comparaÇÃo entre o dimensionamento de reforÇo...

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COMPARAÇÃO ENTRE O DIMENSIONAMENTO DE REFORÇO DE

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PELO MÉTODO MECANÍSTICO-EMPÍRICO E

OS MÉTODOS DNER-PRO 11/79 E DNER-PRO 269/94 PARA UM SEGMENTO

HOMOGÊNEO DA BR-222/CE E ANÁLISE DE SENSIBILIDADE DO

PROGRAMA SisPavBR.

Rodrigo Lemos Pinto

Projeto de Graduação apresentado ao Curso

de Engenharia Civil da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro,

como parte dos requisitos necessários à

obtenção do título de Engenheiro.

Orientador: Prof.ª Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc.

Rio de Janeiro

Setembro, 2016

ii

Rodrigo Lemos Pinto

COMPARAÇÃO ENTRE O DIMENSIONAMENTO DE REFORÇO DE

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PELO MÉTODO MECANÍSTICO-EMPÍRICO E

OS MÉTODOS DNER-PRO 11/79 E DNER-PRO 269/94 PARA UM SEGMENTO

HOMOGÊNEO DA BR-222/CE E ANÁLISE DE SENSIBILIDADE DO

PROGRAMA SisPavBR.

PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE

DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU

DE ENGENHEIRO CIVIL

Aprovado por:

_____________________________________________

Prof.ª Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc. (Orientador)

____________________________________________

Prof. Marcos Barreto de Mendonça, D.Sc.

___________________________________________

Eng.º Marcos Antonio Fritzen, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

SETEMBRO DE 2016

iii

Pinto, Rodrigo Lemos

Comparação entre o Dimensionamento de

Reforço de Pavimentos Asfálticos pelo Método

Mecanístico-Empírico e os Métodos DNER-PRO

11/79 e DNER-PRO 269/94 para um Segmento

Homogêneo da BR-222/CE e Análise de

Sensibilidade do Programa SisPavBR/ Rodrigo

Lemos Pinto. – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola

Politécnica, 2008.

XIV, 111 p.: il.; 29,7 cm

Orientador: Prof.ª Laura Maria Goretti da Motta,

D.Sc.

Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola

Politécnica/ Curso de Engenharia Civil, 2016.

Referências Bibliográficas: p. 109-111

1. Análise Estrutural 2. Pavimentos 3.

Dimensionamento 4. SisPav 5. Modelo Numérico

I. Motta, Laura M.G. II. Universidade Federal do

Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de

Engenharia Civil III. Comparação entre o

Dimensionamento de Reforço de Pavimentos

Asfálticos pelo Método Mecanístico-Empírico e os

Métodos DNER-PRO 11/79 e DNER-PRO 269/94

para um Segmento Homogêneo da BR-222/CE e

Análise de Sensibilidade do Programa SisPavBR.

iv

AGRADECIMENTOS

Expresso minha gratidão à professora Laura Motta, por toda sua paciência, dedicação e

prontidão, que muito me ajudou na conclusão deste trabalho. Agradeço todos os

ensinamentos que me passou durante a execução deste trabalho, tenho certeza que

minha formação como engenheiro ficou muito mais completa.

Ao Eng.º Filipe Franco pela ajuda com o programa SisPavBR e BackSisPav e pela

participação na banca avaliadora.

Ao Pesquisador Marcos Antonio Fritzen, que muito me ajudou com seus conhecimentos

sobre o método mecanístico-empírico de dimensionamento de pavimentos.

Ao Prof. Marcos Barreto pela participação na banca avaliadora.

À minha namorada Michelle, que sempre me apoiou e me ajudou a manter a calma e a

paz necessária à conclusão deste trabalho.

Por fim, aos meus pais e meu irmão que sempre estiveram ao meu lado, e me deram as

condições necessárias para que eu concluísse o curso de Engenharia Civil.

v

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Comparação entre o Dimensionamento de Reforço de Pavimentos Asfálticos pelo

Método Mecanístico-Empírico e os Métodos DNER-PRO 11/79 e DNER-PRO 269/94

para um Segmento Homogêneo da BR-222/CE e Análise de Sensibilidade do Programa

SisPavBR.

Rodrigo Lemos Pinto

Setembro/2016

Orientador: Prof.ª Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc.

Curso: Engenharia Civil

Neste trabalho foi estudado o dimensionamento de reforço de pavimentos flexíveis com

o objetivo de comparar o método de dimensionamento do programa SisPavBR com os

métodos DNER-PRO 11/79 e DNER-PRO 269/94, homologados pelo DNIT.

Primeiramente, são apresentados as bases e os roteiros de cálculo dos métodos

supracitados, bem como uma breve descrição dos programas utilizados. Em seguida,

são apresentados a caracterização do trecho em estudo e os critérios de seleção do

segmento homogêneo que será analisado. Na sequência, são apresentadas as bacias

deflectométricas obtidas em campo e os resultados da retroanálise utilizando programa

BackSisPav para duas condições de aderência, bem como os resultados do

dimensionamento da camada de reforço pelos três métodos. Também é feita uma análise

de sensibilidade do programa SisPavBR quando alguns parâmetros de projeto são

modificados. Como conclusões pode-se citar a grande influência da condição de

aderência no valor dos módulos retroanalisados, a deficiência dos métodos de

dimensionamento homologados pelo DNIT, que levam ao subdimensionamento da

camada de reforço, e a importância da correta caracterização da mistura asfáltica para o

dimensionamento de pavimentos, uma vez que a adoção de curvas de fadiga genérica

pode levar a erros de projeto.

Palavras-chave: dimensionamento; reforço; pavimentos asfálticos; SisPav; BackSisPav;

retroanálise.

vi

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Civil Engineer.

Comparison of Asphalt Pevement Reinforcement Dimensioning among the

Mechanistic-Empirical, DNER-PRO 11/79 and DNER-PRO 269/94 Methods for

Homogeneous Segment at the BR-222/CE and Sensitivity Analysis of SisPavBR

program.

Rodrigo Lemos Pinto

September/2016

Advisor: Prof.ª Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc.

Course: Civil Engineering

This paper presents the mechanistic-empirical methods of reinforcement design for

flexible pavements in order to compare the sizing method of SisPavBR program with

DNER-PRO 11/79 and DNER-PRO 269/94 methods approved by the DNIT. First, the

basis and calculation scripts of the above methods, as well as a brief description of the

programs used are presented. Then it is presented the characterization of the passage

under study and homogeneous segment selection criteria that will be analyzed.

Following, it is presented the basins deflection obtained in the field and back analysis

results through BackSisPav program for two grip conditions, as well as the

dimensioning of the reinforcing layer results for the three methods are given. Then it

made a sensitivity analysis of SisPavBR program when some design parameters are

modified. As conclusions can mention the great influence of adherence condition on the

resilience modules obtained by basin deflection backcalculation programs, the

deficiency of design methods approved by the DNIT, leading to undersize the

reinforcement layer, and the importance of proper characterization of asphalt mix for

sizing flooring, since the adoption of general fatigue curves may lead to design errors.

Key words: design; reinforcement; asphalt pavement; SisPav; BackSisPav;

backcalculation.

vii

Sumário

1. Introdução.................................................................................................................. 1

2. Revisão Bibliográfica ................................................................................................ 6

2.1. Métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos ....................................... 6

2.1.1. Método empírico do DNIT .............................................................................. 6

2.1.2. O dimensionamento mecanístico-empírico ................................................... 15

2.2 Modelos de desempenho de pavimentos asfálticos .............................................. 24

2.2.1. Deformação limite no topo do subleito ......................................................... 24

2.2.2. Deformação permanente ............................................................................... 25

2.2.3. Deflexão admissível na superfície do pavimento .......................................... 29

2.2.4. Fadiga dos materiais asfálticos e cimentados ................................................ 30

2.3. Dimensionamento de reforço para pavimentos asfálticos ................................... 34

2.3.1. Introdução...................................................................................................... 34

2.3.2. DNER PRO-11/79 ......................................................................................... 35

2.3.3. DNER PRO-269/94 ....................................................................................... 39

2.3.4. Método mecanístico-empírico ....................................................................... 44

3. Planejamento do experimento .................................................................................... 53

3.1. Descrição do experimento ................................................................................... 55

4. Caracterização dos trechos homogêneos da BR-222/CE ........................................... 58

4.1. Dados históricos do pavimento ............................................................................ 58

4.2. Estudo de tráfego ................................................................................................. 58

4.2.1. Levantamento de dados ................................................................................. 59

4.2.2. Processamento de dados e determinação dos fluxogramas de tráfego .......... 61

4.2.3. Determinação dos parâmetros de tráfego ...................................................... 62

4.3. Avaliação estrutural do pavimento ...................................................................... 68

4.4. Avaliação funcional do pavimento ...................................................................... 71

4.5. Dimensionamento do reforço do pavimento ........................................................ 73

4.5.1. Método DNER PRO-11/79 ........................................................................... 73

4.5.2. Método DNER PRO-269/94 TECNAPAV ................................................... 74

4.5.3. Soluções de pavimentação do catálogo CREMA 2° ETAPA ....................... 75

4.5.4. Seleção do trecho homogêneo a ser analisado .............................................. 76

5. Apresentação dos resultados ....................................................................................... 77

viii

5.1. Dimensionamento de reforço de pavimentos por método mecanístico-empírico 77

5.1.1. Retroanálise das bacias deflectométricas ...................................................... 77

5.1.2. Dimensionamento da espessura camada de reforço ...................................... 87

5.2. Análise de sensibilidade do programa SisPavBR ................................................ 93

6. Conclusões ................................................................................................................ 107

7. Referências Bibliográficas .................................................................................................. 109

ix

Índice de Figuras

Figura 2.1: Fatores de equivalência de operação (DNIT, 2006) ................................ 10

Figura 2.2: Determinação de espessuras do pavimento (DNIT, 2006) ...................... 13

Figura 2.3: Esquema das variáveis para o dimensionamento do pavimento

(DNIT, 2006) ........................................................................................... 14

Figura 2.4: Esquema de um dimensionamento mecanístico de pavimentos (MOTTA,

1991) ........................................................................................................ 16

Figura 2.5: Deformação plástica por camada do pavimento (MEDINA e MOTTA,

2015)

.................................................................................................................. 20

Figura 2.6: Treliça para medir os afundamentos de trilha de roda (MEDINA e

MOTTA, 2015) ........................................................................................ 24

Figura 2.7: Ensaio de fadiga em misturas asfálticas (a) à compressão diametral (b) à

flexão ....................................................................................................... 30

Figura 2.8: Representação esquemática dos modos de comportamento dos

revestimentos asfálticos ao carregamento repetido (PINTO, 1991) ........ 31

Figura 2.9: Estrutura de referência ............................................................................ 41

Figura 2.10: Fluxograma do método integrado de análise e dimensionamento de

pavimentos asfálticos – SisPav – proposto na tese de FRANCO (2007). 45

Figura 2.11: Detalhes da aba <Estrutura> do programa SisPavBR.............................. 47

Figura 2.12: Detalhes da aba <Modelagem> do programa SisPavBR ........................ 48

Figura 2.13: Detalhes da aba <Carregamento> do programa SisPavBR ..................... 48

Figura 2.14: Detalhes da aba <Resultados> do programa SisPavBR .......................... 49

Figura 2.15: Interface do programa BackSisPav ......................................................... 51

Figura 4.1: Localização dos postos de contagem da BR 222/CE (Fonseca, 2013) .... 58

Figura 5.1: Retroanálise de bacia deflectométrica considerando as camadas não

aderidas no BackSisPav .......................................................................... 75

Figura 5.2: Retroanálise de bacia deflectométrica considerando as camadas aderidas

no BackSisPav ......................................................................................... 75

Figura 5.3: Arquivo .CSV para entrada de bacias deflectométricas .......................... 76

x

Figura 5.4: Perfil longitudinal da estrutura do pavimento do segmento homogêneo

106 (FONSECA, 2013) ............................................................................ 77

Figura 5.5: Análise da vida útil em relação a área trincada admissível para uma

confiabilidade de 50% .............................................................................. 91







Figura 5.9: Análise da vida útil em relação ao nível de confiabilidade para um

revestimento com módulo de resiliência igual a 5000 MPa ................... 94


revestimento com módulo de resiliência igual a 7500 MPa .................... 95


revestimento com módulo de resiliência igual a 10000 MPa ................. 96


revestimento com módulo de resiliência igual a 12500 MPa ................. 97

xi

Índice de Tabelas

Tabela 2.1: CBRIG a partir do Índice de Grupo (IG) (SOUZA, 1981) .......................... 9

Tabela 2.2: Granulometria para base granular (DNIT, 2006) ..................................... 10

Tabela 2.3: Coeficiente de equivalência estrutural (DNIT, 2006) .............................. 12

Tabela 2.4: Espessura mínima de revestimento betuminoso em função do tráfego N

(DNIT, 2006) ........................................................................................... 13

Tabela 2.5: Variação da deformação específica permanente com o número de

aplicações de carga em materiais granulares de seis trechos de rodovias

de Mato Grosso (SANTOS, 1998) ........................................................... 25

Tabela 2.6: Parâmetros do modelo de Monismith para duas granulometrias de uma

brita gnáissica (ESPINOSA, 1987) .......................................................... 25

Tabela 2.7: Valores prováveis para α e µ, segundo CARDOSO (1987). .................. 27

Tabela 2.8: Parâmetros do modelo de previsão de deformação permanente obtidos

para os materiais estudados por GUIMARÃES (2009) ........................... 28

Tabela 2.9: Valores de z em função de n ................................................................... 35

Tabela 2.10: Fatores de correção sazonal .................................................................... 36

Tabela 2.11: Coeficiente estrutural para componentes de reforço do pavimento ........ 37

Tabela 2.12: Energia de compactação por camada do pavimento ................................ 40

Tabela 2.13: Classificação dos solos ........................................................................... 40

Tabela 2.14: Valores de I1 e I2 ....................................................................................... 42

Tabela 3.1: Combinações de parâmetros para análise no SisPavBR 2.1.5.0 .............. 56

Tabela 4.1: Postos de contagem volumétrica classificatória completa ...................... 58

Tabela 4.2: Localização dos postos de contagem direcionais (FONSECA, 2013) ..... 59

Tabela 4.3: Resultados da taxa de ocupação de carga obtida (FONSECA, 2013) ..... 59

Tabela 4.4: Série PNCT – Ano 2001 (PNV=222BCE0015)....................................... 60

Tabela 4.5: Fatores de equivalência de carga da AASHTO (DNIT, 2006) ................ 61

Tabela 4.6: Fatores de equivalência de carga da USACE (DNIT, 2006) .................. 61

Tabela 4.7: Cálculo do Fator de Veículos para o Posto P1 (FONSECA, 2013) ........ 62

Tabela 4.8: Cálculo do Fator de Veículos para o Posto P2 (FONSECA, 2013) ......... 62


xii





Tabela 4.14: VMDA acumulado e o valor de N para o ano 2022 horizonte de projeto

da BR-222/CE (FONSECA,2013) ........................................................... 66

Tabela 4.15: Análise estatística das características dos materiais de base BR-222/CE

(FONSECA, 2013) ................................................................................... 67

Tabela 4.16: Análise estatística das características dos materiais de sub-base BR-

222/CE (FONSECA, 2013) ..................................................................... 67

Tabela 4.17: Análise estatística das características dos materiais de subleito BR-

222/CE (FONSECA, 2013)...................................................................... 68

Tabela 4.18: Resumo das medidas de deflexão característica dos segmentos analisados

(FONSECA, 2013) .................................................................................. 68

Tabela 4.19: Resumo das medidas de IGG dos segmentos selecionados da BR-222/CE

(FONSECA, 2013) .................................................................................. 69

Tabela 4.20: Resumo das medidas de irregularidades longitudinais dos segmentos

selecionados da BR-222/CE (FONSECA, 2013) ..................................... 70

Tabela 4.21: Dimensionamento do reforço dos segmentos homogêneos selecionados

da BR-222/CE pelo método DNER PRO-11/79 (FONSECA, 2013) ...... 71

Tabela 4.22: Dimensionamento do reforço dos segmentos homogêneos selecionados

da BR-222/CE pelo método DNER PRO-269/94 (FONSECA, 2013) .... 72

Tabela 4.23: Quadro de soluções de catálogo CREMA 2° ETAPA para os segmentos

selecionados da Rodovia BR-222/CE (FONSECA, 2013) ..................... 73

Tabela 5.1: Valores usuais de coeficiente de Poisson para materiais de pavimentação

(DER-SP, 2006) ....................................................................................... 78

Tabela 5.2: Valores usuais de módulo de resiliência ou elasticidade para materiais de

pavimentação (DER-SP, 2006) ................................................................ 79

Tabela 5.3: Módulos de resiliência obtidos com o programa BackSisPav para as

bacias do segmento homogêneo 106, considerando a aderência entre as

camadas ................................................................................................... 81

Tabela 5.4: Módulos de resiliência médios e desvio padrão obtidos por Fonseca

(2013) e Pinto (2016) para o segmento homogêneo 106 ......................... 82

xiii

Tabela 5.5: Módulos de resiliência obtidos através do programa BackSisPav para as

bacias do segmento homogêneo 106, considerando as camadas não

aderidas ................................................................................................... 83

Tabela 5.6: Módulos de resiliência médios e desvio padrão obtidos por Fonseca

(2013) e Pinto (2016), considerando as camadas aderidas e não aderidas,

para o segmento homogêneo 106 ............................................................ 84

Tabela 5.7: Relação entre os módulos de resiliência das camadas do pavimento

obtidos por PINTO (2016) e FONSECA (2013) ..................................... 85

Tabela 5.8: Módulos de resiliência e coeficiente de Poisson adotados para cada

camada do segmento homogêneo 106 para cálculo do reforço .............. 86

Tabela 5.9: Características do CBUQ utilizado na camada de revestimento novo .... 87

Tabela 5.10: Coeficientes da curva de fadiga do CBUQ utilizado na camada de

revestimento ............................................................................................ 87

Tabela 5.11: Material selecionado para representar a capa asfáltica existente ............ 88

Tabela 5.12: Material selecionado para representar a camada de base existente ........ 88

Tabela 5.13: Material selecionado para representar a camada de sub-base existente .. 89

Tabela 5.14: Material selecionado para representar o subleito .................................... 89

Tabela 5.15: Espessura da camada de reforço dimensionada pelo programa SisPavBR

nas condições deste trabalho ................................................................... 89

Tabela 5.16: Resultados obtidos por FONSECA (2013) e PINTO (2016) para a

espessura da camada de reforço .............................................................. 90

Tabela 5.17: Vida útil obtida para diferentes requisitos de projeto ............................. 92

Tabela 5.18: Coeficiente angular para as retas de vida útil x área trincada para as

confiabilidades de 50%, 85%, 90% e 95%. ............................................. 95

Tabela 5.19: Análise da vida útil em relação a confiabilidade para um módulo de

resiliência igual a 5000 MPa ................................................................... 96


resiliência igual a 7500 MPa ................................................................... 97


resiliência igual a 10000 MPa ................................................................. 98


resiliência igual a 12500 MPa ................................................................. 99

Tabela 5.23: Coeficientes angular das retas de vida útil x nível de confiabilidade ... 101

xiv

Tabela 5.24: Coeficientes da curva de fadiga da mistura adotada para análise de

sensibilidade do SisPAvBR .................................................................. 102

Tabela 5.25: Coeficientes da curva de fadiga do asfalto borracha RJ CAPFLEX B . 102

Tabela 5.26: Coeficientes da curva de fadiga do concreto asfáltico RJ CAP 30/45

#19,1 mm .............................................................................................. 102

Tabela 5.27: Análise da vida útil do pavimento utilizando as curvas de fadiga RJ CAP

30/45 #19,1mm e RJ CAPFLEX B ....................................................... 103

1

1. Introdução

O pavimento rodoviário é uma estrutura composta por camadas constituídas por

materiais diversos, a maioria naturais, construída sobre a camada final de terraplanagem

destinada, técnica e economicamente, a resistir aos esforços do tráfego e do clima,

proporcionando conforto e segurança aos usuários. O pavimento pode ser de dois tipos:

rígidos, quando o revestimento é de concreto de cimento Portland; e flexível, quando o

revestimento é de material asfáltico. Este trabalho tratará, apenas, dos pavimentos flexíveis.

O dimensionamento de um pavimento consiste em determinar as espessuras das

camadas que irão assegurar que a carga repetida imposta pelo tráfego não causará um

trincamento excessivo da camada de revestimento pela fadiga, dentro da vida útil de projeto,

bem como minimizar o efeito da deformação permanente (afundamento de trilha de roda).

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

método empírico, desenvolvido pelo extinto DNER, atual DNIT, em 1966. 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 superficial sobre a situação e especificidades das diversas variáveis que

influenciam no desempenho funcional e estrutural de um pavimento (FRANCO, 2007;

COUTINHO, 2011).

A condição empírica dos métodos de dimensionamento de pavimentos tem sido tópico

de discussão entre os engenheiros rodoviários por muitos anos. Os engenheiros de

pavimentação estão buscando gradativamente um entendimento mais analítico do problema e

tentando, com isso, reduzir a parcela do empirismo que é inevitável no atual estado-da-arte.

No enfoque analítico, o pavimento é tratado como uma estrutura de engenharia e seu

comportamento mecânico é avaliado em função do carregamento e da resistência dos

materiais, assim como é feito com as estruturas de concreto ou de aço. Além disso,

2

relacionam-se as tensões de tração na base da camada asfáltica com a formação de trincas no

revestimento do pavimento ou as deformações verticais com o desenvolvimento do

afundamento de trilha de roda. No entanto teorias não modelam diversos fatores que deveriam

ser observados no dimensionamento de um sistema em camadas, cujas propriedades variam

com o tempo e com as condições ambientais, e que tem a deterioração acumulada com a

passagem das cargas variáveis em intensidade, distribuição e velocidade. Assim, o último

passo no processo de dimensionamento acaba por ter uma parcela empírica, com a aplicação

dos fatores de calibração campo-laboratório sobre os modelos desenvolvidos em laboratório

(MOTTA, 1991).

Segundo FRANCO (2007), a modelagem mecanístico-empírica vem da busca

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

modo que seja possível utilizar materiais para os quais ainda não se tenha experiência

suficiente em campo, além de se considerar os efeitos das condições ambientais e de tráfego,

diferentes daquelas para as quais os Métodos Empíricos foram desenvolvidos.

Após sua construção, o pavimento passa a acumular defeitos, no entanto, não é comum

sua ruptura súbita, mas sim perda da serventia e da capacidade de suporte ao longo do tempo

e da passagem do tráfego. Num sistema de gestão de pavimentos, nas várias etapas de vida de

serviço de um trecho, é preciso fazer avaliações periódicas e, a partir de julgamentos das

características dos vários aspectos do comportamento do pavimento avaliado, tomam-se

decisões de intervenção. Estas vão desde a manutenção preventiva até a reconstrução total

quando o fim da vida útil se torna evidente pela gravidade dos defeitos encontrados na

superfície do pavimento (FONSECA, 2013).

