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Pavimentos Flexíveis

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2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
_______________________________________________________ 
 
O Desempenho dos Pavimentos 
Flexíveis 
_______________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Fernando Pugliero Gonçalves 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Novembro de 1999 
 
 3 
 
Índice 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................................................4 
2 - EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA APLICADA À PAVIMENTAÇÃO ...........................................6 
3 - PROJETO DE PAVIMENTOS............................................................................................................8 
3.1 - FATORES DE PROJETO..........................................................................................................................11 
3.2 - CONSIDERAÇÕES SOBRE O DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS .....................................11 
4. PAVIMENTOS FLEXÍVEIS EM CONCRETO ASFÁLTICO.......................................................15 
4.1 - FATORES QUE INFLUEM NO DESEMPENHO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS .................................................16 
4.2 - O COMPORTAMENTO DOS PAVIMENTOS FLEXÍVEIS ..............................................................................17 
4.3 - CONSIDERAÇÕES SOBRE AS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS...........................................................................24 
4.3 - ESTUDOS EXPERIMENTAIS ENVOLVENDO ENSAIOS ACELERADOS DE PAVIMENTOS...............................27 
4.4 - O DESEMPENHO DE MISTURAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS - ESTUDO DE CASOS ...................................39 
4.4.1 - Caso 1 - Estudo do desempenho de misturas porosas................................................................39 
4.4.2 - Caso 2 - Estudo experimental de misturas modificadas .............................................................44 
5 - MODELOS DE PREVISÃO DE DESEMPENHO...........................................................................48 
5.1 - MODELOS EMPÍRICOS ..........................................................................................................................49 
5.2 - MODELOS MECANÍSTICO-EMPÍRICOS....................................................................................................50 
5.3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA PARCIAL SOBRE MODELOS DE PREVISÃO DE DESEMPENHO ...........................54 
6 - O TRINCAMENTO DOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS.............................................................67 
6.1 - PRINCIPAIS CAUSAS DO TRINCAMENTO ................................................................................................67 
6.2 - PROPAGAÇÃO DAS TRINCAS.................................................................................................................68 
6.3 - CLASSIFICAÇÃO DAS TRINCAS..............................................................................................................70 
6.4 - CONSEQÜÊNCIAS DESFAVORÁVEIS DAS TRINCAS .................................................................................72 
6.5 - A REFLEXÃO DE TRINCAS ....................................................................................................................72 
6.6 - FADIGA DAS MISTURAS ASFÁLTICAS ....................................................................................................74 
6.6.1 - Fatores que influem na vida de fadiga das misturas asfálticas..................................................76 
6.7 - PREVISÃO DA OCORRÊNCIA DE TRINCAMENTO POR FADIGA ................................................................79 
7 - AFUNDAMENTOS EM TRILHA DE RODA................................................................................115 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................148 
 4 
 
1. Introdução 
 
A tarefa de se melhorar o desempenho dos pavimentos é uma atividade complexa e se 
constitui num desafio constante. Para vencê-lo, diversos programas de pesquisas vem 
sendo desenvolvidos ao longo do tempo em vários países. Dentre estes, atualmente, 
destacam-se a pesquisa Long Term Pavement Performance, as pesquisas envolvendo 
ensaios acelerados de pavimentos e o estabelecimento de especificações com base no 
desempenho. Esses estudos têm como objetivo comum propiciar aos responsáveis pelo 
processo de tomada de decisão e, aos técnicos rodoviários, informações e ferramentas 
capazes de auxiliá-los nas atividades de projeto e manutenção dos pavimentos, de modo 
que estes possam oferecer um bom desempenho ao longo de sua vida de serviço (relação 
custo-benefício, conforto ao rolamento e segurança do usuário). 
 
O controle dos mecanismos principais de deterioraração e o estabelecimento de modelos 
de previsão de desempenho dos pavimentos são atividades essenciais para a eficácia da 
gerência de uma determinada rede pavimentada. Entende-se por desempenho de um 
pavimento o grau com que o mesmo atende as funções que lhe são impostas ao longo de 
sua vida de serviço. A interpretação do desempenho oferecido por um determinado 
pavimento busca, identificar de maneira objetiva a sua condição atual e futura, 
possibilitando definir de forma racional as ações que compõe um Sistema de Gerência 
de Pavimentos. Nesse sentido, diversos órgãos rodoviários tem, ao longo do tempo, 
desenvolvido uma grande variedade de modelos de previsão de desempenho para 
utilização em suas atividades de gerenciamento dos pavimentos. De acordo com 
Rodrigues (1997), a engenharia de pavimentação moderna envolve a concepção, o 
projeto, a construção, a manutenção e a avaliação de pavimentos dentro de fatores e 
condicionantes técnicos, econômicos, operacionais e sociais. Sendo, neste contexto mais 
amplo, fundamental, para uma otimização de fato, a aplicação de modelos de previsão 
de desempenho mecanístico-empíricos, cuja tecnologia se encontra hoje em condições 
operacionais 
 
 5 
O desempenho de um pavimento apresenta diferenças quando é analisado em nível de 
rede ou em nível de projeto. Também é preciso levar em conta a esfera em que a malha 
viária está envolvida, ou seja, municipal, estadual ou federal. Na fase de projeto, o 
desempenho é definido pelas condições oferecidas pelo pavimento em termos da 
presença e da severidade de mecanismos de deterioração eleitos a priori (ex.: 
trincamento por fadiga, deformações plásticas, serventia do pavimento e condições de 
atrito). Os modelos de previsão de desempenho podem ser de dois tipos: determinísticos 
e probabilísticos. Modelos determinísticos prevêm um único número para a vida de 
serviço do pavimento ou para o grau de deterioração. Já os modelos probabilísticos 
incluem análise de distribuição de probabilidade. São utilizados preferencialmente em 
nível de rede, devido às maiores incertezas associadas a esse nível. 
 
Os modelos estabelecidos a partir de respostas fundamentais fornecidas pelo pavimento 
permitem a previsão das principais respostas a serem oferecidas pelo pavimento quando 
da sua solicitação pelas cargas do tráfego e pelas condições climáticas, tais como: 
deflexões, tensões, deformações, tensões térmicas, teor de umidade e temperatura. Esses 
modelos podem ser do tipo empíricos, mecanísticos ou mecanístico-empírico (modelos 
calibrados com dados observados no campo). Existem modelos que congregam defeitos 
de toda espécie que ocorrem nos pavimentos e compõe medidas de condições do 
pavimento tais como o “Pavement Condition Index” (PCI). Esses modelos podem ser 
empíricos ou mecanístico-empíricos. Nenhum modelo inteiramente mecanístico para 
quantificação de defeitos foi desenvolvido até o momento, embora não exista nenhuma 
razão para que eles não possam ser formulados e desenvolvidos. Já os modelos oriundos 
da interpretação do desempenho funcional do pavimento prevêem, de modo geral, o 
Present Serviciability Index (PSI) e o grau de conforto esegurança oferecidos pela via. 
Procuram refletir quanto o pavimento atende as necessidades de conforto e segurança do 
usuário ao trafegar pela via. Existem, ainda, modelos derivados tanto dos modelos de 
desempenho funcionais quanto dos estruturais, acrescendo-se a determinação dos fatores 
de equivalência de cargas (damage models). 
 
A caracterização dos motivos que fazem com que alguns pavimentos ofereçam um 
desempenho superior a outros é um elemento chave para que se possa construir e manter 
de forma eficaz um sistema de rodovias. Em função disso, em 1987 teve início a 
 6 
pesquisa Long Term Pavement Performance (LTPP), um programa que deverá durar 20 
anos e tem como propósito principal estudar o desempenho de diferentes tipos de 
pavimentos em serviço. Envolvendo, para tanto, uma série de rigorosos testes e 
monitoramento de pavimentos asfálticos e de concreto cimento nos Estados Unidos e 
Canadá. Na primeira década o programa LTPP estabeleceu uma base de conhecimento 
com vistas ao entendimento do desempenho oferecido pelos pavimentos. Atualmente, 
entrando na sua segunda década, o grande desafio do programa é entender e explicar 
porque os pavimentos apresentaram tal desempenho. Nesse sentido, os responsáveis 
pela pesquisa estão promovendo a abertura dos dados coletados durante a primeira 
década. Também, está sendo distribuido a pesquisadores do campo de pavimentação que 
tenham interesse em colaborar na interpretação do desempenho oferecido pelas seções 
avaliadas, o software DataPave o qual, possibilita acesso aos dados do LTPP através de 
um CD-ROM. 
 
2 - Evolução da tecnologia aplicada à pavimentação 
 
A tecnologia envolvida na pavimentação evoluiu, na medida em que aumentava o 
volume de tráfego e a magnitude das cargas dos veículos, desde os procedimentos 
baseados em tentativa de erro, anteriores a 1920, até se efetuar a integração de todas as 
atividades envolvidas em se administrar uma malha viária (planejamento, projeto, 
construção, manutenção, monitoriamento e pesquisa), dentro do moderno conceito de 
Sistema de Gerência de Pavimentos. Esta evolução, que acompanhou o aumento da 
demanda por pavimentos rodoviários e aeroportuários que oferecessem maior 
durabilidade, melhores condições funcionais, em termos de segurança e de conforto ao 
usuário, e uma utilização mais economica e racional dos recursos e materiais 
disponíveis, está sintetizada na Tabela 1. 
 
