Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Tese apresentada à Divisão de Pós-Graduação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Ciências na Área de Infra-Estrutura de Transportes, do Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Infra- Estrutura Aeronáutica. Elemar Jorge Taffe Júnior ESTUDO DA APLICABILIDADE DE PROCEDIMENTOS PARA PROJETO DE RESTAURAÇÃO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS RODOVIÁRIOS Tese aprovada em sua versão final pelos abaixo assinados Prof. Régis Martins Rodrigues ORIENTADOR Prof. Homero Santiago Maciel CHEFE DA DIVISÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO CAMPO MONTENEGRO SÃO JOSÉ DOS CAMPOS, SP, BRASIL 2003 1 ESTUDO DA APLICABILIDADE DE PROCEDIMENTOS PARA PROJETO DE RESTAURAÇÃO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS RODOVIÁRIOS Elemar Jorge Taffe Júnior Composição da Banca Examinadora: Eliseu Lucena Neto (Ph.D.) Presidente – ITA Régis Martins Rodrigues (D.Sc.) Orientador – ITA Delma de Mattos Vidal (D.Sc.) ITA Liedi Legi Bariani Bernucci (D.Sc.) Poli – USP José Tadeu Balbo (D.Sc.) Poli – USP ITA, Junho de 2003 2 Índice Lista de Figuras .............................................................................................. V Lista de Tabelas.............................................................................................VI Lista de Quadros ....................................................................................... VIII Glossário.........................................................................................................IX Lista de Símbolos......................................................................................... IXI Resumo ........................................................................................................XIV Abstract ........................................................................................................ XV Agradecimentos ..........................................................................................XVI Dedicatória ................................................................................................ XVII 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 1 1.1 MOTIVAÇÃO DA PESQUISA................................................................................ 1 1.2 OBJETIVO ................................................................................................................ 4 1.3 METODOLOGIA DA PESQUISA.......................................................................... 4 1.4 CONTEÚDO DO TRABALHO ............................................................................... 5 2 MÉTODOS PARA PROJETO DE RESTAURAÇÃO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS RODOVIÁRIOS........................................... 7 2.1 MÉTODO DNER-PRO 10/79............................................................................. 7 2.1.1 Características Gerais ........................................................................................... 7 2.1.2 Cálculo da vida Restante ...................................................................................... 9 2.1.3 Projeto de Reforço.............................................................................................. 11 I 2.2 MÉTODO DNER-PRO 11/79................................................................................ 14 2.2.1 Características Gerais ......................................................................................... 14 2.2.2 Cálculo da Deflexão Admissível ........................................................................ 15 2.2.3 Estimativa da vida restante ................................................................................. 15 2.2.4 Reforço do pavimento ........................................................................................ 17 2.3 MÉTODO DNER-PRO 159/85............................................................................... 19 2.3.1 Características Gerais ......................................................................................... 19 2.3.2 Dados Iniciais ..................................................................................................... 20 2.3.3 Cálculo dos Parâmetros do Trecho..................................................................... 21 2.3.4 Divisão do Trecho em Subtrechos Homogêneos................................................ 22 2.3.5 Projeto de Restauração ....................................................................................... 22 2.3.6 Modelos para Previsão de Desempenho............................................................. 27 2.4 MÉTODO DO GUIA DA AASHTO...................................................................... 30 2.4.1 Definição de Segmentos Homogêneos e Análise de Tráfego............................. 31 2.4.2 Materiais Empregados ........................................................................................ 31 2.4.3 Análise da Capacidade Estrutural Efetiva (SNxeff) ............................................. 32 2.4.4 Análise da Capacidade Estrutural do Recapeamento (SNy) ............................... 32 2.4.5 Determinação do Fator de Vida Restante (FRL).................................................. 32 2.4.6 Determinação da Espessura de Recapeamento em Concreto Asfáltico (hol)...... 33 2.5 PROGRAMA PAVESYS 9.0 .................................................................................. 33 2.5.1 Considerações de projeto.................................................................................... 34 2.5.2 Modelos de Previsão de Desempenho................................................................ 36 3 APLICAÇÃO DOS MÉTODOS............................................................... 37 3.1 CASO 1 - RODOVIA BR-116/RS (Lote 4 do projeto DNER)............................. 37 3.1.1 Identificação do trecho ....................................................................................... 37 3.1.2 Histórico do trecho ............................................................................................. 38 3.1.3 Avaliação Funcional e Registro de Defeitos do Pavimento ............................... 40 3.1.4 Avaliação Estrutural do Pavimento .................................................................... 41 3.1.5 Estudo de Tráfego............................................................................................... 42 3.1.6 Divisão em Segmentos Homogêneos ................................................................. 44 3.1.7 Diagnóstico do Pavimento.................................................................................. 44 3.1.8 Aplicação do Método DNER PRO-10/79 .......................................................... 46 II 3.1.9 Aplicação do Método DNER PRO-11/79 .......................................................... 47 3.1.10 Aplicação do Método DNER PRO-159/85 ...................................................... 49 3.1.11 Aplicação do Método do Guia da AASHTO.................................................... 50 3.1.12 Aplicação do Programa PAVESYS 9.0............................................................ 51 3.1.13 Resultado da aplicação dos métodos ................................................................ 51 3.2 CASO 2 - Rodovia SP-070 ...................................................................................... 53 3.2.1 Identificação do trecho .......................................................................................53 3.2.2 Histórico do trecho ............................................................................................. 53 3.2.3 Registro de Defeitos do Pavimento .................................................................... 55 3.2.4 Avaliação Estrutural do Pavimento .................................................................... 55 3.2.5 Estudo de Tráfego............................................................................................... 56 3.2.6 Divisão em Segmentos Homogêneos ................................................................. 57 3.2.7 Diagnóstico do Pavimento.................................................................................. 57 3.2.8 Aplicação do Método DNER PRO-10/79 .......................................................... 57 3.2.9 Aplicação do Método DNER PRO-11/79 .......................................................... 58 3.2.10 Aplicação do Método DNER PRO-159/85 ...................................................... 58 3.2.11 Aplicação do Método do Guia da AASHTO.................................................... 60 3.2.12 Aplicação do Programa PAVESYS 9.0............................................................ 61 3.2.13 Resultado da aplicação dos Métodos................................................................ 61 3.3 CASO 3 - RODOVIA SP-088 ................................................................................. 64 3.3.1 Identificação do trecho ....................................................................................... 64 3.3.2 Histórico do trecho ............................................................................................. 64 3.3.3 Avaliação Funcional e Registro de Defeitos do Pavimento ............................... 