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ASSIS RODRIGUES ABBUD VILLELA

ESTUDO DE CAMADA DE BASE ASFLTICA DE MDULO ELEVADO PARA RESTAURAO DE RODOVIAS DE TRFEGO MUITO PESADO

So Paulo 2012

ASSIS RODRIGUES ABBUD VILLELA

ESTUDO DE CAMADA DE BASE ASFLTICA DE MDULO ELEVADO PARA RESTAURAO DE RODOVIAS DE TRFEGO MUITO PESADO

Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do Ttulo de Doutor em Engenharia

rea de Concentrao: Engenharia de Transportes

Orientadora: Professora Titular, Doutora Liedi Lgi Bariani Bernucci

So Paulo 2012

FICHA CATALOGRFICA

Villela, Assis Rodrigues Abbud

Estudo de camada de base asfltica de mdulo elevado para restaurao de rodovias de trfego muito pesado / A.R.A. Villela. -- So Paulo, 2012.

206 p.

Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia de Transportes.

1. Pavimentao 2. Pavimentao asfltica 3. Trfego rodovirio 4. Mdulos I. Universidade de So Paulo. Escola Politc-nica. Departamento de Engenharia de Transportes II. t.

Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sob responsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador. So Paulo, 15 de fevereiro de 2012. Assinatura do autor ____________________________

Assinatura do orientador _______________________

FICHA DE APROVAO ASSIS RODRIGUES ABBUD VILLELA ESTUDO DE CAMADA DE BASE ASFLTICA DE MDULO ELEVADO PARA RESTAURAO DE RODOVIAS DE TRFEGO MUITO PESADO Texto apresentado Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do Ttulo de Doutor rea de concentrao: Engenharia de Transportes Aprovado em: _____________________________________

BANCA EXAMINADORA

Professora Titular, Doutora Liedi Lgi Bariani Bernucci Escola Politcnica da Universidade de So Paulo (USP)

Professor Doutor Carlos Yukio Suzuki Escola Politcnica da Universidade de So Paulo (USP)

Professora Doutora Laura Maria Goretti da Motta Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ / COPPE)

Doutora Leni Figueiredo Mathias Leite Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Amrico Miguez de Mello (CENPES / Petrobras)

Professor Doutor Jorge Augusto Pereira Ceratti Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Ao Joo e Hel, pelos

incontveis desenhos que

criamos e colorimos juntos ao

longo do desenvolvimento

desta tese. Nossa geladeira

uma verdadeira galeria de arte!

Embora muito da produo de uma tese resulte de horas solitrias diante de folhas preenchidas ou a preencher, nada se faz sozinho. sempre no dilogo com os outros que se constroem as ideias e se realiza o trabalho. Agradecer-lhes reconhecer sua importncia em minhas realizaes. Por isso minha profunda gratido:

A Deus, pela graa da vida, pela sade, pelos dons e meios concedidos realizao e concluso de mais uma jornada.

Ao Joo e Hel pelo amor, respeito e pela presena, fundamentais em toda essa

minha trajetria. Sobretudo, por compreender minhas dificuldades e minhas ausncias, com constantes palavras de nimo e total confiana no meu sucesso. Fortalece-me o simples fato de saber que vocs existem em minha vida.

Ao meu pai Luiz (in memoriam) e a minha me Rosa Alice, que me incentivaram em

toda possvel curiosidade, na busca constante do conhecimento e na dedicao aos estudos. O que talvez vocs no tivessem adivinhado ou previsto que eu faria da curiosidade, do desejo de tudo conhecer, de experimentar toda novidade, um doce complemento de minha profisso. Aos meus irmos, Anthuza e Juliano, que me estimularam nesse longo perodo de estudo.

minha famlia (Abbud, Bruel, Gemin, Villela), o fato de saber que posso contar com

vocs me permite progredir constantemente no caminho que escolhi. Em diversos momentos da vida encontrei na famlia meu porto seguro, que se revelou imprescindvel mesmo quando teimei em achar o contrrio. tia Angelina que, dentre tantos conselhos e conversas prazerosas, ao redor de uma bela mesa de caf tipicamente mineira, teve a coragem de indicar um garoto de 18 anos de idade, que recm havia ingressado na engenharia, para lecionar aulas de matemtica. Sua generosidade e todo aquele aprendizado naqueles anos letivos resultaram nesta tese.

minha orientadora Professora Liedi, por permitir este convvio, uma das

experincias determinantes de minha formao acadmica, profissional e pessoal. Neste perodo, aprendi a confiar na racionalidade e ainda mais na capacidade de aprimoramento tcnico. Ao admir-la, mantenho a esperana de que a vida pode e deve ser mais leve e agradvel.

Ao Professor Suzuki, pela valiosa contribuio dada a esta tese, incentivando-me a

reformular o estudo paramtrico e presenteando-me com excelentes sugestes durante o exame de qualificao e, em outras oportunidades, em seu escritrio.

Professora Laura, pelo estmulo ainda nos primeiros anos de mestrado quando

visitava a COPPE. Nunca me esquecerei de sua generosidade em compartilhar os mais recentes artigos tcnicos, num tempo em que no eram disponibilizados pela internet. Por toda contribuio e pelo constante interesse no desenvolvimento de minha tese.

Doutora Leni, pela oportunidade de interlocuo, tendo aceitado participar da

banca examinadora desta tese e principalmente por ter viabilizado o CAP duro para execuo do Trecho Experimental.

Ao Professor Ceratti, pela arguio atenta e ricas sugestes oferecidas no exame de

qualificao. Saiba que suas contribuies so enriquecedoras, desde o tempo do mestrado.

Aos docentes do Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Transportes: Professor Balbo, Professor Hugo, pela competncia com que ministraram as disciplinas. Em especial ao Professor Quintanilha, pelas inmeras horas que generosamente concedeu-me para o auxilio a anlise estatstica desta tese.

amiga Elieni (in memoriam). No sou realmente capaz de expressar a sorte e

alegria de, contigo, ter convivido em tantos e significativos momentos. Mas, se aqui todos os agradecimentos sero necessariamente insuficientes, que essas palavras sirvam pelo menos para relembrar quo fantstico foi t-la conhecido.

amiga Mrcia Aps, por ter me recebido ainda nos tempos de IPT e acreditado nas

minhas intenes, no processo de trabalho e na construo de conhecimento que propus por meio do plano de trabalho ainda na fase embrionria desta tese. Amizade assim no se pode retribuir com palavras. Deixo somente o registro do meu mais total apreo, na certeza de que esta tese coroa este relacionamento fraternal.

Ao amigo Cludio Renato, companheiro de muitas reflexes e destinos, comparsa de

toda jornada para a execuo, madrugada adentro, do Trecho Experimental. Sem seu apoio, dezenas de situaes teriam sido difceis e, sem dvida, esta tese no seria a mesma.

Aos velhos amigos da poca da UFSC Cssio, Geralci, Renato e Rodolfo, que mesmo

distantes so para mim exemplos da amizade incondicional e perene. Floripa no mais a mesma!

Ao Laboratrio e seus mais do que inestimveis (e eternos) membros: Amanda, Ana,

Diomria, Edson Moura, Erasmo, Kamilla, Kendi, Manuela, Mary, Renato, Rosngela, Rosely, Srgio, Tiago. Sem vocs a tarefa de terminar este doutorado teria certamente passado de difcil a improvvel.

A Camila, Edson Silva, Luciana, Patrcia, Simone, e todo o pessoal da secretaria do

PTR. O trabalho de bastidores que vocs realizam pode ser, a muitos olhos, invisvel. Mas certamente s invisvel quando bem feito. E ele extremamente bem feito.

ANTT, pelos incentivos pesquisa por meio de Recursos de Desenvolvimento

Tecnolgico (RDT).

s empresas que colaboraram para a execuo e monitoramento do Trecho Experimental desta tese: CENPES, em nome de Leni e Luiz Nascimento; Cibermtrica, em nome de Rodrigo Barella; COPAVEL, em nome de Luciano e Rodrigo Vasconcelos; EPT, em nome de Ricardo Ishikawa; Grupo CCR, em nome de Barba, Bur, Dcio, Escudeiro e Paulo Rangel; LENC, em nome de Debora Targas e Joel; RACUM Tecnologia, em nome de Ronaldo Racum; SERVENG CIVILSAN, em nome de Adilson, Calil e Fred.

Enfim agradeo a todos que, mesmo que no soubessem, me fizeram fazer esta tese.

Nunca haver uma porta, e te achas dentro

e esse alcar abarca o universo

e no tem nem anverso, nem reverso,

nem muro externo, nem secreto centro.

No cuides que o rigor de teu caminho,

que tenazmente se bifurca em outro,

que tenazmente se bifurca em outro,

ter fim [...]

[Jorge Luis Borges, Labirinto]

i

RESUMO

A partir dos anos 1980, iniciou-se na Frana o uso de misturas asflticas de mdulo

elevado (EME - Enrob Module leve) em intervenes de pavimentos para a

restaurao de vias urbanas e de trechos de rodovias sujeitas a trfego pesado e

intenso. Estas experincias tiveram como principais finalidades reduzir a

deformabilidade e as espessuras das camadas do pavimento, elevando sua rigidez e

melhorando seu comportamento mecnico quanto deformao permanente e

vida de fadiga, em comparao com outros materiais convencionais. Com base nos

estudos paramtricos, esta pesquisa analisa as deflexes, tenses e deformaes

atuantes nas diversas camadas da estrutura de um pavimento, a fim de estudar o

comportamento de camadas de EME empregadas nos servios de restaurao. Desde

que sejam conhecidas as condies estruturais do pavimento existente e do futuro

trfego, pode-se definir rapidamente as caractersticas geomtricas e mecnicas das

misturas de EME a serem empregadas nas camadas sobrejacentes das restauraes

de pavimentos. So apresentados os ensaios laboratoriais com misturas de EME para

definio do projeto de mistura, comportamento mecnico, Prensa de Cisalhamento

Giratria (PCG - Presse Cisaillement Giratoire) e deformao permanente, cujos

resultados atenderam s especificaes tcnicas. Esta pesquisa conta com a

execuo de um Trecho Experimental na rodovia Presidente Dutra, localizado no

municpio de Jacare/SP, que sujeita a trfego pesado e intenso. Durante a sua

execuo, no foram verificadas dificuldades adicionais de usinagem e de execuo

em pista. Neste trecho composto de trs diferentes sees experimentais, variando-

se a espessura da camada de base de mdulo elevado, foi avaliado e comprovado o

bom comportamento estrutural do pavimento com mistura de EME como base

asfltica para restaurao do pavimento de rodovia com trfego muito pesado.

ii

ABSTRACT

Since 80s it has started in France the use of high modulus asphalt concrete (EME -

Enrob Module leve) in pavement interventions for the restoration of urban roads

and some sections of highways with heavy and high traffic. Those experiences had

the main purpose of reducing deformability and decreasing layers thicknesses of the

pavement, which could raise its strength and improve its mechanical behavior,

concerning rutting and fatigue life, in comparison to other conventional materials.