 7 
Tabela 1 - Evolução da tecnologia de pavimentos (FONTE: 
período estado de desenvolvimento 
Antes de 1920 Inexistência de projeto. Construções eram baseadas em tentativa e erro e na experiência local 
1920 - 1940 Surgimento da Mecânica dos Solos. Primeiras Classificações de solos com base em sua adequação como fundação dos pavimentos 
(Hogentogler e Terzaghi). Construções utilizavam seções padrão. Primeira pista experimental em Illinois 
1940 - 1950 “WASHO Road Test”, que evidenciou a deterioração acelerada que ocorre durante o degelo da primavera, e demostrou a influência da 
espessura do revestimento asfáltico no desempenho dos pavimentos flexíveis. Surge o sistema de classificação de solos aeroportuário 
(Casagrande, 1948) 
1950 - 1960 “AASHO Road Test”. Sintese da experiência californiana (com base no desempenho de rodovias em serviço). Método USACE (CBR) 
1960 - 1970 Consolidação da Mecânica dos Pavimentos, como ferramenta básica para o dimensionamento estrutural dos pavimentos. Intensos 
estudos de laboratório sobre as propiedades mecânicas (reológicas, de fadiga e de deformações permanentes) dos materiais de 
pavimentação 
1970 -1993 Modelos de previsão de desempenho mecanístico-empíricos. Estruturação dos Sistemas de Gerência de Pavimentos. A reflexão de 
trincas em recapeamentos asfálticos se torna uma preocupação central na restauração dos pavimentos. Surgem os equipamentos 
automatizados para avaliação estrutural não destrutiva. Pesquisas fundamentais em trechos instrumentados e pistas circulares. Surge o 
“Heavy Vehicle Simulator” (África do Sul), para ensaios de fadiga acelerados em verdadeira grandeza. Estudos sobre os efeitos das 
cargas dinâmicas dos diversos tipos de eixos e suspensões. Pesquisa SHRP. 
1993 - Atual Consolidação e implementação dos resultados da pesquisa SHRP. Início da pesquisa LTPP do FHWA, para calibração de modelos de 
previsão de desempenho, com base no monitoramento de seções de pavimentos em rodovias em serviço nos EUA e Canada, a ser 
executado durante 15 anos 
 
 8 
3 - Projeto de pavimentos 
 
Um pavimento é uma estrutura que tem as seguintes funções principais: (1) Propiciar uma 
superfície de rolamento que atenda a requisitos de conforto e segurança para o tráfego, nas 
velocidades operacionais da via; (2) Manter essas características acima de limites admissíveis 
em quaisquer condições climáticas. 
 
A partir do início da década de 60 foram estabelecidas curvas para projeto de pavimentos 
flexíveis. Tompson et al. (1998) apontam que, desde então, dois critérios principais de falha 
vem sendo usados em procedimentos de projeto: 
 
(1) Limitação da deformação vertical de compressão no topo do subleito com vistas a se 
reduzir a presença de deformações permanentes no pavimento; 
(2) Limitação da deformação horizontal de tração na face inferior da camada de revestimentos 
asfáltico para minimizar a ocorrência de trincamento por fadiga. 
 
 Alguns dos métodos de projeto atualmente em uso como o do Instituto do Asfalto e o da 
Shell estabelecem critérios de falha, como por exemplo, pela limitação de ATR a valores 
admissíveis em torno de 13 mm ou estabelecendo um número admissível de repetições de 
carga para se atingir um determinado nível de deformação de tração definida com base em 
ensaios de fadiga realizados em laboratório e/ou calibração efetuada a partir de dados de 
desempenho obtidos no campo. 
 
As respostas de um pavimento flexível quando submetido as cargas do tráfego (tensões, 
deformações, deslocamentos) são significativamente influenciadas pelo subleito. Uma 
porcentagem elevada da deflexão que ocorre na superfície do pavimento é acumulada no 
subleito. Se a deflexão na superfície for um critério de projeto, a necessidade de uma 
caracterização adequada do subleito torna-se óbvia. Uma caracterização adequada do subleito 
requer que sejam efetuadas considerações acerca da variação das propriedades do solo do 
subleito ao longo do pavimento (variabilidade longitudinal) e ao longo do tempo (efeito da 
sazonalidade e da variação climática). 
 
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Camadas granulares de base e sub-base são componentes essenciais para o desempenho de 
pavimentos flexíveis. Sua função principal é a de reduzir as tensões provocadas pelas cargas 
repetidas do tráfego e transmití-las ao subleito de maneira a minimizar a ocorrência de ATR. 
Além disso, as camadas granulares tem especial importância em pavimentos de baixo volume 
de tráfego onde a espessura do revestimento é pequena ou somente tratamento superficial é 
utilizado. 
 
Os módulos resilientes dos materiais das camadas granulares e do solo de subleito são 
parâmetros fundamentais para avaliação do comportamento estrutural de pavimentos 
flexíveis. No entanto, para que se possa caracterizar de maneira adequada esse comportamento 
estrutural, especialmente de materiais granulares e do solo de subleito, é essencial que se 
determine a variação da magnitude dos valores dos módulos dessas camadas tanto em relação 
a profundidade como no sentido longitudinal da via (variabilidade construtiva). Diversos 
programas desenvolvidos para a análise de pavimentos flexíveis permitem que se considere a 
não linearidade do materiais. 
 
No guia da AASHTO (1986) os valores de módulo de resiliência são utilizados para 
caracterizar solos de subleito e definir coeficientes de equivalência estruturalpara as camadas 
granulares de base e sub-base. Também, são destacadas as dificuldades encontradas por 
diversos órgãos rodoviários estaduais americanos em estabelecer módulos de resiliência 
adequados ao processo de input prescrito pelo método de dimensionamento da AASHTO. 
 
A determinação dos módulos de resiliência das camadas que compoe uma estrutura de 
pavimento pode ser efetuada através dos seguintes procedimentos: 
 
♦ Ensaios de módulo de resiliência realizados em laboratório; 
♦ Retroanálise a partir de levantamentos deflectométricos efetuados com o FWD; 
♦ Estimado a partir de propriedades dos materiais (ex.: granulometria, teor de argila, etc) 
♦ Atribuídos com base na experiência adquirida na utilização de solos ou materiais 
granulares similares. 
 
De acordo com Rodrigues (1998), um pavimento dificilmente sofre ruptura catastrófica, a 
menos que haja erro de projeto geotécnico em casos como os de pavimentos assentes em 
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aterros sobre solos moles. A sua degradação se dá de forma contínua, ao longo do tempo, por 
meio de mecanismos complexos e ainda não inteiramente equacionados, onde gradativamente 
vão se acumulando deformações plásticas e trincas nas camadas, decorrentes de uma 
combinação entre a ação das cargas do tráfego e os efeitos do intemperismo (variações de 
temperatura e umidade ao longo do tempo). Além disso, a “ruptura” de um pavimento é, até 
certo ponto, indefinida e subjetiva, havendo divergências entre os técnicos e administradores 
quanto ao melhor momento de se restaurar um pavimento que atingiu um certo nível de 
deterioração estrutural e/ou funcional. Dois fatos decorrem desses aspectos: 
 
♦ As conseqüências do mau desempenho de um pavimento nem sempre são 
imediatamente visíveis. Os prejuízos econômicos causados por elevações nos custos 
de manutenção e, mais importante ainda, nos custos operacionais dos veículos, podem 
ser, contudo, extremamente elevados. Além disso, a escassez de recursos para 
investimentos em infra-estrutura nos países em desenvolvimento torna a tecnologia 
envolvida na pavimentação um item muito importante para a economia desses países; 
 
♦ A previsão do desempenho futuro de um pavimento ou de medidas de manutenção a 
ele aplicadas é um problema extremamente complexo. Sua importância é tão elevada, 
contudo, que as pesquisas na área do desenvolvimento e calibração de modelos de 
previsão do desempenho têm sido intensas em todo o mundo. 
 
As etapas de projeto e manutenção dos pavimentos são influenciadas, de forma predominante, 
pelo tipo de revestimento utilizado. Assim, pode-se classificar os pavimentos nos seguintes 
tipos fundamentais: 
 
♦ Pavimentos asfálticos; 
♦ Pavimentos semi-rígidos; 
♦ Pavimentos rígidos; 
♦ Pavimentos de blocos rígidos. 
 
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 11 
3.1 - Fatores de projeto 
 
Os seguintes fatores devem ser considerados ao se efetuar o projeto de um pavimento: 
 
♦ Características e condições do solo de subleito; 
♦ Tráfego esperado (magnitudes e freqüências das cargas dos veículos ou aeronaves); 
♦ Materiais de construção disponíveis a distâncias de transporte economicamente 
viáveis; 
♦ Práticas construtivas locais e experiência e habilidade das empresas de construção; 
♦ Condições climáticas (pluviometria e oscilações térmicas); 
♦ Importância da rodovia ou aeroporto, traduzida por meio de um nível de confiabilidade 
(NC) que o pavimento deverá apresentar. Quanto maior for o NC adotado, menores 
serão os custos de conservação e menos freqüentes serão as intervenções requeridas. 
 