66 3.3.4 Avaliação Estrutural do Pavimento .................................................................... 66 3.3.5 Estudo de Tráfego............................................................................................... 68 3.3.6 Divisão em Segmentos Homogêneos ................................................................. 69 3.3.7 Diagnóstico do Pavimento.................................................................................. 69 3.3.8 Aplicação do Método DNER PRO-10/79 .......................................................... 70 3.3.9 Aplicação do Método DNER PRO-11/79 .......................................................... 71 3.3.10 Aplicação do Método DNER PRO-159/85 ...................................................... 71 3.3.11 Aplicação do Método do Guia da AASHTO.................................................... 72 3.3.12 Aplicação do Programa PAVESYS 9.0............................................................ 73 3.3.13 Resultado da aplicação dos métodos ................................................................ 73 III 3.4 CASO 4 - RODOVIA VRS-208 .............................................................................. 75 3.4.1 Identificação do trecho ....................................................................................... 75 3.4.2 Histórico do trecho ............................................................................................. 75 3.4.3 Avaliação Funcional e Registro de Defeitos do Pavimento ............................... 76 3.4.4 Avaliação Estrutural do Pavimento .................................................................... 76 3.4.5 Estudo de Tráfego............................................................................................... 77 3.4.6 Divisão em Segmentos Homogêneos ................................................................. 77 3.4.7 Diagnóstico do Pavimento.................................................................................. 78 3.4.8 Aplicação do Método DNER PRO-10/79 .......................................................... 78 3.4.9 Aplicação do Método DNER PRO-11/79 .......................................................... 79 3.4.10 Aplicação do Método DNER PRO-159/85 ...................................................... 79 3.4.11 Aplicação do Método do Guia da AASHTO.................................................... 80 3.4.12 Aplicação do Programa PAVESYS 9.0............................................................ 81 3.4.13 Resultado da aplicação dos métodos ................................................................ 82 4 AVALIAÇÃO DOS MÉTODOS .............................................................. 84 4.1 MÉTODO DNER PRO-10/79................................................................................. 84 4.2 MÉTODO DNER PRO-11/79................................................................................. 91 4.3 MÉTODO DNER PRO-159/85............................................................................... 94 4.4 MÉTODO DO GUIA DA AASHTO...................................................................... 96 4.5 ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................................................................ 97 4.5.1 Caso 1 ................................................................................................................. 99 4.5.2 Caso 2 ............................................................................................................... 101 4.5.3 Caso 3 ............................................................................................................... 102 4.5.4 Caso 4 ............................................................................................................... 102 5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES............................................................ 104 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................... 108 ANEXO I – Planilhas detalhadas de aplicação dos métodos – Caso 1 ANEXO II – Planilhas detalhadas de aplicação dos métodos – Caso 2 ANEXO III – Planilhas detalhadas de aplicação dos métodos – Caso 3 ANEXO IV – Planilhas detalhadas de aplicação dos métodos – Caso 4 IV LLiissttaa ddee FFiigguurraass Figura 1.1 - Condição das rodovias federais brasileiras - Ano 2000 (Fonte: DNIT, 2002) . 3 Figura 2.1 – Critérios para o estabelecimento das diretrizes de projeto PRO 10-79.......... 10 Figura 2.2 - Critérios para Diagnóstico – Pro 11/79 .......................................................... 17 Figura 2.3 - Variação do SN ao longo do tempo................................................................ 31 Figura 2.4 – Exemplo de relatório gráfico gerado pelo Pavesys 9.0.................................. 35 Figura 2.5 – Propriedades da mistura asfáltica considerada neste estudo.......................... 36 Figura 3.1 - Traçado da Rodovia BR-116/RS .................................................................... 37 Figura 3.2 – Estruturas consideradas no projeto de restauração ........................................ 40 Figura 3.3 - Definição de Raio de Curvatura ..................................................................... 48 Figura 3.4 - Traçado da Rodovia SP-070 ........................................................................... 53 Figura 3.5 – Estrutura considerada no projeto de restauração da rodovia SP-070............. 54 Figura 3.6 – Definição da faixa critica para rodovia SP-070 ............................................. 55 Figura 3.7 – Estrutura considerada na retroanálise - Caso 2 .............................................. 56 Figura 3.8 - Trecho da Rodovia SP-088............................................................................. 64 Figura 3.9 – Estruturas consideradas no projeto de restauração ........................................ 65 Figura 3.10 - Trecho da Rodovia VRS-208 .......................................................................75 Figura 3.11 – Estrutura do pavimento existente................................................................. 76 Figura 4.1 - Análise do critério deflectométrico - Caso 1 .................................................. 89 Figura 4.2 - Análise do critério deflectométrico - Caso 2 .................................................. 89 Figura 4.3 - Análise do critério deflectométrico - Caso 3 .................................................. 90 Figura 4.4 - Análise do critério deflectométrico - Caso 4 .................................................. 90 Figura 4.5 – Relação entre resultados do Pavesys 9 e dos demais métodos – Caso 1 ....... 98 Figura 4.6 – Relação entre resultados do Pavesys 9 e dos demais métodos – Caso 2 ....... 99 Figura 4.7 – Relação entre resultados do Pavesys 9 e dos demais métodos – Caso 3 ....... 99 V LLiissttaa ddee TTaabbeellaass Tabela 1.1 - Casos analisados............................................................................................... 5 Tabela 2.1 – Critério para definição do FS ........................................................................... 9 Tabela 2.2 – Valores de coeficiente de equivalência estrutural.......................................... 19 Tabela 2.3 – Valores críticos na análise pelo Pavesys 9.0.................................................. 35 Tabela 3.1 – Espessuras adotadas na primeira restauração ................................................ 38 Tabela 3.2 - Espessuras betuminosas na pista de rolamento .............................................. 39 Tabela 3.3 – Dados de tráfego do ano de 1975................................................................... 43 Tabela 3.4 – Dados relativos ao primeiro ano (Fonte: ENECON, 2001) ........................... 43 Tabela 3.5 – Volumes de tráfego adotados para projeto .................................................... 43 Tabela 3.6 – Valores de tráfego considerados na aplicação do método PRO-10 ............... 46 Tabela 3.7 - Correção entre Viga Benkelman e FWD (Rocha Filho, 1996) ...................... 46 Tabela 3.8 - Valores de tráfego considerados para a aplicação do método PRO-11.......... 47 Tabela 3.9 – Limites máximos considerados no método PRO-159 ................................... 49 Tabela 3.10 – Parâmetros considerados na aplicação do programa Pavesys 9.0 ............... 51 Tabela 3.11 – Localização das faixas ................................................................................. 55 Tabela 3.12 – Valores de tráfego adotados - Caso 2 .......................................................... 56 Tabela 3.13 – Relação entre PSI e IGG.............................................................................. 59 Tabela 3.14 – Limites máximos considerados no método PRO-159 ................................. 59 Tabela 3.15 - Tráfego para o método PRO-159 - Caso 2 ................................................... 60 Tabela 3.16 – Parâmetros considerados na aplicação do programa Pavesys 9.0 ............... 61 Tabela 3.17 – Espessuras betuminosas investigadas .......................................................... 65 Tabela 3.18 - Faixas arbitradas de D'0i FWD - Caso 3 ........................................................... 