O Departamento Nacional de Infraestrutura em Transportes (DNIT), autarquia

responsável hoje pela rede rodoviária federal, criou em 2005 o Instrução de Serviço (IS), um

programa que consolida todas as atividades de recuperação e manutenção de rodovias,

prevendo o tratamento de cada uma por período de sete anos, divididos em contrato de dois

tipos: CREMA 1ª ETAPA, com prazo de dois anos, e CREMA 2ª ETAPA, com prazo de

cinco anos. A característica básica que diferencia os dois tipos de contrato supracitados é que

no CREMA 1°ETAPA as intervenções são de caráter funcional, e no CREMA 2°ETAPA as

intervenções além de funcionais, são de caráter estrutural.

3

O programa CREMA 2ª ETAPA estipula, em seu catálogo de soluções, uma vida útil

de 10 anos para as soluções estruturais, considerando métodos de projetos de reforço

tradicionais, especialmente o DNER-PRO 11/79. Todavia solicita ao projetista que realize a

comparação com o dimensionamento feito com o método DNER-PRO 269/94, conhecido

como TECNAPAV. Os principais parâmetros de dimensionamento são o índice de suporte

Califórnia e a deflexão máxima do pavimento (FONSECA, 2013).

Da mesma forma que a metodologia empírica de dimensionamento de pavimentos

novos apresenta limitações, a metodologia empírica de dimensionamento de reforço também

possui. Neste contexto, a metodologia mecanístico-empírica de dimensionamento de reforço

vem ganhando destaque.

Para aplicar um método mecanístico empírico de projeto de reforço, é necessário ter

um método de análise de tensões e deformações e o conhecimento de características como o

módulo de resiliência dos materiais já existentes no pavimento analisado e da nova mistura

asfáltica a ser usada. Os módulos dos materiais de campo podem ser obtidos de duas formas:

por método destrutivo ou não destrutivo.

Um método destrutivo neste contexto consiste em abrir poços de sondagem para

verificação das características das camadas em termos de espessura, densidade, umidade e

grau de compactação. Também é necessária retirada de amostras, deformadas na maioria das

vezes, para ensaios de laboratório, tais como caracterização, compactação e módulo de

resiliência. Como método não destrutivo são feitas medidas de deflexão ao longo de várias

distâncias em relação ao ponto de aplicação da carga, obtendo-se a chamada bacia de

deflexão. Com uso de métodos adequados, por interpretação desta bacia, e com o

conhecimento das espessuras das camadas em várias estacas ao longo do segmento

homogêneo, são obtidos os módulos de trabalho dos materiais na condição de campo. Este

procedimento é conhecido como retroanálise.

Existe, atualmente, uma grande quantidade de programas de retroanálise disponíveis,

que utilizam variados princípios para obter os módulos: programas simplificados, iterativos,

banco de dados, etc. Cada um tem vantagens e desvantagens, e muitas comparações entre eles

já foram realizadas, e sua aplicação posterior em projeto de reforço também.

Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo realizar uma análise

comparativa entre o método de dimensionamento de reforço mecanístico-empírico e as

4

soluções estruturais estipuladas pelo catálogo de soluções do CREMA 2°ETAPA, que foram

obtidas utilizando-se métodos empíricos de dimensionamento. O presente autor utilizará os

dados da rodovia BR-222/CE, obtidos por FONSECA (2013), que foram levantados com a

finalidade de elaboração de projeto de engenharia corrente e, portanto, representam a prática

cotidiana para análise de pavimentos no âmbito das rodovias federias.

Neste trabalho, será realizado apenas o dimensionamento de reforço através do método

mecanístico-empírico, utilizando o programa BackSisPav para a retroanálise das bacias

deflectométricas e posteriormente, utilizando o programa SisPavBR para determinar a

espessura da camada de reforço, ambos programas foram desenvolvidos por FRANCO (2007)

e atualizados em 2016. O dimensionamento segundo o catálogo de soluções CREMA

2°ETAPA foi feito por FONSECA (2013) em sua dissertação de mestrado.

FONSECA (2013), também em sua tese, realizou uma análise da vida útil das soluções

propostas por esse catálogo, segundo a ótica mecanística-empírica, e retroanalisou as bacias

deflectométricas da rodovia BR-222/CE, utilizando o programa SisPavBR e seu módulo de

retroanálise, porém em versões anteriores a adotada neste trabalho. Deste modo, a escolha dos

programas utilizados nesta monografia se justifica, pois, por ser a mesma plataforma utilizada

por FONSECA (2013), garante uma comparação mais precisa dos resultados.

Após a comparação entre os resultados obtidos pelo presente autor e os resultados

obtidos por FONSECA (2013), foi realizada uma análise de sensibilidade do programa

SisPavBR, em termos de vida útil de projeto, quando parâmetros como, módulo de resiliência

da camada betuminosa, nível de confiabilidade e percentual de área trincada admissível eram

alterados em um pavimento constituído por quatro camadas (revestimento, base, sub-base e

subleito).

Dentro deste cenário, o trabalho foi dividido nos seguintes capítulos:

No Capítulo 2 serão apresentados os métodos de dimensionamento, tanto de

pavimentos novos como de reforço de pavimentos; os critérios de dimensionamento; será

apresentado um breve resumo sobre retroanálise e suas vantagens. Ao final, será apresentado

um resumo do programa SisPavBR e seu módulo de retroanálise, o BackSisPav.

O Capítulo 3 apresenta um breve resumo sobre a tese desenvolvia por FONSECA

(2013) e uma descrição do experimento realizado nesta monografia.

5

No Capítulo 4 são apresentados os dados obtidos por FONSECA (2013) sobre a

rodovia BR-222/CE, bem como a divisão do trecho em segmentos homogêneos, e a

caracterização de cada segmento, em relação ao volume de tráfego, avaliação funcional e

avaliação estrutural. Ao final, será apresentado o segmento homogêneo escolhido, bem como

os critérios de decisão, para ser estudado neste trabalho.

O Capítulo 5 apresenta as análises comparativas realizadas com o SisPavBR e o

BackSisPav. Foram comparados os resultados obtidos por FONSECA (2013), tanto para

espessura da camada de reforço, dimensionada de acordo com o CREMA 2°ETAPA, quanto

para a retroanálise das bacias deflectométricas, realizada com a versão anterior do módulo de

retroanálise do programa SisPavBR, com os resultados obtidos pelo presente autor. Ao final,

são apresentados os resultados obtidos com a análise de sensibilidade do programa SisPavBR.

O Capítulo 6 apresenta as conclusões acerca dos métodos estudados e das análises

comparativas realizadas.

6

2. Revisão Bibliográfica

2.1. Métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos

Existem vários tipos de métodos de dimensionamento de pavimentos, alguns

destinados a pavimentos asfálticos e outros a pavimentos de concreto de cimento Portland,

consideradas as duas principais estruturas usadas em rodovias e aeroportos, em todos os

países. Dentre estes métodos, podem se agrupar aqueles chamados empíricos e os

mecanísticos-empíricos. No caso de pavimentos asfálticos, tradicionalmente conhecido como

flexível, o método comumente empregado no Brasil é essencialmente empírico, embora esteja

em andamento os estudos para implantação de um novo método mecanístico-empírico. Faz-se

a seguir a apresentação destes dois métodos de forma sucinta. O objetivo desta revisão é

apresentar as bases dos dois.

2.1.1. Método empírico do DNIT

2.1.1.1. Histórico

Os pavimentos asfálticos brasileiros têm sido dimensionados pelo método do DNER,

do fim da década de 1950 até os dias de hoje. Este método foi proposto pelo Eng. Murilo

Lopes de Souza e baseou-se em uma adaptação para rodovias do método do Corpo de

Engenheiros Militares dos EUA (USCE), originalmente utilizado para dimensionamento de

pavimentos aeroportuários e que utiliza como parâmetro o Índice de Suporte Califórnia

(CBR), feita por Turnbull, Foster e Ahlvin em 1962, conforme relatado em MEDINA e

MOTTA (2015). Este método considera também o conceito de coeficiente de equivalência

estrutural estabelecido na pista experimental da American Association of State Highway

Officials (AASHO) detalhado em COUTINHO (2011).

O ensaio de Índice de Suporte Califórnia (CBR) foi desenvolvido por O. J. Porter em

1929 e compara a capacidade de suporte dos subleitos, relativa à de uma brita tomada como

padrão (MEDINA e MOTTA, 2015). Este ensaio foi aplicado a um método de

dimensionamento a partir do estudo sobre as condições das rodovias do estado da Califórnia

nos EUA. Nos trechos em que havia ruptura, foram estudados os fatores que teriam

influenciado nesta ruptura. Foi constatado que as principais causas das rupturas eram: a má

compactação, o excesso de umidade no subleito, as espessuras de base insuficientes e as bases

compostas por materiais com pouca resistência à tensão cisalhante (COUTINHO, 2011).

7

De posse destes resultados, ficou evidente para a Divisão de Rodovias da Califórnia a

necessidade de um método de dimensionamento que levasse em conta as características que

influenciam no desempenho estrutural, criando assim o método CBR (California bearing

ratio). Este método, além de suprir as dificuldades encontradas em campo, submetia os

materiais a condições extremas, podendo ser utilizado também em materiais argilosos e

arenosos (COUTINHO, 2011)

O ensaio de CBR foi introduzido no Brasil no fim da década de 1940, tendo tido o

laboratório central do DNER, atual DNIT, papel importante na sua divulgação (MEDINA e

MOTTA, 2015)

O método de dimensionamento de pavimentos do DNIT tem como base o trabalho

"Design of Flexible Pavements Considering Mixed Loads and Traffic Volume", de autoria de

W.J. Turnbull, C.R. Foster e R.G. Ahlvin, do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA e

nas conclusões obtidas na Pista Experimental da AASHTO (DNIT, 2006). Do primeiro

trabalho, retiraram-se principalmente os gráficos para dimensionamento do pavimento e a

determinação das equivalências de operação entre diferentes cargas por eixo e a carga por

eixo padrão. Das conclusões das pistas da AASHTO foram retiradas as ideias de se atribuir

aos materiais utilizados no pavimento, coeficientes de equivalência estrutural e também

fatores climáticos regionais (COUTINHO, 2011).

Portanto, o método de dimensionamento de pavimentos asfálticos do DNIT, antigo

DNER, tem sua base no método desenvolvido pelo USCE, que utiliza o ensaio CBR, e no

coeficiente de equivalência estrutural estabelecido na pista experimental da AASHO,

acrescido das modificações feitas pelo Eng. Murilo Lopes de Souza (COUTINHO, 2011).

2.1.1.2. Roteiro de dimensionamento

No Método do Eng. Murilo Lopes de Souza, estabelecido oficialmente pelo DNER em

1966, foi introduzido o conceito de índice de suporte (IS) como alternativa ao valor do CBR,

visando uma ponderação deste de forma a diminuí-lo ao se considerar a “qualidade” do solo

expressa por correlação com sua característica de suporte dada empiricamente por correlação

com o índice de grupo. O índice de grupo é um número empírico que correlaciona

características granulométricas e de plasticidade dos solos.

O índice de suporte (IS) dos materiais de pavimentação, expressão 2.2, inclusive do

subleito, é obtido pela média entre o CBR e o valor de suporte CBRIG dado pelo índice de

8

grupo (IG) conforme considerado na Tabela 2.1. O CBRIG nunca poderá ser maior do que o

valor do CBR.

O Índice de Grupo (IG) visa retratar o duplo aspecto de plasticidade e graduação das

partículas do solo, seu valor varia entre 0 e 20. O IG é calculado pela expressão 2.1 (DNIT,

2006), sendo parte da classificação HRB ou TRB de solos, normalmente usada em

pavimentação:

IG = 0,2a + 0,005ac + 0,01bd (2.1)

Onde:

a = % de material que passa na peneira nº 200, menos 35. Se a % obtida nesta diferença for

maior que 75, adota-se 75; se for menor que 35, adota-se 35. (a varia de 0 a 40);

b = % de material que passa na peneira nº 200, menos 15. Se a % obtida nesta diferença for

maior que 55, adota-se 55; se for menor que 15, adota-se 15. (b varia de 0 a 40);

c = Valor do Limite de Liquidez menos 40. Se o Limite de Liquidez for maior que 60, adota-

se 60; se for menor que 40, adota-se 40 (c varia de 0 a 20);

d = Valor de Índice de Plasticidade menos 10. Se o índice de Plasticidade for maior que 30,

adota-se 30; se for menor que 10, adota-se 10 (d varia de 0 a 20).

Embora esse (IS) apareça no gráfico de dimensionamento, nas últimas décadas tem-se

utilizado nos dimensionamentos o valor do CBR diretamente, e não ponderado pelo CBRIG já

que, com o passar do tempo, não é mais necessário este cuidado de restrição da capacidade de

suporte dos materiais, considerada excessiva.

O ensaio de CBR indicado para qualificar os materiais de pavimentação deve ser

realizado adotando-se o método de ensaio preconizado pela Norma DNER-ME 049/94.

Consiste em ensaiar cada material compactado na sua umidade ótima e densidade máxima,

porém embebidos em água durante quatro dias, representando já uma condição muito crítica

do pavimento.

9

Tabela 2.1: CBRIG a partir do Índice de Grupo (IG) (SOUZA, 1981)

𝐼𝑆 =𝐶𝐵𝑅+CBR(IG)

2 (2.2)

Onde:

CBR é o valor do CBR do material

CBR (IG) é o valor do CBR dado pelo índice de grupo

IS é o índice de suporte

Os materiais empregados na pavimentação devem atender aos seguintes critérios (DNIT,

2006):

a) Subleito: os materiais do subleito devem apresentar uma expansão, medida no ensaio

CBR, menor ou igual a 2% e um CBR ≥ 2%.

b) Materiais para reforço do subleito: devem apresentar CBR maior que o do subleito e

expansão ≤ 1% (medida com sobrecarga de 10 lb)

c) Materiais para base: devem apresentar CBR ≥ 80% e expansão ≤ 0,5% (medida com

sobrecarga de 10 lb), Limite de liquidez (LL) ≤ 25% e Índice de plasticidade (IP)

≤6%, sendo que se o equivalente de areia for superior a 30, LL e IP não precisam ser

atendidos.

d) Caso a base seja composta por material granular, este deve se enquadrar em uma das

faixas granulométricas apresentadas na Tabela 2.2.

10

Tabela 2.2: Granulometria para base granular (DNIT, 2006)

Além de atender a estes requisitos, a fração graúda deve apresentar um desgaste Los

Angeles igual ou inferior a 50, e a fração que passa na peneira nº 200 deve ser inferior a 2/3

da fração que passa na peneira nº 40 (DNIT, 2006)

O tráfego tem influência predominante no dimensionamento do pavimento, pois este é

dimensionado em função do número equivalente de operações de eixo padrão (N) durante a

vida útil do projeto (COUTINHO, 2011). Fatores de equivalência de operação entre eixos

simples e em “tandem”, com diferentes cargas e o eixo simples padrão com carga de 8,2t

podem ser encontrados na Figura 2.1 (DNIT, 2006).

11

Figura 2.1: Fatores de equivalência de operação (DNIT, 2006)

Para o cálculo de N, antes é necessário calcular o volume total de tráfego durante o

período de projeto, utilizando a expressão 2.3 (DNIT, 2006):

𝑉𝑡 =365𝑉1⌊(1+

𝑡

100)𝑃 −1⌋

𝑡/100 (2.3)

Onde:

V1 é o volume médio diário de tráfego no ano de abertura, em um sentido;

t é a taxa de crescimento anual (%) em progressão aritmética;

P é o período de projeto em anos.

Após o cálculo do volume total de tráfego, calcula-se N pela equação 2.4:

N = Vt x (FE) x (FC) = (FV) x Vt (2.4)

Onde:

FE é o fator de eixos, número que multiplicado pelo número de veículos dá o número de eixos

correspondentes;

12

FC é o fator de carga, número que multiplicado pelo número de eixos que operam dá o

número de eixos equivalentes ao eixo padrão;

FV é o fator de veículo, número que multiplicado pelo número de veículos que operam, dá

diretamente o número de eixos equivalentes ao eixo padrão.

Normalmente, o valor de N é calculado através do fator FV, expressão 2.5, que por sua

vez é calculado levando-se em conta os FV individuais (FVi) para as diferentes categorias de

veículos, determinadas em uma estação de pesagem representativa da região e das

percentagens com que cada categoria de veículos ocorre na estrada (Pi) (DNIT, 2006).

𝐹𝑉 = ∑(𝑃𝑖) 𝑥 (𝐹𝑉𝑖)

100 (2.5)

O DNIT classifica os veículos nas seguintes categorias:

a) Automóveis;

b) Ônibus;

c) Caminhões leves, com dois eixos simples, de rodas simples;

d) Caminhões médios, com dois eixos, sendo o traseiro de rodas duplas;

e) Caminhões pesados, com dois eixos, sendo o traseiro “tandem”;

f) Reboques e semirreboques: as diferentes condições de veículos, em unidades

múltiplas.

Os FVi para automóveis e caminhões leves, embora sejam calculáveis, são desprezíveis,

interessando os FVi dos demais (DNIT, 2006).

Para a etapa final de dimensionamento das camadas do pavimento, é necessário adotar

coeficientes de equivalência estrutural para os diferentes materiais, dados na Tabela 2.3.

Como explicado no item 2.1.1.2, estes coeficientes foram obtidos das conclusões das pistas da

AASHTO, adaptados pelo Eng. Murillo Lopez de Souza.

A espessura da camada de revestimento é obtida considerando espessuras mínimas

recomendadas pelo DNIT em função do volume de tráfego (N), apresentados na Tabela 2.4.

As espessuras recomendadas pela Tabela 2.4 visam, especialmente, as bases de

comportamento puramente granular (DNIT, 2006).

Para as demais camadas do pavimento, a espessura é obtida em função do volume de

tráfego (N) e da capacidade de suporte (CBR). A espessura total do pavimento é fornecida

13

pelo gráfico da Figura 2.2, e são referentes a materiais com K = 1,00, isto é, em termos de

base granular.

Tabela 2.3: Coeficiente de equivalência estrutural (DNIT, 2006)

Tabela 2.4: Espessura mínima de revestimento betuminoso em função do tráfego N (DNIT,

2006)

14

Figura 2.2: Determinação de espessuras do pavimento (DNIT, 2006)

Entrando-se na abcissa com o valor de N de projeto, segue-se verticalmente até

encontrar a reta representativa da capacidade de suporte (CBR) em causa e, seguindo

horizontalmente, encontra-se, em ordenadas, a espessura total do pavimento para atender ao

período de projeto (P). Cabe ressaltar, que mesmo que o CBR da sub-base seja superior a 20,

a espessura do pavimento necessário para protegê-la é determinada como se esse valor fosse

20 e, por esta razão, usam-se sempre os símbolos, H20 e h20 (DNIT, 2006). Os símbolos

utilizados para montar as inequações usadas no dimensionamento dos pavimentos são

exibidos na Figura 2.3.

15

Figura 2.3: Esquema das variáveis para o dimensionamento do pavimento

(DNIT, 2006)

Onde:

Hm é a espessura total de pavimento necessária para proteger um material com CBR igual a

m;

Hn é a espessura total de pavimento necessária para proteger um material com CBR igual a n;

H20 é a espessura total de revestimento necessária para proteger a camada de base;

R é a espessura da camada de revestimento

Após a obtenção dos valores de Hm, Hn, H20 pelo gráfico da Figura 2.2 e R pela

Tabela 2.4, as espessuras das demais camadas serão obtidas pela resolução sucessiva das

seguintes inequações:

RKR + BKB ≥ H20

RKR + BKB + h20KS ≥ Hn

RKR + BKB + h20KS + hnKRef ≥ Hm

Onde:

R, B, h20 e hn são as espessuras do revestimento, base, sub-base e da camada n,

respectivamente;

KR, KB, KS e KRef são os coeficientes estruturais do revestimento, base, sub-base e da camada

de reforço de subleito, respectivamente.

Na situação em que a espessura da camada, obtida na resolução das inequações, for

inferior a 15 cm, deve-se adotar 15 cm como espessura final (DNIT, 2006).

2.1.2. O dimensionamento mecanístico-empírico

Segundo COUTINHO (2011), um método mecanístico de dimensionamento de

pavimentos consiste na aplicação dos princípios da Mecânica dos Pavimentos no

16

dimensionamento, considerando o pavimento como uma estrutura de múltiplas camadas

sujeita às cargas do tráfego e do clima.

Os principais mecanismos de degradação dos pavimentos são o trincamento por

fadiga, oriundo das deformações elásticas, e o afundamento de trilha de roda, proveniente das

deformações plásticas (FERREIRA, 2013; MEDINA e MOTTA, 2015). A avaliação pelos

procedimentos mecanísticos de uma determinada estrutura, consiste em testar a estrutura

proposta, levando em consideração as tensões, deformações e deslocamentos impostos ao

pavimento pelas cargas atuantes, usando a teoria da elasticidade, de forma a limitar a

ocorrência destes defeitos durante a vida de projeto.

O fluxograma apresentado na Figura 2.4 expõe as etapas necessárias para o

dimensionamento de um pavimento novo por um método mecanístico-empírico.

Por este fluxograma é possível perceber que neste método de dimensionamento é

preciso conhecer os dados sobre o clima da região onde o pavimento será construído, pois este

indica em que condições se devem obter a caracterização dos materiais.

O conhecimento das técnicas construtivas é importante na definição da variabilidade

dos fatores do projeto, como, por exemplo, grau de compactação, teor de umidade, etc. Outros

dados de entrada são o volume e composição do tráfego que utilizará a via e a caracterização

dos materiais disponíveis na região e do subleito (MEDINA e MOTTA, 2015).

A etapa do fluxograma relativa ao cálculo de tensões refere-se às oriundas das cargas

de tráfego impostas à estrutura e ao cálculo das deformações, função destas tensões. Os

métodos de cálculo consideram dois tipos de comportamento tensão-deformação para os

materiais do pavimento: elástico-linear e elástico não linear. Os materiais classificados como

elástico linear são os que apresentam módulo de resiliência constante ao longo de toda a

espessura da camada. Os materiais de comportamento não linear têm módulo de resiliência

variável ao longo da espessura e horizontalmente e neste caso o Módulo de Resiliência

depende do estado de tensões a que o material está submetido. O módulo de resiliência pode

ser obtido com a realização do ensaio triaxial de carga repetida, no caso de solos e materiais

granulares, ou através do ensaio de compressão diametral de carga repetida, para misturas

asfálticas. Seu valor é calculado pela relação entre a tensão desvio aplicada repetidamente e a

deformação resiliente (MEDINA e MOTTA, 2015).