Based on a parametric studies, this research analyses deflections, tensions and

deformations that act in all pavement structure for studying the behavior of EME

layers in restorations. Since structural conditions of the existing pavement and the

future traffic are known, it can be rapidly defined the geometrical and mechanical

characteristics of EME mixtures for being used as wearing courses in pavement

restorations. Laboratory tests were carried out with EME in terms of mixture design,

mechanical behavior, French gyratory compaction (PCG - Presse Cisaillement

Giratoire) and rutting and the results were in compliance with technical

specifications. This research includes a trial section on Presidente Dutra highway in

Jacare city/SP, which is a heavy and high trafficked road. During the construction,

no additional difficulties in mixing and laydown operations were found. This test track

composed of three sections with different thicknesses of EME as a base layer was

evaluated, and proved the good structural behavior of EME mixture as an asphalt

base layer for pavement rehabilitation of a very high trafficked road.

iii

SUMRIO

1. CONSIDERAES INICIAIS 11

1.1. RELEVNCIA DA PESQUISA E CONTEXTUALIZAO DO PROBLEMA 11

1.2. ENQUADRAMENTO DA PESQUISA 12

1.3. DELIMITAES E PRESSUPOSTOS DA PESQUISA 13

1.4. HIPTESE 14

1.5. OBJETIVO 14

1.6. DESCRIO SUMRIA DOS CAPTULOS ESTRUTURA DO TRABALHO 15

2. MISTURAS ASFLTICAS DE MDULO ELEVADO (EME) 17

2.1. INTRODUO 17

2.2. CARACTERSTICAS DAS MISTURAS DE MDULO ELEVADO (EME) 20

2.3. EXPERINCIAS ANTERIORES COM PAVIMENTOS CONSTITUDOS DE

MISTURAS ASFLTICAS DE MDULO ELEVADO (EME) 26

2.3.1. Experincias Francesas 26

2.3.2. Experincias Espanholas 30

2.3.3. Experincia Sua 31

2.3.4. Experincias Portuguesas 32

2.3.5. Experincia Polonesa 34

2.3.6. Experincia Italiana 35

2.3.7. Experincias Brasileiras 36

3. TRECHO EXPERIMENTAL 45

3.1. LOCALIZAO DO TRECHO EXPERIMENTAL 45

3.2. CLIMA E TRFEGO ATUANTES NA REGIO DO TRECHO

EXPERIMENTAL 46

3.2.1. Clima Atuante na Regio do Trecho Experimental 46

3.2.2. Trfego Atuante na Regio do Trecho Experimental 48

3.2.3. Velocidades dos Veculos na Regio do Trecho Experimental 48

3.3. SONDAGENS NO TRECHO EXPERIMENTAL 50

3.4. DEFINIO DO TRECHO EXPERIMENTAL 54

3.5. ESTUDOS LABORATORIAIS 56

3.5.1. Distribuio Granulomtrica do EME 56

3.5.2. Caracterizao do Ligante do EME 56

3.5.3. Projeto da Mistura do EME 57

3.5.4. Propriedades Mecnicas do EME Deformao Permanente e

PCG 61

3.6. USINAGEM E EXECUO DO TRECHO EXPERIMENTAL 62

3.6.1. Usinagem do Trecho Experimental 62

3.6.2. Execuo do Trecho Experimental 66

3.6.2.1. Preparo da Superfcie 66

3.6.2.2. Distribuio e Compactao do EME 66

iv

3.6.2.3. Sistema de Drenagem 67

3.6.2.4. Controle da Execuo 67

3.6.2.5. Execuo da Camada de Rolamento 68

4. ESTUDOS PARAMTRICOS 69

4.1. ESTUDOS PARAMTRICOS ANTECEDENTES 69

4.2. ESTUDOS PARAMTRICOS PARA ESTRUTURAS DE PAVIMENTO

RESTAURADAS COM CAMADA DE BASE EM EME 71

4.2.1. Dimensionamento de Estruturas de Restaurao de

Pavimentos 71

4.2.2. Descrio das etapas para o Desenvolvimento do Estudo

Paramtrico 72

5. ANLISE DOS RESULTADOS 103

5.1. ANLISES MECANSTICAS 103

5.1.1. Levantamento Deflectomtrico 103

5.1.2. Anlise da Linearidade do Sistema Estrutural Multicamadas 106

5.1.3. Anlise das Medidas de Deflexes 111

5.1.3.1. Anlise das Medidas de Deflexes entre Sees

de Comportamentos Similares 111

5.1.3.2. Anlise das Medidas de Deflexes ao longo do

Trecho Experimental 117

5.1.4. Retroanlises dos Mdulos de resilincia das Camadas de

EME 119

5.2. AVALIAO DA CONCENTRAO DE DEFEITOS 125

5.3. AVALIAO ESTRUTURAL PELO DNER PRO-11/79 127

5.3.1. Modelos Propostos para Misturas Asflticas de Mdulo

Elevado (EME) 129

5.3.1.1. Fator de Reduo K de Deflexo para EME 129

5.3.1.2. Modelos Empricos para EME 132

6. CONCLUSES 138

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 143

ANEXOS 151

Modelos Desenvolvidos 153

Levantamentos Deflectomtricos 167

v

RELAO DE FIGURAS

Figura 2.1 Estruturas do pavimento para a temperatura de 15C e 10 Hz,

estudadas por QUINTERO (2011)

42

Figura 2.2 Estruturas do pavimento para a temperatura de 30C e 10 Hz,

estudadas por QUINTERO (2011)

43

Figura 3.1 Localizao do Trecho Experimental (imagem extrada no

Google Earth)

45

Figura 3.2 Localizao dos Sensores a lao indutivo para classificao e

identificao e identificao da velocidade dos veculos, km 170+360

49

Figura 3.3 Distribuio dos veculos em relao velocidade trafegada 49

Figura 3.4 Estaca 170+420: Grau de trincamento da superfcie do pavimento 51

Figura 3.5 Estaca 170+260: Grau de trincamento de superfcie do pavimento e

deficincia do dispositivo de drenagem

51

Figura 3.6 Estaca 170+260: Poo de Inspeo P05 e materiais extrados 51

Figura 3.7 Estaca 170+260: detalhe da camada de base contaminada 51

Figura 3.8 Perfil longitudinal com a estrutura do pavimento no local do Trecho

Experimental

53

Figura 3.9 Localizao de cada Seo do Trecho Experimental 55

Figura 3.10 Curva granulomtrica da mistura de EME estuda 57

Figura 3.11 Massa especfica aparente (g/cm) 60

Figura 3.12 Massa especfica terica (g/cm) 60

Figura 3.13 Volume de vazios (%) 60

Figura 3.14 Vazios do agregado mineral (%) 60

Figura 3.15 Relao betume/vazios (%) 60

Figura 3.16 Resistncia trao (MPa) 60

Figura 3.17 Aptido de compactao para o ensaio na Prensa de Cisalhamento

Giratria (PCG)

61

Figura 3.19 Deformao permanente em trilha de roda no simulador LCP 62

Figura 3.18 Usina Gravimtrica Jambeiro Serveng-Civilsan 63

Figura 3.19 Tela de controle das atividades da Usina Gravimtrica 63

Figura 3.20 Acabamento da superfcie de EME 68

Figura 4.1 Fluxograma de representao dos Estudos Paramtricos 73

Figura 4.2 Pavimento tipo com camadas de revestimento e EME como

restaurao

74

Figura 4.3 Desenho esquemtico da distribuio do carregamento para

simulao com FWD

76

Figura 4.4 Desenho esquemtico da distribuio do carregamento para

simulao com VBK

77

Figura 4.5 Anlise dos resduos para os Indicadores Estruturais e para os

Indicadores de Curvatura

92

Figura 4.6 Comparao dos modelos em funo MRREM e D0REM ante ao tEME

Retroanalisados

98

vi

Figura 4.7 Comparao dos modelos em funo MRREM e D0REM ante ao tEME

Retroanalisados

99

Figura 4.8 Comparao dos modelos em funo MRREM e D0REM ante ao VREM

Retroanalisados

99

Figura 4.9 Ajuste do modelo VREM em relao aos modelos em funo MRREM e

D0REM

101

Figura 5.1 Estgios dos levantamentos deflectomtricos 104

Figura 5.2 Distribuio das deflexes mximas (D0) e seus coeficientes de

determinao em cada seo experimental na Estrutura Primitiva

107

Figura 5.3 Distribuio dos valores de SCI e seus coeficientes de determinao

em cada seo experimental na Estrutura Primitiva

107


determinao em cada seo experimental no Fundo de Caixa Fresada

108


em cada seo experimental no Fundo da Caixa Fresada

108


determinao em cada seo experimental na Camada de EME

109


em cada seo experimental na Camada de EME

109


determinao em cada seo experimental no Topo do Revestimento

110


em cada seo experimental no Topo do Revestimento

110

Figura 5.10 Bacias de deflexes na seo de 140 mm de EME da pista

experimental, com intensidade de carregamento de 2,1 tf

112



113



113



114



114



115



115



116



116

Figura 5.19 Medidas de deflexo mxima ao longo do Trecho Experimental, nos

diversos Estgios

118

Figura 5.20 Mdulo de resilincia da Camada de EME, levantamento no Estgio 2

(final da obra do EME)

120

vii

Figura 5.21 Mdulo de resilincia da Camada de EME, levantamento no Estgio 3 120

Figura 5.22 Mdulo de resilincia da Camada de EME, levantamento no Estgio 4 121

Figura 5.23 Condio de saturao das camadas do pavimento 122

Figura 5.24 Execuo dos dispositivos de drenagem 122

Figura 5.25 Fator de reduo da deflexo K (PRO 11) 131

Figura 5.26 Potencial de reduo da espessura de reforo em EME (K = 27) em

comparao com o CBUQ convencional (K = 40)

134

Figura 5.27 Caractersticas geomtricas e mecnicas adotadas para a simulao 135

Figura 5.28 Valores da deflexo mxima e do mdulo de resilincia mnimo

admissveis no topo do remanescente, com seus graus de confiabilidade

136

viii

RELAO DE TABELAS

Tabela 2.1 Faixas Granulomtricas para a mistura de mdulo elevado adotadas

em camada de base em Portugal (JAE, 1998 e BRANCO et al, 2006)

22

Tabela 2.2 Caractersticas dos ligantes duros (CAP 10-20 e CAP 15-25) adaptada

de ECS (2006)