67 Tabela 3.19 – Módulos médios considerados no projeto ................................................... 68 Tabela 3.20 - Volumes de tráfego adotados para projeto - Caso 3..................................... 68 VI Tabela 3.21 – Tráfego para o método PRO-159 - Caso 3 .................................................. 71 Tabela 3.22 – Limites máximos considerados no método PRO-159 ................................. 72 Tabela 3.23 - Parâmetros considerados na aplicação do programa Pavesys 9.0 ................ 73 Tabela 3.24 – Tráfego adotado para projeto - Caso 4......................................................... 77 Tabela 3.25 – Limites máximos considerados no método PRO-159/85 ............................ 80 Tabela 3.26 - Parâmetros considerados na aplicação do programa Pavesys 9.0 ................ 81 Tabela 4.1 – Comparação de IGG com Módulos de Elasticidade - Caso 3 ....................... 86 Tabela 4.2 – Relação entre o Rc e os demais parâmetros de qualidade estrutural ............. 93 Tabela 4.3 – Critério para definição pelo erro padrão ........................................................ 97 VII LLiissttaa ddee QQuuaaddrrooss Quadro 2.1 – Análise da Condição de pavimentos com revestimento em CA .................. 24 Quadro 2.2 - Casos possíveis na análise de restauração em concreto asfáltico ................. 25 Quadro 2.3 - Casos possíveis na análise de restauração em tratamento superficial duplo 26 Quadro 2.4 - Casos possíveis na análise de restauração em lama asfáltica ....................... 27 Quadro 3.1 - Resultados da Aplicação dos Métodos - Caso 1 ........................................... 52 Quadro 3.2 - Resultados da Aplicação dos Métodos - Caso 2 ........................................... 62 Quadro 3.3 - Resultados da Aplicação dos Métodos - Caso 2 ........................................... 63 Quadro 3.4 - Resultados da Aplicação dos Métodos - Caso 3 ........................................... 74 Quadro 3.5 - Resultados da Aplicação dos Métodos - Caso 4 ........................................... 83 VIII GGlloossssáárriioo Binder: Tipo de camada de revestimento que possui uma distribuição granulométrica mais contínua, ausência de filer e menor teor de asfalto que a camada superior (a “capa”); FLAPS (Finite Layer Analysis of Pavement Structures): Programa de computador (sub- rotina utilizado pelo Pavesys 9.0) que calcula as tensões, deformações e deslocamentos ao longo de um eixo vertical nos pontos x-y selecionados (deslocamentos nos planos nodais, tensões e deformações no centro de cada subcamada), através do método das camadas finitas; LAYMOD 3.0: Programa de computador que permite realizar o processo de retroanálise através dos dados deflectométricos obtidos em campo pelo FWD, gerando assim os módulos de elasticidade efetivos in situ das camadas; PAVESYS 9.0: Programa de computador que permite verificar o desempenho de projetos de pavimentos rodoviários e aeroportuários quanto aos principais defeitos, através de modelos do tipo mecanístico-empírico. .. .. . . . . . . . IX . . . .. .. LLiissttaa ddee SSíímmbboollooss AASHO: American association of state highway officials; AASHTO: American association of state highway and transportation officials; AMITR: Aparelho medidor de irregularidade do tipo resposta; aol: Coeficiente estrutural do material de reforço; AP: Afundamento plástico; AT/AP: Aproveitamento total ou parcial do valor residual do pavimento; ATR: Afundamento em trilha de roda; BGS: Brita graduada simples; BGTC: Brita graduada tratada com cimento; C0: Custo unitário de restauração para o início do PP; CA (CB): Concreto asfáltico (concreto betuminoso);. CALTRANS: California transportation department; CBR (ISC): California bearing ratio (Índice de Suporte Califórnia); CBUQ: Concreto betuminoso usinado a quente; CEE: Coeficiente de equivalência estrutural; Cn: Custo unitário de restauração; Cv: Coeficiente de variação; CVn: coeficiente que define o estado do material da camada n; D: desgaste; d0: Deflexão máxima; d25: Deflexãoá 25 cm do ponto de prova; dadm: Deflexão admissível; dadmmáx: Deflexão admissível máxima; X DAER/RS: Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem / Rio Grande do Sul; dc: Deflexão Característica; ∆%: Percentual de deflexão requerida; DER/SP: Departamento de Estradas de Rodagem / São Paulo; DF: Desgaste para o último ano da análise; dh: Deflexão sobre a superfície do reforço; dhmáx: Deflexão máxima sobre o reforço; DM: desgaste máximo; DNER (DNIT): Departamento Nacional de Estradas de Rodagem – em extinção (Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes); dp: Deflexão de Projeto; dr: Deflexão medida na superfície do reforço; εt : Deformação específica de tração; F:Valor médio das flechas nas trilhas de roda; FC-1: Freqüência de trincas classe 1 no revestimento existente; FC-2: Freqüência de trincas classe 2 no revestimento existente; FC-3: Freqüência de trincas classe 3 no revestimento existente; fCB: Fator de equivalência estrutural do CA em relação ao pedregulho; fi: Fator de equivalência do material selecionado para a camada subjacente à de rolamento (capa); FRL: Fator de vida restante; Fs: Fator Sazonal; FV: Fator veículo; FWD: Falling weight deflectometer; h: Espessura de reforço; H: Espessura total de reforço (expressa em termos de pedregulho); hc: Espessura de concreto betuminoso substituído; HCB: Espessura de pedregulho; hCB: Espessura de reforço em CA; hcbmáx: Espessura máxima de reforço em concreto asfáltico. hcbmín: Espessura mínima de reforço em concreto asfáltico; XI hcm: Espessura de reforço com camadas múltiplas; he: Espessura de revestimento existente; Hi: Espessura da camada subjacente à de rolamento (capa); hi: Espessura real para a camada subjacente à de rolamento (capa); hn: Espessura da camada n existente; i: Taxa de oportunidade de capital; IF: Índice de fissuração; IGG: Índice de gravidade global; IPR: Instituto de pesquisas rodoviárias; IRI: International roughness index; IT: Índice de tráfego; K: Fator de redução de deflexão; LVC: Levantamento visual contínuo; LVD: Levantamento visual detalhado; Mr (E): Módulo de Resiliência; Msl: Módulo resiliente do subleito; n: Ano previsto para a execução; N: Número de solicitações de eixos equivalentes ao eixo padrão de 8,2 tf; Nc: Nível de confiabilidade; Np: Número "N" para o período do projeto; Ns: Número "N" já suportado pelo pavimento; PMAF: Pré-misturado aberto a frio; PMAQ: Pré-misturado aberto a quente; PMUQ: Pré-misturado usinado a quente; PP: Período de projeto; PSI: Present Serviceability Index; QI: Quarter-Car Index; QIF: Irregularidade pra o último ano da análise; QIM: irregularidade máxima; R: Nível de confiabilidade; RC: Raio de curvatura; XII Rc7d: Resistência à compressão simples (7 dias); Rcmín: Raio de curvatura mínimo; RL: Reparos localizados; RLx: Vida restante do pavimento existente antes do recapeamento; RLy: Vida restante do pavimento recapeado após o tráfego de projeto de recapeamento; RRP: Remoção e reconstrução parcial; RRT: Remoção e reconstrução total; SC: Structural capacity; SGP: Sistema de gerência de pavimentos; σ: Desvio padrão; SN: Structural number; SN0: Capacidade estrutural inicial; SNC: Número estrutural corrigido; SNol: Capacidade estrutural do recapeamento; SNxeff: Capacidade estrutural efetiva do pavimento existente; SNy: Capacidade estrutural do recapeamento futuro; So: desvio padrão global; TMD: Tráfego médio diário; TR: Trincamento no revestimento existente; TRF: Trincamento para o último ano da análise; TRM: Trincamento máximo; TSD: Tratamento superficial duplo; USACE: United states army corps of engineers; USP: Universidade de São Paulo; VDM: Volume diário médio; VDMc: Volume diário médio comercial; VR: Vida restante do pavimento; Wt18: Tráfego calculado pelo método da AASHTO. XIII RReessuummoo Os métodos para projeto de restauração de pavimentos asfálticos disponíveis hoje no Brasil apresentam diversas deficiências, ao lado de considerações que se apresentam relevantes. Esta pesquisa trata de um estudo da aplicabilidade dos principais métodos para projeto de restauração de pavimentos asfálticos rodoviários no Brasil, a saber: DNER Pro-10/79, DNER Pro-11/79, DNER Pro-159/85, e do Guia da AASHTO. Os métodos foram aplicados a quatro casos reais de rodovias necessitando de restauração. As soluções apontadas em cada método foram comparadas com a que seria dimensionada através de um modelo para previsão de desempenho do tipo mecanístico-empírico. Foi também realizada uma análise procurando identificar as possíveis diferenças entre os métodos e, neste sentido, responder o porquê dessas diferenças, indicando possíveis vantagens e desvantagens de cada método. Finalmente, foram apontados os aspectos tecnicamente mais interessantes dos métodos estudados. Os métodos Pro-10, Pro-11 e Pro-159 merecem atenção quanto a alguns de seus recursos que podem vir a ser adotados para estruturação de um método mais consistente. Já o Guia da AASHTO foi o método que apresentou maior consistência com o modelo mecanístico-empírico no que diz respeito ao dimensionamento estrutural do pavimento restaurado. Palavras-chave: Pavimentos asfálticos – projeto de restauração – recapeamento asfáltico. XIV AAbbssttrraacctt