17

Figura 2.4: Esquema de um dimensionamento mecanístico de pavimentos (MOTTA,

1991).

Os trabalhos de dois autores, em especial, permitiram aplicar a teoria da elasticidade

ao dimensionamento de pavimentos com diversas camadas: Boussinesq em 1885 e Burmister

em 1943 (FRANCO, 2007).

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 (MEDINA e MOTTA, 2015).

Desde então, diversos programas computacionais surgiram para auxiliar no cálculo de

tensões e deformações em estruturas estratificadas, como o ELSYM5, o FEPAVE e o

SisPavBR. Este último foi desenvolvido na COPPE/UFRJ por Filipe Franco em 2007, e será

discutido adiante.

18

2.1.2.1. Fatores Ambientais

Como demonstrado no fluxograma da Figura 2.4, os fatores ambientais da região em

que o pavimento será construído são dados de entrada no dimensionamento mecanístico-

empírico de pavimentos.

A temperatura do ar varia de uma região geográfica para outra, e com ela varia

também a temperatura do pavimento. A rigidez da mistura asfáltica é diretamente

proporcional à temperatura do pavimento, e ao variar a rigidez da mistura, modifica-se a

distribuição de tensões, a vida de fadiga, e a resistência à deformação plástica (MEDINA e

MOTTA, 2015).

Os ensaios de caracterização da mistura asfáltica, módulo de resiliência e de fadiga,

são realizados a uma temperatura de 25°C, que representa a média anual da temperatura do ar.

Entretanto, como a camada de revestimento está diretamente exposta à radiação solar, sua

temperatura média pode variar de 30 a 35 °C (MEDINA e MOTTA, 2015).

Apesar de existir uma diferença entre a temperatura de ensaio e a temperatura real a

qual o pavimento será submetido, é comum manter a temperatura dos ensaios em 25°C, pois,

ao se estabelecer um fator “laboratório campo” no dimensionamento à fadiga, é conveniente

ter uma temperatura única de laboratório como referência (MEDINA e MOTTA, 2015).

A umidade de equilíbrio do subleito é outro fator ambiental que se deve considerar,

uma vez que a deformabilidade e resistência ao cisalhamento são influenciadas por este

parâmetro.

Estudos de campo realizados a partir da década de 1970, por pesquisadores da

COPPE/UFRJ juntamente com o Instituto de Pesquisas Rodoviárias (IPR), nas rodovias

federais da região Sul, Sudeste, Centro-Oeste e Nordeste, mostraram que a umidade de

equilíbrio do subleito, nestes casos, era próxima da umidade ótima.

Entretanto, no caso de vias vicinais, de baixo volume de tráfego, com revestimentos

menos espessos e com controle construtivo menos rigoroso, nem se possa talvez falar em

umidade de equilíbrio, devido a alta possibilidade de o subleito ter contato com a água da

chuva. Nestes casos, sugere-se que ensaios dinâmicos sejam feitos em condições variadas de

umidade para levar em conta a possível ação das chuvas, aplicando sempre os conceitos de

confiabilidade (MEDINA e MOTTA, 2015).

19

2.1.2.3. O tráfego

Outro dado de entrada no dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos são os

relativos ao tráfego que utilizará a via. Os fatores que dificultam a elaboração de um bom

dimensionamento, relacionados aos dados do tráfego são (FRANCO, 2007):

A previsão do crescimento do tráfego e do volume de carga transportado ao longo do

tempo;

As transgressões frequentes de carga máxima permitida para cada tipo de veículo

transportar;

Heterogeneidade das configurações dos eixos dos veículos que compõem a frota, com

grande variabilidade de formas de eixos, com diferentes números de rodas, variados

tipos de pneus e com diferentes pressões de calibração; e

Variações na velocidade de translação das cargas de eixo, condicionadas pela

geometria da via.

Os métodos de dimensionamentos consagrados, como o utilizado pelo DNIT, solucionam

parcialmente esta dificuldade de prever a carga aplicada ao pavimento oriundo do tráfego,

transformando os diferentes tipos de eixos e cargas existentes em um número equivalente (N),

de passagens de um eixo padrão (FRANCO, 2007). O procedimento utilizado pelo DNIT para

o cálculo de N foi descrito no item 2.1.1.2.

Entretanto, a tendência mundial é dimensionar o pavimento asfáltico estratificando o

volume de tráfego em diferentes cargas de eixo, considerando sua incidência variável diária e

sazonalmente. Porém, devido às dificuldades citadas e para facilitar os ajustes das expressões

de desempenho e de danos na parcela empírica dos métodos mecanísticos, o número N poderá

perdurar por um tempo (Motta, 1991).

2.1.2.4 Deformabilidade elástica do pavimento asfáltico

Na década de 1990, quando MOTTA (1991) desenvolveu sua tese sobre o método

mecanístico-empírico de dimensionamento de pavimentos, a caracterização conveniente dos

materiais era difícil devido ao pequeno número de laboratórios que dispunham de ensaio de

carga repetida, e os programas de cálculo disponíveis na época necessitavam de grandes

computadores, que não eram tão difundidos.

20

A forma encontrada para divulgar a metodologia foi a divulgação de ábacos que

permitissem aos usuários entender a influência dos vários fatores nas tensões e deformações

geradas (MEDINA e MOTTA, 2015)

Nos primeiros estudos sobre resiliência realizados na COPPE/UFRJ observou-se que a

deformabilidade dos solos lateríticos era menor do que indicavam o ensaio de CBR e os

sistemas de classificação tradicionais. Também, notou-se que a camada de base granular

contribuía mais para a deflexão do pavimento do que o subleito (MEDINA e MOTTA, 2015).

Alguns exemplos das informações inferidas dos ábacos produzidos por MOTTA

(1991):

a) Base granular de brita e subleito também granular: resultam em deflexões,

deformações específicas de tração e diferença de tensões no revestimento elevadas

e demandam espessuras grandes de revestimento para reduzir estas condições de

dano;

b) Em alguns casos o aumento da espessura do revestimento tem efeito significativo

na diminuição das tensões e deformações, em outros pouco influi dependendo da

relação modular entre as camadas;

c) A influência da espessura da base é marcante para as tensões verticais no subleito

em praticamente todos os casos.

Atualmente, os programas de cálculo de tensões e deformações em pavimentos estão

bastante difundidos, e a previsão da deflexão atuante no pavimento tornou-se um processo

mais simples. No item 2.2.3 são apresentados alguns modelos utilizados na previsão da

deflexão.

2.1.2.5 Deformabilidade plástica no cálculo de afundamento de trilha de roda

Um dos principais defeitos apresentados pelos pavimentos é o afundamento de trilha

de roda, e como explicado no item 2.1.2 este defeito é oriundo do acúmulo de deformação

permanente das camadas do pavimento devido à ação do tráfego. Todos os materiais podem

ter uma parcela de contribuição no surgimento deste defeito, o valor com que cada um

contribui pode ser estimado por ensaios de deformação permanente, como o ensaio triaxial de

carga repetida (MEDINA e MOTTA, 2015).

As deformações permanentes crescem com o número de aplicações de carga e

dependem do estado de tensões. Na pista experimental da AASHO, em relatório de 1962,

21

foram relatadas as seguintes parcelas de contribuição de cada camada (MEDINA e MOTTA,

2015):

a) Revestimento de concreto asfáltico: 32%

b) Base de brita: 4%

c) Sub-base: 45%

d) Subleito: 9%

O cálculo da deformação permanente pode ser realizado pela expressão 2.6:

𝛿𝑃𝑡 = ∑ (휀𝑝(𝑖). ℎ𝑖)𝑛𝑖=1 (2.6)

Onde: 휀𝑝(𝑖) e hi representam a deformação média da camada e a espessura da camada

de ordem i, respectivamente. Os valores admissíveis de afundamento de trilha de roda estão

entre 10mm e 20mm, sendo que para pavimentos com alto volume de tráfego admite-se

13mm, como ideal e o máximo de 16mm para evitar problemas de segurança à derrapagem.

A Figura 2.5 é uma representação do cálculo da deformação total sob uma carga P

pelo somatório das deformações plásticas de cada camada.

Figura 2.5: Deformação plástica por camada do pavimento

(MEDINA e MOTTA, 2015)

Hoje, tem-se percebido um aumento na deformação permanente advindo

exclusivamente da camada de revestimento asfáltico. Este aumento é decorrente do

crescimento do volume de tráfego e das cargas por eixo dos caminhões e está relacionado com

a dosagem da mistura asfáltica.

MEDINA e MOTTA (2015) relatam que Sá (2003), Nascimento (2008) e Moura

(2010), entre outros autores, propuseram algumas sugestões de melhoria na dosagem das

22

misturas asfálticas para minimizar a ocorrência deste defeito. Algumas ações são, por

exemplo: escolha de agregados angulosos e com textura rugosa, uso de ligantes modificados

com polímero ou aditivos próprios, escolher o volume de ligante de forma a obter um volume

de vazios suficiente para evitar a exsudação e uma possível pós-compactação pelo tráfego,

escolher o ligante de acordo com a temperatura máxima do pavimento, dentre outras.

Entretanto, no estágio atual, não é possível considerar a contribuição da camada de

revestimento asfáltico no somatório das deformações permanentes devido a ausência de

expressões de previsão adequadas. Admite-se que a dosagem do concreto asfáltico sendo feita

de acordo com a realização de ensaios como Flow Number (FN), muito utilizado por

laboratórios brasileiros, a contribuição desta camada será desprezível.

Atualmente, na fase de projeto, busca-se escolher materiais que tendam a um limite de

deformação permanente e ao acomodamento (shakedown) (MEDINA e MOTTA, 2015).

2.1.2.6. Aplicação do critério de confiabilidade

O projetista de pavimentos costuma aplicar um tratamento estatístico aos dados de

ensaio na escolha dos parâmetros de dimensionamento, pois nenhum deles possui um valor

único determinístico (FRANCO, 2007; MEDINA e MOTTA, 2015).

Em uma análise determinística de uma seção de pavimento, os parâmetros utilizados

para previsão dos principais danos ao pavimento são obtidos através da média, e, portanto,

apresentam uma confiabilidade de 50%. Entretanto, alguns projetos, como rodovias com

grande volume de tráfego, requerem uma confiabilidade maior na previsão de danos

(FRANCO, 2007).

Define-se confiabilidade como a probabilidade de uma estrutura desempenhar

satisfatoriamente a sua função durante a vida útil estabelecida. A estimativa da distribuição de

valores de uma função de variáveis aleatórias de distribuições conhecidas é essencial para a

determinação da confiabilidade no dimensionamento de pavimentos (MEDINA e MOTTA,

2015).

Para a análise de confiabilidade, FRANCO (2000) utilizou em seu programa

PAVE2000 o método Rosenblueth de previsão da confiabilidade. Utilizando este sistema nas

várias combinações possíveis de variáveis independentes (tráfego, clima, espessuras e

características dos materiais), mostrou-se que as variáveis de maior impacto sobre o

dimensionamento final são: espessuras das camadas de revestimento e base, módulo dinâmico

23

do revestimento, frequência do carregamento, módulos de resiliência da camada de base e do

subleito, coeficiente de Poisson da camada de base, volume de tráfego e pressão dos pneus.

2.1.2.7. Roteiro básico para dimensionamento

A seguir é apresentado um roteiro simplificado elaborado por MEDINA e MOTTA

(2015) para o dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos.

1) “Definir o número N de projeto considerando as informações do tráfego previsto

(volume médio diário, taxa de crescimento, pesos por eixo, etc.)

2) Ensaiar os materiais disponíveis na região e no subleito para se obter os módulos

de resiliência e as leis de deformação permanente, considerando as variações de

umidade que possam ocorrer.

3) Definir um valor de módulo de resiliência para a mistura asfáltica a ser utilizada no

revestimento em função da temperatura média esperada para o local da obra ao

longo do ano. Dosar a mistura para satisfazer esta condição na obra é essencial

para que o projeto tenha sucesso.

4) Adotar uma estrutura inicial, definindo as espessuras e tentativas de cada camada,

com os materiais disponíveis.

5) Calcular o estado de tensões e deformações atuantes na estrutura carregada com o

eixo-padrão. Em geral, os parâmetros de verificação críticos são: a deflexão

prevista na superfície, a deformação de tração no revestimento (ou a tensão de

tração ou a diferença de tensões) e a tensão ou deformação de compressão vertical

no subleito. Escolher o programa de cálculo de tensões de acordo com os

resultados dos ensaios dinâmicos dos materiais (elástico linear ou não).

6) Comparar os valores calculados de deformações e tensões com os critérios de

ruptura estabelecidos em função do número N de projeto (curvas de fadiga,

deflexão admissível e tensão ou deformação de compressão admissível no

subleito) que definem a vida útil do pavimento dimensionado.

7) Verificar o afundamento de trilha de roda, previsto para o número N de projeto,

considerando-se a contribuição de todas as camadas e comparar com os valores

admissíveis. Este é mais um critério de vida útil, verificado após os demais.

24

8) Se os critérios previstos em 6 e 7 forem atendidos, considera-se o pavimento

dimensionado. Caso algum dos critérios não for atendido, deve-se alterar as

espessuras e refazer os cálculos de tensões e deformações e a comparação com os

limites exigidos para o nível de tráfego de projeto”.

2.2 Modelos de desempenho de pavimentos asfálticos

2.2.1. Deformação limite no topo do subleito

A avaliação da deformação permanente em estruturas de pavimentos é comumente

realizada indiretamente por meio das tensões verticais e deformações resilientes causadas pela

aplicação de cargas e que ocorrem no topo do subleito. A obtenção de dados para o

desenvolvimento de modelos de deformação permanente é dificultada pelo tempo elevado

necessário para a realização desses ensaios e o número de variáveis que precisam ser

avaliadas (FRANCO, 2007).

A limitação da tensão vertical que atua no topo do subleito é um dos critérios

utilizados atualmente para o projeto de pavimentos, uma vez que se supõe sempre que o

subleito é a camada de menor resistência ao cisalhamento, visto ser o material local e,

portanto, o mais sensível a deformações plásticas (MOTTA, 1991).

O modelo escolhido por FRANCO (2007) para compor o seu programa SisPav para

estimar a tensão vertical admissível no topo do subleito foi proposto por MOTTA (1991),

representado pela expressão 2.7, que foi baseada nos trabalhos de Heukelom e Klomp de 1962

(FONSECA, 2013).

𝜎𝑎𝑑𝑚 = 0,006.𝑀𝑅

1+0,7.𝑙𝑜𝑔𝑁 (2.7)

Onde:

𝜎𝑎𝑑𝑚 é a tensão vertical admissível no topo do subleito, em kgf/cm²

MR é o módulo de resiliência do subleito, em kgf/cm²

N é o número de aplicações de carga.

No entanto, sabe-se que este modelo não representa bem a situação de solos tropicais e

outros critérios estão em desenvolvimento.

25

2.2.2. Deformação permanente

A limitação da deformação permanente total é um dos principais aspectos no

dimensionamento de pavimentos asfálticos. Nas pistas, mede-se o afundamento ou flecha na

trilha de rodas com uma treliça de alumínio de 1,20 m de base, que tem uma régua vertical

corrediça no centro. Esta se apoia no ponto mais fundo da trilha para medir o afundamento,

como mostrado na Figura 2.6 (MEDINA e MOTTA, 2015).

Figura 2.6: Treliça para medir os afundamentos de trilha de roda

(MEDINA e MOTTA, 2015)

Embora a medição do afundamento de trilha de rodas no campo seja simples, a sua

previsão é bastante complexa. O problema envolve a avaliação do impacto das condições

ambientais e do cálculo das tensões apropriadas durante toda a vida de serviço do pavimento,

além da caracterização dos materiais (FRANCO, 2007).

Os modelos de previsão de deformações permanentes dos materiais de pavimentação

têm sido desenvolvidos a partir de dados obtidos em laboratório, por meio de ensaios triaxiais

de cargas repetidas. Os corpos de prova não são previamente condicionados, visto que as

deformações permanentes iniciais não devem ser desconsideradas. As amostras dos materiais

devem ser preparadas para as condições que serão submetidas em campo (temperatura, estado

de tensões, umidade, etc.) (FRANCO, 2007).

O modelo mais comum para a previsão da deformação permanente foi desenvolvido

por Monismith, Ogawa e Freeme (1975), na Universidade da Califórnia, Berkeley, e é

conhecido como modelo de Monismith. O efeito cumulativo das deformações permanentes se

exprime por uma relação dada por (MEDINA e MOTTA, 2015):

휀𝑃 = 𝐴𝑁𝐵 (2.8)

26

Onde: 휀𝑃 é a deformação específica plástica, N é o número de repetições de carga e A e B são

parâmetros experimentais.

Para fins ilustrativos, apresentam-se nas Tabela 2.5 e Tabela 2.6 os resultados obtidos

por SANTOS (1998) em diversas amostras de solos granulares lateríticos, e por ESPINOSA

(1987) para duas granulometrias de brita gnáissica, respectivamente.

Tabela 2.5: Variação da deformação específica permanente com o número de

aplicações de carga em materiais granulares de seis trechos de rodovias de Mato Grosso

(SANTOS, 1998).

27

Tabela 2.6: Parâmetros do modelo de Monismith para duas granulometrias de uma

brita gnáissica (ESPINOSA, 1987).

Porém, os parâmetros A e B, além de dependerem da natureza do material ensaiado e

da condição do ensaio, dependem também do número de ciclos (N) utilizado para ajustar a

reta dos mínimos quadrados. Devido a esta dependência, GUIMARÃES (2001) comenta que

o modelo de Monismith pode estimar uma deformação permanente superior às observadas em

campo, e propõe uma extensão ao modelo que consiste basicamente em se limitar o uso da

equação 2.8, até um número de ciclos correspondente ao ciclo de shakedown

(acomodamento), NSD, ou seja, usar a equação enquanto existir uma taxa de acréscimo não

nula da deformação permanente total. A partir dai a deformação permanente pode ser

aproximada por uma reta de declividade muito pequena ou nula (FRANCO, 2007; MEDINA

e MOTTA, 2015).

A deformação passaria a ser dada pela função representada pelas equações (2.9) e

(2.10):

휀𝑝 = 𝐴.𝑁𝐵 se N ≤ NSD (2.9)

휀𝑝 = 𝐶.𝑁 + 𝐷 se N ≥ NSD (2.10)

UZAN (1985) propôs um modelo que relaciona o acúmulo de deformação permanente,

휀𝑃, à deformação resiliente atuante:

𝜀𝑝 (𝑁)

𝜀𝑟= 𝜇𝑁−𝛼 (2.11)

Onde: 휀𝑃 é a deformação permanente para N repetições de carga, 휀𝑟 é a deformação

resiliente, admitida independente de N; µ = ab/휀𝑟 , α = 1-b, correspondendo α e b aos

parâmetros A e B da equação 2.9. Os parâmetros α e µ seriam pouco influenciados pelo

28

número de aplicações N da carga, mas o µ é bastante sensível às tensões confinantes e, ainda,

à umidade de moldagem acima da ótima.

CARDOSO (1987) mostra os intervalos prováveis de variação dos valores de α e µ

para materiais típicos pesquisados em várias referências, representados resumidamente na

Tabela 2.7 em MEDINA e MOTTA (2015).

Tabela 2.7: Valores prováveis para α e µ, segundo CARDOSO (1987).

Com o avanço da pesquisa dos fatores que influenciam o comportamento dos materiais

à deformação permanente, modelos de previsão cada vez mais complexos estão sendo

desenvolvidos pelos pesquisadores na tentativa de simular, a partir de ensaios de laboratório,

o comportamento no campo do afundamento de trilha de roda (FRANCO, 2007).

GUIMARÃES (2009) desenvolveu um método para a previsão de deformação

permanente em solos tropicais e outros materiais constituintes de pavimentos. Uma mesma

amostra foi submetida a distintos estados de tensões, compatível com o universo de tensões de

trabalho no campo, para todas as estruturas do pavimento. A modelagem da deformação

permanente é feita pela equação 2:

휀𝑝(%) = 𝜔1(𝜎3

𝜌0)𝜔2 (

𝜎𝑑

𝜌0)𝜔3𝑁𝜔4 (2.12)

Onde:

휀𝑝(%): deformação permanente

𝜔1, 𝜔2, 𝜔3: parâmetros de regressão

𝜎3: tensão confinante em MPa

𝜎𝑑: tensão desvio em MPa

𝜌0: tensão de referência, considerada com a pressão atmosférica igual a 0,1 MPa

N: número de ciclo de aplicação de carga

Na Tabela 2.8 são apresentados resultados deste modelo para diversos materiais

ensaiados por GUIMARÃES (2009). Este modelo de previsão de deformação permanente

29

apresenta-se mais adequado ao dimensionamento mecanístico-empírico do que o modelo de

Monismith, por levar em consideração o estado de tensões.

Tabela 2.8: Parâmetros do modelo de previsão de deformação permanente obtidos

para os materiais estudados por GUIMARÃES (2009).

Quando FRANCO (2007) desenvolveu o SisPav o modelo de deformação permanente

escolhido por ele foi o proposto por UZAN (1985). Posteriormente, o programa foi revisto

para acrescentar os modelos de deformação permanente proposto por GUIMARÃES (2009).

2.2.3. Deflexão admissível na superfície do pavimento

A deflexão recuperável máxima é um indicativo do comportamento global da

estrutura, e é afetada por todas as camadas constituintes do pavimento. A deflexão

representativa de uma determinada seção de pavimento é considerada como o principal fator a

afetar a espessura de reforço necessária em diversos métodos de dimensionamento de reforço,

como nos métodos PRO 10/79, PRO 11/79 e PRO 269/94 (FRANCO, 2007).

A deflexão máxima admissível na superfície do pavimento é um fator que pode

representar um controle da resistência à fadiga. PREUSSLER (1983) propôs expressões para

estimar a vida de fadiga baseada na deflexão recuperável da estrutura do pavimento devida a

1 Laterita Acre Pedregulho 0,105 0,839 -0,014 0,041 0,939

2Brita Graduada

ChapecóPedregulho 0,079 -598 1243 81 951

3Cascalho

CorumbaíbaPedregulho 180 -212 840 443 898

4Laterita de Porto

VelhoPedregulho 180 -212 840 443 898

5Argila de Ribeirão

PretoLG' 206 240 1340 38 986

6Areia Argilosa de

ESLG' 643 93 1579 55 909

7 Solo Papucaia NS'/NA' 244 419 1309 69 946

8Areia Fina de

Campo Azul/MGNA 50 -1579 1875 64 868

9 Tabatinga Acre NG'

Item Classificação

Não recomendado

R²Material

% = ( )

( )

30

um carregamento conhecido e que faz parte do método de projeto de reforço de pavimentos

do DNER – PRO 269/94.