É importante, para que se obtenha um projeto economicamente eficaz, que se analise o maior 
número possível de tipos de estruturas de pavimento que forem aplicáveis. Em algumas 
situações, um tipo de estrutura pode ser preferível em relação aos demais. 
 
3.2 - Considerações sobre o dimensionamento de pavimentos asfálticos 
 
O dimensionamento estrutural de um pavimento flexível tem sido feito aplicando-se métodos 
de origem empírica, como o Método do DNER (1981) e o Guia da AASHTO (1986), que 
definem a espessura total necessária para que as camadas de subleito e de reforço do subleito 
sejam adequadamente protegidas contra a geração excessiva de deformações plásticas, ao 
mesmo tempo que estipulam, com base no tráfego de projeto, as espessuras mínimas das 
demais camadas, desde que os materiais empregados atendam a determinadas especificações. 
Esses métodos apresentam as vantagens da simplicidade de aplicação e de refletirem 
desempenhos reais observados em pavimentos em serviço. Tem sido notório, contudo, que a 
extrapolação desses métodos para condições fora das que lhes deram origem leva a sub-
dimensionamentos ou super-dimensionamentos. Este fato deu origem a um grande número de 
pesquisas no sentido de se obter modelos de previsão de desempenho de natureza 
mecanístico-empírica. Somente através de modelos deste tipo se pode efetuar projetos 
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 12 
considerando o uso de materiais para os quais não se tem experiência de campo suficiente 
para a elaboração de um modelo empírico adequado. 
 
No Brasil, a espessura total requerida para um pavimento em concreto asfáltico, em termos de 
materiais granulares, vem sendo determinada a partir do Método do DNER/1981 para 
dimensionamento de pavimentos flexíveis (o qual tem sua origem no Método CBR do 
USACE de 1962). O estabelecimento da espessura total do pavimento pelo Método do DNER 
pode ser feita pelos seguintes caminhos: 
 
♦ Através do gráfico ( Np x CBR) 
♦ ( )H cm N
CBRT P
( ) . . log . .= + + 



−



9 02 0 23 0 05 7011 234 3310
1
2
 
♦ H cm C C NT p( ) log= +1 2 10 
 
onde Np é o tráfego de projeto, em termos de repetições do eixo padrão rodoviário de rodas 
duplas e carga de 80 kN, calculado com base nos fatores de equivalência de cargas do 
USACE. Esse método, contudo, pode ser considerado como a favor da segurança, quando se 
trata de proteger o subleito contra o acúmulo excessivo de deformações plásticas. A razão 
para essa garantia de superdimensionamento está no fato de o método consistir essencialmente 
do método CBR original do USACE, publicado no início da década de 60 (já que não se tem 
no Brasil o fenômeno do degelo da primavera). 
Os coeficientes C1 e C2 , definidos em função do CBR do solo de subleito, estão apresentados 
na Tabela 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 13 
 
Tabela 2- Coeficientes C1 e C2 
CBR C1 C2 CBR C1 C2 
2 16.764 13.282 12 8.664 4.239 
3 11.221 10.596 13 8.735 3.989 
4 12.599 8.750 14 8.635 3.774 
5 10.292 7.932 15 8.707 3.525 
6 9.856 6.978 16 9.000 3.314 
7 10.385 6.199 17 9.264 3.103 
8 8.371 5.971 18 9.564 2.889 
9 8.471 5.485 19 9.828 2.678 
10 8.585 4.992 20 10.121 2.467 
11 8.635 4.617 
 
A espessura mínima do revestimento betuminoso é obtida em função do tráfego (Tabela 3) e 
as espessuras da base, sub-base e reforço do subleito são determinadas pela resolução 
sucessiva de inequações do tipo: 
h1kR + h2kB = H20 
h1kR + h2kB + h3kS = Hn 
h1kR + h2kB + h3kS + hnkref = Hm 
sendo: 
h1 , h2 , h3, hn = espessuras das camadas do pavimento 
kR , kB, kS , kref = coeficientes de equivalência estrutural dos materiais das camadas. 
 
Tabela 3 - Determinação da espessura do revestimento - DNER/1981 
N espessura mínima do revestimento 
N ≤ 10 6 Tratamentos superficiais betuminosos 
106 < N ≤ 5 x 10 6 Revestimentos betuminosos com 5.0 cm de espessura 
5 x 106 < N ≤ 10 7 Concreto betuminoso com 7.5 cm de espessura 
107< N ≤ 5x 10 7 Concreto betuminoso com 10 cm de espessura 
N > 5x 10 7 Concreto betuminoso com 12.5 cm de espessura 
 
Ainda, com relação ao dimensionamento de pavimentos asfálticos através da utilização do 
método do DNER/1981, sua maior deficiência está, contudo,nas suas recomendações de 
espessura mínima para a camada de revestimento em concreto asfáltico, que podem tanto estar 
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 14 
a favor da segurança como contra ela, por não levar em conta as deformações máximas de 
tração que são provocadas pelas cargas do tráfego nessa camada e que controlam a sua vida de 
fadiga. 
 
O método da AASHTO para dimensionamento de pavimentos flexíveis é baseado nos 
resultados obtidos na pista experimental da AASHO Road Test. Seu objetivo principal é 
estabelecer o numero estrutural (SN) adequado para proteção do subleito contra deformações 
plásticas excessivas para um determinado tráfego. A determinação do número estrutural (guia 
da AASHTO, 1986) é feita através da seguinte expressão: 
 
SN = aD1 + a2D2m2 + a3D3m3 
onde: 
mi = Coeficiente de drenagem para a camada i ; 
ai = Coeficiente que é usado para converter a espessura da camada i em número 
estrutural SN; 
Di = Espessura da camada i em polegadas 
 
A equação básica de projeto é: 
log , log ( ) ,
log
, ,
,
( )
, log ,
,
10 18 10
10
5 19
109 36 1 0 20
4 2 1 5
0 40 1094
1
2 32 8 07W Z S SN
PSI
SN
MrR o= + + − +
−




+
+






+ −
∆
 
onde: 
W18 = Número de repetições de carga do eixo padrão de 18000 lb. (80 kN); 
ZR = Desvio padrão normal para um determinado nível de confiabilidade; 
So = Desvio padrão 
SN = Número estrutural 
∆PSI = pi - pt 
pi = Índice de serventia inicial 
pt = Índice de serventia terminal 
Mr = Módulo de resiliencia em lb./ polg.2 
 
Larissa
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 15 
4. Pavimentos Flexíveis em Concreto Asfáltico 
 
Um pavimento flexível é aquele que tem revestimento asfáltico e camada de base granular. A 
distribuição das tensões e deformações, geradas na estrutura pelas cargas de roda do tráfego, 
se dá de modo que as camadas de revestimento e base aliviem as tensões verticais de 
compressão no subleito por meio da “absorção” de tensões cisalhantes. Neste processo, 
ocorrem tensões e deformações de tração na fibra inferior do revestimento asfáltico, as quais 
provocarão seu trincamento por fadiga com a repetição das cargas do tráfego (Figura 1). Ao 
mesmo tempo, a repetição das tensões e deformações verticais de compressão que atuam em 
todas as camadas do pavimento levarão à formação de afundamentos em trilha de roda, 
quando o tráfego tender a ser canalizado, e à ondulação longitudinal da superfície, quando a 
heterogeneidade do pavimento for significativa. 
 
 
εεεεt
εεεεv
Concreto Asfáltico
Subleito
Camadas Granulares
 
Figura 1 - Seção típica de um pavimento flexível em concreto asfáltico 
 
Quando da construção de um determinado pavimento ou no caso de sua restauração, a análise 
de estratégias alternativas possíveis de serem implementadas, feita com base na aplicação de 
modelos de previsão de desempenho, permite, através da apreciação dos custos envolvidos, 
que se adote a solução que represente o melhor investimento em termos econômicos. Vale 
destacar que a eficácia econômica de um investimento em pavimentação envolve aspectos 
como: 
 
♦ Os custos de construção, restauração e conservação dos pavimentos envolvidos; 
♦ Os custos associados a interrupções de tráfego, decorrentes das obras de conservação e 
restauração, como aqueles que são função do tempo de viagem, elemento importante 
em áreas com tráfego intenso e economias afluentes; 
Larissa
Realce
 16 
♦ Nível de serventia fornecido pelo pavimento, expresso pela sua irregularidade 
longitudinal, que afeta os custos operacionais dos veículos; 
♦ A conveniência de se utilizar ou não uma pavimentação por etapas, que permite que 
as incertezas quanto ao tráfego futuro não levem à adoção de um fator de segurança 
exagerado. 
 