The methods for overlay design of asphalt pavements available nowadays in Brazil present some shortcomings as well as usefull considerations. This research studies the applicability of the most important methods for rehabilitation design of highway asphalt pavements in Brazil (DNER Pro-10/79, DNER Pro-11/79, DNER Pro-159/85), as well as The AASHTO Guide. The methods were applied to four cases of highways needing rehabilitation. The solutions thus obtained were compared with the one designed using a mechanistic- empirical performance prediction model. An analysis was conducted to identify the causes for the differences in the results of the methods, in order to indicate possible advantages and disadvantages of each method. Finally, the technically more interesting aspects of the methods were identified. Methods Pro-10, Pro-11 and Pro-159 deserve attention regarding some of their resources that can be used in the structuring of a more reliable method. The AASHTO Guide was the method with the greatest compatibility with the mechanistic- empirical model for overlay design. Key words: Asphalt pavements – rehabilitation design – asphalt overlays XV AAggrraaddeecciimmeennttooss À CAPES pelo suporte financeiro destinado ao desenvolvimento deste estudo. Ao Prof. Régis pelo exemplo de dedicação, trabalho e profissionalismo. À minha noiva Letícia, pela compreensão, incentivo, carinho e amor em todo este período que ficamos “distantes”. Aos meus companheiros de apartamento nestes dois anos, Fernando, Rui, Cláudio e Fernando Neves, pelos bons momentos e pelas lições de vida. Aos colegas e amigos da pós (René, Vivi, Aislan, Erik, Adival, Denílson, Weber, Fabio Tury, Fabio Piovesan, Renato, Marcos Flores, Mariana...) e todos os demais pela amizade e companheirismo. Aos professores e funcionários da Infra, em especial aos professores Delma, Cláudio Jorge e Eliseu pelos excelentes cursos ministrados. XVIDDeeddiiccaattóórriiaa Dedico este trabalho aos meus pais Elemar e Ivone, a minha mana Karine e ao meu amor Letícia. XVII CCaappííttuulloo 11 IInnttrroodduuççããoo 1.1 MOTIVAÇÃO DA PESQUISA A restauração de um pavimento é o processo de trazer sua condição funcional a níveis aceitáveis por meio de intervenções que sejam técnica e economicamente adequadas e eficazes. Segundo Rodrigues (2001b), os objetivos específicos a serem atingidos quando se projeta a restauração de um pavimento são os seguintes: • Trazer a condição funcional (conforto ao rolamento e segurança) a níveis compatíveis com a de um pavimento novo; • Garantir uma vida de serviço mínima para o pavimento restaurado, de modo que uma nova intervenção desse mesmo porte seja requerida apenas após este período; • Utilizar técnicas disponíveis e aplicáveis, e que atendam a requisitos operacionais e às restrições orçamentárias; • Controlar os mecanismos pelos quais a deterioração das estruturas de pavimento vem se processando ao longo do tempo (trincamento por fadiga das camadas asfálticas e cimentadas, afundamentos plásticos por acúmulo de deformações permanentes em todas as camadas, drenagem sub-superficial deficiente, consolidação de solos moles sob cargas estáticas e repetidas, densificação sob cargas repetidas de camadas com deficiência de compactação, materiais com problemas construtivos). Se comparado com um projeto de implantação de uma rodovia, o projeto de restauração de um pavimento é igualmente complexo, em virtude do número de fatores a se considerar. Entre os fatores que se referem a condição atual do pavimento existente e a parâmetros que devem ser levados em conta para o projeto de restauração, pode-se citar: 1 • Período de projeto ou vida de serviço que o pavimento restaurado deverá apresentar; • Deficiências funcionais a serem corrigidas; • Na hipótese de aproveitamento do pavimento existente, quais aspectos de degradação estrutural devem ser corrigidos ou que estão comprometendo o seu desempenho futuro; • A adequação ou não da estrutura existente às solicitações que serão impostas pelas cargas do tráfego de projeto; • Levantamento da condição do pavimento, ou seja, das características de severidade e extensão da degradação de superfície (na medida em que os defeitos existentes dão origem ou aceleram a geração de outros defeitos, além de aumentarem sua severidade com o tempo) e com relação a trincas, por comprometerem o desempenho de camadas de recapeamento a serem eventualmente aplicadas, através do fenômeno da reflexão de trincas; • Nível de confiabilidade (Nc) requerido para o projeto, o qual é função da importância da rodovia. Quanto maior for Nc, menores serão os custos e a freqüência das operações de conservação; • As práticas construtivas que serão aplicadas, equipamentos disponíveis e experiência e habilidade das construtoras para execução das diversas soluções a serem concebidas; • Tráfego atuante para o período de projeto (magnitude e freqüência das cargas de eixo); • Restrições orçamentárias e operacionais; • Materiais de construção disponíveis a distâncias de transporte economicamente competitivas; • Condições climáticas do local e sua influência na deterioração do pavimento existente. Com a definição dos fatores acima, é fundamental a elaboração de um diagnóstico, que deve esclarecer quanto aos mecanismos através dos quais a deterioração do pavimento vem se processando ao longo do tempo. Apesar de ser de complexa obtenção e baixa confiabilidade, para a obtenção do diagnóstico, deve-se levantar os seguintes elementos: • Histórico de tráfego, desde a construção ou última restauração; 2 • Histórico de manutenção do pavimento, incluindo as medidas de conservação e de restauração aplicadas, se possível, e com registros disponíveis quanto ao seu desempenho; • Informações quanto a problemas construtivos encontrados durante a implantação do pavimento. A malha rodoviária brasileira é composta predominantemente por pavimentos flexíveis. Na atualidade, parte desta malha encontra-se em adiantado grau de deterioração, necessitando intervenções. Dados de 2000, disponíveis no site do DNIT (2002), retratam a condição das rodovias federais brasileiras, mostrando que 24% da malha foi classificada entre mau a péssimo e 32% como regular, ou seja, 56% das rodovias federais brasileiras estão necessitando intervenção imediata. A Figura 1.1 mostra os demais dados com relação à condição dessas rodovias. - Excelente (12%) - Bom (25%) - Regular (32%) (7%) Não considerado - (17%) Mau - (7%) Péssimo - Figura 1.1 - Condição das rodovias federais brasileiras - Ano 2000 (Fonte: DNIT, 2002) A restauração de pavimentos se caracteriza por medidas que têm um caráter não apenas corretivo de deficiências existentes, mas também por serem preventivas, na medida em que técnicas específicas, adotadas em cada caso, procuram atacar a origem ou os mecanismos pelos quais a deterioração do pavimento vem se processando ao longo do tempo (Rodrigues, 2001b). Cabe citar que, no Brasil, a manutenção dos pavimentos é relegada a segundo plano e os métodos usuais para projeto de restauração (normatizados pelo DNER) são falhos e omissos no que diz respeito ao diagnóstico do pavimento e seleção das medidas mais adequadas (Gonçalves, 1997). 3 Em resumo, fatores como a péssima condição atual das rodovias brasileiras e conseqüentemente a necessidade imediata de intervenção, somado ao fato das evidentes deficiências dos métodos atuais disponíveis no Brasil quanto a projeto de restauração de pavimentos, despertaram o interesse para o desenvolvimento do presente trabalho. 1.2 OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo analisar a aplicabilidade dos principais métodos para projetos de restauração de pavimentos flexíveis e semi-rígidos existentes no Brasil, apontando diferenças, possíveis falhas e virtudes de cada método. Com os resultados desta análise, procurar-se-á apontar os recursos mais confiáveis dos métodos estudados, visando a proposição de um processo mais consistente. 1.3 METODOLOGIA DA PESQUISA A pesquisa iniciou com o estudo aprofundado da aplicabilidade dos principais métodos de projeto de restauração de pavimentos flexíveis no Brasil. Foram estudados os seguintes métodos: • Método DNER-PRO 10/79; •• Método DNER-PRO 11/79; •• Método DNER-PRO 159/85; Além dos principais métodos aplicados no Brasil, citado acima, também foi objeto de estudo nesta pesquisa o método do Guia da AASHTO de 1986. Das soluções resultantes do emprego de cada um dos métodos, foi realizada uma avaliação do desempenho das soluções resultantes do emprego de cada um dos métodos, com o uso do modelo de previsão de desempenho PAVESYS 9.0 (Rodrigues, 2000). Foram aplicados os métodos acima citados a quatro casos reais de rodovias que estavam necessitando restauração. Destes quatro casos reais, três são pavimentos flexíveis e um é pavimento semi-rígido. As rodovias escolhidas foram as seguintes: • Caso 1 - BR-116/RS Lote 4 (trecho entre a ponte sobre o arroio Santa Isabel e a ponte sobre o arroio Pelotas); • Caso 2 - SP-070 (rodovia Ayrton Senna); • Caso 3 - SP-088 Lote 11 (trecho entre os municípios de Salesópolis e Mogi das Cruzes); 4 • Caso 4 - VRS-208 (trecho entre o entroncamento da RS-330 até o entroncamento com a BR-386). A localização exata, bem como todos os parâmetros (tráfego, levantamentos dacondição funcional e estrutural, histórico, etc) considerados no projeto das rodovias apresentadas acima, estão apresentados no Capítulo 3. Quanto aos dados deflectométricos, foram utilizadas leituras realizadas com a Viga Benkelman ou com o FWD (Falling Weight Deflectometer). A Tabela 1.1 mostra de forma resumida como foi aplicada esta metodologia. Tabela 1.1 - Casos analisados Caso Real Tipo de Pavimento Origem dos Dados Deflectométricos Caso 1 Asfáltico Flexível FWD Caso 2 Asfáltico Semi-rígido FWD Caso 3 Asfáltico Flexível FWD e Viga Benkelman Caso 4 Asfáltico Flexível em TSD FWD e Viga Benkelman Com os resultados da aplicação dos métodos, é realizada uma análise apontando, se houver diferenças entre eles, o porquê dessas diferenças. Para tanto, procurou-se indicar as possíveis vantagens e desvantagens de cada método. Com a comparação dos resultados da aplicação dos quatro métodos para projeto de restauração, incluindo a análise com o programa PAVESYS 9.0, procurar-se-á apontar a confiabilidade técnica de cada método. Esta confiabilidade técnica é verificada com a finalidade de responder à seguinte questão: ao aplicar os métodos propostas pelo trabalho, qual deles teria maior potencial para se aproximar melhor do desempenho real observado em campo? 