24

Tabela 2.3 Caractersticas das misturas de elevado mdulo (EME 1 e EME 2)

adaptada de AFNOR (1999) CORT e SERFASS (2000) e CORT (2001)

25

Tabela 2.4 Coeficientes estruturais de camadas novas, usadas na Frana para

dimensionamento de pavimentos de aeroportos (PARIZ et al, 1998)

29

Tabela 2.5 Coeficientes estruturais das novas misturas BBME e EME

determinados para dimensionamento de pavimentos de aeroportos na Frana

(PARIZ et al, 1998)

30

Tabela 2.6 Caractersticas mecnicas das misturas estudadas por MAGALHES

(2004)

36

Tabela 2.7 MR e RT das misturas estudadas por FREITAS (2007) 38

Tabela 3.1 Contribuio da precipitao (mm), ao longo das estaes do ano 46

Tabela 3.2 Contribuio da temperatura do ar (C), ao longo das estaes do ano 47

Tabela 3.3 Dados de trfego 48

Tabela 3.4 Localizao dos Poos de Inspeo 50

Tabela 3.5 Localizao das Sondagens Rotativas 52

Tabela 3.6 Constituio geral do Trecho Experimental 54

Tabela 3.7 Caracterizao do ligante fornecido pela Petrobras 58

Tabela 3.8 Caractersticas Tcnicas da Usina Jambeiro 64

Tabela 3.9 Valor dos mdulos de riqueza das amostras 65

Tabela 3.10 Espessuras de fresagem nas sees experimentais 66

Tabela 3.11 Temperatura ambiente na de execuo do trecho experimental 67

Tabela 4.1 Parmetros investigados nos estudos paramtricos antecedentes 70

Tabela 4.2 Parmetros considerados para o plano fatorial de modelagem 78

Tabela 4.3 Coeficientes e parmetros de anlises para indicadores estruturais da

VBK

82

Tabela 4.4 Coeficientes e parmetros de anlises para indicadores de curvatura

da VBK

82

ix

Tabela 4.5 Coeficientes e parmetros de anlises para indicadores estruturais do

FWD

83


do FWD

83

Tabela 4.7 Valores dos coeficientes de determinao (R) para cada modelo

85


para VBK, exceto Q

86


para FWD, exceto Q

87

Tabela 4.10 Valores de DOREM correspondentes a cada MRREM 87

Tabela 4.11 Coeficientes e parmetros de anlises para indicadores estruturais

da VBK

88


da VBK

88


da FWD

89


do FWD

89

Tabela 4.15 Comparativo dos coeficientes de determinao entre os indicadores

estruturais

90

Tabela 4.16 Comparativo dos coeficientes de determinao entre os indicadores

de curvatura

90

Tabela 4.17 Principais parmetros para controle dos Indicadores Estruturais (IE)

90

Tabela 4.18 Equaes de Correlao entre os Esforos Solicitantes e D0 e os

Indicadores de Curvatura, a partir dos estudos paramtricos em funo de MRREM

94

Tabela 4.19 Equaes de Correlao entre os Esforos Solicitantes e D0 e os

Indicadores de Curvatura, a partir dos estudos paramtricos em funo de D0REM

95

Tabela 5.1 Dia da Realizao do levantamento e respectivo Estgio 105

Tabela 5.2 Relao das faixas de valores deflectomtricos para os substratos

remanescentes

112

x

Tabela 5.3 Anlise de varincia dos MREME para os carregamentos do FWD

Estgio 2

124


Estgio 3

124


Estgio 4

125

Tabela 5.6 Evoluo da condio geral da superfcie do pavimento 126

Tabela 5.7 Solicitaes do trfego no Trecho Experimental 126

Tabela 5.8 Modelos empricos para EME, comparados com CBUQ e Asfalto

Borracha

133

Tabela 5.9 Valores da deflexo mxima e do mdulo de resilincia mnimo

admissveis para a estrutura remanescente atingir at DadmREV = 30 (10-2 mm)

136

11

1. CONSIDERAES INICIAIS

1.1. RELEVNCIA E CONTEXTUALIZAO DO PROBLEMA

O pavimento constitui parte de maior custo na infraestrutura de transportes

de uma rede rodoviria ou urbana, representando um patrimnio cujo

gerenciamento, manuteno e conservao adequados so vitais para a

minimizao do custo global envolvido no transporte.

Alm desse fato, verifica-se no Brasil uma oferta insuficiente de infraestrutura

de transporte rodovirio, tanto em extenso quanto na qualidade de suas

vias. A m conservao das rodovias impacta negativamente na economia do

Pas, alm de gerar um processo de antieconomia, ou seja, o volume

poupado em servios de manuteno no momento adequado resulta em

acrscimos em gastos futuros com obras de reconstruo e em custos

adicionais para os usurios (BARTHOLOMEU, 2006).

Desse modo, cabe pesquisa em pavimentao o desenvolvimento de

tecnologias que possibilitem a construo de rodovias com uma maior

durabilidade, proporcionando a postergao de intervenes de reabilitao e

a diminuio na frequncia de atividades de manuteno (NEVES FILHO,

2004).

Com base nessas evidncias, estabelece-se o seguinte questionamento como

motivao para o desenvolvimento desta tese: Pode-se desenvolver uma camada

de base capaz de compor uma estrutura de pavimento que resista s trincas por fadiga

e deformao permanente nas trilhas de roda, em um determinado perodo de vida

til, como estruturas convencionais de reconstruo e que seja de rpida execuo ?

12

1.2. ENQUADRAMENTO DA PESQUISA

Visando melhorar o desempenho mecnico e em contrapartida reduzir as espessuras

das camadas asflticas durante servios de recuperao de pavimentos urbanos e

restaurao de rodovias, foram desenvolvidas na Frana, na dcada de 80, as

chamadas misturas asflticas de mdulo elevado (EME1). Essas misturas apresentam

rigidez superior das misturas asflticas convencionais e se caracterizam pelo uso de

granulometria contnua e ligantes duros, com penetrao a 25C entre 10 e 20 (10-1

mm) e temperatura de amolecimento anel e bola 55C (BROSSEAUD, 2002).

As misturas asflticas de mdulo elevado (EME) so usadas nas camadas de base ou

de ligao e especificadas de acordo com a norma francesa

NF P 98-140 (AFNOR, 1999). So misturas asflticas com elevado desempenho e

durabilidade que permitem a reduo de at 25% de espessura nas camadas de

pavimento ante as constitudas com materiais convencionais (BROSSEAUD, 2002;

2006).

Pelo exposto, este trabalho busca trazer contribuies no estudo do comportamento

de misturas asflticas de EME, submetidas a trfego pesado e intenso executadas em

escala real. Outras pesquisas nacionais, descritas no captulo a seguir, abordaram

este mesmo tema sob o enfoque da anlise das caractersticas fsicas e mecnicas

em laboratrio (MAGALHES, 2004; FREITAS, 2007 e QUINTERO, 2011) ou da

avaliao de comportamento estrutural em pista teste submetida a carregamentos

acelerados com simulador de trfego (ROHDE, 2007).

Prope-se nesta pesquisa adaptar a tecnologia francesa de misturas asflticas de

EME para as condies brasileiras de dimensionamento, execuo e avaliao de

desempenho. Pretende-se ainda discutir, a partir do EME, uma nova tecnologia de

restaurao de pavimentos que propicie maior rigidez e que apresente bom

comportamento em relao vida fadiga alm de minimizar, o quanto possvel, os

1 Neste trabalho, optou-se por utilizar a sigla EME que comumente utilizada na literatura tcnica rodoviria para designar misturas asflticas de mdulo elevado, sendo suas iniciais derivadas da expresso francesa: enrob module lev.

13

transtornos para o usurio por meio de sua rpida execuo. Como assinala

BROSSEAUD (2002; 2006) ao utilizar ligantes de consistncia mais elevada, apesar

de teores relativamente maiores, em torno de 6%, e de misturas com baixos

volumes de vazios, na ordem de 3 a 6%, consegue-se manter um bom

comportamento em relao fadiga, possibilitando pavimentos de menores

espessuras e com caractersticas mecnicas superiores a de estruturas

convencionais.

1.3. DELIMITAES E PRESSUPOSTOS DA PESQUISA

Alguns pressupostos adotados na pesquisa so essenciais para a delimitao das

fronteiras do trabalho de investigao, tornando mais clara a formulao e

compreenso do objetivo desta tese.

Previamente, faz-se necessrio estabelecer que o objeto de estudo a mistura

asfltica de mdulo elevado (EME) com finalidade de restaurao, ou seja, como

parte integrante da estrutura de um pavimento remanescente deteriorado em

decorrncia da solicitao do trfego ao longo dos anos.

A base dos conceitos e tcnicas utilizadas nesta pesquisa so a associao e a

integrao entre quatro etapas fundamentais: [i] as caractersticas dos materiais que

compem a mistura de EME; [ii] a anlise do comportamento mecnico das

estruturas com camada de base em EME sob a ao das cargas do trfego, por meio

de processos mecansticos-empricos no desenvolvimento de estudos paramtricos;

[iii] as etapas e o processo de construo do Trecho Experimental e [iv] o seu

comportamento mecnico mensurado in situ.

14

1.4. HIPTESE

Tem-se como hiptese da pesquisa que a adoo de um cimento de asfltico de

petrleo (CAP) de baixa penetrao, a 25C, entre 10 e 20x10-1mm e temperatura de

ponto de amolecimento anel e bola 55C2, na composio de misturas asflticas

pode servir como contribuio para insero de mais uma tcnica dentre s

comumente utilizadas na pavimentao rodoviria brasileira para situaes de

estruturas de pavimento submetidas a trfego pesado e intenso.

Atualmente a fabricao deste CAP no Brasil est em estgio incipiente pelas

produtoras de ligantes asflticos, no representando ainda um volume significativo

de produo. Todavia, acredita-se ser propcia sua adoo em escala comercial no

Brasil por considerar que haver demanda nas vias de trfego pesado e intenso,

alm de ser uma alternativa para: aeroportos (pista de pouso e decolagem e de

taxiamento), terminais e corredores exclusivos de nibus, praas de pedgios,

balanas de controle de pesagem para veculos comerciais, ptios e estacionamentos

de manobras de veculos comerciais, em curvas de raios curtos que proporcionam

forte esforo tangencial e em vias com rampas acentuadas, principalmente, as

ascendentes.

1.5. OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo estudar a tecnologia francesa para execuo

de camada de base constituda de EME e adapt-la para as condies brasileiras a

fim de possibilitar a anlise de seu comportamento em laboratrio e em campo por

meio do Trecho Experimental submetido ao trfego real da rodovia Presidente Dutra

(BR-116), no estado de So Paulo.