4.1 - Fatores que influem no desempenho de pavimentos flexíveis 
 
Muitos fatores afetam o desempenho a ser oferecido por um determinado pavimento, dentre 
estes destacam-se: o número e a magnitude das cargas do tráfego, as propriedades dos 
materiais componentes das camadas e a sua heterogeneidade ao longo da via, a natureza do 
solo de subleito, a frequencia e as práticas de manutenção aplicadas ao longo do tempo, as 
condições de drenagem e aspectos ambientais. Diversos indicadores podem ser utilizados para 
se quantificar o desempenho de um pavimento, variando desde aqueles que caracterizam a sua 
condição funcional até aqueles que consistem simplesmente do registro de defeitos de 
superfície ou das deformações plásticas. O desempenho estrutural pode ser avaliado através da 
variação do módulo de elasticidade efetivo de uma ou mais camadas com o tráfego 
acumulado. Os principais mecanismos de deterioração dos pavimentos flexíveis são: 
 
!"Formação e crescimento de trincas nas camadas asfálticas do revestimento, decorrentes 
da fadiga provocada pela repetição das cargas do tráfego; 
!"Geração de afundamentos em trilha de roda ou de ondulações na superfície em 
decorrência do acúmulo de deformações plásticas em todas as camadas, sob a repetição 
das cargas do tráfego; 
!"Se a camada de base é de drenagem lenta, a formação de trincas no revestimento dá 
acesso a águas pluviais, que se acumulam no topo da base. Com a passagem de uma 
carga de roda, gera-se um excesso de pressões neutras na água retida, levando ao 
bombeamento de finos da base para a superfície (erosão) e a solicitações dinâmicas 
elevadas sob a camada de revestimento, acelerando a sua deterioração. Se a água 
atingir e se acumular no topo do subleito, não sendo este drenante, aumenta a geração 
de deformações plásticas nessa camada e a sua intrusão na base granular; 
!"Envelhecimento do ligante betuminoso por oxidação, que fragiliza a mistura asfáltica e 
facilita seu trincamento e o arrancamento de agregados. A velocidade com que a 
Larissa
Realce
Larissa
Realce
 17 
oxidação do asfalto se processa depende das condições de temperatura, umidade e 
insolação. As oscilações térmicas, por sua vez, levam à formação de trincas 
superficiais, cujo potencial de geração é aumentado pela oxidação dos primeiros 25 
mm do topo da camada asfáltica; 
!"Desgaste com exposição de agregados e perda da macrotextura da superfície do 
pavimento, em decorrência da abrasão provocada pelos veículos, acelerado pelo 
intemperismo (oxidação do asfalto), levando à queda do coeficiente de atrito. Este 
problema é especialmente grave nos revestimentos em Tratamento Superficial. 
 
4.2 - O comportamento dos pavimentos flexíveis 
 
A passagem de uma carga de roda gera, em um ponto qualquer do pavimento, pulsos de 
tensões e de deformações, normais e cisalhantes, sendo que os pulsos de tensões e de 
deformações cisalhantes são duplos e com reversão de sentido. Os planos principais sofrem 
rotação, coincidindo com os planos horizontal e vertical apenas para os pontos situados no 
plano longitudinal da carga de roda e quando o ponto se encontra ao longo da vertical que 
passa pelo centro da carga (Figura 2). Em uma estrutura de pavimento, o comportamento é 
transiente, os solos e os materiais granulares da fundação têm comportamento tensão-
deformação não-linear (que são influenciados por diversas variáveis), e os materiais asfálticos 
têm suas propriedades sensíveis à velocidade de aplicação das cargas e à temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 18 
 
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Subleito
x
M M
σσσσv
σσσσv
σσσσh
σσσσh
ττττ
ττττ
Carga de roda
 
 
Tensões
x
Horiz
Vertical
Cisalhante
 
Figura 2 - Efeitos produzidos no pavimento por uma carga de roda em movimento 
 
As propriedades mecânicas do solo de subleito são influenciadas pelo regime de tensões a ele 
imposto. Este regime deve ser considerado em duas partes: o estado de tensões resultante das 
condições de equilíbrio estabelecidasapós a construção, quando as condições de umidade se 
estabilizaram, e aquele imposto de forma transiente por uma carga de roda em movimento. A 
resposta de um elemento de solo às cargas aplicadas depende de sua história de tensões 
durante a consolidação e do estado atual de tensões efetivas. Como o topo do subleito tende a 
se encontrar acima do nível do lençol freático, tem-se que, imediatamente acima do lençol, 
onde o solo está saturado, a poro pressão negativa é proporcional à altura acima do lençol. A 
proporcionalidade termina à medida que o solo se torna parcialmente saturado nas alturas 
maiores, no que influi o tipo de solo. Para solos finos e lençóis pouco profundos, pode-se 
admitir saturação completa do subleito, para efeito de projeto. Medidas feitas com 
tensiômetros na Inglaterra pelo TRL em subleitos de pavimentos rígidos mostraram que a 
poro pressão em solos argilosos pode se encontrar tanto acima como abaixo da reta 
 19 
hidrostática, em pontos situados a mais de 1 m do nível do lençol freático. Mostraram também 
que ocorrem apenas pequenas variações sazonais, apoiando o conceito de um teor de 
equilíbrio sob superfícies impermeáveis. 
 
Um parâmetro bastante útil para se prever as tensões e deformações produzidas no pavimento 
pelas cargas transientes do tráfego é o módulo de resiliência, o qual inclui as parcelas de 
deformação elástica e viscoelástica sob pulsos de cargas com duração da ordem de 0,1 s. A 
origem deste conceito se deve a Francis Hveem e a pesquisadores da Universidade da 
Califórnia durante a década de 50, que foram os primeiros a relacionar as propriedades 
resilientes dos materiais de fundação dos pavimentos ao trincamento por fadiga dos 
revestimentos asfálticos. Em um ensaio triaxial de cargas repetidas, o módulo de resiliência 
pode ser calculado por: 
 
MR d
E VE
d
R
=
+
=σ
ε ε
σ
ε
 
 
onde εR é a deformação resiliente axial. Esta é, portanto, a mesma definição do módulo de 
Young, aplicada a solicitações transientes de curta duração. 
 
A correta caracterização do solo de subleito quanto ao seu comportamento resiliente, 
especialmente quanto à variação de MR com o estado de tensões, é fundamental para 
previsões confiáveis da deflexão do pavimento, na medida em que o subleito tende a ser a 
camada de maior contribuição nas deflexões. Para solos finos coesivos (IP > 0), o módulo de 
resiliência varia essencialmente com a tensão desvio, de acordo com o modelo: 
 
M KR d
n= σ 
 
onde n < 0. A pequena influência exercida pelas tensões confinantes, neste caso, deve-se ao 
fato de serem as tensões de sucção nos solos parcialmente saturados bem mais elevadas que as 
tensões confinantes usuais. Assim, o estado de tensões efetivas do solo varia apenas 
ligeiramente quando se varia as tensões confinantes no ensaio. Em um solo saturado este 
efeito deixa de existir. Para este caso específico Brown et al. (1975) verificaram que, para 
 20 
uma argila siltosa, pôde ser definido um modelo único, independente do volume específico 
inicial, da razão de pré-adensamento e das tensões efetivas iniciais, o qual pode ser expresso 
por: 
 
M qR r=






−
79 3
3
0 861
,
.
σ
 
 
onde MR é dado em MPa, qr é a tensão desvio aplicada e σ3 é a tensão efetiva de 
confinamento. 
 
Os modelos utilizados para se calcular as tensões e deformações induzidas no pavimento pelas 
cargas do tráfego fazem simplificações quanto ao comportamento real da estrutura. Em geral, 
considera-se um comportamento elástico linear, com extensões para o tratamento de 
comportamentos dependentes do tempo (viscoelasticidade) ou do estado de tensões. Algumas 
hipóteses são comuns a quase todos os modelos até hoje desenvolvidos, além de sua base na 
teoria da elasticidade. Por exemplo, a carga de roda aplicada é, em geral, tratada como um 
carregamento estático, deixando-se a consideração dos efeitos dinâmicos para serem 
embutidos nos módulos de elasticidade dos materiais das camadas. Este procedimento estático 
equivalente é razoável, na medida em que os efeitos inerciais têm pequena influência, para as 
velocidades usuais e para as irregularidades comumente existentes nas vias. A razão disto está 
na massa elevada do pavimento, cuja freqüência de ressonância é muito diferente das 
freqüências associadas às cargas móveis dos veículos ou aeronaves. Outras hipótese comuns, 
embora não sejam obrigatórias em análises pelo método dos elementos finitos, incluem: 
 
♦ Materiais isotrópicos e com propriedades idênticas quanto às deformações em tração e 
em compressão; 
♦ Aderência perfeita entre as camadas; 
♦ A carga de roda aplica apenas pressões verticais. 
 
As propriedades dos materiais a serem utilizadas deveriam ser determinadas por meio de 
ensaios que simulem, o melhor possível em termos práticos, as condições de solicitação que 
ocorrem sob a ação de uma carga de roda em movimento, bem como as condições in situ de 
 21 
compactação, temperatura e umidade. Dessa forma, o grau de confiança com que se pode 
utilizar resultados de ensaios de laboratório em análises estruturais depende do quanto os 
métodos de ensaio adotados modelizam aquelas condições. 
 
Para a identificação dos mecanismos de deterioração que vêm controlando o desempenho 
oferecido por um determinado pavimento é necessário aplicar-se uma série de modelos de 
previsão de desempenho às condições oferecidas pelo mesmo, a fim de se comparar suas 
previsões com o desempenho real observado. Informações confiáveis quanto a idade do 
pavimento e ao histórico do tráfego atuante são cruciais para que essa comparação tenha 
significado. O resultado dessa análise será: 
 
1. O esclarecimento do (s) mecanismo (s) de degradação predominante (s); 
2. A seleção do (s) modelo (s) de previsão de desempenho mais apropriado (s) à 
realidade da rodovia; 
3. A calibração do (s) modelo (s), para se dimensionar o pavimento restaurado. 
 
