dos 40 x 10-2 mm apresentavam

bom comportamento. Este fato vem ao encontro de um critrio de fadiga desenvolvido por

Vallerga, McCullough, 1969) para o Aeroporto Municipal de Salt Lake City, onde foi

admitida uma deflexo mxima de 35 x 10-2 mm para os pavimentos sujeitos ao trfego

pesado.

Os equipamentos que aplicam cargas dinmicas se tornaram popular por vrias razes,

entre elas a facilidade de reposicionamento, uma vez que os equipamentos so leves, e o fato

de o carregamento dinmico aplicar um pulso da carga muito mais parecido com o pulso

induzido por uma passagem de roda. Os efeitos desse pulso so adquiridos por sensores

facilmente reposicionveis a distncias adequadas, medindo as deflexes. Em conseqncia,

uma variedade de equipamentos de carga dinmica foi desenvolvida. Inicialmente havia

dispositivos para aplicaes rodovirias e outros mais pesados para pavimentos

aeroporturios, mas atualmente, pela variao da carga (massa), altura de queda e dimetro da

placa de aplicao de carga, um mesmo equipamento pode atender facilmente ambas

aplicaes. So ensaios muito vlidos para se avaliar o comportamento do pavimento sob a

ao de cargas variadas, uma vez que o mdulo de elasticidade funo do nvel de carga

aplicado, em especial para solos finos coesivos.

Introduo 23

I.6 Dados para avaliao de pavimentos Os parmetros que definem o comportamento das camadas do pavimento dentro dos modelos

variam desde os necessrios ao dimensionamento com o mtodo CBR e outros ndices que se

utilizam para pavimento flexvel ou do mtodo de placa de carga para a teoria de Westergaard

para pavimento rgido, e os valores dos mdulos de cada camada do pavimento para os

mtodos fundamentados nas tenses e deslocamentos da Teoria da Elasticidade.

Os mdulos de elasticidade e o coeficiente de Poisson so necessrios para cada

camada de um sistema de camadas elsticas, e estes podem ser determinados de vrias

maneiras. O coeficiente de Poisson no um parmetro sensvel e adotado geralmente entre

0,3 a 0,33 para materiais cimentados asflticos e 0,35 a 0,4 para materiais granulares e

plsticos, por exemplo. Os mdulos de elasticidade variam de forma no linear, assim como a

resposta da tenso-deformao do solo e dos materiais, uma vez que muitos parmetros esto

envolvidos, entre elas as condies da tenso confinante efetiva atuando nos pavimentos

construdos. Portanto, os valores encontrados para um material particular, pelos vrios meios,

no so os mesmos que as consideraes tericas ideais conduziriam.

A resposta da tenso-deformao (mdulo) pode ser determinada pelo teste direto de

corpos de prova preparados ou amostras indeformadas, mas por estes a resposta quase

sempre insatisfatria. A resposta afetada demasiadamente pela preparao ou pela

perturbao da amostragem, deixando de ser representativa, muito freqentemente. A

execuo de levantamentos defletomtricos no campo e a retroanlise com programas

fundamentados na teoria das camadas elsticas, efetuada a partir dos dados medidos,

conduzem a resultados muito mais completos, precisos e coerentes sobre as condies do

pavimento do que aqueles obtidos por ensaios de laboratrio.

Destaca-se que o posicionamento dos sensores do equipamento dinmico permite

determinar as tenses e as deflexes impostas pelas cargas para pontos no centro da carga e

Introduo 24

de forma radial a partir deste. Pelos processos iterativos computacionais determina-se o

mdulo das diversas camadas do pavimento. Tais mdulos so ento utilizados para o

dimensionamento de reforo ou para a avaliao da estrutura, com o uso de programas

baseados na teoria das camadas elsticas, permitindo o clculo de tenses em posies crticas

e para previso do desempenho do pavimento sob as solicitaes do trfego.