O autor citado dividiu o modelo em duas expressões, 2.13 e 2.14, a fim de tornar o

tratamento estatístico mais apurado: uma expressão para revestimentos com espessura inferior

a 10 cm, e outra para pavimentos com espessura superior a 10 cm (FRANCO, 2007).

𝑙𝑜𝑔 (𝐷) = 3,148 − 0,188. 𝑙𝑜𝑔(𝑁𝑓) para h < 10 cm (2.13)

𝑙𝑜𝑔 (𝐷) = 3,479 − 0,289. 𝑙𝑜𝑔(𝑁𝑓) para h > 10 cm (2.14)

Onde:

D é a deflexão máxima total admissível (0,01 mm); e

Nf é o número de repetições de carga

2.2.4. Fadiga dos materiais asfálticos e cimentados

Define-se fadiga como um processo de alterações progressivas estruturais, localizadas

e permanentes, que ocorre em um material sujeito a condições que produzam deformações e

tensões (com amplitude inferior à tensão de ruptura do material), repetidas ou oscilantes em

determinado ponto ou pontos, e que possa culminar em trincas ou completa ruptura após um

determinado número de repetições (FRANCO, 2007).

Nos pavimentos, a repetição da aplicação de cargas, oriundas da passagem dos

veículos, provoca a fadiga nos materiais asfálticos e cimentados, gerando trincas que,

geralmente, iniciam-se na parte inferior do pavimento que se propagam até a superfície,

permitindo a passagem de água da superfície para a estrutura do pavimento. A ação da água

enfraquece o desempenho da estrutura, consistindo em um dos principais processos de ruptura

dos pavimentos (FRANCO, 2007; MEDINA e MOTTA, 2015).

A caracterização dos materiais em relação à fadiga é feita por ensaios de carga

repetida que pode ser de flexão, ou de compressão diametral. Nestes ensaios, submete-se uma

amostra do material a aplicação de carga repetida até a ruptura, que pode ser definida por

diversos critérios. No Brasil, o ensaio de compressão diametral é o mais realizado devido à

sua maior facilidade de execução.

31

Figura 2.7: Ensaio de fadiga em misturas asfálticas (a) à compressão diametral (b) à flexão

No ensaio de compressão diametral, as cargas solicitantes devem induzir tensões

normais no plano vertical diametral de 10 a 50% da tensão da ruptura estática. O ensaio pode

ser realizado tanto a tensão controlada (TC), quanto à deformação controlada (DC). A

solicitação a tensão controlada é a que ocorre em pavimentos de revestimento asfáltico muito

mais rígido do que a camada de base e que, ao resistirem às cargas, determinam a magnitude

das deformações. A solicitação à deformação controlada corresponde melhor a pavimentos de

revestimento asfáltico delgado e fraco em relação à base (MEDINA e MOTTA, 2015).

Na Figura 2.8 estão esquematizados os gráficos de variação da tensão, 𝜎 e da

deformação, 휀, nos ensaios TC, DC e intermediário segundo reproduzido de PINTO (1991),

em MEDINA e MOTTA (2015).

32

Figura 2.8: Representação esquemática dos modos de comportamento dos revestimentos

asfálticos ao carregamento repetido (PINTO, 1991)

Para os materiais asfálticos, a fim de melhor representar o comportamento da fadiga e

buscando identificar uma lei geral, várias instituições, como a COPPE/UFRJ, Shell Oil e a

AASHTO, vêm desenvolvendo modelos de fadiga baseados na deformação inicial de tração e

no módulo ou rigidez da mistura. Os modelos apresentam a forma dada na equação 2.15

(FRANCO, 2007).

𝑁𝑓 = 𝑘1. 휀𝑛1 . 𝑆𝑚𝑖𝑥

𝑛2 (2.15)

Onde:

𝑁𝑓 é o número de aplicações de carga até a ruptura

휀 é a deformação máxima inicial de tração

Smix é o módulo de resiliência ou rigidez da mistura; e

K1, n1 e n2 são constantes de regressão.

33

FRANCO (2007) utilizou em seu programa SisPav um modelo de previsão de fadiga

para misturas asfálticas obtido por meio de um banco de dados de ensaios de fadiga realizados

à compressão diametral, com carga repetida, à tensão controlada, no laboratório de

pavimentação da COPPE/UFRJ. Com base neste banco de dados foram obtidos modelos para

misturas asfálticas com ligantes tradicionais, ligantes com polímeros e asfalto borracha,

entretanto, para o programa SisPav, considerou-se apenas o modelo para ligante tradicional. O

modelo está expresso na equação 2.16.

𝑁𝑙𝑎𝑏 = 1,904. 10−6. (1

𝜀𝑡)2,821

. (1

𝑀𝑅)0,74

(2.16)

Onde:

Nlab é a vida de fadiga em laboratório

휀𝑡 é a deformação específica de tração

MR é o módulo de resiliência da mistura asfáltica, em MPa.

Para misturas de solo cimento, os modelos de estimativa de vida de fadiga utilizados

por FRANCO (2009) possuem a mesma estrutura matemática apresentada por CERATTI

(1991), que obteve curvas de fadiga para seis misturas diferentes de solo cimento ensaiadas

com modo de carregamento à flexão conforme as equações apresentadas a seguir:

%𝑅𝐹 = 𝑎 + 𝑏. (𝐿𝑜𝑔(𝑁𝑓)) (2.17)

휀𝑡 = 𝑎 + 𝑏. (𝐿𝑜𝑔(𝑁𝑓)) (2.18)

Onde:

%RF é a relação entre a tensão aplicada no ensaio e a resistência à tração na flexão do

material

휀𝑡 é a deformação inicial de tração imposta ao material

a e b são parâmetros experimentais

Para misturas de concreto compactado a rolo (CCR) e brita graduada tratada com

cimento (BGTC) são utilizados os modelos de fadiga obtidos por TRICHÊS (1994), que

apresentou um método de dimensionamento de pavimentos semirrígidos para estruturas que

contemplam camadas em CCR, conforme descritos nas expressões apresentadas a seguir

(FONSECA, 2013; FRANCO, 2007):

34

a) Em casos de aparecimento de fissuras de 2,5 mm de profundidade na face tracionada:

𝑁𝑓 = 10(15,082−15,753𝑆𝑅) para probabilidade de 50% para ruptura (2.19)


b) Em casos de ruptura total da camada:



Onde:

SR é a relação entre a tensão aplicada no ensaio e a resistência à tração na flexão do material

aos 28 dias;

Nf é o número de repetições de carga que levam à ruptura por fadiga

2.3. Dimensionamento de reforço para pavimentos asfálticos

2.3.1. Introdução

As características estruturais e funcionais de um pavimento podem ser recuperadas

através da aplicação de uma camada betuminosa adicional sobre o revestimento remanescente

prolongando a vida útil do pavimento, este procedimento é chamado de reforço (FONSECA,

2013).

No Brasil, têm-se hoje quatro métodos homologados pelo DNIT para

dimensionamento de reforço de pavimentos:

DNER PRO 10/79 – Procedimento A;

DNER PRO 11/79 – Procedimento B;

DNER PRO 159/85;

DNER PRO 269/94 – TECNAPAV,

Os métodos A, B e TECNAPAV, apresentam uma proposta de dimensionamento baseada

na deflexão máxima do pavimento no período de levantamento em relação a deflexão máxima

que se projeta para o tráfego futuro que utilizará o pavimento. Já o método PRO 159/85,

considera como principais parâmetros o trincamento e o quociente de irregularidade

(FONSECA, 2013).

35

Serão abordados neste projeto os métodos PRO 11/79 e PRO 269/94, por serem os mais

utilizados no Brasil, e o método mecanístico empírico de reforço.

2.3.2. DNER PRO-11/79

Método de dimensionamento de reforço baseado no critério de deformabilidade dos

pavimentos flexíveis, que são expressos na prática pela medida de deflexões recuperáveis,

pois há uma correlação entre a magnitude das deflexões e o aparecimento de falhas nos

pavimentos flexíveis.

A norma DNER-PRO 11/79 recomenda estudos a serem feitos no pavimento existente

antes do dimensionamento da camada de reforço. Estes estudos podem ser divididos em dois

grupos, estudos preliminares e estudos definitivos.

Os estudos preliminares têm como objetivo fornecer uma ideia geral da constituição

do pavimento ao longo do trecho, das solicitações por ele já suportadas, bem como uma

estimativa da carga que irá suportar durante a vida útil de projeto. Estes estudos compreendem

o levantamento histórico e a prospecção preliminar, através da abertura de poços de

sondagem, do pavimento existente.

Já os estudos definitivos visam à obtenção de parâmetros do pavimento existente. Este

estudo compreende os seguintes procedimentos:

Demarcação das estações de ensaio – Nas rodovias de pista única com duas faixas de

tráfego as estações devem ser marcadas a cada 20 metros, alternadamente em ambas

as faixas de tráfego. Nas rodovias de pista dupla as estações devem ser demarcadas a

cada 20 metros nas faixas de cada pista.

Determinação das deflexões recuperáveis – As medidas devem ser realizadas na trilha

de roda externa em todas as estações demarcadas no trecho. As medidas devem ser

obtidas de forma a possibilitarem o cálculo do raio de curvatura, determinados com o

espaçamento de 200 metros. Com o objetivo de enriquecer os subsídios

proporcionados pelo levantamento, podem ser determinadas também as bacias de

deformação. A determinação das deflexões deve ser executada com a Viga Benkelman

pelo método já normalizado pelo DNER, ou outra aparelhagem que seja normalizada

pelo órgão, desde que seja estabelecida a devida correlação com as deflexões

recuperáveis medidas com a Viga Benkelman.

36

Inventário do estado da superfície do pavimento existente – É destinado à

complementação do levantamento deflectométrico, e deve ser feito segundo a

metodologia descrita na norma de “Avaliação objetiva da superfície de pavimentos

flexíveis e semirrígidos”.

Definição dos limites dos segmentos homogêneos – A extensão total estudada deve ser

subdivida em segmentos que possam ser considerados razoavelmente homogêneos,

levando-se em conta, principalmente, elementos como valores do raio de curvatura,

constituição do pavimento existente e a natureza e frequência dos defeitos verificados

na pista de rolamento.

Análise estatística das deflexões recuperáveis – Em princípio devem ser consideradas

como pertencentes a um único universo todas as deflexões colhidas em um segmento

homogêneo. Em seguida, calcula-se a média aritmética, D, e o desvio padrão, 𝜎, destas

medidas. O intervalo de aceitação dos valores individuais é definido através da relação

𝐷 ± 𝑧𝜎 , onde z será estimado em função do número de deflexões medidas (n),

apresentado na Tabela 2.9.

Tabela 2.9: Valores de z em função de n

n z

3 1,00

4 1,5

5 -6 2

7 - 19 2,5

≥ 20 3

Segue a eliminação de todos os valores individuais da distribuição situados fora do

intervalo anteriormente definido, procedendo-se ao novo calculo de D e 𝜎 com os elementos

remanescentes, bem como a fixação dos novos limites de aceitação. Esse procedimento é

repetido até que todos os valores estejam dentro do intervalo de aceitação.

O valor do coeficiente de variação (cv) é determinado, para cada uma das

distribuições, através da expressão:

𝑐𝑣 = 𝜎

𝐷 (2.23)

O valor da deflexão característica será obtido pela expressão:

37

𝐷𝑐 = 𝐷 + 𝜎 (2.24)

Deflexão de projeto – A deflexão é diretamente proporcional à umidade das camadas do

pavimento. Desse modo, o ideal seria realizar a medida das deflexões na época chuvosa.

Entretanto, como nem sempre isso é possível, costuma-se utilizar fatores de correção sazonal.

Os valores sugeridos pelo manual do DNER são apresentados na Tabela 2.10

Tabela 2.10: Fatores de correção sazonal

Natureza do Subleito Fatores de Correção Sazonal - Fs

Estação Seca Estação Chuvosa

Arenoso e Permeável 1,1 - 1,3 1,0

Argiloso e Sensível à Umidade 1,2 - 1,4 1,0

A deflexão de projeto é calculada pela fórmula 2.25.

Dp = Dc x Fs (2.25)

Onde:

Dp é a deflexão de projeto, em 0,01mm

Dc é a deflexão característica obtida do levantamento deflectométrico, em 0,01mm

Fs é o fator de correção sazonal

Para que não surjam trincas no revestimento, é necessário manter a deflexão do

pavimento abaixo de um determinado valor (Dadm), denominado deflexão admissível. Este

valor depende dos materiais constituintes das camadas do pavimento bem como do número de

solicitações do eixo padrão (N).

Para pavimentos flexíveis, com revestimento de concreto betuminoso sobre base

granular, a deflexão admissível pode ser dada pela expressão 2.26.

𝐿𝑜𝑔 𝐷𝑎𝑑𝑚 = 3,01 − 0,176. 𝐿𝑜𝑔𝑁 (2.26)

Onde:

Dadm é a deflexão admissível, em 0,01mm

N é o número de repetições do eixo padrão

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

cimento, deve ser adotada como deflexão admissível a metade do valor encontrado na

expressão 2.26. Para revestimento do tipo tratamento superficial sobre base granular, a

deflexão admissível adotada dever ser o dobro da encontrada pela expressão 2.26.

38

De posse dos dados do levantamento deflectométrico e do valor de deflexão

admissível, a espessura de reforço do pavimento pode ser estimada através da expressão 2.27.

ℎ = 𝐾. 𝐿𝑜𝑔 𝐷𝑝

𝐷𝑎𝑑𝑚 (2.27)

Onde:

H é a espessura de reforço do pavimento, em centímetros

Dp é a deflexão de projeto, em 0,01mm

Dadm é a deflexão admissível após a execução do reforço do pavimento, em 0,01

K é o fator de redução de deflexão, próprio do material usado no reforço.

Para reforço executado em concreto betuminoso, deve ser adotado o valor 40 para K.

Em situações em que a espessura de reforço em concreto betuminoso for superior a 5

cm, devem ser estudadas outras soluções para a constituição das camadas inferiores do

reforço do pavimento. Para o cálculo da espessura das camadas não constituídas por concreto

betuminoso, devem ser adotados os coeficientes de equivalência estrutural recomendados pelo

DNER, mostrados na Tabela 2.11.

Tabela 2.11: Coeficiente estrutural para componentes de reforço do pavimento.

Componente do reforço do pavimento Coeficiente de equivalência

estrutural

Concreto betuminoso 2,00

Pré-misturado a quente de gradação densa 1,70

Pré-misturado a frio de gradação densa 1,40

Macadame betuminoso por penetração 1,20

Brita graduada com CBR > 80 1,10

Material granular com CBR ≥ 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 e 28 kg/cm² 1,40

Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias inferior a 28 kg/cm² 1,00

Nestes casos, a espessura das camadas inferiores do pavimento será obtida pela

expressão 2.28.

ℎ𝑐 = 2,00

𝑘𝑐 (2.28)

Onde:

Hc é a espessura da camada inferior de reforço;

39

Kc é o coeficiente de equivalência estrutural do material a ser utilizado, Tabela 2.11.

2.3.3. DNER PRO-269/94

O procedimento DNER PRO-269/94 é uma norma que visa estabelecer as diretrizes e

procedimentos a serem adotados na aplicação do método de projeto de restauração de

pavimentos flexíveis, desenvolvido pelos engenheiros Salomão Pinto e Ernesto S. Preussler,

intitulado Método da Resiliência – TECNAPAV.

Como ocorre na norma DNER PRO-11/79, investigações preliminares da condição

atual do pavimento, como espessura das camadas e características do subleito, também são

recomendadas por esta norma. Estas informações poderão ser obtidas junto aos Órgãos

Rodoviários encarregados de sua construção e conservação.

Posteriormente, procede-se ao levantamento de campo, que consiste nos seguintes

passos:

Demarcação do trecho – o trecho deverá ser marcado a cada 20 metros.

Determinação das deflexões recuperáveis – Devem ser obtidas em ambas faixas de

tráfego, em conformidade com o estabelecido no método DNER-ME 024/94. A viga

Benkelman utilizada deve ser isolada termicamente com isopor. A marcação dos

pontos de medição é feita da mesma forma estabelecida na norma DNER PRO-11/79.

Levantamento da condição do pavimento - deve incluir a determinação das áreas que

apresentam trincas, buracos e remendos, de conformidade com o exposto na

especificação DNER-ES 128/83. A avaliação do estado da condição da superfície pode

ser complementada através de medidas de irregularidade em ambas as faixas de

tráfego, por meio de aparelhos medidores do tipo resposta, tais como Integrador

IPR/USP ou Maysmeter. Nas superfícies de avaliação que apresentarem trincas de

classe 2 e/ou 3, deve ser calculado o trincamento através da expressão 2.29

𝑇𝑅 = 𝑇𝑅𝐼

𝑆 . 100 (2.29)

Onde:

TR é o trincamento, em %;

TRI é o total das áreas com trincamento de classe 2 e 3, bem como eventuais buracos e

remendos contidos na superfície de avaliação, em m².

40

S é a área da superfície de avaliação, em m²

Sondagem a pá e picareta – Recomenda-se a abertura de poços de sondagem,

posicionados alternadamente nas bordas da pista de rolamento, espaçadas de, no

máximo, 2000m, ou de forma que cada segmento homogêneo contenha ao menos um

poço de sondagem. O poço de sondagem deve ser aprofundado até atingir 60 cm do

subleito.

Caracterização do tráfego - Deve ser feita através de contagem volumétrica

classificatória e pesagem de todos os veículos comerciais durante, no mínimo, três

dias consecutivos, em um período de 24 horas diárias para contagem e 8 horas diárias

para pesagem.

Com as amostras coletadas nos poços de sondagem recomenda-se a execução de

ensaios de laboratório para obtenção do Índice de Suporte Califórnia (CBR), segundo o

método DNER-ME 129/94, com as energias de compactação apresentadas na Tabela 2.12. O

valor do CBR adotado deve ser o correspondente a umidade ótima do ensaio de compactação,

ou correspondente a umidade encontrada in situ. Outro ensaio recomendado é o de

granulometria com sedimentação para os solos contendo mais de 35% em peso passando na

peneira de 0,075mm de abertura (nº 200), e o ensaio para obtenção do Módulo de Resiliência,

conforme especificado nas normas DNER-ME 133/94, DNER-ME 138/94 e DNER-ME

131/94.

A porcentagem de silte contida nos solos deve ser calculada pela expressão 2.30.

𝑆 = 100 − (𝑃1

𝑃2. 100) (2.30)

Onde:

S é o percentual de silte;

P1 é o percentual, em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,005 mm,

determinada na curva de distribuição granulométrica;

P2 é o percentual, em peso, de material cujas partículas tenham diâmetro inferior a 0,075 mm,

determinada na curva de distribuição granulométrica.

41

Tabela 2.12: Energia de compactação por camada do pavimento

Camada Energia de

compactação

Base Proctor Modificado

Sub-base Proctor Intermediário

Reforço do subleito Proctor Intermediário

Subleito Proctor Normal

Em função do Índice de Suporte Califórnia (CBR) e da porcentagem de silte (S), a

norma classifica os solos em três grupos quanto às suas características resilientes, conforme a

Tabela 2.13.

Tabela 2.13: Classificação dos solos

CBR

(%)

S %

≤ 35 35 a 65 > 65

≥ 10 I II III

6 a 9 II II III

2 a 5 III III III

A norma DNER PRO-269/94 recomenda a divisão do trecho analisado em subtrechos

homogêneos, assim como a norma DNER PRO-11/79. A divisão deve buscar agrupar

segmentos que apresentem valores semelhantes de constituição do pavimento, do tráfego

médio diário e da deflexão recuperável, sendo este o parâmetro preponderante no

agrupamento.

Para o projeto de restauração do pavimento analisado, diante dos dados obtidos com os

procedimentos descritos anteriormente como espessura do revestimento asfáltico existente,

deflexão característica, trincamento, espessura da camada granular e a classificação do solo,

devem ser estabelecidos os parâmetros do pavimento a ser implantado. Os parâmetros são:

Período de análise, em anos;

Taxa de crescimento do tráfego;

Tráfego previsto para o período de análise;

Restrições de construção e;

42

Restrições econômicas

O cálculo da espessura necessária de reforço do pavimento existente deve ser realizado

de acordo com as etapas descritas a seguir:

1) A deflexão característica de projeto é obtida através da expressão 2.31

𝐷𝑐 = 𝐷 + 𝜎 (2.31)

Onde:

Dc é a deflexão de projeto, em 0,01 mm;

D é a média aritmética das deflexões de campo, em

𝜎 é o desvio padrão, em 0,01 mm

2) Para o trecho homogêneo analisado, deve-se definir uma estrutura de referência constituída

por três camadas, conforme ilustrado na Figura 2.9, onde a primeira camada representa o

material betuminoso, a segunda camada o material granular, e a terceira camada representa o

solo.

Figura 2.9: Estrutura de referência

3) O solo da terceira camada deve ser classificado de acordo com a Tabela 2.13, em Tipo I,

II ou III.

4) O valor da espessura efetiva é obtido através da expressão 2.32

ℎ𝑒𝑓 = −5,737 + 807,961

𝐷𝑐+ 0,972. 𝐼1 + 4,101. 𝐼2 (2.32)

Onde:

hef é a espessura efetiva em centímetros;

43

I1, I2 são constantes relacionadas às características resilientes da terceira camada da estrutura

de referência.

Os valores usuais de I1 e I2 são exibidos na Tabela 2.14. Caso o valor da espessura

efetiva (hef) obtida pela expressão 2.32 seja um valor negativo, deverá ser adotado um valor

igual a zero para hef, e se a espessura efetiva calculada for superior à espessura da camada

betuminosa existente (he), o valor de hef adotado será igual a he.

Tabela 2.14: Valores de I1 e I2

5) A deflexão máxima admissível para a camada de reforço deverá ser obtida com base no

critério de fadiga, por meio da expressão 2.33.

𝐿𝑜𝑔 �̅̅� = 3,148 − 0,188. 𝑙𝑜𝑔𝑁𝑝 (2.33)

Onde:

�̅� é a deflexão máxima admissível, em 0,01 mm

Np é o número cumulativo de solicitações de eixos equivalentes ao eixo padrão para o período

de projeto

6) O cálculo da espessura de reforço em concreto asfáltico (HR) será obtido pela expressão 2.34.

𝐻𝑅 = −19,015 + 238,14

√�̅�− 1,357. ℎ𝑒𝑓 + 1,016. 𝐼1 + 3,893. 𝐼2 (2.34)

Espessura da camada

granular (Hcg)

Classificação da 3ª

camadaI1 I2

Tipo I 0 0

Tipo II 1 0

Tipo III 0 1

Tipo I 0 1

Tipo II 0 1

Tipo III 0 1

≤ 45 cm

≥ 45 cm

44

2.3.4. Método mecanístico-empírico

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 (FONSECA, 2013; MEDINA e

MOTTA, 2015).