Além disso, é preciso efetuar a ponderação relativa dos efeitos das duas fontes de solicitações 
mecânicas: 
 
♦ O clima, na forma de variações de temperatura e de umidade; 
♦ O tráfego, seja pela degradação estrutural gerada pelas tensões aplicadas pelos 
veículos de carga, seja pelo desgaste da superfície produzido pela passagem de todos 
os tipos de veículo. 
 
A estas duas ações externas deve-se opor as condições intrínsecas do pavimento, 
especialmente: 
 
♦ As propriedades dos materiais das camadas (natureza, compactação, problemas 
construtivos); 
♦ As condições de drenagem, superficial e profunda; 
♦ A estrutura do pavimento existente. 
 
 22 
No caso de pavimentos flexíveis em concreto asfáltico, deve-se pesquisar a existência ou não 
de correlações entre o trincamento de superfície, expresso pela percentagem de área trincada, 
por exemplo, e um parâmetro relacionado ao mecanismo de trincamento por fadiga, como a 
deflexão máxima ou a deformação máxima de tração sob o revestimento. A inexistência de 
relações bem definidas entre parâmetros estruturais e parâmetros que expressem a degradação 
do pavimento revela que a origem dos defeitos observados deve estar não em um processo 
normal de deterioração, que se acumula com a repetição das cargas do tráfego, mas em outros 
mecanismos como: 
 
1. Envelhecimento natural do revestimento asfáltico, onde a oxidação do ligante torna a 
mistura gradativamente mais frágil, e propensa a sofrer trincamento apenas em virtude 
das tensões geradas pelas oscilações térmicas; 
2. Condições adversas de drenagem sub-superficial ou subterrânea; 
3. Deficiências construtivas, como má compactação, segregação, asfalto super-aquecido 
na usina ou aplicado abaixo da temperatura adequada. 
 
No caso de pavimentos flexíveis em tratamento superficial, uma relação clara entre 
trincamento e deflexão revela o mecanismo de trincamento por fadiga, enquanto que uma 
correlação entre a severidade do desgaste de superfície e o volume totaldiário de veículos que 
compõem o tráfego revela o mecanismo de desgaste por abrasão. A existência dessas 
correlações permite que se calibre modelos de previsão de desempenho. No que diz respeito 
aos modos de degradação superficial dos tratamentos superficiais, têm-se dois processos 
fundamentais: 
 
1. A desagregação da superfície, por meio do arrancamento de agregados; 
2. A perda da macrotextura, por embutimento dos agregados ou por exsudação, e da 
microtextura, devido ao polimento por abrasão dos agregados. 
 
A previsão da época de ocorrência desses fenômenos é muito difícil, por dependerem bastante 
da especificação dos materiais, da qualidade da construção e dos processos construtivos. Em 
algumas regiões, por exemplo, o arrancamento de agregados em tratamentos superficiais é 
muito raro. Esses dois fenômenos tendem a ocorrer, a uma extensão e severidade tais que se 
faz necessária a manutenção do pavimento, em média entre 6 a 15 anos, para volumes de 
 23 
tráfego inferiores a 2000 veículos/dia, podendo-se chegar a 6000 veículos/dia se a construção 
for excelente. 
 
O arrancamento de agregados ocorre pela ação das rodas em movimento dos veículos, seja por 
causarem a fratura da película de ligante ou por perda de aderência entre o ligante e o 
agregado. Associada às tensões decorrentes das pressões verticais de contato do pneu, tem-se 
ainda uma combinação das tensões horizontais na área de contato do pneu com a sucção que 
se segue à sua passagem, resultando no arrancamento do agregado. Pode-se considerar que a 
magnitude da carga de roda não influa de forma significativa no fenômeno, sendo importantes 
a pressão de contato e as dimensões e demais características dos pneus. Os dois mecanismos 
que podem levar ao arrancamento de agregados podem ser descritos em termos de: 
 
♦ Fratura mecânica da película de ligante; 
♦ Perda de aderência entre o ligante e o agregado, seja em presença de água (stripping) 
ou por agregado contaminado por finos. 
 
O primeiro processo ocorre quando o ligante se torna muito frágil ou quando a película é 
muito delgada para suportar as tensões aplicadas. Esta fragilização pode ocorrer por: 
 
♦ Evaporação de óleos plastificantes; 
♦ Superaquecimento durante a construção; 
♦ Oxidação térmica a longo prazo. 
 
O processo de oxidação leva mais tempo para endurecer o ligante à medida que se tem 
películas mais espessas, uma vez que aumenta o caminho que o oxigênio tem que percorrer 
por difusão. Como se trata de um processo termicamente ativado, quanto mais elevadas as 
temperaturas, mais rapidamente ocorre a oxidação. A ligação entre o asfalto e o agregado é do 
tipo molecular. Como os agregados tendem a apresentar cargas superficiais ligeiramente 
negativas, eles atraem a água de preferência ao betume, que tem carga neutra. É importante, 
portanto, proteger-se o tratamento superficial das chuvas, até que a ligação se torne plena e 
tenha ocorrido um embutimento firme dos agregados. Quanto maior o diâmetro dos 
agregados, maior será a espessura da película de ligante, o que leva a maiores vidas de serviço 
quanto ao arrancamento de agregados. 
 24 
 
4.3 - Considerações sobre as condições climáticas 
 
Diversas investigações vem sendo realizadas nos últimos anos com vistas a investigar o 
relacionamento existente entre variáveis climáticas e propriedades estruturais de pavimentos. 
Ali et al. (1996) apresentam o seguinte modelo para estabelecimento de um fator de correção 
do módulo da camada asfáltica do pavimento obtido por retroanálise de levantamentos 
deflectométricos realizados com o FWD. 
 
( )E e T1
9 37196 0 03608145 1= − ×. . 
 
sendo: 
E1 = módulo do concreto asfáltico; 
T1 = temperatura a 25 mm abaixo da superfície. 
 
O fator de correção é definido como: 
 
( )
( )C
E e
e
e
T
T= = =
− ×
− ×
× −1
9 37196 0 03608145 21
9 37196 0 03608145
0 03608145 0 75771 na temperatura de referencia (21 C)
E na temperatura medida ( C)
0
1
0
. .
. .
( . . ) 
 
Motta (1991), apresenta correlações estabelecidas entre as temperaturas do ar e da camada 
asfáltica para diferentes regiões do Brasil. Tais equações, mostradas nas Tabelas 4, 5 e 6, 
foram desenvolvidas com base nos dados derivados da Pesquisa de Avaliação Estrutural de 
Pavimentos (PAEP) do IPR/DNER. 
 
 
 
 
 
 
Tabela 4 - Estimativa da temperatura do revestimento em pavimentos com tratamento 
superficial (0 C) 
 25 
região correlação Trev. 
mín. 
Trev. 
máx. 
Tar mín. Tar máx. r 
sul Trev. = - 0,03 + 1,31 Tar 9 53 7 32 0,89 
sudeste Trev. = - 7,40 + 1,55 Tar 20 54 16 36 0,90 
nordeste Trev. = - 6,90 + 1,58 Tar 20 54 20 36 0,88 
 
 
 
Tabela 5 - Estimativa da temperatura do revestimento em pavimentos com CBUQ - h < 6 cm 
(0 C) - profundidade entre 3 e 4 cm. 
região correlação Trev. 
mín. 
Trev. 
máx. 
Tar mín. Tar máx. r 
sul Trev. = - 6,51 + 1,61 Tar 14 60 12 37 0,92 
sudeste Trev. = - 11,39 + 1,76 Tar 18 58 14 41 0,84 
nordeste Trev. = - 8,37 + 1,63 Tar 16 57 14 38 0,88 
 
 
Tabela 6 - Estimativa da temperatura do revestimento em pavimentos com CBUQ - 8 cm ≤ h 
≤ 11,5 cm (0 C) - profundidade entre 5 e 7 cm. 
região correlação Trev. 
mín. 
Trev. 
máx. 
Tar mín. Tar máx. r 
sul Trev. = - 1,18 + 1,45 Tar 13 63 8 39 0,87 
sudeste Trev. = - 1,32 + 1,26 Tar 15 49 9 38 0,83 
nordeste Trev. = - 8,29 + 1,69 Tar 21 56 18 35 0,88 
 
 
Também com base nos resultados obtidos na PAEP, Rodrigues (1991) estabeleceu a seguinte 
equação para estimativa da temperatura do revestimento: 
 
( )[ ]T X T T T X Xar( ) exp( , , )sup. sup.= + + − −1 0 06855 0 002633 
sendo: 
T(X) = temperatura na profundidade X do revestimento; 
Tsup. = temperatura da superfície do pavimento; 
Tar = temperatura do ar próxima ao pavimento. 
 26 
 
Na AASHO Road Test foi estabelecida a seguinte relação entre módulo de elasticidade da 
camada asfáltica e temperatura (Ullidtz e Larsen, 1983): 
 