I.7 Requisitos prticos Embora a medida das deflexes j d uma idia sobre o comportamento do pavimento, sua

maior utilidade na retroanlise, que representa quase um diagnstico da situao real do

pavimento. Entretanto, para a retroanlise necessrio o conhecimento da seo do

pavimento, seja atravs do projeto de construo e de obras posteriores, seja atravs de

sondagem, sendo esta necessria, algumas vezes para confirmar os dados originais.

O DCP - Dynamic Cone Penetrometer um equipamento que, em conjunto com o

FWD, muito til para a avaliao do PCN, pois com facilidade possvel se determinar as

espessuras reais das camadas do pavimento bem como sua resistncia penetrao

diretamente correlacionvel ao CBR.

A temperatura da superfcie do pavimento e a temperatura do ar devem ser coletadas

para permitir uma avaliao correta do mdulo do concreto asfltico, de comportamento

preponderantemente visco-elstico. No caso de pavimentos de concreto de cimento portland,

permitem interpretar os resultados dos ensaios defletomtricos em funo da variao das

condies de suporte da placa, causadas pela dilatao e contrao trmica diferenciais a que

esto submetidas ao longo da espessura pelo gradiente trmico, que atinge elevado em

determinadas horas do dia (Williams, 1986).

II OBJETIVOS DA PESQUISA

A partir de um estudo da problemtica envolvida na avaliao do PCN, so estudados

procedimentos visando seu clculo quando se dispe de avaliao estrutural do pavimento

com o uso do Falling Weight Deflectometer (FWD).

Sero utilizados os procedimentos julgados mais adequados em um programa de

computador de maneira a facilitar o uso por engenheiros da rea de avaliao de pavimentos.

Com base na aplicao de modelos de previso de desempenho mecanstico-

empricos, so investigadas as conseqncias para o pavimento quando da operao de

aeronaves com carga acima daquela notificada, ou seja, com ACN superior ao PCN.

III METODOLOGIA EMPREGADA

III.1 Modelos O estudo procura definir os modelos que podero ser empregados adequadamente na

avaliao do PCN.

A Dissertao de Mestrado segue a linha de pesquisa envolvendo avaliao estrutural

de pavimentos aeroporturios com base em resultados do equipamento de ensaios dinmicos

no destrutivos FWD.

De posse dos resultados, interpretam-se os dados, que fundamentam estudo de

procedimentos para avaliao do PCN dos aeroportos, utilizando como ferramenta os

mdulos de elasticidade das camadas do pavimento obtidos por meio da retroanlise dos

levantamentos defletomtricos realizados com o FWD.

tambm investigado o processo de retroanlise, de modo a se obter procedimento

sistemtico e confivel na procura dos mdulos de elasticidade dos pavimentos.

So utilizados os programas LAYMOD-3, adequado para a retroanlise, na primeira

fase, FLAPS (Finite Layer Analysis of Pavement Structures), para calcular as tenses,

deformaes e deslocamentos, e o Programa PCN, que utiliza os mdulos para se obter o

resultado da capacidade estrutural do pavimento aeroporturio. Determinados resultados so

verificados com o programa PAVESYS-9, que possui diversos modelos de previso de

desempenho na sua rotina. Todos programas so de autoria do Professor Rgis Martins

Rodrigues, orientador desta pesquisa.

dado destaque aos procedimentos que permitam representar os dados estruturais em

funo do trfego atuante, com isso possibilitando-se prever o comportamento do pavimento e

Metodologia 27

o seu desempenho quanto sua vida de fadiga e aos afundamentos plsticos, para vrios

nveis de carga e de trfego atuantes em cada rea homognea do aeroporto.

Para as situaes em que na prtica se torna invivel dispor de avaliaes com o FWD,

a aplicao dos procedimentos aqui abordados depende de se inferir mdulos de elasticidade

efetivos in situ das camadas atravs dos procedimentos disponveis.

III.2 Ensaios de campo Todos os cinco casos analisados foram levantados pela equipe de profissionais da DIRENG,

dos quais trs (Recife, Campina Grande e Caruaru) foram acompanhados pelo autor. Os dados

do levantamento de Natal foram fornecidos pela DIRENG e os de Manaus se originaram dos

arquivos do ITA.