Neste contexto, este método apresenta-se como uma boa proposta de substituição dos

quatro métodos normalizados pelo DNIT, descritos anteriormente. Neste método, o

dimensionamento de reforço de pavimentos leva em consideração as características elásticas

dos materiais que compõem as camadas do pavimento, com o auxílio de softwares que

aplicam a teoria da elasticidade a sistemas multicamadas (FONSECA, 2013).

Como dado de entrada para os softwares de dimensionamento, é necessário obter o

módulo de resiliência de cada camada do pavimento, que governa a característica elástica dos

materiais. O módulo pode ser obtido por ensaios ou por programas de retroanálise de bacias

deflectométricas (FONSECA, 2013).

A retroanálise de bacias deflectométricas é um procedimento que permite a obtenção

do módulo de resiliência das camadas do pavimento e do subleito. Segundo (NÓBREGA,

2013), os objetivos principais da retroanálise são: a) fornecer as propriedades das camadas do

pavimento in situ, dados usados na manutenção e/ou restauração das características aceitáveis

do pavimento; b) minimizar o número de sondagens para determinação das espessuras e

coletas de amostras para determinação dos parâmetros desejados, que são de difícil

reprodução em laboratório, além de serem onerosas, perigosas e demoradas.

De acordo com ALBERNAZ ( 1997) a retroanálise é importante porque:

1) Permite a avaliação estrutural comparativa entre trechos de uma mesma

rodovia ou de rodovias diferentes;

2) Fornece dados para projetos de drenagem, indicando a presença de possíveis

camadas rígidas no subleito;

3) Proporciona a elaboração de projetos mais racionais, que se convertem em

pavimentos mais duráveis e de custo mais baixo;

4) Projetos mais confiáveis evitam restaurações prematuras e altos custos de

manutenção e/ou restauração, se for o caso.

45

Os benefícios proporcionados pela retroanálise são: minoração da necessidade de

ensaios destrutivos para coleta de amostras; representação do estado real da estrutura; rapidez

e acurácia na obtenção das propriedades elásticas das camadas do pavimento; redução de

gastos (NÓBREGA, 2013).

O significado da bacia de deflexão é de longa data conhecido, mas foi a facilidade

operacional de sua obtenção aliada aos métodos de retroanálise que viabilizaram a utilização

do método mecanístico-empírico no dimensionamento de reforço de pavimentos. O

deflectômetro móvel da Califórnia, o FWD e a viga Benkelman automatizada proporcionaram

uma maior velocidade na obtenção da bacia do que utilizando a viga Benkelman tradicional

(MEDINA e MOTTA, 2015).

Segundo MOTTA (2015), um método mecanístico completo de dimensionamento de

reforço de pavimentos segue os seguintes passos:

“- determinar no trecho a ser restaurado, as bacias de deflexão, com frequência

adequada para representar convenientemente a situação estrutural do segmento homogêneo,

usando medidas com precisão adequada, por FWD ou viga Benkelman automatizada;

- utilizar um programa confiável de retroanálise das bacias, do qual se conheçam os

princípios e métodos de cálculo, para inferir os módulos de trabalho das camadas e do

subleito;

- utilizar um programa de cálculo de tensões e deformações no qual serão usados os

módulos retroanalisados e as espessuras das camadas para calcular as tensões e deformações

críticas na camada de reforço;

- comparar estas tensões ou deformações calculadas com valores admissíveis em

função do tráfego de projeto, e assim estabelecer a espessura de reforço necessária;

- pode-se simular também processos de reciclagem, com ou sem adição de novos

materiais e espessura adicional”.

2.3.4.1. SisPav

O SisPav é um programa de dimensionamento e verificação de pavimentos flexíveis

por meio de um método mecanístico-empírico, este foi desenvolvido por FRANCO (2007) em

sua tese de doutorado, e sua versão atualizada em 2013 foi denominada SisPavBR. Este

programa objetiva realizar análises de vida útil de projeto de estruturas de pavimento

informadas ao programa, e também possibilita o dimensionamento de pavimentos com base

46

nos dados informados ao programa que realiza a análise por meio de algoritmos, calculando a

espessura da camada necessária para atendimento aos requisitos de projeto (FONSECA,

2013).

A base do programa SisPav é a teoria da elasticidade por meio do programa Análise

Elástica de Múltiplas Camadas - AEMC, do mesmo autor, desenvolvido também durante sua

tese de doutorado, tendo como base o programa JULEA (UZAN, 1978).

O programa realiza análises de tensões, deformações e deslocamentos das camadas do

pavimento considerando as características informadas pelo usuário, em especial seu

comportamento resiliente (FONSECA, 2013).

A Figura 2.10 apresenta o fluxograma do método de dimensionamento desenvolvido

por FRANCO (2007), que resultou no software SisPav.

Figura 2.10: Fluxograma do método integrado de análise e dimensionamento de

pavimentos asfálticos – SisPav – proposto na tese de FRANCO (2007)

Para as misturas asfálticas, o parâmetro representativo adotado por FRANCO (2007)

foi o módulo de resiliência. Além deste dado de entrada, para caracterizar as misturas

asfálticas são necessários: coeficiente de Poisson, granulometria da mistura, viscosidade do

ligante e os índices volumétricos. Os materiais granulares, solos finos, siltosos, argilosos,

47

lateríticos e as lateritas pedregulhosas são caracterizadas no SisPav considerando os

parâmetros de módulo de resiliência e coeficiente de Poisson. Para estes materiais, o

programa ainda permite considerar se o material segue o modelo elástico linear ou não

(FONSECA, 2013)

Já os materiais estabilizados com cimento são caracterizados pelo SisPav considerando

os parâmetros de módulo de resiliência, a resistência à tração aos 28 dias e coeficiente de

Poisson. Para estes materiais, o programa permite a consideração do modelo elástico linear ou

pela função sigmoidal dependente do consumo de vida de fadiga.

O programa sugere para todos os materiais, valores que podem ser alterados a

qualquer momento pelo usuário.

A influência dos fatores ambientais nas análises realizadas pelo programa foi

considerada por FRANCO (2007) em dois aspectos, temperatura e umidade.

A temperatura altera as propriedades físicas dos materiais, como o envelhecimento do

ligante asfáltico e a variação do módulo de resiliência em materiais finos. Deste modo, a

abordagem do programa em relação a este efeito consiste em dividir o ano de análise em

períodos, neste caso, trimestrais. Em seguida, com base em modelos matemáticos estima-se a

temperatura no interior e logo após o módulo de resiliência das camadas asfálticas

(FERREIRA, 2013).

Em relação à umidade, FRANCO (2007) optou por não considerar esta variável ao

longo do ano, visto que, de acordo com MEDINA e MOTTA (2005), a umidade de equilíbrio

do subleito, das camadas de base e sub-base de rodovias bem projetadas e construídas é

próxima da umidade ótima.

Em relação ao tráfego, o programa permite a inserção do volume de tráfego tanto em

relação ao efeito de cada configuração de eixo, como ao efeito de um eixo padrão de 8,2

toneladas. O programa permite considerar a variação lateral do tráfego no acúmulo de danos

do pavimento, além da variação do tráfego ao longo do ano.

O SisPav, em sua análise de confiabilidade, utiliza um método proposto no Guia de

Projeto da AASHTO (NCHRP, 2004), em que toda a variabilidade dos parâmetros de entrada

é considerada em modelos de previsão de erros ou de desvio padrão dos danos a serem

estimados. Isso permite ao usuário definir um nível de confiabilidade a ser exigido no projeto

sem a necessidade de rodar o programa repetidas vezes para se obter a quantidade de

resultados que permita realizar uma análise probabilística (FRANCO, 2007).

48

Para o dimensionamento de uma estrutura de pavimento pelo SisPav são considerados

critérios de ruptura relativos à fadiga do revestimento asfáltico, deformação limite no topo do

subleito, deflexão máxima na superfície do pavimento e deformação permanente, ou

afundamento de trilha de roda. Sendo o principal critério o comportamento do pavimento em

relação à fadiga. Os modelos matemáticos utilizados para a previsão de cada um desses

critérios esta exposta no item 2.7.

O SisPavBR é dividido em cinco abas, <Estrutura>, <Modelagem>, <Carregamento>,

<Clima>, <Resultados>. Nestas abas os dados podem ser inseridos, alterados ou removidos

de forma simples e prática, e os valores da tabela podem ser transportados para planilhas

eletrônicas como o Excel, ou o contrário, bastando utilizar os comandos “copiar” e “colar”.

As Figuras 2.11 a 2.14 ilustram as abas do programa. Na versão utilizada para este trabalho,

que permite apenas projetos do nível A, a aba <Clima>, não está disponível, por esse motivo

esta aba não é apresentada nas Figuras abaixo.

Figura 2.11: Detalhes da aba <Estrutura> do programa SisPavBR

49

Figura 2.12: Detalhes da aba <Modelagem> do programa SisPavBR

Figura 2.13: Detalhes da aba <Carregamento> do programa SisPavBR

50

Figura 2.14: Detalhes da aba <Resultados> do programa SisPavBR

Neste trabalho de conclusão de curso foi utilizada a versão v.2.1.5.0 do SisPavBR.

Nesta versão para testes, o único nível disponível de dimensionamento é o denominado

“Nível A”, no qual não se considera o efeito da temperatura e nem do envelhecimento nas

misturas asfálticas.

2.3.4.2. Retroanálise

Quando FRANCO (2007) desenvolveu o programa SisPav, foi disponibilizado junto

com ele algumas ferramentas, uma delas era o programa Retroanálise, que possibilita somente

a retroanálise de bacias deflectométricas obtidas com equipamento do tipo FWD.

Em sua tese de doutorado, FRANCO (2007), não menciona o programa Retroanálise,

e também não oferecia manual de utilização para o mesmo. Contudo, depois de algumas

atualizações, o programa hoje se encontra na sua versão v.2.1.5.0, atualizada em 2016, e

recebeu o nome de BackSisPav, que conta com um menu de “Ajuda” que auxilia o usuário a

utilizar o programa.

Com o objetivo de auxiliar futuros usuários a utilizar o programa, será apresentado a

seguir as etapas necessárias para realizar a retroanálise de bacias deflectométricas:

a) Ao iniciar uma seção no programa, apenas as opções “abrir” e “importar arquivo de

bacias” estarão habilitadas. Desse modo, não é possível inserir dados diretamente no

programa, somente a partir do arquivo modelo.

51

b) O arquivo modelo pode ser exportado do programa através da aba “Projeto”, a

exportação será em planilha Excel com extensão CSV (separado por virgula)

c) A planilha deve ser preenchida sem deixar espaços, e as seguintes informações devem

ser inseridas:

a. Linha 1: sinaliza ao programa que o arquivo é do SisPavBR, não deve ser

alterada

b. Linha 2: identificação do segmento homogêneo analisado

c. Linha 3: Raio do carregamento aplicado pelo equipamento FWD

d. Linha 4 em diante: inserção das bacias deflectométricas, no máximo 100

bacias

e. Coluna 1: data do ensaio

f. Coluna 2: temperatura do ar no instante do ensaio

g. Coluna 3: temperatura do pavimento no instante do ensaio

h. Coluna 4: carga aplicada pelo equipamento FWD

i. Coluna 5: estaca correspondente ao ponto de ensaio

j. Coluna 6: complemento da estaca, em metros

k. Coluna 7: faixa do pavimento

l. Coluna 8: trilha do pavimento

m. Coluna 9 a 17: valores de deflexão obtidos para cada sensor do equipamento

FWD. O número de sensores padrão é nove e o posicionamento inicial é 0, 20,

30, 45, 60, 90, 120, 150 e 180, porém, esta quantidade pode ser alterada,

bastando apagar as colunas dos sensores não utilizados. O posicionamento

deles também pode ser alterado, bastando modificar o número que sucede a

letra “d”.

d) Com as bacias carregadas, o controle de lista apresentará todas as bacias do trecho

homogêneo. Para definir a estrutura, basta clicar na bacia desejada e depois no botão

de comando “estrutura”, para inserir ou excluir uma camada. Depois de ajustado o

número de camadas, insira os parâmetros de espessura, coeficiente de Poisson e se a

camada encontra-se aderida ou não aderida à camada inferior. Em seguida, indique os

extremos possíveis para os módulos de resiliência das camadas.

e) O próximo passo consiste na retroanálise da bacia. Para isto, basta clicar no botão de

comando “Retroanálise”. O programa exibirá graficamente a bacia obtida em campo e

a obtida pelo programa, acompanhada por um valor de erro. Se este erro for menor que

52

5 µm, a bacia será marcada com a cor verde no controle de lista, para um erro entre 5

µm e 10 µm o sinalizador será amarelo, e para erros maiores que 10 µm, o sinalizador

será vermelho. Cabe ao usuário modificar o intervalo de módulo de resiliência das

camadas de forma a obter o menor erro possível.

f) O procedimento descrito no item anterior deve ser repetido para as demais bacias.

g) A qualquer momento o usuário poderá exportar os dados para o Excel, O programa

exporta no formato CSV (separado por vírgulas) e os dados são organizados por bacias,

A Figura 2.15 apresenta a interface do programa com uma bacia já retroanalisada, como

exemplo da apresentação final de uma retroanálise.

Figura 2.15: Interface do programa BackSisPav

53

3. Planejamento do experimento

O trabalho desenvolvido por FONSECA (2013), consistiu na análise de algumas das

estruturas indicadas pelo catálogo CREMA 2º ETAPA, para reforço de pavimentos, aplicadas

em segmentos homogêneos de um trecho da BR-222 no Ceará, e verificação da vida útil

destas soluções com a utilização de um método mecanístico-empírico.

FONSECA (2013), na época em que desenvolveu seu estudo, mantinha vínculo

empregatício com uma empresa de consultoria rodoviária. Assim, ele teve acesso aos dados

de levantamentos realizados em diversas rodovias federais. Para sua análise, buscou

selecionar trechos de rodovias que apresentavam grau de deterioração de médio a alto,

eliminando os trechos que necessitavam apenas de intervenções funcionais.

O programa CREMA 2° ETAPA foi criado em 2005, quando todas as atividades de

recuperação e manutenção de rodovias foram consolidadas na criação de Instruções de

Serviço (IS) próprias. No programa são previstas tanto intervenções de caráter funcional como

intervenções de caráter estrutural na recuperação dos pavimentos, fazendo uso de um catálogo

de soluções de pavimentação elaborado pelo DNIT.

O catálogo de soluções do programa estipula uma vida útil de projeto igual a 10 anos

para intervenções estruturais, considerando os métodos de reforço tradicionais, especialmente

o DNER PRO-11/79 e o DNER PRO-269/94, conhecido como TECNAPAV.

Para enquadrar os trechos analisados no catálogo de soluções do programa, os

seguintes parâmetros foram considerados:

faixas de Irregularidade Longitudinal (IRI) do pavimento, que é o somatório

dos desvios geométricos da rodovia na atual situação em relação ao perfil

vertical desejável da rodovia;

medidas de deflexão recuperável para o segmento homogêneo, avaliando a

condição atual como abaixo ou acima da deflexão admissível de projeto (Dadm)

em função do tráfego;

faixas de índice de gravidade global (IGG) dos defeitos inventariados na

superfície do pavimento;

54

o volume médio diário (VMD) do tráfego e o número “N”, número de

repetições da carga do eixo padrão de 8,2 t por ano considerado equivalente

aos eixos dos veículos comerciais da frota circulante.

FONSECA (2013) objetivou com sua pesquisa o estudo de algumas estruturas

indicadas pelo catálogo do programa CREMA 2° ETAPA, cujas espessuras de reforço foram

calculadas com métodos tradicionais, para, a partir do uso de um método mecanístico-

empírico de dimensionamento, verificar se a vida útil alcançada pela estrutura projetada

atingiria os 10 anos propostos pelo catálogo.

Como já mencionado no capitulo 2, para utilização de um método mecanístico-

empírico no dimensionamento de reforço é necessário conhecer o módulo de resiliência dos

materiais já existentes no pavimento analisado e da nova mistura asfáltica a ser empregada.

Existem duas maneiras de obter estes parâmetros: por método destrutivo ou não destrutivo.

O método destrutivo consiste na abertura de poços de sondagem ao longo do trecho,

para obter parâmetros como espessura das camadas, granulometria, grau de compactação e

densidade. Além disso, é necessária também a obtenção de amostras, na maioria das vezes

deformada, para a realização de ensaios de laboratório tais como caracterização, compactação

e módulo de resiliência.

Em contrapartida, o método não destrutivo consiste na obtenção da bacia de deflexão

do pavimento, que é a medida da deflexão ao longo de várias distâncias em relação ao ponto

de aplicação da carga. Com o auxílio de programas computacionais e conhecendo a espessura

das camadas, é possível estimar o módulo de resiliência de cada camada por interpretação da

bacia de deflexão.

Dos projetos analisados por FONSECA (2013), que apresentavam nível de

deterioração desejada, foram selecionados somente aqueles onde se utilizou o equipamento

FWD para a obtenção das deflexões recuperáveis, por este equipamento fornecer uma

definição completa das bacias deflectométricas do pavimento em cada estaca onde foi

realizada a leitura.

Por fim, após algumas análises, FONSECA (2013) selecionou a Rodovia BR-222 no

estado do Ceará, ligando a cidade de Fortaleza à divisa do estado do Ceará com o Piauí. O

55

trecho foi dividido em 131 segmentos homogêneos (SH), totalizando 197 km de rodovia, ao

longo de oito grupos de segmentos:

km 0 ao 11,2 (Fortaleza) – SH 01 ao 17;

km 35,8 ao km 64,3 (Caucaia à Croatá) – SH 18 ao 33;

km 228,7 ao km 311,9 (Sobral à Tianguá) – SH 34 ao 88;

km 318,2 ao 348,8 (Tianguá à divisa com estado do Piauí) – SH 89 ao 102;

Acesso Leste Caucaia – SH 103 ao 108;

Acesso Oeste Caucaia – SH 109 ao 120;

Acesso Leste Sobral – SH 121 ao 128;

Acesso Oeste Sobral – SH 129 ao 131.

3.1. Descrição do experimento

FONSECA (2013) verificou que muitas estruturas indicadas pelo catálogo CREMA 2°

ETAPA, para reforço de pavimentos, não atingiam a vida útil de projeto recomendada, 10

anos, quando eram analisadas por um método mecanístico-empírico de dimensionamento. O

mesmo autor também concluiu que com a mesma coleta de dados necessária para a utilização

do catálogo é possível melhorar o diagnóstico, e com isso propor uma solução de reforço mais

assertiva, utilizando o método mecanístico-empírico.

Atualmente, existem diversos programas computacionais de retroanálise disponíveis,

que utilizam variados princípios para obter os módulos: programas simplificados, iterativos,

banco de dados, etc. Entretanto, apesar da facilidade de cálculo proporcionada pelos

programas, a confiabilidade dos resultados obtidos com a retroanálise sofre grande influência

do julgamento do engenheiro projetista, visto que, teoricamente, uma série de combinações de

módulos poderia levar a reprodução de uma mesma bacia com certa acurácia. Então, para que

os resultados sejam aqueles mais pertinentes a cada estrutura analisada é fundamental

conciliar a faixa de valores de módulos com as características básicas dos materiais

específicos das camadas locais.

Neste contexto, a primeira etapa do presente trabalho consiste em analisar o trecho

estudado por FONSECA (2013), rodovia BR-222, sob a ótica mecanística-empírica de

dimensionamento de reforço, comparando a solução obtida com este método com a solução

obtida por FONSECA (2013), através dos métodos tradicionais de dimensionamento. A

segunda etapa da pesquisa consiste em uma análise de sensibilidade do programa SisPav, a

56

partir da estrutura dimensionada na primeira etapa, quando são alterados parâmetros como:

módulo de resiliência da camada asfáltica; nível de confiabilidade de projeto; e o percentual

de área trincada admissível.

O programa SisPav, conforme apresentado no capitulo 2, foi desenvolvido por

FRANCO (2007) como um sistema mecanístico-empírico de dimensionamento de

pavimentos. Posteriormente, FRANCO (2007) desenvolveu um software de retroanálise de

bacias deflectométricas, que se apresenta como uma ferramenta do programa. A escolha deste

programa para este trabalho de conclusão de curso foi motivada pelo fato de FONSECA

(2013) ter utilizado em seu trabalho a versão do SisPav de 2009, e assim, buscou-se ter uma

mesma base de informações para que a comparação entre os dois resultados seja a mais

coerente possível. No entanto, a versão utilizada atualmente é uma nova: SisPavBR 2.1.5.0.

Para a realização da primeira etapa deste trabalho de conclusão de curso (TCC), o

autor escolheu um segmento homogêneo, dentre os 131 estabelecidos por FONSECA (2013),

para realizar o dimensionamento de reforço. Um dos critérios de escolha foi o de não

selecionar trechos em que a intervenção recomendada pelo catálogo CREMA 2° ETAPA

fosse a execução de fresagem. Alguns autores não recomendam a retroanálise de estrutura que

sofrerão este tipo de intervenção, visto que esta altera a estrutura retroanalisada modificando a

distribuição de tensões e os módulos de resiliência das camadas. O outro critério de escolha

foi de selecionar o trecho que tivesse a maior diferença na espessura da camada de reforço,

calculadas pelo método DNER PRO-11/79 e DNER PRO-269/94.

Na segunda etapa deste presente trabalho, o autor avalia como o programa SisPavBR

responde, em termos de vida útil de projeto, quando são alterados: o módulo de resiliência da

camada asfáltica, a confiabilidade de projeto e o percentual de área trincada admissível. O

pavimento adotado como referência para esta análise será a estrutura dimensionada na

primeira etapa deste TCC. As combinações a serem analisadas são apresentadas na Tabela

3.1.

57

Tabela 3.1. Combinações de parâmetros para análise no SisPavBR 2.1.5.0

Confiabilidade (%) Área trincada admissível (%) Módulo de Resiliência do

revestimento (MPa)

50

20

5000

7500

10000

12500

30

5000

7500

10000

12500

40

5000

7500

10000

12500

85

20

5000

7500

10000

12500

30

5000

7500

10000

12500

40

5000

7500

10000

12500

90

20

5000

7500

10000

12500

30

5000

7500

10000

12500

40

5000

7500

10000

12500

95

20

5000

7500

10000

12500

30

5000

7500

10000

12500

40

5000

7500

10000

12500

58

4. Caracterização dos trechos homogêneos da BR-222/CE

4.1. Dados históricos do pavimento

O trecho estudado por FONSECA (2013) pertence a BR-222/CE que liga Fortaleza a

Belém. Buscou antigos engenheiros do Departamento de Estradas de Rodagem do Ceará e

com os profissionais mais antigos da superintendência regional do DNIT no Ceará, para obter

informações sobre o histórico do pavimento dos trechos analisados.