2 As demais caractersticas do CAP duro bem como da mistura asfltica de mdulo elevado (EME) sero apresentadas no item 2.2 desta tese.

15

A partir do objetivo descrito, desdobram-se as etapas a serem cumpridas, que

envolvem:

Discutir por meio do estudo bibliogrfico e principalmente pela execuo de

Trecho Experimental as caractersticas dos materiais, o processo de produo

e a execuo da camada asfltica de EME;

Analisar as caractersticas e o funcionamento mecnico do pavimento

constitudo de camada de EME sob a influncia dos parmetros que podem

afetar o seu desempenho estrutural;

Avaliar as etapas e os processos para a construo do Trecho Experimental;

Analisar o comportamento de campo do Trecho Experimental; e,

Propor um conjunto de indicadores que contribua para a definio de uma

metodologia de dimensionamento de pavimento brasileiro para camada

asfltica de EME, considerando: faixa de valores de mdulo de resilincia

(MREME) e fator de reduo de deflexo estrutural3 (K) admissveis para

projeto de reforo.

1.6. DESCRIO SUMRIA DOS CAPTULOS ESTRUTURA DO TRABALHO

Alm deste primeiro captulo que apresentou a relevncia do tema, o enquadramento

temtico da tese, o objetivo da pesquisa e as etapas programadas para alcan-lo; a

tese ser dividida por mais cinco captulos apresentados conforme descrio sumria

a seguir:

O segundo captulo compreende a apresentao da literatura a respeito do tema,

incluindo informaes sobre o histrico de aplicaes de Misturas Asflticas de

Mdulo Elevado (EME) em diversos Pases, suas propriedades, os materiais

empregados, produo, execuo e ensaios de controle.

3 O fator de reduo de deflexo K preconizado pelo procedimento de restaurao de pavimentos DNER-PRO 011/79.

16

apresentada no terceiro captulo a descrio do Trecho Experimental,

contemplando suas caractersticas geomtricas, climticas e de trfego. A seleo e

caracterizao dos materiais utilizados para a produo da mistura de EME estudada,

a dosagem, o comportamento mecnico e ainda a execuo do trecho do Trecho

Experimental, so tambm abordados neste captulo.

No quarto captulo, so apresentadas as caractersticas e o funcionamento da

estrutura constituda de EME como camada de base na estrutura de pavimento, a

partir do estudo paramtrico desenvolvido nesta tese.

A anlise dos resultados dos levantamentos deflectomtricos, a partir de todos os

Estgios em que foram executados apresentada no quinto captulo.

Finalmente, no sexto captulo, so descritas as principais concluses acerca dos

estudos realizados que sintetizam as contribuies desta pesquisa, abordando

tambm as limitaes pertinentes ao trabalho desenvolvido, e sugerindo algumas

recomendaes para pesquisas futuras com a finalidade de aperfeioar os critrios

de projeto, a produo da mistura, o controle de campo e a avaliao de

desempenho do tipo de estrutura proposto na presente tese.

No conjunto de anexos so apresentados os modelos desenvolvidos e os

levantamentos executados em campo no Trecho Experimental.

17

2. MISTURAS ASFLTICAS DE MDULO ELEVADO (EME)

2.1. INTRODUO

O desenvolvimento das misturas asflticas de mdulo elevado (EME) se deu como

consequncia da crise do petrleo ocorrida na dcada de 1970. A crise do petrleo

estimulou a busca por solues que permitissem a reduo da quantidade de asfalto

e que mantivesse o mesmo desempenho das misturas tradicionais francesas. A

produo de ligantes duros (CAP 10/20) tinha como objetivo reduzir a espessura das

camadas de concreto asfltico por meio do aumento de sua rigidez (elevado mdulo

de deformabilidade), diminuindo assim a demanda por cimento asfltico (FEE, 2002).

Neste sentido, iniciou-se a execuo de misturas de EME como camada de base

sobre sub-bases granulares ou em base e sub-base de pavimentos a fim de garantir

um melhor desempenho da estrutura.

Mas foi a partir de 1980, na Frana, que as primeiras experincias com misturas

asflticas de mdulo elevado (EME) ocorreram, sendo estudada e desenvolvida uma

nova famlia de misturas asflticas para camadas estruturais de pavimentos

rodovirios, apresentando um comportamento superior s misturas tradicionalmente

usadas face aos mecanismos de runa considerados no dimensionamento:

trincamento por fadiga e deformao permanente (CAPITO, 2003).

Com dificuldades em empregar solues convencionais de manuteno de estruturas

em pavimento de rodovias submetidas a trfego elevado e intenso e em vias urbanas

(com restries altimtricas, em virtude s interferncias de redes de utilidade

pblica de abastecimento, limitaes de caladas e guias), os franceses propuseram

a adoo de mistura de EME, como camada de base em reforos com ou sem

fresagem ou escavao parcial do pavimento antigo, empregando camadas mais

esbeltas (CAROFF e CORT, 1994; CORT, 2001; BROSSEAUD, 2006).

18

Aps 1985, verificou-se o uso de misturas asflticas de mdulo elevado (EME) em

situaes nas quais as misturas betuminosas tradicionais no apresentavam

comportamento adequado. O CAP duro foi utilizado nas misturas com agregados de

baixa qualidade a fim de produzir misturas de bom desempenho. Na maioria dos

casos usaram-se estas misturas em camadas de base associadas a uma camada de

rolamento delgada sem funes estruturais, proporcionando assim uma reduo na

espessura total de camadas asflticas (VRHE et al, 1991; CORT 2001). Esta

reduo, proporcionada pela substituio de uma camada asfltica tradicional por

outra constituda de EME, permitiu uma considervel economia de materiais e de

tempo de construo dos pavimentos.

A partir de 1990, iniciou-se a aplicao de betumes duros, em geral modificados, no

desenvolvimento de misturas de mdulo elevado destinadas camada de rolamento

pelo fato de desempenharem um papel estrutural importante quanto resistncia

formao de trilha de roda. Nesse sentido, questionando-se sobre a necessidade da

utilizao das duas camadas com funes distintas, uma de base constituda de

mistura de EME e outra de rolamento, LESAGE (1993) e LESAGE et al (1993)

apresentaram uma mistura que proporcionasse as duas funes. Esta mistura

denominada concreto betuminoso de mdulo elevado na Frana de bton bitumineux

module lev (BBME) e especificada pela norma NF P 98-141 (AFNOR, 1992).

Segundo DELORME et al (1996), para o desenvolvimento destas novas concepes

de misturas com ligantes de baixa penetrao, foi necessrio no s um grande

nmero de ensaios de laboratrio, para a comparao entre o desempenho das

misturas tradicionais e das novas, mas tambm foram essenciais os testes destas

misturas no Simulador de Trfego Circular de Nantes, alm da observao de trechos

experimentais por 10 a 15 anos. Dessa forma, embora iniciado na dcada de 1980,

s em 1992 foi possvel propor uma primeira especificao francesa para misturas

asflticas de mdulo elevado (EME).

Com a finalidade de reduzir os riscos de deformao permanente o uso de misturas

asflticas de mdulo elevado (EME) tem sido frequentemente acompanhado pelo uso

19

de misturas asflticas delgadas descontnuas usinadas a quente (Bton Bitumineux

Trs Mince BBTM) como camada de rolamento com finalidade estritamente

funcional. O uso conjunto dessas solues, camada de rolamento delgada e mistura

de EME, tem mostrado as seguintes vantagens:

baixa porcentagem de vazios e alta rigidez das misturas de mdulo elevado

que fornece proteo para a camada subjacente quanto fadiga e

deformao permanente;

alta textura superficial do BBTM devido a sua granulometria descontnua que

proporciona elevada resistncia derrapagem.

As misturas de mdulo elevado foram normalizadas em outubro de 1992 pela AFNOR

com a denominao NF P 98-140 e em 1993 com a denominao NF P 98-141 para

as misturas do tipo EME e BBME respectivamente (CORT, 2001).

As misturas BBME eram utilizadas em menor escala em comparao com as misturas

EME at a dcada de 1993 (MARSOT, 1993). Existem algumas experincias com esse

tipo de mistura, como podem ser citados os trabalhos de GLITA et al (2000) e

JAMOIS et al (2002). Tambm na Frana (KOBISH et al, 1997; JAMOIS et al, 2000),

foram estudadas misturas ainda mais rgidas que as EME, denominadas misturas

asflticas de mdulo muito elevado (EMTE), utilizadas como camada de base e

constitudas de CAP mais consistentes, com penetraes a 25C inferiores a 10 x 10-1

mm.

Tanto as misturas de BBME quanto as de EMTE no fazem parte de objeto de estudo

deste trabalho.

Aps os estudos desenvolvidos para a avaliao do comportamento mecnico em

laboratrio, aplicao e desempenho em campo das misturas asflticas de mdulo

elevado (EME) na Frana, outros Pases tambm realizaram pesquisas com esta

tecnologia a fim de comprovarem as vantagens da tecnologia francesa nas condies

20

construtivas e de solicitao locais. No item 2.3 deste captulo, sero apresentadas

de forma sucinta algumas dessas experincias.

2.2. CARACTERSTICAS DAS MISTURAS DE MDULO ELEVADO (EME)

As misturas asflticas de mdulo elevado (EME) utilizadas na Frana so empregadas

em pavimentos asflticos de estrutura plena (do tipo full depth) ou estruturas mistas.

So tambm muito utilizadas na execuo de restaurao de pavimentos, ou seja,

com a presena de um substrato remanescente que, portanto, sofreu aes do

trfego ao longo de sua vida de servio.

A adoo desta tcnica pode ainda resultar em reduo da espessura final do

pavimento de 25%, resultando em economia de agregados e ligante asfltico

(SETRA, 1998 e RGRA, 2005).

Essas misturas so caracterizadas pelo uso de ligantes duros, granulometria contnua

e apresentam faixa de valores de mdulos de resilincia bem superiores aos

encontrados nas misturas convencionais. So misturas densas, de granulometria

contnua (30% a 35% passante na peneira de 2mm e 7% a 8% de fler) e possuindo

em sua formulao agregados com dimetro mximo de 10mm, 14mm ou 20mm.,

sendo aplicado em camadas variando de 60 a 150 mm de espessura. Possuem alto

teor de asfalto em torno de 6% (razo entre o peso do asfalto e o peso do

agregado), maior quando comparado ao concreto asfltico comumente utilizado. Na

Frana, o mais usual EME 0/14.

Quanto s caractersticas de deformabilidade das misturas asflticas de mdulo

elevado, o uso de um asfalto duro como ligante aumenta a rigidez da mistura

asfltica (CORT, 2001). Portanto, a dureza do CAP empregado confere elevado

mdulo de deformabilidade mistura asfltica permitindo, com igual espessura,

reduzir os esforos transmitidos ao subleito. Alm disso, o alto do teor de asfalto

possibilita o aumento da compacidade da mistura e da sua resistncia fadiga.