Este acompanhamento tornou-se importante para dar ao autor o conhecimento mais

amplo das variveis envolvidas no campo, tais como as limitaes do equipamento e as

condies do ambiente em estudo, uma vez que o processo de retroanlise altamente afetado

por tais fatores.

III.3 Avaliao do PCN Os procedimentos definidos na pesquisa como os mais confiveis sero devidamente

consolidados em programa de computador, de maneira a permitir sua utilizao por outros

profissionais da rea, de forma mais rotineira.

Esta anlise ser feita por meio dos resultados de PCN calculados pelos diversos

mtodos e procedimentos estudados, cujas concluses devero servir de base para o

aperfeioamento do Programa PCN.

Contudo, em face de que as avaliaes de pavimentos so atividades complexas, com

a intervenincia de diversos fatores, o Programa PCN, mesmo aperfeioado, no conclusivo.

Metodologia 28

Conforme exposto nos itens anteriores, a avaliao do PCN no uma atividade que

esteja padronizada no Manual da ICAO - Aerodrome Design Manual - Part 3 Pavements,

(ICAO, 1983), ao contrrio do ACN, que est bem definido.

Neste caso torna-se necessria uma avaliao tcnica do pavimento, atividade esta

inerente engenharia.

Os pavimentos so estruturas complexas quanto ao seu projeto, execuo e utilizao:

possuem mais variveis envolvidas do que outras estruturas da rea de engenharia (Ullidtz,

1986). Dentre elas destaca-se o trfego, que, com maior ou menor velocidade, vai consumindo

a estrutura com relao fadiga, de acordo com a Lei de Miner (Barker, Gonzles, 1991).

Uma estrutura nova no apresenta desempenho semelhante a uma com certo tempo de

utilizao, sendo o comportamento estrutural normalmente representado pelo SCI (Structural

Conditioning Index). Este afetado pela condio superficial do pavimento, normalmente

representada pelo PCI (Pavement Conditioning Index), alm das cargas do trfego atuante.

A Figura III.1 apresenta um exemplo da variao do SCI e do PCN com idade do

pavimento, o que permite deduzir que a avaliao estrutural por meio de ensaios no destru-

tivos uma maneira adequada para servir de base definio do PCN de um pavimento com

uma certa condio de uso, uma vez que a queda do ndice de serventia causada pelo trfego

acumulado e pelas condies climticas so percebidos nos resultados do ensaio com o FWD.

Tempo

PC

N

P C N

Tempo

SCI

SCI

Figura III-1 Variao PCN e do SCI com o tempo.

Metodologia 29

A avaliao tcnica do PCN de um pavimento procura verificar qual a Carga de

Roda Simples Equivalente - CRSEmax que atende a um requisito fixado para o pavimento, por

exemplo, a deflexo mxima D0, quando se tratar de pavimentos flexveis, ou a mxima

tenso de trao da placa, quando se tratar de pavimentos rgidos.

Ora, dado que se conhece a estrutura do pavimento, inclusive as propriedades de cada

camada, o procedimento de clculo a ser adotado critrio do engenheiro avaliador, conforme

previsto no Manual que instituiu o mtodo ACN-PCN.

Um dos procedimentos que pode ser adotado por meio da verificao das tenses e

deformaes mximas que as camadas podero suportar, definindo, desta forma, a Carga de

Roda Simples Equivalente, CRSE. Neste caso o processo pode ser embasado na teoria das

camadas elsticas, sendo o FLAPS (Finite Layer Analysis of Pavement Structures) um

programa muito adequado.

Na entrada do programa so colocados os dados do pavimento, a presso padro dos

pneus de 12,5 kgf/cm2 e uma carga de roda simples arbitrria. Os resultados das tenses e

deformaes que esto sendo avaliados, fornecidos pelo programa, devem ser comparadas

com valores caractersticos mximos admissveis dos materiais, de acordo com diversos

critrios existentes para anlise.

Novas entradas de dados no programa so realizadas, alterando-se a carga de roda

simples de entrada em funo dos valores resultantes da interao anterior, procurando-se

obter valore