Em sua pesquisa, FONSECA (2013) obteve os seguintes dados:

Em 1961 o trecho compreendido entre o km 0 ao km 64 foi inaugurado, sendo que

parte da base foi executada com macadame hidráulico e parte em solo melhorado com

brita com a capa em pré-misturado a frio (PMF). Posteriormente, em 1975, o

segmento do km 0 ao km 5,1 foi duplicado, utilizando-se saibro para a sub-base e

revestimento em CBUQ com CAP 85-100. E em 1995, o trecho entre o km 35,8 ao km

64,3, teve a camada de revestimento substituída por CBUQ;

O trecho compreendido entre o km 222 e o km 286 teve sua base executada em solo

cimento, com percentual de cimento em torno de 7%, e o revestimento em tratamento

superficial duplo (TSD);

O trecho entre o km 286 ao km 296 também teve sua base executada em solo cimento,

com percentual de cimento em torno de 3%, e o revestimento em tratamento

superficial duplo (TSD). Posteriormente este trecho foi restaurado, sendo a base

substituída por material sem mistura e o revestimento por CBUQ;

Em 1996, o trecho que compreende os segmentos do 106 ao 108 foi duplicado, sendo

sua base executada com solo incorporado com 30% de brita.

4.2. Estudo de tráfego

O estudo de tráfego da rodovia BR-222 foi executado de acordo com as

recomendações do programa CREMA 2° ETAPA, objetivando fornecer as informações

necessárias às caracterizações funcionais e estruturais dos segmentos.

59

As atividades executadas foram: levantamento de dados por pesquisa de campo e

contagens de tráfego, processamento de dados para determinação dos fluxogramas de tráfego,

concluindo com o cálculo dos parâmetros VMD e o número N.

4.2.1. Levantamento de dados

O levantamento de dados consistiu na realização de contagens volumétricas

classificatórias completas na rodovia, contagens volumétricas classificatórias direcionais

parciais nas interseções e pesquisa de campo sobre ocupação dos veículos de carga. As

contagens volumétricas classificatórias completas foram realizadas em um período de 24

horas por dia durante sete dias, nos postos de contagem apresentados na Tabela 4.1. A

localização destes postos está apresentada na Figura 4.1.

Tabela 4.1. Postos de contagem volumétrica classificatória completa

(FONSECA, 2013)

60

Figura 4.1. Localização dos postos de contagem da BR 222/CE (FONSECA, 2013)

As contagens volumétricas direcionais, conforme é preconizado no Projeto CREMA

2° ETAPA, devem ser realizadas em um dia durante o período de quatro horas. Como as

contagens volumétricas classificatórias haviam sido realizadas previamente, constatou-se que

o período de maior fluxo era em dias de sexta-feira, das 13:00 as 17:00 horas. Optou-se por

executar este procedimento neste horário, em seis postos de observação nos principais pontos

de interseção de acessos, relacionados na Tabela 4.2.

Tabela 4.2. Localização dos postos de contagem direcionais (FONSECA, 2013)

A pesquisa de ocupação de carga foi realizada no km 263,00 da BR-222 durante três

dias (15, 16 e 17/06/2009), no período diurno, das 07:00 as 17:00 horas, com informações

sobre o tipo de veículo, tara, capacidade de carga, tipo de mercadoria transportada e peso

efetivamente carregado. A pesquisa teve como objetivo subsidiar os cálculos de fatores de

61

veículos da frota que trafega na rodovia em estudo. Os resultados da pesquisa de ocupação

são apresentados na Tabela 4.3.

Tabela 4.3. Resultados da taxa de ocupação de carga obtida (FONSECA, 2013)

4.2.2. Processamento de dados e determinação dos fluxogramas de tráfego

Com os resultados da pesquisa de campo, procedeu-se ao processamento destes

visando obter o volume médio diário anual (VMDA) ao longo do trecho estudado e os

volumes médios diários direcionais nas principais interseções existentes no trecho.

O volume médio diário anual foi obtido pela média aritmética simples dos volumes de

cada tipo de veículos totalizados a cada dia ao longo da semana. Entretanto, estes valores são

representativos somente para o mês em que foi realizada a contagem, sendo necessário

proceder a correção sazonal. Para tanto, procedeu-se a análise dos dados históricos de VMDs

distribuídos mês a mês ao longo de um ano, disponibilizados pelo Plano Nacional de

Contagem de Tráfego, na rodovia BR-222, PNV=222BCE0015, e apresentados na Tabela 4.4.

A série histórica escolhida para análise foi a do ano de 2001 por ser a mais recente

disponibilizada pelo Plano Nacional de Contagem de Tráfego.

62

Tabela 4.4. Série PNCT – Ano 2001 (PNV=222BCE0015)

Assim, como a contagem de tráfego nos postos P1, P2 e P3 ocorreram no mês de

Junho, para o cálculo do VMDA foi considerado um fator de correção igual a 0,819. Para os

postos P4, P5, P6 e P7, em que a contagem ocorreu no mês de Abril, foi considerado um fator

igual a 1,340.

Para o cálculo do VMDA direcional, os volumes contabilizados nos postos de

contagem direcional durante o período de quatro horas em um dia da semana foram

expandidos para 24 horas, adotando-se os índices de variação médios obtidos nos postos de

contagem completos, obtendo-se assim o volume médio diário. Com este dado foi possível

determinar o volume médio da semana pela correção do volume diário em função do dia da

semana em que foi realizada a contagem. Por fim, expandiu-se este número para o volume

médio mensal, procedendo-se a correção sazonal da mesma forma que foi obtido o VMDA,

para se obter o VMDA direcional.

4.2.3. Determinação dos parâmetros de tráfego

FONSECA (2013) determinou em seu estudo os parâmetros necessários para a

determinação do número “N”, que são: a projeção do tráfego e os fatores de veículo.

Em relação à projeção do tráfego, o projeto CREMA 2° ETAPA recomenda que a taxa

de crescimento seja obtida por estudos que forneçam dados consistentes sobre o

63

desenvolvimento econômico da região, entretanto, na ausência destes, recomenda-se adotar

um taxa de crescimento de tráfego igual a 3%. FONSECA (2013) não identificou nenhum

estudo existente que fornecesse tais dados sobre a região em questão, e, portanto, adotou uma

taxa igual a 3%, que se justifica com base na importância da rodovia que liga os estados do

Ceará, Maranhão, Piauí e Pará, passando por grandes centros urbanos.

O cálculo do Fator de Veículo (FV) foi realizado para os postos de contagem

classificatória completa, que foram adotados na determinação do valor de N. O FV foi obtido

pelo somatório dos Fatores de Equivalência de Carga (FC) por tipo e número de eixos por tipo

de veículo, utilizando os dados obtidos na pesquisa de ocupação de carga. Dois modelos são

utilizados no Brasil para o cálculo de FC, o modelo conhecido como da “AASHTO” e do

“USACE”, apresentados nas Tabelas 4.5 e 4.6, respectivamente. FONSECA (2013), em seu

trabalho, utilizou os dois modelos para calcular o valor de FV porque no estudo completo dos

métodos de projeto de reforço são usados um dos dois, em função do método escolhido.

Tabela 4.5. Fatores de equivalência de carga da AASHTO (DNIT, 2006)

Tabela 4.6. Fatores de equivalência de carga da USACE (DNIT, 2006)

Deste modo, os fatores de veículos individualizados (FVi) foram calculados aplicando

as equações das Tabelas 4.5 e 4.6, ponderando-se o carregamento conforme percentuais

obtidos na pesquisa de ocupação de carga, sendo que os veículos não citados na pesquisa

foram considerados como 100% carregados. Para o cálculo do Fator de Veículo da frota que

64

opera no trecho, FONSECA (2013) considerou os valores de FVi de cada tipo de veículo,

distribuído proporcionalmente ao Volume Médio Diário (VMD) indicado na contagem de

cada posto. O resultado é apresentado nas Tabelas 4.7 a 4.13.

Tabela 4.7. Cálculo do Fator de Veículos para o Posto P1 (FONSECA, 2013)


65



66



67


O número N é definido como o número de repetições de aplicação de carga do eixo

padrão, com peso igual a 8,2 toneladas, durante a vida útil do projeto. O valor de N pode ser

calculado pela expressão 4.1.

𝑁 = 365 × 𝑉𝑀𝐷𝐶 × 𝐷𝑖 × 𝐹𝑉 (4.1)

Onde:

N é o número de operações do eixo padrão;

VMDc é o volume médio diário de veículos comerciais, acumulados até o ano

considerado;

Di é o fator de distribuição direcional (Di = 0,50);

FV é o fator de veículo médio para a frota considerada.

O número N foi calculado considerando-se uma vida útil de projeto igual a 10 anos, a

partir do ano de abertura do tráfego (2013 a 2022). O valor de N calculado para cada posto de

observação e o VMDA acumulado estão apresentados na Tabela 4.14.

68

Tabela 4.14. VMDA acumulado e o valor de N para o ano 2022 horizonte de projeto da BR-

222/CE (FONSECA,2013)

4.3. Avaliação estrutural do pavimento

Segundo recomendação do projeto CREMA 2° ETAPA, a avaliação da condição

estrutural de um pavimento prevê o levantamento de deflexões recuperáveis, levantamento do

histórico do pavimento, a investigação das camadas através da abertura de poços de

sondagens, classificação expedita dos materiais que o compõem e a coleta de amostras para

caracterização por ensaios in situ e em laboratório.

Os poços de sondagem a pá e picareta foram realizados segundo recomendação da

coordenação de projetos de infraestrutura do DNIT, e a projetista que forneceu os dados à

FONSECA (2013) executou um poço de sondagem a cada segmento homogêneo.

A partir dos boletins de sondagens verificou-se que diversos segmentos da rodovia

BR-222/CE já haviam sofrido várias intervenções de reforço de pavimento e com indícios de

insuficiência estrutural. Nas Tabelas 4.15 a 4.17 são apresentados os resultados tratados

estatisticamente dos ensaios de granulometria, limite de liquidez, índice de plasticidade,

compactação e Índice de Suporte Califórnia (ISC) das camadas de base, sub-base e subleito de

todo trecho.

Com estes resultados, foi possível observar que na camada de base, a média do ISC

dos 131 segmentos homogêneos, da ordem de 75%, ficou abaixo do mínimo estabelecido nas

especificações para base granular do DNIT que é de 80%. Entretanto, o ISC da sub-base é, em

média, maior do que o mínimo exigido que é de 20%. O subleito também apresenta em média

valor adequado de CBR.

69

O levantamento deflectométrico foi realizado com equipamento do tipo FWD,

conforme orienta a norma DNER – PRO 273/96, obtendo-se as bacias deflectométricas do

pavimento. Na Tabela 4.18 são apresentados os valores das médias da deflexão máxima para

cada segmento homogêneo, o desvio padrão (𝜎) e a deflexão características, onde 𝐷𝑐 = 𝐷 +

𝜎, a título ilustrativo da ordem de grandeza destas características de deformabilidade.

FONSECA (2013) observou que os valores de deflexão característa obtidos para os

segmentos homogêneos apresentaram-se, em 122 dos segmentos, superiores em até três vezes

o valor de deflexão admissível para o tráfego previsto, e em alguns segmentos o valor do raio

de curvatura característico é inferior a 100 m (RC = Rm – 𝜎), valor considerado limite entre os

comportamentos aceitáveis como ainda passíveis de reforço.

Tabela 4.15. Análise estatística das características dos materiais de base BR-222/CE

(FONSECA, 2013)

70

Tabela 4.16. Análise estatística das características dos materiais de sub-base BR-222/CE

(FONSECA, 2013)

Tabela 4.17. Análise estatística das características dos materiais de subleito BR-222/CE

(FONSECA, 2013)

71

Tabela 4.18. Resumo das medidas de deflexão característica dos segmentos analisados

(FONSECA, 2013)

4.4. Avaliação funcional do pavimento

A avaliação funcional do pavimento foi realizada com o levantamento do Índice de

Gravidade Global (IGG) e do Índice de Irregularidade Longitudinal (IRI), que são os

parâmetros necessários para aplicação do catálogo de soluções CREMA 2° ETAPA.

A obtenção do IGG foi realizada por levantamentos por meio de equipamentos

eletrônicos de filmagem do pavimento, com inventário realizado em tempo real por sistemas

de computadores no próprio veículo. O inventário baseia-se na frequência relativa e absoluta

das ocorrências de degradações no pavimento, como trincas, fissuras e panelas, para cada

segmento homogêneo. O cálculo do IGG foi realizado segundo a norma DNIT – PRO

006/2003, e os valores obtidos de percentual de defeitos e do IGG para cada segmento

homogêneo é apresentado na Tabela 4.19, onde FC-1 são trincas com abertura superior à das

fissuras e menor que 1,0 mm, FC-2 são trincas com abertura superior a 1,0 mm e sem erosão

nas bordas e FC-3 são trincas com abertura superior a 1,0 mm e com erosão nas bordas. O

percentual de trincas é obtido através da relação entre a quantidade de estacas que apresentam

trincas e a quantidade total de estacas no segmento homogêneo analisado.

Com os dados obtidos, concluiu-se que os segmentos 69, 87 e 88 apresentaram o pior

resultado, classificados como péssimos. Já os segmentos do 103 ao 108, apresentaram valores

aceitáveis, classificados de regular a ótimo.

72

Tabela 4.19. Resumo das medidas de IGG dos segmentos selecionados da BR-222/CE (FONSECA,

2013)

O Índice de Irregularidade Longitudinal foi obtido com o auxílio de equipamento do

tipo perfilômetro a laser, que, apesar de ser muito utilizado atualmente, não era um

equipamento normalizado pelo DNIT. A norma utilizada como referência para este

levantamento foi a DNER – PRO 182/94 que norteia os procedimentos de levantamento de

IRI com equipamento maysmeter e sistema integrador IPR/USP. Os valores obtidos para o IRI

são apresentados na Tabela 4.20. O IRIC é obtido pela soma do IRI médio mais um desvio

padrão.

Os segmentos que apresentaram IRIC inferior a 3 foram classificados como regular,

enquanto que os segmentos que apresentaram IRIC superior a 5,5 foram considerados

péssimos pelos critérios do DNIT.

73

Tabela 4.20. Resumo das medidas de irregularidades longitudinais dos segmentos

selecionados da BR-222/CE (FONSECA, 2013)

4.5. Dimensionamento do reforço do pavimento

Conforme indicado no item 3.1, o cálculo da espessura da camada de reforço foi

realizado segundo os métodos DNER PRO-11/79 e DNER PRO-269/94.

4.5.1. Método DNER PRO-11/79

No dimensionamento realizado conforme o método DNER PRO-11/79, descrito no

item 2.2.1, foram obtidos por FONSECA (2013) resultados apresentados na Tabela 4.21,

juntamente com os parâmetros utilizados nos cálculos.

74

Tabela 4.21. Dimensionamento do reforço dos segmentos homogêneos selecionados da BR-

222/CE pelo método DNER PRO-11/79 (FONSECA, 2013)

4.5.2. Método DNER PRO-269/94 TECNAPAV

O dimensionamento pelo método DNER PRO-269/94 está descrito no item 2.2.2. Os

resultados obtidos por FONSECA (2013), juntamente com os parâmetros utilizados são

apresentados na Tabela 4.22. O subleito foi classificado como Tipo II por apresentar o

percentual de silte entre 35 e 65% para a faixa ISC observada.

75

Tabela 4.22. Dimensionamento do reforço dos segmentos homogêneos selecionados da BR-222/CE

pelo método DNER PRO-269/94 (FONSECA, 2013)

4.5.3. Soluções de pavimentação do catálogo CREMA 2° ETAPA

Com a espessura de reforço calculada a partir dos métodos DNER PRO-11/79 e

DNER PRO-269/94 foi possível comparar com o catálogo de soluções CREMA 2° ETAPA.

Os parâmetros utilizados e os resultados obtidos são apresentados na Tabela 4.23.

Note que para os segmentos 87 e 88 não foi adotada uma espessura de reforço, visto

que, pelos métodos de dimensionamento de reforço mencionados, estes se enquadraram em

soluções de reconstrução.

76

Tabela 4.23. Quadro de soluções de catálogo CREMA 2° ETAPA para os segmentos selecionados da

Rodovia BR-222/CE (FONSECA, 2013)

Nota: FR5 = fresagem de 5cm

F5 = fresagem + reposição de 5cm

REP = reperfilagem com massa fina de CBUQ e= 2cm

LG = lama asfáltica grossa

Micro = micro revestimento asfáltico em duas camadas ( 1,5cm)

TSDpol = tratamento superficial duplo c/ polímero

REC e = reconstrução através de reciclagem de Base+ revestimento com espessura de CBUQ = e

Reest. de base = reestabilização de base com adição de 10cm de material

TSD = tratamento superficial duplo

Hx = camada de CBUQ com espessura x, onde x = 40 log DP/Dadm

4.5.4. Seleção do trecho homogêneo a ser analisado

Conforme mencionado no item 3.2, a escolha de um segmento homogêneo para o

dimensionamento de reforço usando o programa SisPav 2.1.5.0 teve como critério selecionar

um trecho em que a solução proposta pelo catálogo CREMA 2° ETAPA não englobasse

fresagem do pavimento existente, e que a diferença entre as espessuras de reforço calculadas

pelos métodos DNER PRO-11/79 e DNER PRO-269/94 fosse significativa.

77

Conforme apresentado na Tabela 4.23, observa-se que somente os segmentos 105, 106

e 108 não apresentaram indicação de fresagem como uma solução de reforço. Dentre estes

segmentos, o que apresenta a maior diferença entre as espessuras de reforço calculadas pelos

dois métodos supracitados é o segmento 106.

Deste modo, o segmento homogêneo escolhido para ser analisado neste presente

trabalho é o trecho compreendido entre o km 0 e o km 1,492 da rodovia BR-222/CE, que é o

segmento número 106.

5. Apresentação dos resultados

Conforme explicado no item 3.2, a primeira etapa deste presente trabalho consistiu no

dimensionamento de reforço do pavimento asfáltico para o trecho compreendido entre o km 0

e o km 1,492 da rodovia BR-222/CE, segmento número 106, utilizando os dados de

retroanálise obtidos por FONSECA (2013) e utilizando o programa SisPav v 2.1.5.0,

desenvolvido por FRANCO (2007) e atualizações do mesmo autor. Em seguida, será feita

uma nova retroanálise e recalculada a espessura de reforço para comparação com os valores

de FONSECA (2013).

5.1. Dimensionamento de reforço de pavimentos por método mecanístico-empírico

5.1.1. Retroanálise das bacias deflectométricas

O primeiro passo para o dimensionamento mecanístico-empírico de reforço de

pavimentos é a retroanálise das bacias deflectométricas obtidas em campo para o segmento

em estudo. Para tal análise, foi utilizada uma plataforma complementar ao SisPav,

denominada BackSisPav, que é o módulo atual responsável pela retroanálise. Optou-se pela

utilização desta plataforma, visto que, além de sua interface amigável, FONSECA (2013)

também a utilizou em seu trabalho, porém, em uma versão anterior. Um aspecto importante de

se escolher o mesmo programa utilizado por FONSECA (2013) é que será possível analisar a

diferença entre os módulos de resiliência calculados pelo programa de retroanálise em

diferentes versões.

Na Figura 5.1 e 5.2 está mostrada a tela da plataforma BackSisPav como exemplo de

saída após o processamento. A entrada de dados das bacias é feita através de uma planilha de

78

Excel no formato .CSV (separado por vírgulas), e a Figura 5.3 apresenta o modelo de planilha

que deve ser importado para o sistema.

Figura 5.1. Retroanálise de bacia deflectométrica considerando as camadas não aderidas no

BackSisPav

Figura 5.2. Retroanálise de bacia deflectométrica considerando as camadas aderidas no

BackSisPav

79

Figura 5.3. Arquivo .CSV para entrada de bacias deflectométricas

Os parâmetros de entrada são: bacia deflectométrica com medidas obtidas com

equipamento FWD (em 0,001 mm), temperatura do pavimento, carga aplicada, raio da área

carregada, temperatura do ar e número da estaca e de faixas na via. Além destes parâmetros

devem ser informadas as características da estrutura analisada, como espessura das camadas,

módulo de resiliência mínimo e máximo, e coeficiente de Poisson de cada material.

Pela avaliação estrutural do pavimento, descrita no item 4.3, foi possível determinar

características do pavimento como número de camadas e respectivas espessuras e o material

que compõe cada camada. Isto é muito importante para que a retroanálise fique mais próxima

de estimar o real comportamento da estrutura já que, como comentado, várias combinações de

módulo podem reproduzir uma bacia. A Figura 5.4 apresenta o perfil da estrutura do

pavimento no segmento de número 106.

80

Figura 5.4. Perfil longitudinal da estrutura do pavimento do segmento homogêneo 106

(FONSECA, 2013)

Os valores utilizados para os coeficientes de Poisson dos materiais foram os mesmos

utilizados por FONSECA (2013) em sua dissertação. Este utilizou como referência os valores

recomendados pelo DER-SP conforme a Tabela 5.1. Para a seleção do intervalo do módulo de

resiliência de cada camada, também se utilizou os valores recomendados pela instituição de

projeto de pavimentação do DER-SP conforme a Tabela 5.2.

Tabela 5.1. Valores usuais de coeficiente de Poisson para materiais de pavimentação (DER-

SP, 2006)

Material

Intervalo de valores

de coeficiente de

Poisson

Valor recomendado

de coeficiente de

Poisson

Concreto de cimento Portland 0,10 - 0,20 0,15

Materiais estabilizados com

cimento 0,15 - 0,30 0,20

Misturas asfálticas 0,15 - 0,45 0,30

Materiais granulares 0,30 - 0,40 0,35

Solos do subleito 0,30 - 0,50 0,40

81

Tabela 5.2. Valores usuais de módulo de resiliência ou elasticidade para materiais de

pavimentação (DER-SP, 2006)

Material

Intervalo de valores

de módulo de

resiliência (MPa)

Concretos Asfálticos:

- revestimento (CAP 50 - 70) 2000 - 5000

- revestimento (CAP 30 - 45) 2500 - 4500

- binder (CAP 50 - 70) 2000 - 3000

- binder (CAP 30 - 45) 2500 - 4000

Materiais Granulares:

- brita graduada 150 - 300

- macadame hidráulico 250 - 450

Materiais estabilizados quimicamente

- solo cimento 5000 - 10000

- brita graduada tratada com cimento 7000 - 18000

- concreto compactado a rolo 7000 - 22000

Concreto de cimento Portland 30000 - 35000

Solos finos em base e sub-base 150 - 300

Solos finos em subleito e reforço de subleito

- solos de comportamento laterítico LA, LA', LG' 100 - 200

- solos de comportamento não laterítico 25 - 75

Solos finos melhorados com cimento para reforço de

subleito 200 - 400

Concreto de cimento Portland 28000 - 45000

Para permitir uma comparação coerente com os módulos encontrados por FONSECA

(2013), foram feitas duas análises no programa BackSisPav. A primeira consistiu em

retroanalisar todas as bacias do segmento homogêneo 106 considerando todas as camadas do

pavimento aderidas umas às outras. Optou-se por fazer esta análise visto que a versão do

SisPav utilizada por FONSECA (2013) não apresentava a opção de retroanálise considerando

as camadas não aderidas. Com esta nova versão do programa, é possível escolher quais

camadas são aderidas e quais não são, e assim, a segunda análise consistiu em retroanalisar

todas as bacias considerando todas as camadas não aderidas umas às outras.