1.4 CONTEÚDO DO TRABALHO O trabalho desenvolvido está organizado da seguinte forma: No Capítulo 2, são descritos os métodos para projeto de restauração que serão aplicados neste trabalho. São apontadas as principais considerações de cada procedimento. Ainda neste capítulo, são descritas as principais considerações (dados de entrada e saída, resultados e critérios) utilizadas pelo modelo Pavesys 9.0. No Capítulo 3, são apresentados os quatro casos reais de rodovias que foram selecionadas. Para cada caso, é apresentada a identificação e o histórico do trecho, a avaliação funcional e estrutural realizada, os valores de tráfego considerados e como foi 5 realizada a segmentação homogênea, além dos principais comentários na aplicação dos métodos e do programa Pavesys 9.0. Finalmente, são apresentados os resultados da aplicação dos métodos para projeto de restauração. No Capítulo 4 é realizada uma análise da aplicabilidade dos métodos, bem como seus conceitos, sugestões e resultados obtidos. Nesta análise são apontados os possíveis defeitos e virtudes, além das diferenças entre os métodos. Também é realizada uma avaliação do desempenho das soluções apontadas em cada método, com o uso de modelos de previsão de desempenho mecanistico-empíricos. Ainda neste capítulo, são apresentados estudos realizados por outros autores com relação ao tema. No Capítulo 5, são apresentadas as conclusões do trabalho e algumas sugestões para estudos futuros. Nos Anexos, são apresentadas as tabelas com os resultados da aplicação dos métodos de forma detalhada, ou seja, mostrando os principais parâmetros considerados e seus valores. Para facilitar a linguagem, foram adotados neste trabalho para os métodos DNER PRO-10/79, DNER PRO-11/79, DNER PRO-159/85 e método do Guia da AASHTO, as respectivas denominações: PRO-10, PRO-11, PRO-159 e AASHTO. 6 CCaappííttuulloo 22 MMééttooddooss ppaarraa PPrroojjeettoo ddee RReessttaauurraaççããoo ddee PPaavviimmeennttooss FFlleexxíívveeiiss RRooddoovviiáárriiooss 2.1 MÉTODO DNER-PRO 10/79 2.1.1 Características Gerais A norma do DNER (1979a), denominada avaliação estrutural dos pavimentos flexíveis procedimento - A, foi elaborada pelo engenheiro Armando Martins Pereira e baseia-se no método do Departamento de Transporte da Califórnia (CALTRANS) e tem como objetivo: • O cálculo da vida restante ou reforço necessário para um determinado número de solicitações do tráfego durante o período de projeto. O método baseia-se no critério de deformabilidade elástica, julgando que este critério esta diretamente ligado ao desempenho do pavimento. É considerado que o pavimento durante sua vida de serviço passa por três fases com relação à deformabilidade: • Fase de consolidação, que ocorre imediatamente após a construção, sendo que nela ocorre um decréscimo da deflexão, estabilizando-se ao final desta fase; • Fase elástica, onde a deflexão mantém-se praticamente constante podendo haver um pequeno aumento com o tempo. Esta fase é definida como a de vida útil do pavimento; • Fase de fadiga, onde ocorre um crescimento significativo das deflexões. Dependendo de fatores como tráfego, sazonalidade e a integridade das camadas do pavimento, se não forem realizadas intervenções no tempo necessário, a degradação pode chegar a níveis irrecuperáveis, exigindo uma reconstrução. 7 Segundo o método, para que não surjam trincas na camada de revestimento, deve-se manter a deflexão abaixo de um valor máximo dadm, e o raio de curvatura RC do pavimento, acima de um valor mínimo. Com relação à avaliação estrutural e de deficiências dos pavimentos, o método sugere que sejam realizados estudos inicial e definitivo. O estudo inicial deve envolver um levantamento do histórico do pavimento com dados como: tráfego atual e futuro, data da abertura ao tráfego, clima, entre outros, e um levantamento através de poços de inspeção, realizados com pá e picareta nos bordos da pista. Estes últimos levantamentos devem identificar as espessuras das camadas e as características dos materiais das camadas do pavimento (umidade, compactação, CBR e granulometria). No estudo definitivo, são sugeridos os seguintes procedimentos: 1 - Demarcação das estações de ensaio; 2 - Determinação das deflexões recuperáveis (Viga Benkelman); 3 - Inventário do estado da superfície do pavimento existente (DNER, 1978a); 4 - Sondagens complementares a pá e picareta; 5 - Sondagem rotativa nas camadas betuminosas; 6 - Representação gráfica dos resultados dos estudos. Em um diagrama, são resumidas as várias informações pertinentes relacionadas com o pavimento; 7 - Definição dos limites dos segmentos homogêneos. São sugeridos, por motivos construtivos, que estes trechos não sejam inferiores a 200 metros e superiores a 2.000 metros; 8 - Análise estatística das deflexões recuperáveis. Das deflexões lidas em cada estaca, adquiridas por meio da Viga Benkelman, deve-se calcular a média d, o desvio padrão σ e eliminar os valores que estiverem fora de um intervalo de aceitação pré-calculado. Também é necessário o cálculo do coeficiente de variação Cv e do valor da deflexão característica dc: (2.1) σ+= ddc 9 - Deflexão de projeto. Considerando que o ideal é a medida do valor de deflexão após a estação chuvosa, o método utiliza fatores de correção sazonais para os valores de deflexão obtidos em qualquer época do ano. Desta forma é encontrado o valor chamado de deflexão característica corrigida dp: 8 (2.2) Scp Fdd ×= onde: dp = deflexão de projeto (10-2 mm); dc = deflexão característica (10-2 mm); FS = fator sazonal (ver Tabela 1.1). O método sugere o valor de FS em função da estação que foram realizados levantamento deflectométricos e pela natureza do subleito. A Tabela 2.1 apresenta os valores sugeridos pelo método. Tabela 2.1 – Critério para definição do FS Fator de Correção Sazonal - FS Natureza do Subleito Estação Seca Estação Chuvosa Arenoso e Permeável 1,10 – 1,30 1,00 Argiloso e Sensível à Umidade 1,20 – 1,40 1,00 2.1.2 Cálculo da vida Restante O método propõe um critério para fixação das diretrizes a serem seguidas para efeito de projeto, que é baseado tanto nos resultados do inventáriodo estado de superfície do pavimento como nos da análise deflectométrica. Os critérios adotados estão resumidos no fluxograma da Figura 2.1. 9 Figura 2.1 – Critérios para o estabelecimento das diretrizes de projeto PRO 10-79 onde: IGG = Índice de gravidade global. F = Valor médio das flechas nas trilhas de roda. AP% = Porcentagem de estações inventariadas, apresentando afundamentos plásticos significativos. D0 = Deflexão de projeto, referida à carga de eixo de 6,8 tf. Dadm = Deflexão admissível pelo pavimento existente referida à carga de eixo de 6,8 tf. RRP ou RRT = Remoção e reconstrução parcial ou total. AT / AP do VR = Aproveitamento total ou parcial do valor residual. RL e RL* = Reparos localizados e reparos localizados se necessário. Reforço – Resistência = Projeto de reforço com base no critério de resistência. Reforço – Deformabilidade = Projeto de reforço com base no critério de deformabilidade. A deflexão admissível é calculada em função do Ns (número N já suportado pelo pavimento) e Np (número N estimado para o período de projeto). 10 2.1.3 Projeto de Reforço Considerando que o reforço será constituído exclusivamente de concreto asfáltico, deve-se seguir a seqüência apresentada a seguir. Segundo o método, deve-se realizar uma verificação da viabilidade do uso de reforço exclusivamente em concreto asfáltico. Esta verificação deve passar pela definição dos seguintes parâmetros: 1) Número "N" calculado para o período de projeto adotado Np. 2) Índice de tráfego, correspondente ao período de projeto adotado ITp: (2.3) 166,0log127,0log += pp NIT 3) Espessura da camada crítica do pavimento existente referente à flexibilidade (he): para para pavimento com revestimento com mistura betuminosa densa: h e = própria espessura da camada de revestimento existente e para pavimentos com revestimento em tratamento superficial ou macadame betuminoso por penetração, considera-se: h e = 0. 