21

As misturas de mdulo elevado esto divididas em dois tipos de acordo com sua

aplicao seja para camada de ligao (binder) ou camada de base (enrob

module lev EME ) ou camada de rolamento (bton bitumineux module lev

BBME ). As normas NF P 98-140, estabelecida para EME e NF P 98-141, estabelecida

para BBME so frutos de mais de 10 anos de aplicao em obras e acompanhamento

do desempenho de trechos experimentais e anlises laboratoriais.

A mistura de EME divida em duas classes: EME 1 introduzida somente em 1988,

devido ao reduzido teor de asfalto, prximos das camadas de base tradicionais

francesas denominadas grave-bitume (GB), apresenta baixa durabilidade e

resistncia fadiga, sendo usada preferencialmente em camadas sujeitas

compresso; e o EME 2 correspondente a primeira gerao deste material, com

maior teor de ligante e apresentando maior durabilidade e resistncia a fadiga

(CORT, 2001).

A mistura de mdulo elevado conhecida como EME 2, associada a uma camada de

rolamento em concreto asfltico delgado (20 a 30 mm) constitui uma das tcnicas de

manuteno mais frequentes para os pavimentos de trfego pesado e intenso alm

da elevada resistncia a formao de afundamento de trilhas de roda e boa

manuteno da macrotextura (aderncia e rugosidade). Para conciliar duas

propriedades como a rigidez elevada (mdulo rigidez a 15C 10Hz maior que

14.000 MPa) e a resistncia elevada fadiga (6 130 def, EME2) necessrio,

alm de outras caractersticas4, usar um asfalto duro (baixa penetrao, a 25C,

entre 10 e 20x10-1mm e temperatura de ponto de amolecimento anel e bola

55C). Essa consistncia elevada permite uma dosagem relativamente alta em

ligante (em torno de 6%, para o EME2), sem que a resistncia afundamento de

trilhas de roda seja afetada, mesmo o material apresentando uma baixa

porcentagem de vazios, variando de 3 a 6% para o EME 2 (BROSSEUAD, 2002).

4 As demais caractersticas do CAP duro bem como da mistura asfltica de mdulo elevado (EME) sero apresentadas na Tabela 2.2 desta tese.

22

Segundo BROUSSEAUD (2002), nas normas francesas no existem faixas

granulomtricas a serem seguidas. Todo o projeto de dosagem da mistura baseado

no produto final a ser alcanado ou no desempenho requerido da mistura,

confirmado pelos ensaios mecnicos.

H, entretanto, nas normas portuguesas indicao da faixa granulomtrica que a

mistura de EME 0/205 deve se enquadrar (JAE, 1998 e BRANCO et. al., 2006).

Tabela 2.1 - Faixas Granulomtricas para a mistura de mdulo elevado adotadas em

camada de base em Portugal

(JAE, 1998 e BRANCO et al, 2006)

Abertura das malhas

das peneiras ASTM % passante

(mm) n Limite

superior Limite inferior

25 1" 100 100

19 3/4" 100 90

12,5 1/2" 90 70

9,5 3/8" 80 60

4,75 n 4 62 44

2,36 n 8 44 30

0,85 n 20 30 16

0,425 n 40 21 10

0,18 n 80 14 7

0,075 n 200 10 6

Quanto aos ligantes, embora as normas francesas no faam restries s suas

caractersticas, que tanto pode ser um ligante puro, modificado com polmeros ou

com aditivos (fibras), a dosagem mnima em asfalto fixada por meio do mdulo de

riqueza que representa uma espessura mnima de filme de asfalto sobre o agregado

(BROSSEAUD, 2002).

A partir da escolha de uma determinada curva granulomtrica, define-se o teor de

ligante em funo da superfcie especfica e do tipo de mistura a partir do mdulo de

riqueza k, conforme a equao 2.1:

5 BRANCO et. al. (2006) citam que, em Portugal, as misturas asflticas de mdulo elevado (EME) utilizadas na execuo de camadas de base de granulometria 0/20, como nas misturas convencionais.

23

5 kligantedeTeor (2.1)

Na equao 2.1,

k o mdulo de riqueza;

o coeficiente de correo em funo da densidade do agregado, segundo a

equao 2.2;

efD

65,2 (2.2)

Na equao 2.2,

Def a densidade efetiva da mistura de agregados;

a superfcie especfica calculada, segundo a equao 2.3;

fsSG 135123,225,0 (2.3)

Na equao 2.3,

G a porcentagem de agregados com dimetro superior a 6,3 mm;

S a porcentag em de agregados com dimetro entre 6,3 e 0,315 mm;

s a porcentagem de agregados com dimetro entre 0,315 e 0,075 mm;

f a porcentagem de agregados com dimetro inferior a 0,075 mm.

A partir da determinao do teor mnimo de ligante, espera-se que haja o

recobrimento total dos agregados e consequentemente maior durabilidade da

mistura.

Segundo SERFASS et. al. (1997) as misturas de mdulo elevado podem ser dividas

em duas categorias quanto ao mdulo de riqueza k:

24

misturas ricas: que tm mdulo de riqueza maior que 3,2; apresentando teor

de ligante entre 5,5% e 6,2% com excelente desempenho mecnico em

termos de rigidez, deformao permanente e vida de fadiga comprovada pelo

monitoramento de vrios trechos, desde 1992. Essas misturas apresentam

maior aptido compactao, menor porcentagem de vazios, maior

resistncia gua (ensaio Duriez), maior resistncia fadiga e pequena

diferena na resistncia deformao permanente em relao s misturas

pobres ou fracas;

misturas pobres ou fracas: com mdulo de riqueza entre 2,5 e 3,2;

apresentando teor de ligante entre 4,0% e 5,4%, foram extensivamente

desenvolvidas com propsitos essencialmente econmicos.

A Tabela 2.2, adaptada de ECS (2006), e a Tabela 2.3, adaptada de AFNOR (1999)

CORT e SERFASS (2000) e CORT (2001), apresentam as especificaes com os

desempenhos mecnicos mnimos e parmetros exigidos para o ligante duro e para

as misturas de alto mdulo utilizadas na Europa.

Tabela 2.2 Caractersticas dos ligantes duros (CAP 10-20 e CAP 15-25) adaptada de ECS (2006)

Parmetro Ligante duro

CAP 10-20 CAP 15-25

Penetrao a 25C, 5s, 100 g (10-1 mm) 10-20 15-25

Temperatura de ponto de amolecimento

anel e bola 60-76C 55-71C

Variao de massa, aps RTFOT, mxima

0,5% 0,5%

Penetrao retida, aps RTFOT, mnima 55% 55%

Aumento da temperatura de amolecimento aps RTFOT, mximo

10C 10C

ndice de penetrao antes do ensaio

(no ligante original) -1,5 a +0,7 -1,5 a +0,7

Viscosidade cinemtica a 135C, mnima 700 mm2/s 600 mm2/s

Temperatura de inflao, mnima 245 C 245 C

Solubilidade, mxima 99% 99%

25

Tabela 2.3 - Especificaes para misturas de elevado mdulo (EME 1 e EME 2) adaptada de AFNOR (1999) CORT e SERFASS (2000) e CORT (2001)

Parmetro EME 1 EME 2

Granulometria contnua contnua

Mdulo de riqueza (k) 2,5 3,3 3,4

Dimetro mximo 0/10 60 a 100 mm 0/10 60 a 100 mm

dos agregados (0/D) e 0/14 70 a 120 mm 0/14 70 a 120 mm

espessura das camadas 0/20 100 a 150 mm 0/20 100 a 150 mm

% Ligante, para 0/10 4,0 5,0 5,2 6,2

% Ligante, para 0/14 3,8 4,8 5,0 6,0

% Ligante, para 0/20 3,6 4,6 4,9 5,8

Nvel de compactao (%) 94 - 98 94 - 98

Ensaio Duriez

(18C) NF P 98-251-1 0,70 0,70

Deformao Permanente

(60C, 30.000 ciclos)

NF P 98-253-1

7,5%

(vazios entre 7 e 10%)

7,5%


Mdulo Rigidez

(15C, 10 Hz) MPa

NF P 98-280-2

14.000


14.000


Trao Direta

MPa NF P 98-260-1

14.000


14.000


Ensaio de Fadiga 6 (10-6)

(15C, 25 Hz), em 1 milho de

ciclos NF P 98-260-1

100 def


130 def


PCG Volume de vazios (%) 10 6

Alm da realizao de ensaios laboratoriais, que tem por finalidade simular as

condies de servio dos materiais de pavimentao, a caracterizao do

comportamento de pavimentos com EME foi feita tambm por meio da construo e

monitoramento de pistas experimentais. Outro procedimento habitual monitorar

trechos executados em estradas da rede viria. Em ambos os casos, o objetivo

fundamental caracterizar melhor o desempenho em servio dos materiais. No item

a seguir sero apresentadas de forma sucinta algumas dessas experincias.

26

2.3. EXPERINCIAS ANTERIORES COM PAVIMENTOS CONSTITUDOS COM

MISTURAS ASFLTICAS DE MDULO ELEVADO (EME)

Algumas experincias foram desenvolvidas com a execuo de estruturas de

pavimentos e submetendo-as a carregamentos simulados, outras com trecho de

pavimento executado em vias submetidas a trfego real. Em ambos os casos, sendo

avaliado o seu comportamento mecnico. Outras ainda foram desenvolvidas

estritamente com simulao de trfego laboratorial a fim de conhecer o

comportamento mecnico da mistura de EME em comparao com misturas

asflticas convencionais.

Apresentam-se a seguir algumas pesquisas que relatam as experincias na utilizao

de EME na Frana e em alguns outros Pases, inclusive no Brasil.

2.3.1. Experincias Francesas

VIVIER e DEGUINES (1986)

Tem-se como referncia em diversos outros estudos sobre misturas asflticas de

mdulo elevado a pesquisa de VIVIER e DEGUINES (1986).

Segundo essa pesquisa, o projeto previa originalmente um pavimento constitudo por

270 mm de camadas asflticas. A falta de material ptreo de boa qualidade na regio

e a abundncia de agregados aluvionares6 foram determinantes para a adoo de

EME. Assim, as camadas estruturais foram realizadas com misturas asflticas de

mdulo elevado proporcionando uma reduo significativa nos custos da obra em

decorrncia da diminuio da espessura das camadas do pavimento e, por haver

grande quantidade de seixo na regio, proporcionando reduo no custo transporte

do material e na sua produo.