O sistema de retroanálise do software SisPav fornece os módulos de "resiliência" pela

comparação com as bacias calculadas com as combinações dos módulos nos intervalos

fornecidos e o percentual de erro de cada bacia retroanalisada. Como o usuário estabelece um

82

limite superior e inferior de módulo de resiliência por camada, a cada iteração, o intervalo é

refinado de forma a obter o menor erro possível.

Na primeira análise foram retroanalisadas estruturas com quatro camadas (capa, base,

sub-base e subleito), e utilizou-se intervalo para os módulos de resiliência próximos daqueles

encontrados por FONSECA (2013), obtendo erros pequenos, em torno de 5%. Em seguida,

foi realizada uma série de tentativas para obter um ajuste fino do intervalo, descartando os

módulos que apresentavam erro elevado até que fosse definido um intervalo de módulos que

apresentasse um percentual de erro menor que 2%, que é o mesmo critério adotado por

FONSECA (2013).

Na Tabela 5.3 são apresentados os módulos de resiliência obtidos para cada bacia,

considerando que as camadas estão aderidas umas às outras. Para verificação mecanístico-

empírica, foi adotado como resultado a média dos módulos obtidos para cada bacia de cada

estaca retroanalisada. Na Tabela 5.4 estão apresentados os valores de módulo de resiliência e

desvio padrão obtidos por FONSECA (2013) e pelo presente autor para as camadas do

pavimento do segmento homogêneo 106.

As maiores diferenças entre os módulos obtidos por esses dois autores foram

observadas nas camadas de base, em torno de 10%, e na camada de subleito, em torno de

24%. Entretanto, considerando o intervalo representado por �̅� ± 𝜕, onde �̅� é a média dos

módulos para cada camada, e 𝜕 é o desvio padrão, é válido considerar que os valores de

módulo de resiliência encontrados pelos dois autores são compatíveis.

83

Tabela 5.3: Módulos de resiliência obtidos com o programa BackSisPav para as bacias do

segmento homogêneo 106, considerando a aderência entre as camadas.

106

37

CAPA BASE SUBBASE SUBLEITO

0 3700 263 145 228 1,42%

2 3500 180 310 228 1,44%

4 3600 160 160 228 1,67%

6 2025 190 130 190 1,28%

8 1600 175 150 190 1,48%

10 1600 175 188 228 1,31%

12 2200 170 150 228 1,17%

14 2200 170 150 228 1,28%

16 2200 170 150 228 1,15%

18 1600 175 150 228 1,18%

20 2525 175 150 185 1,43%

22 1300 200 125 150 1,34%

24 1600 180 140 240 1,12%

26 2550 180 150 185 1,48%

28 3800 170 140 200 1,75%

30 3625 175 305 225 1,34%

32 2400 155 325 225 1,37%

34 1500 175 203 220 1,45%

36 3125 255 305 220 1,78%

38 2100 170 300 228 1,38%

40 1500 180 190 235 1,15%

42 2200 168 330 240 1,59%

44 2100 248 280 233 1,69%

46 2800 236 350 230 1,75%

48 1700 250 340 228 1,50%

50 1600 250 330 228 1,48%

52 1575 165 330 228 1,41%

54 3700 500 330 228 1,90%

56 2700 250 298 228 1,62%

58 2325 248 348 225 1,58%

60 3700 500 330 228 1,90%

64 3200 168 330 228 1,37%

66 3900 500 330 228 1,87%

68 3700 420 348 228 1,88%

70 2600 168 365 228 1,55%

72 1450 255 330 228 1,60%

74 1450 255 330 228 1,64%

SEGMENTO

BACIAS

MODULOS DE RESILIÊNCIA (MPa)ESTACA ERRO (%)

84

Tabela 5.4: Módulos de resiliência médios e desvio padrão obtidos por FONSECA (2013) e

PINTO (2016) para o segmento homogêneo 106.

Na segunda análise, também foram retroanalisadas estruturas com quatro camadas

(capa, base, sub-base e subleito), porém considerando as camadas não aderidas.

Primeiramente, utilizou-se um intervalo para os módulos de resiliência próximos daqueles

encontrados por FONSECA (2013), entretanto, foi observado que os erros encontrados

estavam elevados, da ordem de 24%. Assim, foi realizada uma série de tentativas, expandindo

o intervalo dos módulos de resiliência para posteriormente realizar um ajuste fino. Como na

primeira análise, foram sendo descartados os módulos que apresentavam erro elevado até que

fosse definido um intervalo de módulos que apresentassem um percentual de erro menor que

3%. O autor optou por utilizar uma tolerância maior de erro nesta análise, visto que, para erros

menores, foram encontrados módulos de resiliência muito acima do esperado para as camadas

de base e sub-base.

Na Tabela 5.5 são apresentados os módulos de resiliência obtidos para cada bacia,

considerando que as camadas não estão aderidas umas às outras. Para verificação

mecanístico-empírica, foi adotado como resultado a média dos módulos obtidos para cada

bacia de cada estaca retroanalisada. Na Tabela 5.6 estão apresentados os valores de módulo de

resiliência médios e desvio padrão obtidos por FONSECA (2013) e pelo presente autor,

considerando as camadas aderidas e não aderidas, para as camadas do pavimento do segmento

homogêneo 106.

MÓDULO DE

RESILIÊNCIA

(MPa)

DESVIO PAD.

MÓDULO DE

RESILIÊNCIA

(MPa)

DESVIO PAD.

CAPA 37 2458,11 837,97 2422,30 622,46

BASE 37 227,68 95,06 254,73 104,06

SUBBASE 37 251,76 87,30 251,69 65,76

SUBLEITO 37 221,11 18,17 177,70 34,75

BACIAS

Pinto (2016) Fonseca (2013)

CAMADA

85

Tabela 5.5: Módulos de resiliência obtidos através do programa BackSisPav para as bacias

do segmento homogêneo 106, considerando as camadas não aderidas.

106

37

CAPA BASE SUBBASE SUBLEITO

0 3500 420 450 248 1,25%

2 3300 300 720 270 1,90%

4 3550 265 400 248 1,12%

6 2200 228 600 203 1,29%

8 1700 228 660 203 1,49%

10 1200 300 525 248 1,51%

12 1800 303 350 248 1,05%

14 2150 250 450 248 1,04%

16 1800 303 350 248 1,09%

18 1600 265 400 248 1,12%

20 2000 330 400 203 1,38%

22 1350 325 338 175 2,49%

24 2100 200 600 248 1,45%

26 2400 280 500 203 1,48%

28 3150 280 550 203 1,54%

30 3125 305 700 270 1,94%

32 2000 280 675 265 1,86%

34 1500 280 500 248 1,79%

36 2500 470 750 270 2,10%

38 1275 370 550 265 1,83%

40 1450 280 550 250 1,75%

42 1800 280 900 270 1,65%

44 1875 400 825 275 2,37%

46 1650 550 700 275 2,52%

48 1125 450 900 275 2,32%

50 1450 400 900 275 2,46%

52 1200 275 850 265 1,84%

54 3200 1000 1100 270 2,92%

56 2000 434 900 270 1,92%

58 2000 400 950 275 2,32%

60 3300 900 1200 275 2,86%

64 2360 300 1000 250 2,08%

66 3100 1000 1100 275 2,99%

68 3100 825 1000 275 2,87%

70 2300 288 800 275 2,03%

72 1100 450 1075 250 2,60%

74 1450 375 1000 275 2,48%

MÓDULOS DE RESILIÊNCIA (MPa)ERRO (%)ESTACA

BACIAS

SEGMENTO

86

Tabela 5.6: Módulos de resiliência médios e desvio padrão obtidos por FONSECA (2013) e

PINTO (2016), considerando as camadas aderidas e não aderidas, para o segmento

homogêneo 106.

Segundo BUENO (2016), o desempenho de uma rodovia é significativamente afetado

pela ligação entre as camadas que constituem o sistema estrutural da pista, entretanto, as

condições de interface entre revestimentos asfálticos e bases granulares, ou entre os próprios

materiais granulares de bases e sub-bases, não são totalmente conhecidas e a sua investigação,

em campo, não é prática usual no meio técnico.

Nota-se, pela Tabela 5.6 que ao considerar as camadas não aderidas, o módulo de

resiliência encontrado para a camada de revestimento diminuiu 13,5%, para a camada de base

aumentou 73,2%, para a camada de sub-base aumentou 181,4%, e para o subleito o aumento

foi de 14,1%, em relação aos valores encontrados com o mesmo programa neste presente

trabalho. Estes resultados estão coerentes com os encontrados por BUENO (2016) em sua

dissertação, que concluiu que para a camada de revestimento e de subleito, considerando a

não aderência entre as camadas, a variação no módulo de resiliência é menor do que nas

camadas granulares, onde a variação do módulo foi acentuada.

A interferência da aderência total ou inexistente, entre as camadas, no estado de

tensões a qual os materiais granulares estão submetidos é tema de discussões amplas. No caso

presente, para a retroanálise realizada, a utilização de aderência plena entre as camadas

originou módulos elásticos com valores mais compatíveis com aqueles encontrados na

literatura especialmente para a sub-base, camada que acumulou a maior diferença entre as

duas condições de modelagem.

Quando se consideram as condições aderidas identifica-se distribuição gradual dos

esforços ao longo da estrutura, exigindo menores valores de rigidez dos materiais para ajustar,

de maneira mais ajustada, a bacia deflectométrica teórica à de campo. Para a condição não

aderida, o diagrama de tensões é distribuído de uma forma diferente entre as camadas da

MÓDULO DE

RESILIÊNCIA

(MPa)

DESVIO PAD.

MÓDULO DE

RESILIÊNCIA

(MPa)

DESVIO PAD.

MÓDULO DE

RESILIÊNCIA

(MPa)

DESVIO PAD.

CAPA 2125,95 736,41 2458,11 837,97 2422,30 622,46

BASE 394,30 203,08 227,68 95,06 254,73 104,06

SUBBASE 708,59 245,10 251,76 87,30 251,69 65,76

SUBLEITO 252,35 26,42 221,11 18,17 177,70 34,75

Fonseca (2013)

Camadas não aderidas Camadas aderidas Camadas aderidas

CAMADA

Pinto (2016)

87

estrutura, exigindo, em um programa de retroanálise de módulos de resiliência, maior rigidez

dos materiais para adequar a bacia de deflexões teórica (simulada pelo programa) àquela

medida em campo. Este fato explica a diferença nos valores encontrados para os módulos de

resiliência quando são consideradas estas duas situações, também encontrada por BUENO,

(2016).

No entanto, apesar do aumento relativo nos valores dos módulos retroanalisados, a

solução fechada apresentada por Burmister para cálculo de tensões e deformações de um

sistema de três camadas, mostra que a razão entre os módulos das camadas é um fator

importante na deformabilidade da estrutura. Por exemplo: no caso de uma estrutura de duas

camadas quanto maior a razão entre o módulo da primeira camada e o módulo da segunda

camada (E1/E2) menor a deflexão no centro da área flexível de carregamento, as tensões

verticais no topo da segunda camada também decrescem com o aumento da razão E1/E2

(SILVA, 2014).

Na tabela 5.7 mostram-se as razões entre os módulos das camadas que são indicações

destas redistribuições de tensões. Note-se que as relações dos módulos retroanalisados nas

condições aderidas estão próximas considerando os obtidos por FONSECA (2013) e por este

trabalho, e distintas quando se muda a hipótese de aderência. Na prática a situação deve ser

intermediária, mas é difícil definir a aderência parcial entre materiais tão distintos. O que

importa no final é observar o reflexo destas hipóteses admitidas no cálculo do reforço

estrutural.

Tabela 5.7: Relação entre os módulos de resiliência das camadas do pavimento

obtidos por este trabalho PINTO ( 2016) e FONSECA (2013)

5.1.2. Dimensionamento da espessura camada de reforço

A segunda etapa do dimensionamento de reforço consiste no cálculo da espessura da

camada de revestimento, que será lançada sobre a camada existente, necessária para que o

Fonseca (2013)

NÃO

ADERIDASADERIDAS ADERIDAS

MCAPA/MBASE 5,39 10,80 9,51

MBASE/MSUB-BASE 0,56 0,90 1,01

MSUB-BASE/MSUBLEITO 2,81 1,14 1,42

RELAÇÃO

Pinto (2016)

88

pavimento atinja a vida útil determinada em projeto para o novo tráfego estimado. Devido a

grande diferença encontrada nos módulos de resiliência obtidos pela retroanálise

considerando as camadas aderidas em relação aos encontrados considerando as camadas não

aderidas, o autor julgou necessário realizar o dimensionamento de reforço considerando estas

duas hipóteses.

O dimensionamento da camada de reforço foi realizado utilizando-se o programa

SisPavBR versão v.2.1.5.0. Como mostrado no item 2.3.4, este programa foi desenvolvido por

FRANCO (2007) durante sua tese de doutorado, e as atualizações foram feitas pelo mesmo

autor, com mudanças efetivas, e tem como objetivo o dimensionamento de pavimentos

asfálticos, novos ou restaurados, por critérios mecanístico-empíricos.

O cálculo da espessura da camada de reforço foi realizado pelo programa tendo como

ponto de partida uma estrutura de pavimento constituída por cinco camadas, sendo elas:

revestimento (novo), capa (revestimento antigo), base, sub-base e subleito. Destas camadas, a

capa, a base, a sub-base e o subleito são as camadas existentes, já a camada de revestimento é

uma estrutura nova que será aplicada no trecho em análise para garantir sua recuperação

estrutural. Nesta análise a espessura desta camada é que o programa dimensionará.

Os dados de entrada foram: materiais constituintes das camadas; módulo de

resiliência, espessura e coeficientes de Poisson de cada camada; vida útil de projeto; nível de

confiabilidade; critério de ruptura, sendo este governado pelo percentual de área trincada ao

final da vida útil; volume de tráfego (N).

Os módulos de resiliência das camadas existentes inseridos no programa foram os

obtidos pela retroanálise, descrita no item 5.1.1. O coeficiente de Poisson destas camadas

foram os mesmos utilizados no programa BackSisPav, e foram obtidos com base nos valores

recomendados pelo DER-SP conforme a Tabela 5.1. A Tabela 5.8 apresenta os módulos de

resiliência, os coeficientes de Poisson e as espessuras adotados para cada camada já existente

para obter a espessura de reforço.

Tabela 5.8: Módulos de resiliência e coeficiente de Poisson adotados para cada camada do

segmento homogêneo 106 para cálculo do reforço

NÃO ADERIDAS ADERIDAS

CAPA 2125,95 2458,11 0,30 6

BASE 394,30 227,68 0,35 15

SUBBASE 708,59 251,76 0,35 20

SUBLEITO 252,35 221,11 0,40 -

MÓDULO DE RESILIÊNCIA (MPa) COEFICIENTE

DE POISSON

ESPESSURA

(cm)CAMADA

89

Para a nova camada de revestimento, que será dimensionada, o módulo de resiliência e

o coeficiente de Poisson adotados foram os sugeridos pelo programa de acordo com o

material escolhido para compor esta camada. Para a camada de revestimento, o programa

conta com uma biblioteca com alguns tipos de ligantes e suas características. O material

escolhido para esta camada foi o CBUQ com CAP 30/45, que é o que apresenta menor

viscosidade, o que representa uma vantagem em regiões de temperaturas altas como é a região

nordeste. A Tabela 5.9 apresenta as características deste material adotado para compor o

reforço. A Tabela 5.10 apresenta os coeficientes adotados para a curva de fadiga da camada

de revestimento, estes coeficientes foram obtidos pela equipe da COPPE/UFRJ através da

análise de diversos trechos experimentais localizado na Ilha do Fundão, Rio de Janeiro,

conforme apresentado por FRITZEN (2016).

Tabela 5.9: Características do CBUQ utilizado na camada de revestimento novo.

Camada de Revestimento

Tipo CAP 30/45

Faixa Granulométrica #12.5mm

Teor de asfalto 6%

Volume de vazios 5%

Abrasão Los Angeles 40%

Módulo de resiliência 8000 MPa

Coeficiente de Poisson 0,30

Tabela 5.10: Coeficientes da curva de fadiga do CBUQ utilizado na camada de revestimento

novo

Curva de fadiga

Coeficiente de regressão (k1) 5.10-14

Coeficiente de regressão (k2) -3,992

A vida útil adotada para o dimensionamento foi de 10 anos, a mesma adotada por

FONSECA (2013) em sua dissertação, que segue a recomendação do catálogo de soluções

CREMA 2° ETAPA. Para o valor da confiabilidade, a AASHTO (1993) recomenda para

rodovias interestaduais urbanas o nível de confiabilidade que pode variar de 85 a 99,9%.

Neste trabalho o autor realizou o dimensionamento da camada de reforço considerando três

níveis de confiabilidade, 85, 90 e 95%, o máximo permitido pelo programa. O critério de

90

ruptura estabelecido considerou que o pavimento atingiria sua vida útil quando acumulasse

uma área trincada igual a 20%.

Em relação ao tráfego, o programa permite a inserção deste parâmetro de duas formas:

composição de toda a frota do tráfego, ou considerando apenas o eixo padrão. Para este estudo

empregou-se somente o volume de tráfego considerando o eixo padrão.

O volume de tráfego e o número N foram obtidos conforme descrito no item 4.2. O

segmento homogêneo em análise, se situa entre o km 0 e o km 1,492 da BR-222/CE, acesso

leste Caucaia. De acordo com a Tabela 4.2, o posto de contagem volumétrica que se situa

neste trecho é o P4, o número N calculado para este posto está exibido na Tabela 4.15, sendo

N = 5,04. 107. A taxa de crescimento adotada para a vida útil de projeto foi de 3%, conforme

explicado no item 4.2.3.

A escolha do material em cada camada levou em consideração os materiais descritos

por FONSECA (2013), os quais foram obtidos de poços de sondagem (Figura 5.3), e a

biblioteca de materiais disponível no programa SisPavBR. As tabelas 5.11 a 5.14 apresentam

os materiais adotados para cada camada com suas respectivas características. Apesar de

FONSECA (2013) ter descrito em sua dissertação que o CAP utilizado na camada de

revestimento do pavimento existente foi do tipo 85/100, o CAP selecionado no programa

SisPavBR foi do tipo 50/70 por este ser o que mais se assemelha ao CAP existente dentre os

modelos disponíveis na biblioteca do programa. A inserção de novos materiais é permitida

pelo SisPavBR, no entanto, são necessários ensaios para poder calibrar os modelos de

previsão de fadiga para melhorar a acurácia do programa.

Tabela 5.11: Material selecionado para representar a capa asfáltica existente

Capa Asfáltica

Tipo CAP 50/70

Faixa Granulométrica #12.5mm

Teor de asfalto 6%

Volume de vazios 5%


Coeficiente de Poisson 0,30

91

Tabela 5.12: Material selecionado para representar a camada de base existente

Tabela 5.13: Material selecionado para representar a camada de sub-base existente

Tabela 5.14: Material selecionado para representar o subleito

Nota: Solo Siltoso NS’ = solo siltoso não laterítico

Com as informações descritas acima inseridas no programa, procedeu-se ao

dimensionamento da camada de reforço. Neste procedimento, as espessuras das demais

camadas permanecem constantes enquanto que, por meio de iterações, o programa varia a

espessura da camada de revestimento de forma a atingir a vida útil especificada. Foram

analisados seis cenários: adotando os módulos de resiliência obtidos considerando todas as

camadas aderidas para as confiabilidades de 85%, 90% e 95%; e utilizando os módulos de

resiliência obtidos considerando todas as camadas não aderidas para as confiabilidades de

85%, 90% e 95%. Os resultados são apresentados na Tabela 5.15, com as espessuras

calculadas e as previsões de área trincada ao final do período de projeto.

Tipo Material granular

Material Estabilizado granulometricamente


Modelo Constituinte Resiliente Linear

Base

Tipo Solo laterítico

Material Laterita de Rondônia


Sub-base

Tipo Solo Siltoso NS'

Material Solo Siltoso Papucaia - RJ


Subleito

92

Tabela 5.15: Espessura da camada de reforço dimensionada pelo programa SisPavBR nas

condições deste trabalho

Na Tabela 5.15 podemos observar que nas duas hipóteses, a espessura da camada de

reforço variou, cerca de 1%, com o aumento do nível de confiabilidade. Outro fato importante

é que as espessuras calculadas utilizando os módulos de resiliência obtidos considerando as

camadas aderidas (hipótese de camadas aderidas) foram cerca de 16% superiores às

calculadas utilizando a outra hipótese. A diferença obtida na espessura da camada foi

relativamente pequena ao se levar em conta as diferenças obtidas nos módulos de resiliência

retroanalisados considerando estas duas hipóteses, item 5.1.1.

O estudo de FONSECA (2013), como foi visto, foi o de comparar o dimensionamento

de reforço de pavimento utilizando os métodos DNER PRO – 269/94 e DNER PRO - 11/79

para um trecho da rodovia BR-222/CE. A intenção aqui foi, então, considerar os mesmos

parâmetros e dados usados por FONSECA (2013) e usar esses valores, primeiramente no

BackSisPav, e depois no SisPavBR para comparar os resultados. A Tabela 5.16 apresenta os

resultados obtidos por estes dois trabalhos: FONSECA (2013) e este presente, PINTO (2016).

Para o método mecanístico-empírico o resultado adotado foi o obtido com o nível de

confiabilidade igual a 95%, por representar uma confiabilidade maior.