( )E t t C C1 1015000 7900= − log , t > 1 0 0 
 
Tal relação foi definida com base nas análises efetuadas a partir de levantamentos 
deflectométricos. Sendo que as deflexões correspondem a uma velocidade de um veículo a 55 
km/h. A faixa de variação de temperatura considerada foi de 0 a 40 0C 
 
De acordo com Barker et al. (1977) a temperatura na superfície da camada asfáltica pode ser 
estimada a partir da temperatura do ar através da seguinte relação: 
 
T Tasf ar. , ,= × +1 2 3 2 - temperatura em C
0 
 
O Quadro 1, apresentado a seguir, mostra a classificação SHRP para ligantes asfálticos. Tal 
divisão, considera o efeito da localização geográfica do pavimento através da variação média 
da temperatura anual. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 27 
 
 
Quadro 1 – Classificação SHRP para ligantes asfálticos 
 
 
4.3 - Estudos experimentais envolvendo ensaios acelerados de pavimentos 
 
Um dos maiores esforços empreendidos no sentido de se compreender o desempenho 
oferecido por pavimentos em serviço foi o estabelecimento da pista experimental da AASHO 
(atualmente, American Association of State Highway and Transportation Officials - 
AASHTO). Essa pesquisa foi desenvolvida próximo de Ottawa, Illinóis, por um período de 
dois anos (1959/60). Infelizmente, os modelos de desempenho estabelecidos a partir dos 
estudos realizados na pista experimental da AASHO (Figura 3) e de outros estudos conduzidos 
sob condições similares não são, em geral, diretamente aplicáveis a pavimentos em outras 
áreas. Isto deve-se principalmente às diferenças relativas a fatores, tais como: cargas do 
tráfego, materiais do pavimento e solos de subleito, qualidade e controle construtivo e 
condições climáticas do local. 
 
 28 
Figura 3 - Layout da AASHO Road Test 
 
Após a conclusão da AASHO Road Test, acreditou-se que a qualidade do rolamento expressa 
pelo PSI (Present Serviceability Index), seria suficiente como indicador do desempenho do 
pavimento. Contudo, as medições objetivasutilizadas para se estimar a qualidade do 
rolamento atribuíram pouca significância à ocorrência de trincamento por fadiga e aos 
afundamentos em trilha de roda. Concluiu-se que a degradação física, que se relaciona à 
preservação do investimento, não está relacionada de maneira unívoca à irregularidade do 
pavimento. Embora as trincas, por si mesmas, pouco influam na capacidade do pavimento de 
servir ao tráfego, elas servem como uma indicação de que algo acerca do projeto do 
pavimento está inadequado e que sua ruptura é provável que ocorra em uma época mais cedo 
do que se nenhum trincamento tivesse aparecido. De acordo com Rodrigues (1997), esta é a 
razão principal pela qual se deveria utilizar em projeto modelos capazes de prever, de forma 
explícita, a geração de trincas de fadiga e de afundamentos em trilha de roda. 
 
A seguinte equação foi estabelecida na pista experimental da AASHO para modelar o 
desempenho funcional de pavimentos: 
 
 
 29 
( )p p p p wf= − − 


0 0 ρ
β
 
onde: 
p = PSI atual; 
p0 = serventia inicial; 
pf = PSI terminal; 
w = tráfego de acumulado; 
ρ e β = parâmetros determinados a partir do desempenho observado. 
 
O modelo apresentado a seguir foi desenvolvido originalmente por Kirk (1973) com base na 
AASHO Road Test e adaptado posteriormente por Ullidtz (1983) a partir de dados obtidos com 
o FWD em 157 seções de rodovias em serviço na Europa, expressa a deterioração funcional 
em função do tráfego acumulado (N) e valor máximo da tensão principal maior (σi) na 
“camada crítica”, definida como aquela que leva à menor vida de serviço para a seção, quando 
se aplica o modelo verificando-se os resultados em todas as camadas granulares ou de solos. O 
modelo é expresso por: 
 
p p
N MPa
E
MPa
i t
i
i
− = 

 



























0 91
10
0 12
160
6
3 12
, ,
,
σ
α 
onde: 
Ei = módulo de elasticidade da camada i; 
pi = índice de serventia (PSR) inicial; 
pt = índice de serventia (PSR) terminal; 
α = 1,16 se Ei < 160 MPa e α = 1,00 nos demais casos. 
 
Nos últimos anos, no sentido de avaliar o desempenho de pavimentos em serviço, tem sido 
feitos diversos estudos envolvendo seções experimentais e a realização de ensaios acelerados 
de pavimentos. Para tanto, foram planejados e desenvolvidos diversos programas de pesquisa 
(ex.: Mn/ROAD, Nardo Road Test, Corpo dos Engenheiros do Exercito Americano, Pista 
Experimental de Nantes, Virttaa Test Track, Alberta Research Council e Pista Experimental 
de Madri) com o propósito de se possibilitar a obtenção de parâmetros fundamentais, através 
 30 
dos quais se espera racionalizar as etapas de projeto e avaliação de pavimentos. No que se 
refere a instrumentação de seções de pavimentos destaca-se o estudo que está sendo 
desenvolvido pelo Departamento de Transportes do Estado de Minnesota (Mn/DOT), Estados 
Unidos, que planejou e implementou um programa de pesquisas denominado Mn/ROAD 
(Minnesota Road Research Project), o qual, representa sem sombra de dúvidas, um grande 
passo no campo de experimentos em escala real para ensaios de pavimentos. A 
instrumentação inclui a instalação de aproximadamente 3000 sensores, os quais permitem 
monitorar a resposta dos pavimentos, tanto em relação às cargas do tráfego, como no que se 
refere as condições ambientais (temperatura e umidade). Os dados coletados no Mn/ROAD 
são usados para avaliar os métodos de projeto atualmente disponíveis, assim como, para 
auxiliar no desenvolvimento de novas metodologias para avaliação e projetos de estruturas de 
pavimentos. Além disso, é feito um esforço no sentido de desenvolver modelos de previsão de 
desempenho do tipo mecanísticos. Nessa pesquisa são feitas observações relativas a variação 
das respostas, tanto em períodos curtos (ex.: variações sazonais) como em períodos longos, 
dentro do período de projeto. 
 
Existem dois tipos de instrumentos instalados no Mn/ROAD, os quais, são classificados como 
estáticos e dinâmicos. Os instrumentos dinâmicos (strain gages) são usados para obtenção de 
respostas da estrutura devido às cargas do tráfego e permitem monitorar de forma contínua o 
pavimento, enquanto que os estáticos, são utilizados para obter informações ambientais (sete 
em cada dez instrumentos instalados no Mn/road são strain gages). 
Os sensores estáticos (ex.: termopares) são lidos em intervalos de 15 min. e possibilitam a 
determinação de parâmetros como temperatura e teor de umidade da camada. Os sinais 
transmitidos pelos sensores são, inicialmente, enviados para um sistema temporário de 
armazenamento, instalado nas proximidades da pista. Em uma segunda etapa, as informações 
são transferidas para um computador central instalado do Mn/DOT. 
 
As medidas de deformação na fibra inferior do revestimento asfáltico são realizadas a partir da 
instalação de strain gages espaçados transversalmente (intervalos de 300 mm) sob as trilhas 
de roda. O intervalo transversal utilizado é necessário para assegurar que as deformações 
sejam capturadas sob o espaço efetivamente ocupado pelas cargas de roda. 
 
 31 
Uma vez que as propriedades do concreto asfáltico são altamente dependentes da temperatura 
(rigidez da camada), as deformações lidas são corrigidas para uma temperatura padrão (25 0 
C), com o propósito de assegurar que elas representem efetivamente somente o efeito devido 
às cargas do tráfego. As leituras de temperatura são realizadas através de termo pares (thermo 
couples) instalados no interior da camada asfáltica. O fator de correção da temperatura 
utilizado pela equipe do Mn/DOT é dado por: 
 
ε ε25 3 2
1
0 000051 0 00047 0 0072 0 305
=
− + +i T T T. . . .
 
 
sendo: 
ε25 = deformação estimada a 25 0 C; 
εi = deformação medida na temperatura T. 
 
Vale destacar que essa equação foi derivada a partir de medições feitas nas seções-teste do 
Mn/ROAD e não necessariamente se aplica a todo tipo de pavimentos asfálticos. 
 
Outro programa interessante desenvolvido no campo, foi uma extensiva instrumentação 
realizada no campo de testes de Nardo, Nardo, Itália em 1984. O programa de testes, 
inicialmente preocupado com a realização de medidas de deformação em camadas asfálticas, 
envolveu o esforço de pesquisadores de 10 países. Sendo que cada equipe apresentou seus 
próprios objetivos e utilizou projetos individuais de instrumentos. Durante a construção da 
camada de concreto asfáltico, para permitir uma alta sobrevivência dos sensores, foram 
adotados cuidados especiais como utilização de compactador não vibratório e baixa 
temperatura da mistura asfáltica. A taxa de mortalidade pós construção ficou em torno de 13 
% (foram instalados 200 sensores). O sucesso variou de equipe para equipe de acordo com a 
atenção destinada à proteção dos instrumentos. A maioria desses, foram presumidamente 
sucumbido pela intrusão de agregados. Mesmo com as precauções adotadas foram registradas 
perdas significativas durante a construção, principalmente com os sensores cuja proteção era 
de alumínio. Os testes realizados em Nardo não servem para refletir condições reais de 
pavimentos em serviço devido, principalmente, às precauções de proteção adotadas durante a 
construção (compactação e temperatura da mistura). 
 