6 Agregados aluvionares so materiais ptreos (seixos) transportados por guas correntes e, por conseqncia, submetidos eroso pluvial, sendo muitas vezes de forma arredondada.

27

LAUTIER et al (1991)

LAUTIER et al (1991) apresentam em seu trabalho a execuo de um trecho

constitudo de EME na RD 570, em Bouches-du-Rhne. O projeto em sua concepo

original previa a construo de uma camada de 700 mm de material britado assente

em geotxtil nos trechos de pavimento novo, e de 200 a 300 mm se colocada sobre

o pavimento existente; uma camada asfltica de 240 mm alm de uma camada de

rolamento em concreto asfltico com 60 mm de espessura.

A alternativa proposta manteve as camadas granulares, alterando apenas as

camadas asflticas para: 25 mm de rolamento; 120 mm de concreto betuminoso e

90 mm de EME. Tal alterao resultou em uma reduo na espessura total das

camadas asflticas superior a 20%, que apresentou um bom comportamento em

servio.

CORT et al (1994)

CORT et al (1994) estudaram a deformao permanente de camadas de rolamento

por meio do simulador de trfego circular do LCPC (Laboratoire Central des Ponts et

Chausses) e ensaios de laboratrio (simulador LPC e ensaios de creep esttico e

dinmico). Nesta pesquisa, foram estudadas misturas com 4 tipos diferentes de

ligantes, sendo 3 com mesma classe de penetrao 50/70: um convencional, outro

modificado por SBS e o Shell Multigrade (de baixa sensibilidade trmica); e um

ligante duro com penetrao 10/20.

As estruturas analisadas apresentaram as mesmas espessuras e caractersticas para

todas as camadas, exceto a composta pelo ligante duro, que alm de 80 mm de

mistura como as demais, apresentava tambm um revestimento de 25 mm de

camada asfltica constituda de ligante modificado por SBS. Aps 202.000 ciclos de

carregamento no simulador circular, as maiores deformaes encontradas,

superiores a 12 mm, ocorreram nas misturas com o ligante convencional 50/70, no

28

modificado por SBS e no Shell Multigrade variaram de 5 e 7mm e enquanto que as

menores, de 3 a 5 mm, ocorreram com o ligante duro.

SETRA (1997)

Segundo a SETRA (1997), foi desenvolvida na Frana uma avaliao de desempenho

de 47 trechos de pavimentos construdos no incio dos anos oitenta com idades de 2

a 14 anos. Nesta pesquisa as misturas asflticas de mdulo elevado (EME)

demonstraram-se bem sucedidas. Os trechos foram implantados em rodovias

francesas, do tipo autoestradas e vias urbanas expressas, compreendendo diversas

faixas de volumes trfego com idades distintas. As extenses dos trechos

experimentais variaram entre menor que 1 km (21 trechos), entre 1 e 5 km (19

trechos) e maior que 5 km (7 trechos).

Os trechos estudados foram distribudos entre trechos novos e restaurados, sendo a

maioria (36 trechos) executada com uma camada de rolamento do tipo concreto

betuminoso delgado ou muito delgado (BBM ou BBTM). Este estudo conclui que os

trechos com idade entre 2 e 6 anos no apresentaram degradao nem fissuras

incipientes; os trechos com idade entre 6 e 10 anos apresentaram certa

porcentagem de fissuras, porm de baixa a moderada severidade; e, os trechos com

mais de 10 anos apresentaram uma tendncia similar sem, no entanto, requererem

intervenes de restaurao significativas. Nenhum dos trechos deste estudo

apresentou necessidade de reconstruo.

PARIZ et al (1998)

PARIZ et al (1998) descrevem o estudo que permitiu o emprego de misturas de

mdulo elevado em aeroportos franceses, com a introduo do coeficiente de

equivalncia estrutural (CE) deste material em relao aos tradicionais. Esta

pesquisa teve como motivao o mtodo de dimensionamento de pavimentos de

aeroportos usado pelos franceses para aeroportos que, naquela poca, baseava-se

29

no mtodo do CBR, que tem como princpio calcular uma estrutura equivalente total

em termos de camada granular.

Para dividir a espessura total do pavimento em camadas de materiais diferentes,

segundo o mtodo do CBR, preciso trabalhar com o conceito de coeficiente de

equivalncia estrutural. Os coeficientes de equivalncia estrutural comumente

utilizados naquela poca na Frana, para os materiais novos de uso em aeroportos

so apresentados na Tabela 2.4.

Tabela 2.4 Coeficientes estruturais de camadas novas, adotadas na Frana para

dimensionamento de pavimentos de

aeroportos (PARIZ et al, 1998)

Material Coeficiente

estrutural (CE)

Concreto Betuminoso Usinado

a Quente (CBUQ) 2,00

Agregado Betume (Grave

Bitume - GR) 1,50

Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC)

1,50

Agregado Emulso (AE) 1,20

Brita Graduada Simples (BGS) 1,00

Areia Tratada com Cimento (ATC)

0,75

Bica Corrida (BC) 0,50

Na determinao de cada coeficiente de equivalncia estrutural para o BBME e para

o EME, foram executados trechos experimentais com estes materiais e com os

convencionais. Estes trechos foram solicitados por carregamentos em servio

variando de 18tf a 24tf. Com estes experimentos foram obtidos os coeficientes de

equivalncia mostrados na Tabela 2.5. Tais valores foram verificados por meio do

programa computacional ALIZ.

30

Tabela 2.5 Coeficientes estruturais das misturas BBME e EME, determinados para dimensionamento de pavimentos

de aeroportos na Frana (PARIZ et al, 1998)

Material Coeficiente de

equivalncia (CE) Tipo de camada

Concreto Asfltico de

Mdulo Elevado (BBME) classe 1

(NF 98-141)

2,50 rolamento

Mistura Asfltica de Mdulo Elevado

(EME) classe 2 (NF P 98-140)

1,90 base

2.3.2. Experincias Espanholas

ROCHA (1992)

Na Espanha, o interesse por materiais de alto desempenho surgiu no final dos anos

1980. ROCHA (1992) apresenta a experincia realizada na Espanha, onde foram

executados trechos experimentais a fim de estudar uma estrutura alternativa com

mistura asfltica de mdulo elevado e investigar seu comportamento em servio. Foi

executada parte destes trechos com misturas asflticas convencionais cujas

espessuras foram definidas no projeto original e outra construda com EME e

sofrendo redues de espessura variando cerca de 0 a 40%.

Os resultados de trs levantamentos deflectomtricos nos trechos experimentais

mostraram aceitveis redues de espessura em at 25% em relao s misturas

convencionais. Obtiveram-se deflexes mais elevadas nos trechos realizados com

EME nos casos onde a reduo de espessura foi superior a 30%.

VAL MELS (1996)

VAL MELS (1996) apresenta os resultados de um estudo desenvolvido sobre

camadas de base constitudas de misturas asflticas de mdulo elevado entre 1991 e

1993 na Universidade Politcnica de Madri, com a finalidade de adaptar o uso destes

materiais realidade espanhola. Nesta pesquisa, foram dosadas misturas segundo o

31

mtodo Marshall utilizando quatro tipos de ligante asfltico com penetraes a 25C

variando entre 21 e 29 10-1 mm.

Ainda descrito pelo autor que, a partir de 1992, foram executados na Espanha

alguns trechos experimentais empregando camadas de base de misturas asflticas

de mdulo elevado (EME), tanto em pavimentos novos quanto em reforo de

pavimentos antigos em rodovias com baixo volume de trfego (< 300 veculos

pesados, por dia, por faixa).

De acordo com a experincia espanhola, VAL MELS (1996) indica valores de 175 a

185C no final da operao da mistura. Durante a compactao a temperatura

mnima deve variar entre 140C e 150C. A compactao combina normalmente

rolos vibratrios e de pneus e pode ser mais simples devido ao alto teor de ligante

proporcionar um efeito lubrificante. Em geral, as espessuras das camadas de mistura

de mdulo elevado variam entre 80 e 160 mm, sendo aconselhvel executar em

duas camadas quando exceder 130 mm.

2.3.3. Experincia Sua

PERRET et al (2004)

Na Sua, anteriormente introduo das misturas asflticas de mdulo elevado nas

especificaes para pavimentao, um projeto experimental foi desenvolvido com a

construo de trs trechos experimentais solicitados por um simulador de trfego a

fim de avaliar o comportamento dos materiais sob diferentes carregamentos e

temperaturas (PERRET et al, 2004).

Dois trechos incluram em sua estrutura EME classe 1 e 2 nas camadas de base,

seguindo as especificaes francesas. O terceiro trecho, de referncia, foi executado

com base asfltica seguindo as recomendaes locais. Os trs trechos avaliados

foram projetados para apresentar resistncias fadiga equivalentes.

32

A partir da avaliao do desempenho das estruturas para diferentes tipos de

carregamento em diferentes temperaturas, concluiu-se que a mistura do tipo EME

classe 1 avaliada no proporcionou reduo significativa na espessura das camadas

de base de pavimentos, enquanto que a mistura EME classe 2 permitiu reduo de

30% em relao mistura convencional.

2.3.4. Experincias Portuguesas

PAUL e SOUZA (1999)

PAUL e SOUZA (1999) apresentam os resultados de um experimento com uma

mistura asfltica de mdulo elevado projetada para a recuperao de uma rodovia

portuguesa denominada EN-106 com um trfego mdio dirio estimado em 2.000

veculos comerciais. O pavimento original tem uma estrutura constituda por 180 mm

de camada asfltica e 120 mm de macadame hidrulico assente sobre solos com CBR

da ordem de 12%.

Nesta pesquisa, a soluo para recuperao previa a fresagem de 160 mm e

recomposio com uma mistura de mdulo elevado e posterior recapeamento com

uma camada de desgaste convencional com 60 mm de espessura.

A dosagem volumtrica da mistura foi efetuada a partir do mtodo Marshall tomando

como referncia alguns parmetros de dosagem para a mistura EME 2 (0/20), tais

como: mdulo de riqueza maior que 3,4 e vazios menor que 6%.

O teor de projeto adotado foi de 5,5%. Os resultados de mdulo de resilincia e de

fadiga foram obtidos por meio de ensaio de dois cutelos. Este ensaio foi realizado

deformao controlada com temperatura de ensaio de 23C e uma frequncia de

10 Hz que, segundo os autores, corresponde a uma velocidade estimada de 60 km/h

dos veculos comerciais.

33

Como resultados obtiveram-se que, para o teor de 4,5% de ligante, o mdulo de

resilincia foi de 19.532 MPa; para 5,0%, foi de 17.405 MPa e; para 5,5%, foi de

16.811 MPa. As curvas de fadiga apresentam valores de deformaes inferiores aos

admissveis, comprovando o bom desempenho.