Tabela 5.16: Resultados obtidos por FONSECA (2013) e PINTO (2016) para a espessura da

camada de reforço

MÉTODO REFERÊNCIA ESPESSURA (cm)

DNER PRO 269/94 FONSECA (2013) 7,00

DNER PRO 11/79 FONSECA (2013) 9,00

MECANÍSTICO EMPÍRICO (camadas não aderidas) PINTO (2016) 10,20

MECANÍSTICO EMPÍRICO (camadas aderidas) PINTO (2016) 11,80

FONSECA (2013) após dimensionar a camada de reforço pelos dois métodos

supracitados, realizou uma verificação da vida útil do reforço, pelo programa SisPav, e

concluiu que as soluções obtidas com os métodos do DNER PRO – 269/94 e DNER PRO -

HIPÓTESE CONFIABILIDADE ESPESSURA (cm) ÁREA TRINCADA

85% 10,10 19,71%

90% 10,20 17,24%

95% 10,20 17,81%

85% 11,70 19,58%

90% 11,90 18,38%

95% 11,80 19,85%

CAMADAS NÃO

ADERIDAS

CAMADAS ADERIDAS

93

11/79 não atenderiam a vida útil de projeto de 10 anos. Este fato pode ser observado também

na Tabela 5.16, onde as espessuras calculadas pelo método mecanístico-empírico, para a vida

útil de 10 anos, foram superiores às calculadas pelos métodos tradicionais homologados pelo

DNIT, cerca de 45% em relação ao método DNER PRO – 269/94, e 13% em relação ao

método DNER PRO – 11/79, considerando as camadas não aderidas. Em relação à espessura

obtida considerando as camadas aderidas o aumento foi cerca de 68% em relação ao método

DNER PRO – 269/94, e 31% em relação ao método DNER PRO – 11/79.

5.2. Análise de sensibilidade do programa SisPavBR

Como dito no item 3.2, a segunda parte deste trabalho consistiu em uma análise de

sensibilidade do programa SisPavBR, em termos de vida útil de projeto, quando algumas

características de projeto eram alteradas, como confiabilidade, área trincada admissível e

módulo de resiliência da camada asfáltica.

A estrutura de referência utilizada foi a do segmento homogêneo 106 (Figura 5.3)

composta por quatro camadas (revestimento, base, sub-base e subleito) com os módulos de

resiliência obtidos com o programa BackSisPav, procedimento descrito no item 5.1.1,

considerando as camadas não aderidas, com exceção do módulo da camada de revestimento

que é um dos parâmetros que será alterado para a análise de sensibilidade. Os materiais

adotados para as camadas de base, sub-base e subleito foram os mesmos selecionados para o

dimensionamento da camada de reforço, descritos nas tabelas 5.10 a 5.12. Para a camada de

revestimento o material adotado foi o CBUQ com CAP 30/45, e suas propriedades são

apresentadas na Tabela 5.8.

O volume de tráfego inserido no programa para a análise de sensibilidade também foi

o mesmo obtido para o dimensionamento da camada de reforço. O volume de tráfego e o

número N foram obtidos conforme descrito no item 4.2, sendo N = 5,04. 107. A taxa de

crescimento adotada para a vida útil de projeto foi de 3%, conforme explicado no item 4.2.3.

A Tabela 5.17 apresenta os resultados obtidos, em termos de vida útil, para as diversas

análises feitas no programa SisPavBR quando os parâmetros confiabilidade, área trincada

admissível e módulo de resiliência foram alterados.

Com os resultados obtidos foram feitas dois tipos de análises, na primeira, buscou-se

verificar qual seria o comportamento da estrutura, em termos de vida útil, quando o nível de

94

confiabilidade era mantido constante, variando-se apenas o percentual de área trincada

admissível. Os resultados obtidos são apresentados nas Figuras 5.5 a 5.8.

A segunda análise consistiu em verificar a variação na vida útil da estrutura,

mantendo-se fixo o módulo de resiliência da camada de revestimento e o percentual de área

trincada admissível, variando-se apenas o nível de confiabilidade. Os resultados são

apresentados nas Tabelas 5.19 a 5.22 e nas Figuras 5.9 a 5.12.

95

Tabela 5.17: Vida útil obtida para diferentes requisitos de projeto

CONFIABILIDADE ÁREA TRINCADAMÓDULO DE

RESILIÊNCIA (MPa)

VIDA ÚTIL

(meses)

20% 5000 64

20% 7500 61

20% 10000 71

20% 12500 81

30% 5000 77

30% 7500 78

30% 10000 87

30% 12500 92

40% 5000 86

40% 7500 93

40% 10000 100

40% 12500 102

20% 5000 56

20% 7500 55

20% 10000 64

20% 12500 74

30% 5000 69

30% 7500 66

30% 10000 75

30% 12500 84

40% 5000 78

40% 7500 79

40% 10000 88

40% 12500 92

20% 5000 54

20% 7500 53

20% 10000 62

20% 12500 73

30% 5000 67

30% 7500 64

30% 10000 73

30% 12500 83

40% 5000 76

40% 7500 76

40% 10000 85

40% 12500 91

20% 5000 52

20% 7500 52

20% 10000 61

20% 12500 71

30% 5000 65

30% 7500 61

30% 10000 71

30% 12500 81

40% 5000 74

40% 7500 73

40% 10000 82

40% 12500 88

95%

50%

85%

90%

96


confiabilidade de 50%



64 77

86

61

78

93

71

87

100

81

92

102

50556065707580859095

100105

15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

Vid

a ú

til (

me

ses)

Área trincada admissível

Confiabilidade: 50%

5000 MPa

7500 MPa

10000 MPa

12500 MPa

56

69 78

55

66

79

64

75

88

74

84

92

50556065707580859095

100105

15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

Vid

a ú

til (

me

ses)


Confiabilidade: 85%

5000 MPa

7500 MPa

10000 MPa

12500 MPa

97





Pela primeira análise, como pode ser observado nos gráficos das Figuras 5.5 a 5.8,

para todos os níveis de confiabilidade, a estrutura com o módulo de resiliência do

revestimento igual a 12500 MPa apresentou a maior vida útil para todos os valores de área

trincada admissível, seguida pela estrutura com o módulo de resiliência do revestimento igual

10000 MPa. Esse comportamento era esperado, uma vez que um maior módulo de resiliência

dificulta a formação de trincas no pavimento, e consequentemente, resulta em uma maior vida

54

67

76

53

64

76

62

73

85

73

83

91

50556065707580859095

100105

15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

Vid

a ú

til (

me

ses)


Confiabilidade: 90%

5000 MPa

7500 MPa

10000 MPa

12500 MPa

52

65

74

52 61

73 61

71

82

71

81

88

50556065707580859095

100105

15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

Vid

a ú

til (

me

ses)


Confiabiliade: 95%

5000 MPa

7500 MPa

10000 MPa

12500 MPa

98

útil. Entretanto, observa-se também que as retas que descrevem o comportamento dessa

estrutura para os valores de módulos supracitados possuem a tendência de se cruzarem para

valores de área trincada maiores do que os testados neste trabalho, e quanto menor a

confiabilidade mais acentuada é esta tendência.

Já o revestimento que possui módulo de resiliência igual a 5000 MPa apresentou uma

vida útil maior do que o revestimento que possui o módulo de resiliência igual a 7500 MPa

para todos os valores admissíveis de área trincada nos níveis de confiabilidade de 90% e 95%,

para os valores de área trincada igual a 10% e 20% para a confiabilidade de 85% e para o

valor de área trincada igual a 10% para o nível de confiabilidade de 50%, ou seja, a medida

que se aumenta a confiabilidade a estrutura que possui módulo de resiliência igual a 5000

MPa tende a apresentar uma vida útil maior do a estrutura com módulo igual a 7500 MPa,

para todos os valores de área trincada admissível.

Na Tabela 5.18 são apresentados os valores de coeficiente angular para as retas

apresentadas nas Figuras 5.5 a 5.8.

Tabela 5.18: Coeficiente angular para as retas de vida útil x área trincada para as

confiabilidades de 50%, 85%, 90% e 95%.

CONFIABILIDADEMÓDULO DE

RESILIÊNCIA (MPa)

COEFICIENTE

ANGULAR

5000 110,00

7500 160,00

10000 145,00

12500 105,00

5000 110,00

7500 120,00

10000 120,00

12500 90,00

5000 110,00

7500 115,00

10000 115,00

12500 90,00

5000 110,00

7500 105,00

10000 105,00

12500 85,00

50%

85%

90%

95%

99

Através da Tabela 5.18 é possível observar que para os revestimentos com módulos de

resiliência igual a 7500 MPa e 10000 MPa, as retas que descrevem a relação entre vida útil x

área trincada apresentaram os maiores coeficientes angulares para os níveis de confiabilidade

de 50%, 85% e 90%. Isso quer dizer que o programa apresenta uma maior sensibilidade nessa

faixa de módulo de resiliência, ou seja, uma pequena variação deste parâmetro acarreta em

uma maior variação da vida útil do pavimento.

Tabela 5.19: Análise da vida útil em relação a confiabilidade para um módulo de resiliência

igual a 5000 MPa

ÁREA TRINCADA CONFIABILIDADEVIDA ÚTIL

(meses)VARIAÇÃO

20% 50% 64 -

20% 85% 56 -12,5%

20% 90% 54 -3,6%

20% 95% 52 -3,7%

30% 50% 77 -

30% 85% 69 -10,4%

30% 90% 67 -2,9%

30% 95% 65 -3,0%

40% 50% 86 -

40% 85% 78 -9,3%

40% 90% 76 -2,6%

40% 95% 74 -2,6%

MÓDULO DE RESILIÊNCIA: 5000 MPa

100

Figura 5.9: Análise da vida útil em relação ao nível de confiabilidade para um revestimento

com módulo de resiliência igual a 5000 MPa


igual a 7500 MPa

64

56 54 52

77

69 67 65

86

78 76 74

50556065707580859095

100105

45% 55% 65% 75% 85% 95%

Vid

a ú

til (

me

ses)

Nível de confiabilidade

Modulo de resiliência: 5000MPa

20%

30%

40%


(meses)VARIAÇÃO

20% 50% 61 -

20% 85% 55 -9,8%

20% 90% 53 -3,6%

20% 95% 52 -1,9%

30% 50% 78 -

30% 85% 66 -15,4%

30% 90% 64 -3,0%

30% 95% 61 -4,7%

40% 50% 93 -

40% 85% 79 -15,1%

40% 90% 76 -3,8%

40% 95% 73 -3,9%


101




igual a 10000 MPa

61

55 53 52

78

66 64 61

93

79 76

73

50556065707580859095

100105

45% 55% 65% 75% 85% 95%

Vid

a ú

til (

me

ses)



20%

30%

40%


(meses)VARIAÇÃO

20% 50% 71 -

20% 85% 64 -9,9%

20% 90% 62 -3,1%

20% 95% 61 -1,6%

30% 50% 87 -

30% 85% 75 -13,8%

30% 90% 73 -2,7%

30% 95% 71 -2,7%

40% 50% 100 -

40% 85% 88 -12,0%

40% 90% 85 -3,4%

40% 95% 82 -3,5%


102




igual a 12500 MPa

71

64 62 61

87

75 73 71

100

88 85

82

50556065707580859095

100105

45% 55% 65% 75% 85% 95%

Vid

a ú

til (

me

ses)



20%

30%

40%


(meses)VARIAÇÃO

20% 50% 81 -

20% 85% 74 -8,6%

20% 90% 73 -1,4%

20% 95% 71 -2,7%

30% 50% 92 -

30% 85% 84 -8,7%

30% 90% 83 -1,2%

30% 95% 81 -2,4%

40% 50% 102 -

40% 85% 92 -9,8%

40% 90% 91 -1,1%

40% 95% 88 -3,3%


103



Pela segunda análise, apresentada nas Tabelas 5.14 a 5.17 e nas Figuras 5.9 a 5.12, foi

possível verificar que, em todos os casos, a estrutura do pavimento apresentava uma vida útil

maior à medida que aumentava a área trincada admissível. Observou-se também que o

programa apresentou uma sensibilidade maior quando o critério de ruptura alterou de 20%

para 30% de área trincada admissível, do que quando o critério de ruptura alterou de 30% para

40%.

No primeiro caso, a vida útil do pavimento aumentou 23% para o revestimento com

módulo de resiliência igual a 5000 MPa, 21,5% para o revestimento com módulo de

resiliência igual a 7500 MPa, 18,5% para o revestimento com módulo de resiliência igual a

10000 MPa e 13,7% para o revestimento com módulo de resiliência igual a 12500 MPa. Isso

indica que quanto maior o módulo de resiliência do pavimento, menor é o aumento na vida

útil quando o critério de ruptura passa de 20% para 30% de área trincada admissível.

No segundo caso, apesar de o programa ter apresentado uma sensibilidade menor em

relação ao primeiro caso, não foi observado uma relação entre o aumento da vida útil com o

módulo de resiliência da mistura. Houve um aumentou 13% para o revestimento com módulo

de resiliência igual a 5000 MPa, 19,3% para o revestimento com módulo de resiliência igual a

7500 MPa, 16% para o revestimento com módulo de resiliência igual a 10000 MPa e 9,6%

para o revestimento com módulo de resiliência igual a 12500 MPa

Também, foi possível verificar que para um mesmo percentual de área trincada

admissível, a vida útil da estrutura diminuiu à medida que o nível de confiabilidade aumentou.

81

74 73 71

92

84 83 81

102

92 91 88

50556065707580859095

100105

45% 55% 65% 75% 85% 95%

Vid

a ú

til (

me

ses)



20%

30%

40%

104

Nota-se que as curvas que descrevem a relação entre o nível de confiabilidade e a vida útil do

pavimento, em todos os casos, podem ser dividas em duas retas com coeficientes angulares

diferentes, a reta 1 compreende o trecho entre o nível de confiabilidade de 50% a 85%, sendo

a reta 2 o trecho entre o nível de confiabilidade de 85% a 95%. A Tabela 5.23 apresenta o

coeficiente angular das duas retas mencionadas anteriormente para cada percentual de área

trincada admissível para cada valor de módulo de resiliência do revestimento.

Tabela 5.23: Coeficientes angular das retas de vida útil x nível de confiabilidade

Pela Tabela 5.23 é possível observar que para um módulo de resiliência do

revestimento igual a 5000 MPa as três curvas apresentadas na Figura 5.9 são paralelas,

comportamento que não foi observado para os outros valores de módulos. Outro fato

importante é que para os valores de módulo iguais a 7500 MPa, 10000 MPa e 12500MPa, os

valores de coeficiente angular das retas que representam a curva de 20% de área trincada

admissível são maiores que os valores das retas que representam a curva de 30%, que por sua

vez são maiores que os valores das retas que representam a curva de 40%. Este fato confirma

a afirmação acima de que o método perde sensibilidade à medida que o critério de ruptura

aumenta.

Além disso, outro ponto evidenciado pela Tabela 5.21 é que, em todos os casos, a

declividade da reta 1 é menor que a da reta 2. Isso significa que para valores maiores de

confiabilidade (de 85% a 95%) o programa apresenta uma sensibilidade maior, ou seja, neste

MÓDULO DE

RESILIÊNCIA

(MPa)

ÁREA

TRINCADA

COEFICIENTE

ANGULAR DA RETA 1

(50% - 85%)

COEFICIENTE

ANGULAR DA RETA 2

(85% - 95%)

20% -22,85 -40,00

30% -22,85 -40,00

40% -22,85 -40,00

20% -40,00 -60,00

30% -34,28 -50,00

40% -17,14 -30,00

20% -34,28 -60,00

30% -34,28 -40,00

40% -20,00 -30,00

20% -28,57 -40,00

30% -22,85 -30,00

40% -20,00 -30,00

12500

5000

7500

10000

105

intervalo de confiabilidade, uma pequena variação deste parâmetro acarreta em uma maior

variação da vida útil do pavimento.

Vale ressaltar que toda está análise de sensibilidade foi realizada utilizando-se a

mesma curva de fadiga para todos os valores de módulo de resiliência, e segundo MEDINA e

MOTTA (2015), a curva de fadiga de uma mistura sofre influência do seu módulo de

resiliência. Os coeficientes desta curva são apresentados na Tabela 5.24. Desta forma, com o

intuito de avaliar o efeito da utilização de curvas de fadiga improprias, devido à ausência de

caracterização da mistura asfáltica, na vida útil de projeto, o autor do presente trabalho

realizou uma segunda análise de sensibilidade do SisPavBR v.2.1.5.0, porém, desta vez

utilizou-se apenas os valores de módulo de resiliência iguais a 5000 MPa e 12500 MPa.

Optou-se por utilizar estes dois valores de módulo, pois o programa contem em sua biblioteca

curvas de fadiga, obtidas em trechos experimentais localizados na Ilha do Fundão, para

misturas asfálticas com módulos muito próximos aos supracitados.

Tabela 5.24: Coeficientes da curva de fadiga da mistura adotada para análise de sensibilidade

do SisPAvBR

Curva de fadiga

Coeficiente de regressão (k1) 2,205.10-6



Para a mistura com o módulo igual a 5000 MPa foi adotada a curva de fadiga de

asfalto borracha RJ CAPFLEX B, seus coeficientes são apresentados na Tabela 5.25. Para a

mistura com módulo igual a 12500 MPa foi adotada a curva de fadiga concreto asfáltico RJ

CAP 30/45 #19,1 mm, seus coeficientes são apresentados na Tabela 5.26.

Tabela 5.25: Coeficientes da curva de fadiga do asfalto borracha RJ CAPFLEX B

Curva de fadiga



106

Tabela 5.26: Coeficientes da curva de fadiga do concreto asfáltico RJ CAP 30/45 #19,1 mm

Curva de fadiga



Na Tabela 5.27 são apresentados os resultados desta segunda análise de sensibilidade.

Tabela 5.27: Análise da vida útil do pavimento utilizando as curvas de fadiga RJ CAP 30/45

#19,1mm e RJ CAPFLEX B

Nota-se que utilizando as curvas de fadigas apropriadas para cada valor de módulo, a

estrutura inserida no programa atende a vida útil de projeto igual a 10 anos em todos os casos

analisados. Este resultado apresenta uma coerência maior com a realidade uma vez que, de

CONFIABILIDADEÁREA TRINCADA

ADMISSÍVEL

MÓDULO DE RESILIÊNCIA

(MPa)VIDA ÚTIL (meses)

20% 5000 120

20% 12500 120

30% 5000 120

30% 12500 120

40% 5000 120

40% 12500 120

20% 5000 120

20% 12500 120

30% 5000 120

30% 12500 120

40% 5000 120

40% 12500 120

20% 5000 120

20% 12500 120

30% 5000 120

30% 12500 120

40% 5000 120

40% 12500 120

20% 5000 120

20% 12500 120

30% 5000 120

30% 12500 120

40% 5000 120

40% 12500 120

50%

85%

95%

90%

107

acordo com a Tabela 4.19, o segmento homogêneo 106 foi classificado como ótimo através

do IGG. Dessa forma, se nas condições de campo, onde o revestimento asfáltico encontra-se

envelhecido, o segmento encontrava-se em ótimo estado, alterando-se o módulo de resiliência

da camada de revestimento para um valor compatível com o de uma camada nova, era

esperado que o pavimento atendesse a vida útil de projeto.

6. Conclusões

O presente estudo teve como objetivos: realizar a retroanálise de bacias

deflectométricas obtidas em campo com o auxílio do software BackSisPav, desenvolvido por

Filipe Franco; comparar os resultados com os obtidos por FONSECA (2013), que utilizou em

sua dissertação o programa Retroanálise, desenvolvido por FRANCO (2007); dimensionar a

camada de reforço do segmento homogêneo 106, localizado na BR-222/CE pelo método

mecanístico-empírico, com a ajuda do software SisPavBR; comparar as espessuras de reforço

obtidas neste trabalho com as obtidas por FONSECA (2013), que realizou o dimensionamento

pelos métodos DNER PRO-11/79 e DNER PRO-269/94; e por fim, realizar uma análise de

sensibilidade do programa SisPavBR quando parâmetros de projeto como, nível de

confiabilidade, percentual de área trincada admissível e módulo de resiliência da mistura

asfáltica eram alterados.

Ao fim deste trabalho, as conclusões às quais o autor chegou são listadas a seguir:

1) Na retroanálise de bacias deflectométricas, a condição de aderência entre as

camadas exerce grande influência nos resultados obtidos, principalmente nas

camadas de base e sub-base, onde os valores de módulos encontrados

considerando total aderência entre as camadas foram significativamente menores

dos que os obtidos considerando a não aderência.

2) Foi observado que, na condição de ausência de aderência entre as camadas, apesar

de se ter encontrado valores maiores de módulo de resiliência para as camadas de

base, sub-base e subleito, a relação entre os módulos das camadas foi

significativamente menor em todos os casos, exceto na relação entre o módulo da

sub-base e do subleito. Este fato é importante, pois a solução apresentada por

Burmister mostra que a razão entre os módulos das camadas é um fator importante

108

na deformabilidade da estrutura: quanto maior a razão entre os módulos de duas

camadas, menor será a deflexão nesta estrutura.

3) Apesar de serem programas distintos, os valores de módulo de resiliência

encontrados utilizando o BackSisPav e o Retroanálise foram muito próximos

quando a aderência total entre as camadas era considerada. Não foi possível

comparar os resultados obtidos considerando as camadas não aderidas, pois o

software Retroanálise não permitia que o usuário optasse por esta condição.

4) O dimensionamento da camada de reforço pelo método mecanístico-empírico

resultou em espessuras significativamente maiores do que as obtidas utilizando os

métodos empíricos homologados pelo DNIT, para todos os níveis de

confiabilidade.

5) Apesar da grande influência exercida pela condição de aderência no valor dos

módulos de resiliência retroanalisados, foi observado que a espessura

dimensionada de reforço teve influência significativamente menor da condição de

aderência. E a condição não aderida levou a espessura ligeiramente maior neste

caso, podendo ser considerada a favor da segurança.

6) A análise de sensibilidade do SisPavBR mostrou que um aumento no nível de

confiabilidade do projeto acarreta decréscimo da vida útil, sendo este decréscimo

mais acentuado no intervalo de 85% a 95% de confiabilidade.

7) O aumento no valor da área trincada admissível acarreta em um aumento na vida

útil de projeto. O SisPavBR apresentou sensibilidade maior quando o critério de

ruptura alterou de 20% para 30% de área trincada admissível, do que quando o

critério de ruptura alterou de 30% para 40%.

8) A análise de sensibilidade do SisPavBR permitiu concluir que a caracterização da

mistura asfáltica é extremamente importante para um dimensionamento mais

preciso da estrutura do pavimento, visto que a utilização de curvas de fadiga

genéricas pode levar a erros na estimativa da vida útil de projeto.

109

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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TRANSPORTATION OFFICIALS), Guide for design of pavement, Washington, EUA,

1993.

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COPPE/UFRJ. 1997.

Brasil. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Diretoria de

Planejamento e Pesquisa. Coordenação Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de

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CERATTI, J.A.P., Estudo do Comportamento a Fadiga de Solos Estabilizados com

Cimento para Utilização em Pavimentos. Tese de D.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro,

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COUTINHO, J. Dimensionamento de pavimento asfáltico: comparação do método do

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DER-SP (2006). Instrução de Projeto de Pavimentação IP-DE-P00/001. Instrução de

Projeto. São Paulo, SP, 2006.

ESPINOSA, V.R.P. Ensaios triaxiais de carga repetida de uma brita. Dissertação de

M.Sc., COPPE/UFRJ. 1987.

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