4) Nível de deflexão do pavimento existente (do): o valor de do deve ser estimado a partir da deflexão de projeto dp: do = 0,7 x dp (para converter a carga de 8,2 tf para 6,8 tf). 5) Freqüência de trincas classe 1 (% FC-1) no revestimento existente, calculada de acordo com a norma DNER (1978a). 6) Freqüência de trincas classe 2 (% FC-2) no revestimento existente, calculada de acordo com a norma DNER (1978a). 7) Freqüência de trincas classe 3 (% FC-3) no revestimento existente, calculada de acordo com a norma DNER (1978a). 8) Índice de fissuração IF: (2.4) 3%)2(%625,0)1(%25,0 −+−+−= FCFCFCIF 9) Freqüência de trincas classe 2 e 3 (% FC-2 + FC-3) no revestimento existente: após a definição dos elementos acima, deve-se estabelecer a condição de fissuração do revestimento existente com relação a FC-2 e FC-3. As condições são as seguintes: • Condição (a): FC-3 < 20% e FC-23 ≥ 80%. • Condição (b): FC-3 < 20% e FC-23 < 80%. • Condição (c): FC-3 ≥ 20% e FC-23 ≥ 80%. 11 • Condição (d): FC-3 ≥ 20% e FC-23 < 80%. Para a determinação do valor de espessura mínima hcmín e reforço exclusivamente em concreto asfáltico, dois casos devem ser considerados em função de FC-3: 1º Caso: quando FC-3 < 20% Neste caso é considerado que não haverá reflexão de trincas através da camada de recapeamento. A espessura mínima é definida em função do índice de tráfego, do material subjacente ao revestimento antigo, do índice de fissuração e da espessura do revestimento antigo he. Neste caso, o método propõe 4 cm como valor mínimo de espessura de reforço exclusivamente em concreto asfáltico. 2º Caso: quando FC-3 ≥ 20% Segundo o método, deve-se considerar o valor de deflexão admissível em função de FC-2 + FC-3 da seguinte forma: a) FC-2 + FC-3 ≥ 80%: considera-se que o reforço estará sendo solicitado de forma independente do revestimento antigo. Sendo assim, considera-se que a deflexão admissível sobre o reforço deve ser determinada pela sua própria espessura. b) FC-2 + FC-3 < 80%: admite-se que as camadas de reforço e do revestimento antigo estejam operando em conjunto. Desta forma, deve-se considerar que a deflexão admissível sobre o reforço deve ser determinada pela soma das espessuras do reforço e da camada de revestimento antigo. Finalmente, para a determinação do intervalo de valores para o reforço, em função da condição de fissuração, são consideradas duas possibilidades: 1ª Possibilidade: O revestimento existente apresenta FC-2 + FC-3 ≥ 80%. Calculam-se os valores de deflexão máxima sobre o reforço dhmáx e deflexão admissível máxima dadmmax através de um nomograma em função da espessura mínima de reforço já calculado, do índice de tráfego IT e da deflexão sobre o pavimento antigo. Se dh max ≤ dadm max, o método propõe que seja utilizada a espessura mínima de reforço em concreto asfáltico (hCBmín). São consideradas satisfatórias as espessuras de reforço que atendam à condição: (hCB)min ≤ hCB ≤ (hCB)máx Se dh max > dadm max, o método considera impraticável o uso de um reforço integrado exclusivamente em concreto asfáltico. 12 2ª Possibilidade: O revestimento existente apresenta FC-2 + FC-3 < 80%. Considerando que o reforço seja constituído por materiais distintos, deve-se seguir a seqüência apresentada a seguir. Para o cálculo da espessura de reforço constituído por materiais distintos, o método propõe os seguintes passos: 1º Passo: Determinação dos valores de ITp, do e fCB (fator de equivalência estrutural do concreto asfáltico em relação ao pedregulho). 2º Passo: Estabelecimento da espessura de concreto asfáltico para a camada de rolamento (hCB). 3º Passo: Cálculo da espessura de pedregulho (HCB), equivalente à espessura de concreto asfáltico constituinte da camada de rolamento: (2.5) CBCBCB fhH ×= 4º Passo: Avaliação da deflexão admissível sobre a superfície do reforço (dadm). 5º Passo: Determinação do nível de deflexão desejado sobre a superfície do reforço (dh), ou seja, dh = dadm. 6º Passo: Cálculo da redução percentual da deflexão requerida (∆%): 100% ×−=∆ o ho d dd (2.6) 7º Passo: Avaliação da espessura total do reforço requerido (H), expressa em termos de pedregulho. 8º Passo: Cálculo da espessura requerida para a camada subjacente à de rolamento (Hi), expressa em termos de pedregulho: (2.7) CBHHHi −= 9º Passo: Cálculo da espessura real requerida para a camada subjacente à de rolamento (hi): i i i f Hh = (2.8) onde: Hi = espessura da camada subjacente á de rolamento (expressa em termos de pedregulho); 13 fi = fator de equivalência do material selecionado para a camada subjacente à de rolamento (“capa”). Detalhes específicos, bem como os nomogramas, podem ser encontrados em DNER (1979a). 2.2 MÉTODO DNER-PRO 11 /79 2.2.1 Características Gerais A norma do DNER (1979b), denominada avaliação estrutural dos pavimentos flexíveis procedimento - B, tem como objetivo: • O cálculo da vida restante ou reforço necessário para um determinado número de solicitações do tráfego durante o período de projeto. O método baseia-se no critério de deformabilidade elástica, considerando que existe uma correlação entre a magnitude das deflexões e o aparecimento de falhas nos pavimentos flexíveis. É considerado que o pavimento durante sua vida de serviço passa por três fases com relação a deformabilidade elástica, como relatado no método PRO-10. Segundo o método, para que não surjam trincas na camada de revestimento, deve-se manter a deflexão abaixo de um valor máximo dadm, e o raio de curvatura RC do pavimento, acima de valormínimo. Com relação à avaliação estrutural e de deficiências dos pavimentos, o método sugere que sejam realizados estudos iniciais e definitivos. O estudo inicial deve envolver um levantamento histórico do pavimento com dados como: tráfego atual e futuro, data da abertura do tráfego, clima, entre outros, e um levantamento através de poços de inspeção, realizados com pá e picareta nos bordos da pista. Estes últimos levantamentos devem identificar as espessuras das camadas e as características dos materiais das camadas do pavimento (umidade, compactação, CBR e granulometria). No estudo definitivo, são sugeridos os seguintes procedimentos: 1 - Demarcação das estações de ensaio. 2 - Determinação das deflexões recuperáveis (Viga Benkelman). 3 - Inventário do estado da superfície do pavimento existente (DNER, 1978a). 4 - Sondagens complementares a pá e picareta. 14 5 - Representação gráfica dos resultados dos estudos: em um documento, são resumidas as várias informações pertinentes relacionadas com o pavimento. 6 - Definições dos limites dos segmentos homogêneos: são sugeridos, por motivos construtivos, que estes trechos não sejam inferiores a 200 metros e superiores a 2.000 metros. 7 - Análise estatística das deflexões recuperáveis: dos valores de cada bacia de deflexão, adquiridos através da Viga Benkelman, deve-se calcular a média d, o desvio padrão σ e eliminar os valores que estiverem fora de um intervalo de aceitação pré-calculado. Também são necessários o cálculo do coeficiente de variação Cv e o valor da chamada deflexão característica dc, por meio da Equação 2.1. 8 - Deflexão de projeto: considerando que o ideal é a medida do valor de deflexão após a estação chuvosa e que geralmente isto não ocorre, o método utiliza fatores de correção sazonais para os valores de deflexão obtidos em qualquer época do ano. Desta forma é encontrado o valor chamado de deflexão característica corrigida dp, por meio da Equação 2.2. 2.2.2 Cálculo da Deflexão Admissível Segundo o método, para que não surjam trincas no revestimento, é necessário manter a deflexão do pavimento abaixo de um determinado valor de deflexão admissível Dadm. O valor de Dadm pode ser retirado de um ábaco ou através da Equação 2.9. Esta equação considera um pavimento flexível, constituído de revestimento betuminoso em CBUQ sobre camada de base granular, sendo solicitado por um determinado número (N) de passagens do eixo padrão de 8,2 tf: (2.9) NDadm log176,001,3log −= Para pavimentos semi-rígidos, com nível de fissuração baixo, deve-se adotar como Dadm a metade do valor de Dadm para pavimentos flexíveis sob o mesmo nível de tráfego. Com relação a pavimentos com revestimento em tratamento superficial, sobre base granular, deve-se utilizar como Dadm o dobro do valor encontrado para pavimentos flexíveis em CBUQ. 2.2.3 Estimativa da vida restante É admitido que o pavimento possui ainda vida restante, ou seja, que não atingiu a fase de fadiga, quando concomitantemente: 15 • A deflexão de projeto está abaixo da deflexão admissível para um valor de N (tráfego já suportado pelo pavimento). • O valor de raio de curvatura é RC ≥ 100 m. A vida restante pode ser estimada determinando-se a que valor de N corresponde a deflexão de projeto. Conhecendo-se a curva de variação do número N acumulado, em função do tempo de exposição do pavimento ao tráfego, é possível estimar o tempo de vida restante deste pavimento. Segundo o método, pelo fato de não existirem normas que permitam definir com precisão, para projetos de reforço de pavimentos, a fronteira que separa os campos de aplicação dos critérios deflectométricos e de resistência, propõe-se um critério. Este critério busca fixar as diretrizes a serem adotadas para efeito da avaliação estrutural. Na Figura 2.2, estão resumidas as hipóteses deste critério. 