CAPITO (2003)

A pesquisa desenvolvida por CAPITO (2003) teve como objetivo avaliar e modelar o

comportamento mecnico de misturas asflticas de mdulo elevado a partir de

ensaios capazes de representar as condies climticas portuguesas. O estudo

buscou ainda apresentar indicadores de desempenho a fim de permitir o

desenvolvimento de especificaes tcnicas locais para misturas asflticas de mdulo

elevado.

Na pesquisa, foi executado um trecho experimental de restaurao com 16 km de

extenso na rodovia EM-14, constitudo de camada estrutural de mistura asfltica de

mdulo elevado de 160 mm de espessura. A partir da avaliao de caractersticas

volumtricas e de propriedades mecnicas, foram definidas duas misturas de

agregados diferentes: uma com 2% de fler calcrio (mistura A) e outra com 5% de

fler calcrio (mistura B), cada uma delas fabricada com trs teores diferentes de

ligante (4,8; 5,3 e 5,8%).

Foram executados trechos experimentais aplicando dois nveis de compactao

diferentes para cada uma das seis composies estudadas: N1 e N2,

correspondentes a 30 passagens (20 com rolo de pneus e 10 com rolo de chapa) e

22 passagens (16 com rolo de pneus e 6 com rolo de chapa) do equipamento

compactador, respectivamente.

Aps a construo dos trechos experimentais, foram recolhidos corpos-de-prova

cilndricos e retangulares, de cada uma das doze composies volumtricas em

anlise, para a realizao de estudo laboratorial das caractersticas de

deformabilidade e da resistncia fadiga das misturas.

34

Foram realizados ensaios de flexo de cargas repetidas em corpos-de-prova

prismticos, ensaios em simulador de trfego do tipo LCPC e ensaios de compresso

uniaxial de cargas repetidas em corpos-de-prova cilndricos. Alm das amostras

extradas dos trechos experimentais, foram tambm ensaiadas amostras moldadas

em laboratrio.

A partir dos resultados obtidos, foram propostos modelos de previso para as

caractersticas de deformabilidade das misturas asflticas de mdulo elevado EME,

em funo das condies de solicitao, e dos parmetros de composio das

misturas. Em relao resistncia fadiga e deformao permanente, chegou-se a

um conjunto de modelos que permite estimar alguns indicadores de comportamento,

para situaes de solicitao previsveis no territrio portugus. Estes parmetros

podem ser adotados para estabelecer critrios de dosagem e elaborar especificaes

tcnicas relativas s misturas asflticas de mdulo elevado (EME).

2.3.5. Experincia Polonesa

BROSSEAUD et al (2003)

Na Polnia, um estudo em conjunto entre o Laboratrio de Estradas de Poznan e o

LCPC avaliou a possibilidade de empregar a soluo de restaurao constituda de

BBTM como camada de rolamento, sobre uma camada de EME (BROSSEAUD et al,

2003)

Durante os ensaios laboratoriais, foi avaliada uma mistura EME empregando um

ligante com penetrao a 25C de 25 10-1 mm e ponto de amolecimento anel e

bola de 58C. A dosagem Marshall resultou em uma mistura com 5,3% de ligante e

volume de vazios de 3,7%; a estabilidade e a fluncia medidas a 60C foram de

14kN e 4 mm, respectivamente. De posse da mistura projetada, foi executado um

trecho experimental composto por 120 mm de EME e 30 mm de BBTM.

35

Os autores concluram que estruturas de pavimento constitudas de camadas

asflticas com EME e BBTM como camada de rolamento pode resultar na

modernizao dos projetos de pavimentos novos e de reforos estruturais,

proporcionando maior segurana e conforto aos usurios das rodovias.

2.3.6. Experincia Italiana

MONTEPARA e TEBALDI (1999)

MONTEPARA e TEBALDI (1999) apresentam os resultados de uma pesquisa que

avaliou o desempenho de misturas asflticas de mdulo elevado (EME) para

aplicao em rodovias italianas em substituio s camadas de base cimentada.

Foram preparadas quatro misturas moldadas com o compactador Marshall e com o

compactador giratrio, variando-se o teor de polmero SBS, sendo que nenhum dos

ligantes adotados na pesquisa apresentou penetrao dentro dos parmetros

estabelecidos nas normas francesas para elaborao de misturas asflticas de

mdulo elevado. Os valores de penetrao variaram de 34 a 57x10-1mm,

temperatura anel e bola de 75,4 a 82,6C e com viscosidade a 60C de 1730 a 825

Pa.s. Os teores de betume foram da faixa de 4,1 e 4,8%.

As misturas foram executadas em trechos experimentais na pista sul da Autostrada

del Brennero A22, com um trfego mdio dirio correspondente 21.374 veculos

comerciais, no ano de 1997. A estrutura executada foi de 50 mm de camada asfltica

de rolamento, 50 mm de camada asfltica convencional, 180 mm de base com

mistura asfltica de mdulo elevado e uma manta de geotxtil sobre uma sub-base

de agregado bem graduado com 350 mm.

As misturas preparadas com o compactador giratrio apresentaram caractersticas

mecnicas muito semelhantes das amostras extradas do trecho experimental,

diferentemente daquelas preparadas com o compactador Marshall.

36

Os autores concluram que as misturas asflticas de EME ensaiadas apresentaram

uma resistncia fadiga trs vezes maior do que as misturas convencionais por eles

utilizadas.

2.3.7. Experincias Brasileiras

At ento, no Brasil, foram desenvolvidas as seguintes pesquisas envolvendo

misturas asflticas de mdulo elevado (EME):

MAGALHES (2004) dissertao de mestrado desenvolvida na COPPE, Rio

de Janeiro;

FREITAS (2007) dissertao de mestrado desenvolvida na COPPE, Rio de

Janeiro;

ROHDE (2007) tese de doutorado desenvolvida na UFRGS, Rio Grande do

Sul;

QUINTERO (2011) dissertao de mestrado desenvolvida na UFSC, Santa

Catarina, e,

MOTTA et al (2011) pesquisa em desenvolvimento na COPPE, Rio de

Janeiro.

MAGALHES (2004)

MAGALHES (2004) comparou duas misturas asflticas de mdulo elevado com

ligante modificado por EVA (AMP EVA) e um resduo asfltico de petrleo (RASF) e

uma mistura com CAP 20, preparadas com agregado de natureza mineral grantica.

As misturas preparadas com ligantes especiais apresentaram mdulo de resilincia

at trs vezes maiores que a mistura convencional. A Tabela 2.6 apresenta os

valores de mdulo de resilincia (MR), resistncia trao (RT) e da relao MR/RT.

Tabela 2.6 - Caractersticas mecnicas das misturas estudadas por MAGALHES (2004)

Mistura MR 25C (MPa) RT 25C (MPa) MR / RT

CAP 20 6603 1,58 4183

AMP EVA 10982 2,25 4874

RASF 16341 3,50 4676

37

O autor destaca ainda que as misturas asflticas de mdulo elevado preparadas com

ligantes especiais apresentaram excelente comportamento deformao

permanente, com afundamentos na trilha de roda em simulador do tipo LCPC entre 3

e 4,5%. Com base em curvas de fadiga e em anlises paramtricas, o autor conclui

que a mistura preparada com RASF apresentou desempenho superior quando

comparado com a mistura de AMP EVA, com relao vida de fadiga para um N

maior que 108.

A partir de uma anlise mecanstica, MAGALHES (2004) concluiu que as misturas

asflticas de mdulo elevado atendem aos valores crticos de diferena de tenses

quando aplicadas como camada de ligao apoiadas sobre camadas cimentadas com

espessuras em torno de 100 a 120 mm, devido a reduo das tenses de trao na

fibra inferior das misturas asflticas de mdulo elevado proporcionada pela camada

cimentada. Sobre camadas granulares de menor rigidez, por exemplo brita graduada,

a espessura mnima de mistura asfltica de mdulo elevado sugerida pelo autor

150 mm.

FREITAS (2007)

FREITAS (2007) estudou a possibilidade do uso de uma escria de aciaria como

agregado em misturas asflticas de mdulo elevado. A autora empregou uma nica

curva granulomtrica, constituda por 97% de escria e 3% de cal, e trs tipos de

ligantes (CAP 30/45, Resduo de Vcuo e CAP 30/45 com 4% de SASOBIT) para as

misturas em estudo. Foram dosadas misturas de referncia com a mesma

granulometria sem uso de escria FREITAS e MOTTA (2008). Todas as misturas

foram caracterizadas mecanicamente por meio de ensaios de mdulo de resilincia,

resistncia trao esttica por compresso diametral, fadiga por compresso

diametral tenso controlada e compresso axial esttica (creep esttico). A Tabela

2.7 apresenta o MR e a RT obtidos pela pesquisadora para as misturas com escria e

teor de ligante de projeto de 7% e com agregado convencional e 5% de ligante.

38

Tabela 2.7 - MR e RT das misturas estudadas por FREITAS (2007)

Ligante asfltico Escria Convencional

MR (MPa) RT (MPa) MR (MPa) RT (MPa)

Resduo de vcuo 8062 1,76 7121 1,62

CAP 30/45 + SASOBIT 9173 1,79 9080 1,89

CAP 30/45 8608 1,92 7082 1,68

A partir de resultados de estudos mecansticos utilizando o programa computacional

FEPAVE2, a autora concluiu que a utilizao de misturas asflticas de mdulo

elevado (EME) formuladas com escria de aciaria e CAP 30/45 + 4% de SASOBIT

pode resultar em pavimentos com espessuras de camadas mais esbeltas. O

desempenho mecnico das misturas com escria foi superior ao das misturas

produzidas com agregado convencional, embora com teor ligeiramente maior de

ligante.

ROHDE (2007)

Com o objetivo caracterizar misturas asflticas de mdulo elevado, ROHDE (2007)

desenvolveu sua tese empregando procedimentos laboratoriais e testes acelerados

por meio da utilizao do simulador de trfego da UFRGS.

No estudo laboratorial foram desenvolvidas misturas de mdulo elevado empregando

os ligantes RASF, AMP EVA e tambm foi utilizado um CAP 30/45 modificado por

1,2% de cido polifosfrico (PPA 30/45) no projeto de misturas asflticas de mdulo

elevado. Alm destes ligantes, como referncia, foi utilizado o CAP 50/70 puro.

Outra etapa foi dedicada ao projeto, execuo e monitoramento de uma seo

experimental com mistura asfltica de mdulo elevado submetida ao trfego imposto

pelo simulador linear UFRGS-DAER/RS.