 32 
Nesse contexto, também merecem destaque as pistas de testes de pavimentos construídas em 
Madri na Espanha (Figuras 4 e 5), Nantes na França (Figura 7) e em Nevada nos Estados 
Unidos (Figura 8), as quais permitem a realização de ensaios acelerados e controlados em 
pavimentos rodoviários construídos em escala real. Os ensaios consistem em se fazer trafegar 
veículos sobre os pavimentos de modo a se poder analisar suas respostas ante as cargas e se 
acompanhar o surgimento e evolução de defeitos. As instalações concebidas permitem ensaiar 
e comparar distintas estruturas de pavimentos simultaneamente. Seus principais objetivos sãoa calibração de métodos analíticos de dimensionamento, avaliação de pavimentos, 
comparação da capacidade de suporte e vidas de serviço de diferentes seções estruturais de 
pavimentos, comparação de diferentes tipos de revestimentos, medição de tensões e 
deformações em pontos críticos das estruturas, verificações e calibração de modelos teóricos 
de desempenho de pavimentos e estudo de novos materiais para rodovias. 
 
 
Figura 4 - Pista de testes de pavimentos - Madri 
 
Na Pista de Testes de Madri existem 6 seções de ensaios de 25 m cada, situadas nos trechos 
retos. As seções foram construídas com materiais e equipamentos comumente utilizados nas 
rodovias espanholas; a simulação do tráfego é realizada por veículos guiados por uma viga de 
concreto. As características do simulador correspondem as de um caminhão com máxima 
carga legal. 
 
As respostas do pavimento quando submetido às cargas do tráfego e sua evolução com o 
tempo, são medidas por instrumentos instalados no pavimento (Figura 6). O sistema de 
aquisição de dados existente está preparado para monitorar até 400 sensores de respostas. 
 
 33 
 
 
Figura 5 - Representação esquemática das seções instrumentadas na pista experimental de 
Madri 
 
O centro de controle, completamente automatizado, situa-se na parte interna da pista oval. A 
capacidade inicial de aplicação de cargas (um milhão ao ano com um único veículo) deve ser 
dobrada com a possibilidade da circulação simultânea de dois veículos. As principais 
características dessa área de testes são: 
 
♦ Distância total de ensaio (segmento reto) de 150 m; 
♦ Seções de ensaios com largura de 8 m e 2,6 m de profundidade, construídas sobre uma 
plataforma de concreto em forma de U; 
♦ As seções são cobertas e existe um dispositivo que permite a simulação de chuvas; 
♦ Dois veículos simuladores de tráfego pesado. Características: carga por gravidade, 
semi-eixo simples, velocidade de 60 km/h, largura de atuação de 1,3 m, carga variável 
entre 5,5 e 7,5 t ( 11-15 t/eixo); 
♦ O controle dos veículos é realizado através de um programa específico com transmisão 
das ações via cabo. Funcionamento totalmente automático não sendo necessária a 
presença contínua de pessoal; 
♦ Sistema de aquisição de dados totalmente automatizado. 
 
 
 34 
 
Figura 6 - Sinal típico obtido pelos sensores - pista de testes de Madri 
 
 
Figura 7 - Pista de testes de pavimentos – Nantes 
 
 
Figura 8 - Pista de testes de pavimentos - Nevada 
 
Ainda, com respeito a instrumentação de pavimentos in situ, sem dúvida, uma das maiores 
contribuições oferecidas foi a concepção, aplicação e interpretação dos resultados obtidos 
através da utilização do HVS (Heavy Vehicle Simulator) sul-africano. Trata-se de um veículo 
pesado rebocável tendo uma roda de carga simples ou geminada que se desloca num 
comprimento de 8 m e pode distribuir-se transversalmente em 1,5 m. A carga sobre a roda 
 35 
pode ir a 100 kN (10 tf) e a velocidade ir até 14 km/h no movimento de vaivém; podem 
aplicar-se 1200 repetições por hora. Fazem-se as seguintes medições: deflexões com viga 
Benkelman própria, deformações permanentes e transientes na superfície e em profundidade 
(por meio de sensores LVDT a várias profundidades em furo aberto no pavimento) e perfil 
superficial transversal em 2 m de largura com um perfilômetro automático. Também se pode 
medir a sucção a várias profundidades com psicrômetros. Os sensores de deslocamento, 
instalados no pavimento antes da atuação do HVS (Figuras 9 e 10), permitem acompanhar a 
resposta das várias camadas do pavimento ao longo de carregamentos sucessivos, de várias 
intensidades e distâncias transversais. 
 
A partir dos ensaios acelerados in situ realizados com o HVS foram derivados modelos de 
previsão de desempenho, como o apresentado a seguir, para a consideração do trincamento 
por fadiga da base cimentada em pavimentos semi-rígidos: 
 
N Ff C
SSR
= ×
−


10
7 19 1
8
,
; SSR t
R
= ε
ε
 ; ε R TF
R
E
=
0
 ; ( ) ( )R psi E ksiTF =
+0 139
4 6,
 
onde: 
Nf ⇒ número de repetições de carga para ocorrência do trincamento por fadiga da base 
cimentada; 
εt ⇒ deformação de tração atuante sob a base; 
εR ⇒ deformação de ruptura da mistura cimentada; 
RTF ⇒ resistência à tração na flexão; 
FC ⇒ fator de calibração (“default”, FC = 1,0) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9 - Heavy Vehicle Simulator - HVS 
 
 
 
 
 
 37 
 
 
 
Figura 10 - Alguns instrumentos utilizados com o HVS 
 
 
Metcalf (1996) apresenta um resumo dos principais programas de investigação do 
desempenho de pavimentos envolvendo a realização de ensaios em verdadeira grandeza em 
trechos de rodovias, pistas circulares ou pistas retas. A Tabela 7 mostra uma síntese acerca 
dos recursos disponibilizados para o desenvolvimento dessas pesquisas. 
 
 
 
 
 
 38 
Tabela 7 - Informações acerca de programas estabelecidos para realização de ensaios acelerados em pavimentos (FONTE: Metcalf, 1996) 
denominação país local ano custo (milhões 
US$) 
carga de roda (kN) veloc. 
(km/h) 
controle 
ambiental 
testes 
relatados 
em 
atividade 
MnRoad EUA Minneapolis 1993 25 356 - 453,9 56 - 104 N 40 S 
Nardo Itália Brindisi 1979 - - 30 S N 
PTI EUA Univ. Pennsylvania 1971 - 71 - 120 36 N 17 N 
PWRI Japão Tsukuba 1979 0,5 60 - 160 40 N S 
WesTrack EUA Nevada 1995 - 53,4 + 178 + 5 x 89 65 N S 
C-TIC Canadá Saskatchewan 1978 0,4 40 - 60 18 - 28 S 03 - 
CAPTIF N. Zelândia Univ. de Canterbury 1987 0,3 21 - 60 1 - 50 S 20 S 
ISETH Suiça Zurich 1979 0,75 50 - 80 60 S - 
IUT EUA Univ. de Illinois 1963 - 14,53 3 - 15 N N 
JHPC Japão Machida 1979 - 0 - 30 10 - 60 S S 
LCPC França Nantes 1978 5 40 - 140 30 - 100 S 130 S 
Road Machine Inglaterra Harmondsworth 1963 - 49 - 67 - S N 
RRT Romênia Tech. Univ. Iassy 1982 0,42 45,5 5 - 40 S 40 S 
Shell Holanda Amsterdam 1967 - 1 - 20 1 - 20 S N 
S-KSD Eslovakia Bratislava 1994 - 83 - 130 10 - 50 N S 
UCF EUA Florida 1988 0,25 45,4 - 136,2 24 - 48 N S 
UNAM México Ccidade do México 1970 0,48 80 - 100 4 - 40 S 100 S 
WSU EUA Washington 1965 - 50,5 - N 12 N 
ALF Austrália Melbourne 1984 1 40 - 80 1 - 20 N 158 S 
FHWA-PTF EUA Washington 1986 1,1 40 - 110 20 N 25 S 
RIOH-ALF China Beinjing 1990 1 40 - 80 20 N 16 S 
PRF-LA EUA Univ. Louisiania 1995 1,8 40 - 80 20 N S 
DRTM Dinamarca Tech. Univ. Denmark 1973 0,2 65 (máx.) 25 - 30 S S 
EPFL Suiça Lausane 1977 - 120 10 S 500 - 
HVS Áfr. do Sul CSIR 1971 - 20 - 100 12 S S 
CAL-APT EUA Richmond 1994 1,75 20 - 100 12 S 02 S 
LINTRACK Holanda Delft 1991 1 15 - 100 20 S S 
Minne-ALF EUA Minneapolis 1990 0,2 110 88 S - 
PTF Inglaterra Crowthonne 1984 1,7 100 1 - 20 S S 
INDO/PURDUE EUA Indiana 1992 0,14 90,7 8 S 32 S 
TxMLS EUA Texas 1995 2,5 22,2 - 111,2 ou 35,6 - 
191,3 
32,2 S 02 S 
CEDEX Espanha Madri 1987 2,1 55 - 75 1 - 60 S S 
BASt Alemanha Bergisch Gladbach 1963 - 20 - 100 2 p/s S 15 S 
MSU EUA Michigan 1990 0,1 45 88 S N 
PHRI Japão Yokosuka 1969 - - - S - 
 39 
4.4 - O desempenho de misturas asfálticas modificadas - estudo de casos 
 
4.4.1 - Caso 1 - Estudo do desempenho de misturas porosas 
 
Nos últimos anos, o uso de misturas asfálticas porosas como revestimento tem 
demonstrado enormes vantagens e muitos técnicos rodoviários, principalmente na 
Espanha, estão optando por estas. Pesquisadores da Universidade Politécnica de 
Barcelona na Espanha (Pérez-Jiménez, 1990) mostram os resultados obtidos em estudos 
realizados com o propósito de comparar o desempenho de asfaltos modificados com 
polímeros e CAP’s comuns. Esses estudos foram realizados no Road Laboratory da 
Universidade de Cantabria e no E.S.M. Research Center. 
 