16 Figura 2.2 – Critérios para Diagnóstico – PRO-11/79 onde: IGG = Índice de gravidade global; RC = Raio de curvatura (m); Dp = Deflexão de projeto (10-2 mm); Dadm = Deflexão admissível (10-2 mm). 2.2.4 Reforço do pavimento Pelo critério deflectométrico ou também chamado de critério de deformabilidade, e considerando que o reforço venha a ser constituído exclusivamente de concreto asfáltico, deve-se seguir a seqüência apresentada a seguir para o cálculo de espessura de reforço: 17 adm p D D Kh log×= (2.10) onde: h = espessura do reforço do pavimento (cm). Dp = deflexão de projeto determinada para o subtrecho homogêneo, objeto do dimensionamento (10-2 mm). Dadm = deflexão admissível após a execução do reforço do pavimento (10-2 mm). K = fator de redução de deflexão, próprio do material usado no reforço. Quando o reforço for constituído em concreto asfáltico, pode ser usado o valor de K = 40. Quando o objetivo for especificar exatamente as características do material a ser empregado no reforço, utiliza-se: (2.11) hK = Dr D0log onde: K = fator de redução de deflexão a ser determinado para o material usado na execução do reforço. h = espessura do reforço (cm) D0 = deflexão medida na superfície do pavimento existente antes da execução do reforço (10-2 mm). Dr = deflexão medida na superfície do reforço (10-2 mm). Segundo o método, quando o dimensionamento indicar espessuras de reforço, em termos de concreto asfáltico, superiores a 5 cm, devem ser estudadas outras soluções para a constituição das camadas inferiores do reforço do pavimento existente. A espessura de concreto asfáltico substituído deverá ser calculada: = ... 2 EEC hh cbscm (2.12) onde: hcm = espessura de reforço com camadas múltiplas. hcbs = espessura de concreto betuminoso substituído. CEE = coeficiente de equivalência estrutural (ver Tabela 2.2). 18 Tabela 2.2 – Valores de coeficiente de equivalência estrutural Componentes do reforço CEE Concreto Asfáltico 2,00 PMQ de graduação densa 1,70 PMF de graduação densa 1,40 Macadame betuminoso por penetração 1,20 Brita Graduada com CBR > 80 1,10 Material Granular com CBR ≥ 60 1,00 Solo-cimento com RC7d > 45 kgf/cm2 1,70 Solo-cimento com RC7d entre 28 e 45 kgf/cm2 1,40 Solo-cimento com RC7d < 28 kgf/cm2 1,00 Finalmente, o critério de resistência leva em consideração os resultados dos estudos complementares e o método de dimensionamento de pavimentos flexíveis (DNER, 1981). Desta forma, deve-se atribuir coeficientes de equivalência estrutural compatíveis com as características das diversas camadas constituintes do pavimento existente e do reforço projetado. Estas características foram determinadas pelos ensaios de campo e de laboratório e pelas observações "in situ", as quais poderão recomendar, inclusive, a execução de serviços complementares à execução do reforço, tais como, drenagem, obras nos acostamentos, remoção e reposição de materiais, entre outros. 2.3 MÉTODO DNER-PRO 159/85 2.3.1 Características Gerais O procedimento DNER (1985) define um método para projeto de restauração de pavimentos flexíveis e semi-rígidos, apresentando alternativas de restauração em concreto asfáltico, tratamento superficial e lama asfáltica. Este método foi desenvolvido pelo IPR, na Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. O método baseia-se em modelos de previsão de desempenho quanto a trincamento, irregularidade e desgaste. São sugeridos valores máximos quanto aos parâmetros citados acima. O princípio deste método resume-se a verificar o desempenho da solução que é proposta através de interações até o momento em que a soluçãoproposta satisfaça todos os parâmetros, para determinado período de projeto. O método também tem como finalidade 19 fornecer a solução mais econômica de recapeamento para as condições impostas pelo projetista, sendo fundamentado em modelos de previsão de desempenho. A seguir, é descrito o procedimento de forma resumida, com as suas principais considerações. Maiores detalhes são encontrados no método DNER (1985). 2.3.2 Dados Iniciais O método sugere que sejam reunidas as seguintes informações quanto ao pavimento existente: • Data de entrega do pavimento existente ao tráfego; • Informações sobre o projeto, compreendendo as características do subleito, características e espessura das camadas constituintes do pavimento, bem como de eventuais restaurações e a seção transversal tipo do pavimento; • Identificação do trecho em relação ao PNV; • Custos de conservação diretamente relacionados com o pavimento; • Histórico do tráfego; • Localização de bueiros; Quanto a levantamentos de campo e de laboratório, são sugeridos os seguintes procedimentos: • Demarcação do trecho a cada 20 m; • Determinação das deflexões recuperáveis em ambas as faixas de tráfego, através da Viga Benkelman; • Levantamento da condição do pavimento, através da determinação das áreas que apresentam trincas, buracos, remendos e desgaste, de acordo com a Especificação DNER (1983); • Medições de Irregularidade em ambas as faixas de tráfego, por meio de aparelhos medidores de irregularidade do tipo resposta – AMITR – tais como o integrator IPR/USP ou o Maysmeter; • Sondagens a pá e picareta e coleta de amostras posicionadas alternadamente nas bordas da pista de rolamento; • Sondagens rotativas no revestimento e coleta de amostras, somente nos casos de revestimento em concreto asfáltico; • Caracterização do tráfego através de contagens volumétricas e pesagens de todos os veículos comerciais; 20 • Determinação do Índice de Suporte Califórnia, segundo o método DNER (1974), com a energia de compactação do método DNER (1964a), para as camadas de base e sub-base. Para o subleito, os ensaios devem atender às disposições do método DNER (1964b); • Determinação do módulo de resiliência, segundo o método DNER (1994). 2.3.3 Cálculo dos Parâmetros do Trecho Segundo o método, devem ser calculados os seguintes parâmetros: • Deflexão recuperável (Dc): segundo o método DNER (1978b); • Trincamento (TR): considerando somente a área com trincas classe 2 e 3 (FC-2 + FC-3), o trincamento é calculado por meio da expressão: 100×= S TRITR (2.13) onde: TR = trincamento, em %; TRI = total de áreas com trincamento de classe 2 e 3, em m2; S = área da superfície de avaliação, m2. • Desgaste (D): o desgaste é calculado por meio da expressão: 100×= S DID (2.14) onde: D = desgaste, em %; DI = total de áreas com desgaste, em m2; S = área da superfície de avaliação, m2. • Irregularidade Longitudinal (QI): as medições devem ser realizadas com AMITR e convertidas na para QI; • Índice de Suporte Califórnia (CBR): segundo o método DNER (1964); • Módulo de resiliência (Mr) da camada de revestimento: segundo o método DNER (1983); • Número estrutural corrigido (SNC): este parâmetro é calculado a partir da seguinte expressão: (2.15) 43,1)(log85,0log51,3 2 −−+= CBRCBRSNSNC 21 (2.16) ∑= ii HaSN onde: SNC = número estrutural corrigido; CBR = Índice de Suporte Califórnia; SN = número estrutural do pavimento; ai = coeficiente de equivalência estrutural da camada i, em cm-1; Hi = espessura da camada i, em cm. • Tráfego (Np1): calculado por meio da seguinte expressão: (2.17) Vp FTMDKN ×××= 3651 onde: K = coeficiente que representa a fração do TMD na faixa mais solicitada; TMD = tráfego médio diário dos veículos comerciais, nos dois sentidos; Fv = fator de veículo da frota. 2.3.4 Divisão do Trecho em Subtrechos Homogêneos Inicialmente o trecho deve ser dividido em segmentos que apresentem valores semelhantes da constituição do pavimento, do tráfego médio diário (TMD) e da deflexão recuperável. Em seguida, deve-se realizar uma análise com relação a valores de quociente de irregularidade (QI), de trincamento (TR) e de desgaste (D), de modo a serem delimitados segmentos que apresentem valores semelhantes. 