39

Pelo fato de, naquela ocasio7, no serem produzidos em escala comercial ligantes

asflticos com as caractersticas necessrias para a formulao de EME (penetrao,

a 25C, entre 10 e 20x10-1 mm e temperatura de ponto de amolecimento anel e bola

entre 60 e 85C), esta pesquisa analisou materiais alternativos para garantir o

desempenho esperado. No desenvolvimento do projeto da mistura asfltica para a

execuo da pista experimental foram analisadas as seguintes possibilidades,

considerando-se o emprego de materiais em disponibilidade no Estado do Rio Grande

do Sul:

Um CAP 50/70 modificado por 2% de cido polifosfrico, modificado no

Laboratrio de Pavimentao da UFRGS, denominado PPA 50/70;

Um ligante asfltico modificado em escala laboratorial por asfaltita fornecido

pela Petrobras Distribuidora S. A., denominado CAPPLUS 106B; e,

Um resduo asfltico proveniente do beneficiamento do petrleo em torre de

vcuo, produzido na Refinaria Alberto Pasqualini, localizada na regio

metropolitana de Porto Alegre (Canoas/RS).

Para a dosagem da mistura asfltica empregando o ligante modificado por cido

polifosfrico (PPA 50/70) a composio granulomtrica foi avaliada, buscando

minimizar a utilizao de areia e cal hidratada. Foi constatada na pesquisa que,

tendo em vista o desempenho esperado para misturas asflticas de mdulo elevado,

a presena de cal hidratada resultou na reduo do efeito modificador proporcionado

pelo cido polifosfrico, revelando valores de mdulo de resilincia (MR) abaixo dos

preconizados na literatura internacional (MR > 10.000 MPa). Portanto, foi possvel

concluir que a utilizao de ligante modificado por este tipo de aditivo no

adequada em misturas asflticas contendo cal hidratada em sua composio. Neste

sentido, as misturas modificadas com ligante PPA 50/70 no foram satisfatrias e,

portanto, descartada sua utilizao na execuo da pista experimental.

7 At o momento, a produo do ligante consistente (ou com modificao para proporcionar seu endurecimento) encontra-se em estgio incipiente no Brasil, mas h um grande potencial para sua utilizao em larga escala, como relatado no item 1.4 desta tese.

40

A mistura asfltica dosada com CAPPLUS 106B foi considerada a soluo mais

adequada para a execuo da pista experimental, visto que os resultados alcanados

pela mistura formulada com RV foram superiores, porm a impossibilidade de

fornecimento do ligante por parte da Refinaria levou ao abandono da alternativa.

O concreto asfltico formulado com RV apresentou as caractersticas adequadas ao

emprego como mistura de mdulo elevado. A modificao do CAP 50/70

empregando cido polifosfrico (PPA) reduz a penetrao e eleva o ponto de

amolecimento do ligante, permitindo a formulao de material adequado utilizao

em misturas asflticas de mdulo elevado (EME).

A pista experimental projetada foi composta de dois subtrechos: um com 160 mm de

camada de racho; 120 mm de brita graduada simples; 120 mm de EME e o outro

manteve todas as camadas do pavimento da anterior alterando-se apenas a camada

de EME para 80 mm. Muito embora seja preconizada pela literatura tcnica

(BROUSSEAUD, 2002), uma mistura asfltica delgada a quente como camada de

rolamento, sobre a camada de mdulo elevado (EME) foi executada uma camada de

microrrevestimento asfltico a frio.

Durante o perodo de operao do simulador de trfego, foram aplicados inicialmente

100.000 ciclos de carga de 100 kN e presso de inflao dos pneumticos de 0,62

MPa (90 psi). Posteriormente, houve um incremento do carregamento e da presso

de inflao dos pneumticos para 120 kN e 0,69 MPa (100 psi), respectivamente. O

emprego de carregamento superior ao especificado para o eixo padro (82 kN)

objetivou acelerar a degradao da seo de teste.

Aps anlises estruturais efetuadas por meio de avaliaes deflectomtricas com viga

Benkelman (VBK) e Falling Weight Deflectometer (FWD), foi selecionada a regio da

trilha de roda externa do subtrechos constitudo de 80 mm de EME para os ensaios

acelerados. A escolha deste local ocorreu por ser a regio de melhor condio

estrutural dentre toda a rea da pista experimental.

41

Durante o perodo de operao do simulador de trfego, foi monitorada a evoluo

da degradao do pavimento da pista experimental com 80 mm de EME em funo

das solicitaes de carregamento impostas e a variao de parmetros ambientais

como temperatura do ar e precipitaes pluviomtricas.

Apesar de as deformaes mximas terem atingido 8 mm no final do experimento,

concluiu-se que as misturas modificadas para a formulao de EME tm melhor

desempenho que a mistura de referncia adotada (CAP 50/70 puro).

Ao final ROHDE (2007) cita que a execuo de misturas asflticas de mdulo elevado

(EME) em camadas estruturais de pavimentos poder contribuir para o aumento da

vida til das rodovias.

QUINTERO (2011)

A pesquisa de QUINTERO (2011) foi desenvolvida a partir da comparao de

desempenho laboratorial de duas misturas asflticas francesas, uma referente a uma

mistura denominada grave-bitume dosada com ligante convencional (CAP 30/45) e

outra mistura asfltica de mdulo elevado (EME) dosada com CAP de baixa

penetrao, a 25C, 10x10-1mm.

Na formulao das duas misturas asflticas, foram abordadas as caractersticas dos

materiais, as curvas granulomtricas e a descrio dos ensaios realizados em cada

nvel de formulao segundo a metodologia francesa (LCPC, 2007): verificao da

habilidade da mistura asfltica compacidade no ensaio de compactao por

cisalhamento giratrio PCG (AFNOR, 1999), a sensibilidade gua no ensaio de

Duriez (AFNOR, 1995), a resistncia deformao permanente (AFNOR, 1993a), o

mdulo complexo (AFNOR, 1992) e a resistncia fadiga (AFNOR, 1993b).

No ensaio de fadiga a 30C e 25 Hz, a deformao correspondente a 1 milho de

ciclos mudou de 240 def a 10C e 25 Hz para 173 def a 10C e 25 Hz, e

consequentemente as respectivas deformaes admissveis de 112,9 def para 82,5

42

def. Este fato apontou que a mistura asfltica de mdulo elevado possui

caractersticas mecnicas superiores, sendo pouco suscetvel variao de

temperatura.

A partir dos dados adquiridos no desempenho laboratorial, as duas misturas foram

combinadas em trs estruturas para o dimensionamento segundo as diretrizes da

metodologia francesa (SETRA-LCPC, 1994 e 1997). Tal dimensionamento foi

realizado com o programa ViscoRoute, considerando o modelo reolgico de Huet-

Sayegh. As estruturas adotadas esto indicadas na Figura 2.1.

Figura 2.1 - Estruturas do pavimento para a temperatura de 15C e 10 Hz, estudadas por QUINTERO (2011)

Para as trs primeiras estruturas de pavimento, considerando a deformao

admissvel para as misturas adotadas temperatura de 10C e 25Hz e temperatura

equivalente de 15C, no se encontrou variao significativa nas espessuras das

camadas.

A fim de analisar o efeito da temperatura no dimensionamento, alm das trs

estruturas, uma quarta foi dimensionada considerando para a mistura asfltica de

mdulo elevado o valor de deformao admissvel correspondente temperatura de

30C. A estrutura adotada apresentada na Figura 2.2.

43

Figura 2.2 Nova estrutura do pavimento para a temperatura de 30C e 10 Hz, estudadas por QUINTERO (2011)

Verificou-se nesta pesquisa, portanto, que a mistura de EME obteve comportamento

superior em relao grave-bitume, tanto nos ensaios laboratoriais realizados

quanto na comparao das estruturas de pavimento dimensionadas.

MOTTA et al (2011)

O objetivo desta pesquisa foi planejar e executar dois trechos experimentais8. Os

trechos foram executados prximos do km 57 da rodovia BR-040, entre os dias 10 a

13 de dezembro de 2010. O primeiro trecho experimental de referncia, executado

com mistura asfltica convencional (CAP 50/70)9, encontra-se entre as estacas

5649+10 m e 5659+000, com extenso de 190 m. O segundo, com mistura asfltica

de mdulo elevado (EME), encontra-se entre as estacas 5639+10 m e 5649+10 m,

com 200 m de extenso.

Aps a fresagem total do revestimento antigo de 110 mm de espessura, os dois

trechos foram executados em duas camadas asflticas: 60 mm (camada inferior) e

50 mm (camada superior), recompondo os 110 mm fresados. Essa remoo total do

revestimento asfltico antigo foi em decorrncia do elevado grau de trincamento

existente na superfcie do pavimento e das deflexes mximas mdias na ordem de

110x10-2 mm encontrados na estrutura primitiva (antes das intervenes previstas). 8 Esta pesquisa encontra-se ainda em desenvolvimento pela UFRJ/COPPE e por esta razo haver a execuo de um novo segmento com asfalto morno, alm do estudo do trfego visando previso do crescimento e pontos de interesse de mudana de Volume de Trfego Dirio para fins de dimensionamento dos pavimentos. 9 O CAP utilizado no trecho de referncia da rodovia BR-040 (CAP 50/70) difere do ligante utilizado no trecho de referncia desta tese (CAP 30/45), embora ambos sejam comumente utilizados nos servios de recuperao e restaurao no Brasil.

44

Embora enfatizassem que esta pesquisa encontra-se em fase insipiente e que, por

esta razo, seria prematuro traar concluses definitivas acerca do comportamento

dos trechos estudados, os autores apresentaram um balano das atividades

realizadas at aquele momento, com as seguintes consideraes:

Apesar do pouco tempo de exposio ao trfego (cerca de 2 meses), os dois

trechos experimentais apresentaram afundamentos de trilha de roda em 90%

das estacas avaliadas. Em ambos os trechos os valores de afundamentos de

trilha de roda variaram de 1 a 5 mm, embora os resultados no trecho de mdulo

elevado (EME) apresentassem em geral resultados menores que os do trecho de

mistura convencional, excetuando-se em dois pontos (estacas 5648 e 5649);

Os pontos levantados com pndulo britnico revelaram valores de resistncia

derrapagem (VRD) para a mistura asfltica de mdulo elevado (EME) entre

54 e 72, sendo classificados como rugosos a medianamente rugosos, assim

como o trecho experimental convencional, cujos valores apresentaram-se

ligeiramente mais baixos;

Nos levantamentos de macrotextura pde-se observar que a maior parte dos

resultados obtidos no levantamento do trecho de EME se enquadrou entre os

valores de HS de 0,81 e 1,20, que representa uma macrotextura grossa.

Entretanto, os valores encontrados no trecho convencional foram inferiores

aos da mistura de EME, em sua maior parte enquadrada na faixa de

classificao de macrotextura mdia, variando HS de 0,41

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