A característica mecânica básica a ser levada em conta no projeto de misturas asfálticas 
porosas é a resistência a desintegração. A observação de seções em serviço demonstra 
que a perda de agregados e a presençade panelas são freqüentes nesse tipo de 
pavimento. Essas deficiências provêm da perda de coesão da mistura, tornando-a 
incapaz de resistir adequadamente ao efeito abrasivo provocado pelas cargas do tráfego. 
 
A principal vantagem na utilização de misturas porosas é o fato de permitirem 
melhoramentos na circulação do tráfego em épocas de chuvas, portanto diretamente 
relacionada com a permeabilidade. Quanto maior a permeabilidade, maior a capacidade 
de drenagem do pavimento. 
 
O grande problema é que as duas principais propriedades estão em oposição (porosidade 
e coesão). Um aumento na porosidade sempre representa uma perda de coesão e em 
conseqüência menor capacidade de resistir a desintegração. Em vista disso, é difícil 
atingir uma solução satisfatória com o uso de asfaltos e demais materiais convencionais. 
Sendo, portanto, necessário encontrar asfaltos especiais que permitam melhorar essas 
propriedades ao mesmo tempo ou seja, possibilitando porosidade elevada e coesão 
adequada. 
 
 40 
O estudo de laboratório foi centrado na investigação dos efeitos produzidos pela 
incorporação de polímeros nas seguintes propriedades da mistura: 
 
♦ Resistência à deformações plásticas; 
♦ Resistência à tração; 
♦ Resistência à desagregação; 
♦ Desgaste; 
 
Foram preparadas duas misturas sendo que em uma dessas o asfalto foi modificado pela 
incorporação de polímeros. O asfalto base utilizado foi um 80/100 e o tipo de agente 
modificante adotado foi o EVA, cujas características principais estão apresentadas na 
Tabela 8. A mesma Tabela mostra as caracteríaticas do asfalto B-60/70 usado. As 
diferenças entre os asfaltos são notáveis. 
 
Tabela 8 - Caracterização dos asfaltos estudados 
 B-60/70 AMP 
Penetração a 25 0C (0.1mm) 65 70 
Pto. de amolecimento (0 C) 50 68 
Índice de penetração -0.5 1.9 
Pto. Fraas (0 C) -8 -13 
Índice de Plasticidade (0 C) 58 81 
Dureza (kg.cm) 4 157 
Tenacidade (kg.cm) 95 229 
 
 
O estudo da resistência à deformações plásticas foi realizado utilizando um simulador 
de tráfego a uma temperatura de ensaio de 60 0C. Os teores de asfalto adotados 
variaram de 4 a 4,5 % para ambas as misturas. 
 
Na Figura 11 podemos ver que a resistência à deformações plásticas oferecida pela 
mistura de AMP é bem superior àquela proporcionada pela mistura convencional. 
 41 
Resistência `a Deformações Plásticas
Temperatura dos Ensaios: 60 C
Tempo (minutos)
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or
m
aç
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 (m
m
)
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0
2.2
4
5
6
7
8
9
0 15 30 45 60 75 90 105
Asfalto comum (4,5%)
Asfalto comum (4%)
������ Asfalto modificado com polímeros (4,5%
Asfalto modificado com polímeros (4%)
 
Figura 11 - Resistência à deformações plásticas das misturas 
 
O uso de AMP’s pode diminuir o efeito de pós-compactação pelas cargas do tráfego, o 
qual é, as vezes, observado nas misturas porosas. 
 
O efeito do tipo de asfalto na resistência à tração das misturas foi estudado através da 
ruptura de corpos de prova Marshall em compressão diametral. Os ensaios foram 
realizados a temperaturas de 5 e 45 0C, e com velocidade de aplicação do carregamento 
de 50,8 mm/min. Os corpos de prova foram compactados com uma energia de 50 golpes 
por face. Os resultados desses ensaios são mostrados na Tabela 9 e Figuras 12 e 13. 
 
Tabela 9 - Efeito da temperatura e do teor de asfalto na resistência à tração 
resistência à tração (kp/cm2) 
teor de asfalto (%) 3,5 4,5 5,5 
temperatura oC 5 45 5 45 5 45 
AMP 71,5 3,8 72,5 3,5 70,1 3,1 
B-60/70 65,4 2,9 69,6 2,9 71,0 2,7 
 
 42 
Influência do Teor de Asfalto na Resistência à Tração 
Ensaios Realizados a 45 C
Tor de Asfalto (%)
R
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 à
 T
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cm
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3.8
3.5
3.1
2.9 2.9
2.7
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
3.5 4.5 5.5
Asfalto modificado com polímeros- EVA
Asfalto comum - B-60/70
 
Figura 12 - Influência do teor de asfalto na resistência à tração 
Influência do Teor de Asfalto na Resistência à Tração
Ensaios Realizados a 5 C
Teor de Asfalto (%)
R
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71.5
72.5
70.1
65.4
69.6
71
70.1
71.5
72.5
3.5 4.5 5.5
Asfalto modificado com polímeros - EVA
Asfalto comum - B-60/70
 
Figura 13 - Influência do teor de asfalto na resistência à tração 
 
Os resultados obtidos mostram um melhor desempenho da mistura com asfalto 
modificado com polímeros. A diferença é mais significativa nos ensaios realizados a 45 
C que a 5 C . Além disso, os resultados indicam um aumento na resistência à tração, 
entre 20 e 30 %, na mistura com asfalto modificado, quando comparado com a mistura 
com asfalto comum, no caso dos ensaios a 45 C. 
 43 
O comportamento das misturas com relação a desagregação é, talvez, a propriedade 
mais importante a ser considerado nas misturas asfálticas porosas e, é justamente nela 
que o efeito do asfalto modificado com polímeros torna-se mais evidente. A resistência 
a desintegração das misturas foi verificada em laboratório através do ensaio Cantabro, o 
qual consiste da introdução de amostras Marshall em um aparelho Los Angeles (sem 
esferas) para obter sua perda de peso após 300 revoluções do tambor. Este ensaio vem 
sendo usado pelas padronizações espanholas para o estabelecimento de critérios de 
projeto para essas misturas. Tais padronizações, preconizam, de acordo com esse ensaio, 
as seguintes especificações (esses valores se referem a utilização de corpos de prova 
Marshall compactados com 50 golpes por face): 
 
♦ O teor de vazios na mistura deve ser maior que 18% e, preferencialmente, não 
inferior a 20 %; 
♦ As perdas no ensaio Cantabro não devem ser superior 35% . 
 
Os resultados obtidos mostram claramente as vantagens de se utilizar asfaltos 
modificados com polímeros em vez do asfalto tradicional. Para o mesmo teor de asfalto 
na mistura e com percentagens similares de teor de vazios, o uso de AMP reduz a perda 
entre 15 e 20 pontos, como ser visto na Tabela 10 e Figura 14. Então, de acordo com os 
padrões espanhois a não utilização de asfaltos modificados deveria implicar na rejeição 
da mistura, exceto quando se utilizar 5,5% de asfalto com consequente redução dos 
vazios na mistura. 
 
Tabela 10 - Resultados obtidos no ensaio cantabro 
Tipo de Asfalto B-60/70 Asfalto modificado com 
polímeros (EVA) 
Teor de asfalto (%) 3,5 4,5 5,5 3,5 4,5 5,5 
Teor de vazios (%) 24,1 22,2 20,2 24,1 22,1 19,9 
Perda1 46 40 33 30 20 15 
perda2 (após imersão) 86 65 50 52 32 24 
 44 
Teor de Betume (%)
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C
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(%
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3.5 4.5 5.5
Asfalto comum
Asfalto polímero
�������� Asfalto comum - após imersão
Asfalto polímero - após imersão
 
Figura 14 - Influência do teor de asfalto na resistência ao desgaste 
 
4.4.2 - Caso 2 - Estudo experimental de misturas modificadas 
 
Huet et al. (1990) apresentam um estudo cujo propósito principal foi o de avaliar de 
maneira comparativa o desempenho oferecido por diferentes composições de misturas 
asfálticas porosas in situ. Para tanto, foi utilizado o simulador de tráfego instalado na 
pista circular de testes de pavimentos de Nantes (Figura 15) na França. 
 
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