2.3.5 Projeto de Restauração Com relação ao pavimento existente, para cada subtrecho homogêneo, deve-se determinar os seguintes parâmetros de projeto: a) Idade de pavimento: é o número de anos a partir da data de construção ou da última restauração do pavimento; b) Tipo e espessura do revestimento existente; c) Deflexão característica: resultado da soma da média aritmética com o correspondente desvio padrão, dos valores individuais da deflexão recuperável; d) Trincamento: resultado da soma da média aritmética com o respectivo desvio padrão, dos valores individuais do trincamento; 22 e) Desgaste: resultado da soma da média aritmética com o respectivo desvio padrão, dos valores individuais de desgaste; f) Irregularidade: resultado da soma da média aritmética com o respectivo desvio padrão, dos valores individuais de irregularidade; g) Número estrutural corrigido: resultado da diferença entre a média aritmética e o respectivo desvio padrão, dos valores individuais de número estrutural corrigido. Para o projeto do reforço do pavimento, devem ser estabelecidos os seguintes parâmetros de projeto: a) Período de Análise; b) Taxa de crescimento do tráfego: deve ser determinada em função de dados históricos disponíveis, ou fixada pelo órgão rodoviário; c) Tráfego: previsto no período de um ano após a observação e a medição do pavimento; d) Restrições de construção (geométricas, materiais, etc...); e) Restrições de desempenho: podem ser fixadas pelo órgão rodoviário valores máximos admitidos para irregularidade, trincamento e desgaste. Os limites máximos sugeridos para estes parâmetros variam entre: • QI = 50 a 70 contagens/km; • TR = 15% a 40%; • D = 15 a 40 %. f) Restrições econômicas; g) Custos unitários de restauração: compreendem a soma de todos os componentes de custos necessários para a execução de 1 km de restauração: (2.18) ( )nno i CC += 1 onde: Co = custo unitário de restauração a ser realizado no ano n, atualizado para o início do período de projeto; Cn = custo unitário da restauração; i = taxa de oportunidade de capital; n = ano previsto para a execução da restauração considerando o início do período de análise como ano zero. 23 Para análise da condição do pavimento existente, quando o mesmo for constituído de revestimento em concreto asfáltico, devem ser observados os casos apresentados no Quadro 2.1. Quadro 2.1 – Análise da condição de pavimentos com revestimento em concreto asfáltico Caso I Não são atingidos quaisquer dos valores das restrições. Calcula-se o TR e QI para o último ano do período de análise, pelas equações que estão no item 2.3.6. Caso ambos os novos valores sejam iguais ou inferiores aos fixados pelas restrições de desempenho, não haverá necessidade de restauração do pavimento. Caso II Quaisquer dos valores das restrições são alcançados ao longo do período de análise. Calcula-se ano a ano, a partir do primeiro ano de análise, a evolução do trincamento e da irregularidade, pelas equações que estão no item 2.3.6. Determina-se o ano no qual o primeiro dos parâmetros alcança o valor da restrição respectiva. Até este ano, não é necessária a restauração e, a partir deste, far-se-á o estudo das alternativas de restauração. Caso III Quaisquer dos valoresdas restrições são ultrapassados no início do período de análise. Neste caso, é necessária atividade imediata de restauração. Em pavimentos com revestimento em tratamento superficial, são realizadas duas modificações no Quadro 2.1, são elas: • Troca-se o parâmetro trincamento por desgaste; • Para o cálculo da evolução do desgaste, utiliza-se o modelo apresentado na seqüência. Em pavimentos tratados com lama asfáltica, são aplicáveis os critérios anteriormente citados, dependendo da constituição do revestimento anterior. Quanto a escolha dos critérios para o tipo de restauração apropriada para uma determinada etapa, esta decisão deve ser tomada segundo os seguintes critérios: • Para correção de irregularidade: restauração em concreto asfáltico; • Para correção do trincamento ou do desgaste: restauração em lama asfáltica ou tratamento superficial ou em concreto asfáltico. Considerando restauração em concreto asfáltico, deve-se determinar a irregularidade imediatamente após a restauração. Caso o valor encontrado supere o fixado pela respectiva restrição de desempenho, descarta-se a restauração adotada, substituindo-a por outra com espessura imediatamente superior. Este procedimento deve prosseguir, de forma iterativa, até que seja encontrada a menor espessura de concreto asfáltico que atenda às condições impostas. Procede-se, em seguida, ao cálculo da irregularidade e do 24 trincamento, para o último ano da análise, podendo ocorrer os casos apresentados no Quadro 2.2. Quadro 2.2 – Casos possíveis na análise de restauração em concreto asfáltico 1º Caso QIF < QIM e TRF < TRM Estará concluída a análise técnica, podendo-se adotar a alternativa estudada. 2º Caso QIF > QIM e TRF < TRM Verifica-se a evolução da irregularidade, ano a ano, a partir do início desta etapa de restauração, a fim de determinar o ano no qual é alcançado o valor limite da irregularidade. Esta etapa de restauração pode ser adotada até o ano assim determinado, prosseguindo-se a análise com a adoção de uma etapa posterior de restauração em concreto asfáltico. Entretanto, se a vida útil dessa restauração for menor que a vida útil mínima fixada pelas restrições de construção, descarta-se a espessura adotada, substituindo-a por uma espessura imediatamente superior, de concreto asfáltico. 3º Caso QIF < QIM e TRF > TRM Verifica-se a evolução do trincamento, ano a ano, a partir do início desta etapa de restauração, a fim de determinar o ano no qual é alcançado o valor limite da trincamento. Esta primeira etapa de restauração pode ser adotada até o ano assim determinado, prosseguindo-se a análise com a adoção de uma etapa posterior de restauração em lama asfáltica. Entretanto, se a vida útil dessa restauração for menor que a vida útil mínima fixada pelas restrições de construção, descarta-se a espessura adotada, substituindo-a por uma espessura imediatamente superior, de concreto asfáltico. 4º Caso QIF > QIM e TRF > TRM Verifica-se a evolução da irregularidade e do trincamento, ano a ano, a partir do início desta etapa de restauração, até que seja encontrado o ano no qual um dos parâmetros primeiro alcance o valor limite da restrição respectiva. Tal ocorrendo com a irregularidade, efetua-se a análise conforme discriminado no 2º caso. Entretanto, se o primeiro parâmetro a alcançar o limite da respectiva restrição for o trincamento, desenvolve-se a análise segundo o indicado no 3º caso, porém verificando-se também a evolução da irregularidade. Considerando restauração em tratamento superficial duplo, este tipo de restauração corrige o trincamento, que deixará então de ser calculado, substituindo-se o seu cálculo pelo cálculo do desgaste. Calcula-se, inicialmente, a irregularidade e o desgaste para o último ano da análise, podendo ocorrer os casos apresentados no Quadro 2.3. 25 Quadro 2.3 – Casos possíveis na análise de restauração em tratamento superficial duplo 1º Caso QIF < QIM e DF < DM Estará concluída a análise técnica, podendo-se adotar a alternativa estudada. 2º Caso QIF > QIM e DF < DM Verifica-se a evolução da irregularidade, ano a ano, a partir do início desta etapa de restauração, a fim de determinar o ano no qual é alcançado o valor limite da irregularidade. Esta etapa de restauração pode ser adotada até o ano assim determinado, prosseguindo-se a análise com a adoção de uma etapa posterior de restauração em concreto asfáltico. Entretanto, se a vida útil dessa restauração for inferior à vida útil mínima fixada pela restrição de construção, descarta-se a restauração em tratamento superficial e adota-se concreto asfáltico, reiniciando esta etapa da análise. 3º Caso QIF < QIM e DF .> DM Verifica-se a evolução do desgaste, ano a ano, a partir da idade prevista para o início do desgaste. Esta primeira etapa de restauração poderá ser adotada até o ano assim determinado, prosseguindo-se a análise com a adoção de uma etapa posterior de restauração em lama asfáltica. Entretanto, se a vida útil dessa restauração for inferior à vida útil mínima fixada pela restrição de construção, descarta-se a restauração em tratamento superficial e adota-se concreto asfáltico, reiniciando esta etapa da análise. 4º Caso QIF > QIM e DF > DM Verifica-se a evolução da irregularidade e do desgaste, ano a ano, até que seja encontrado o ano no qual um dos parâmetros alcance primeiro o valor limite da restrição respectiva. Ocorrendo isso com a irregularidade, efetua-se a análise conforme discriminado no 2º caso. Entretanto, se o primeiro parâmetro a alcançar o limite da respectiva restrição for o desgaste, desenvolve-se a análise segundo o indicado no 3º caso, porém verificando-se também a evolução da irregularidade. Considerando restauração em lama asfáltica, calcula-se, inicialmente, a irregularidade e o trincamento para o último ano da análise, podendo ocorrer os casos apresentados no Quadro 2.4. 26 Quadro 2.4 – Casos possíveis na análise de restauração em lama asfáltica 1º Caso QIF < QIM e TRF < TRM Estará concluída a análise técnica, podendo-se adotar a alternativa estudada. 2º Caso QIF > QIM e TRF < TRM Adota-se a mesma sistemática indicada no Quadro 2.3 – 2º Caso. 3º Caso QIF < QIM e DF. > DM Verifica-se a evolução do trincamento, ano a ano, a partir do início desta etapa de restauração, a fim de determinar o ano no qual é alcançado o valor limite do trincamento. Esta etapa de restauração poderá ser adotada até o ano assim determinado, prosseguindo-se a análise com a adoção de uma etapa posterior de restauração em lama asfáltica. Por outro lado, se a vida útil dessa restauração for inferior à vida útil mínima fixada pela restrição de construção, descarta-se a restauração em lama asfáltica, e adota-se outra em tratamento superficial, reiniciando esta etapa da análise. 4º Caso QIF > QIM e DF > DM Verifica-se a evolução da irregularidade e do trincamento, ano a ano, até que seja encontrado o ano no qual um dos parâmetros alcance primeiro o valor limite da restrição respectiva. Ocorrendo isso com a irregularidade, efetua-se a análise conforme discriminado no 2º caso. Entretanto, se o primeiro parâmetro a alcançar o limite da respectiva restrição for o desgaste, desenvolve-se a análise segundo o indicado no 3º caso, porém verificando-se também a evolução da irregularidade. O método sugere que cada alternativa factível tecnicamente deve ser objeto de análise quanto a sua exeqüibilidade econômica. Para tanto devem ser calculados os custos
Compartilhar