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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO MAURÍCIO DE NASSAU CURSO DE GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL ANTONIO CARLOS SANTOS DE LIMA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO RESTAURAÇÃO DA RODOVIA PE – 063 TRECHO: ENTR. BR 101(ESCADA)/AMARAJI “ESTUDO EXECUTIVO DE CASO” RECIFE 2017 2 ANTONIO CARLOS SANTOS DE LIMA RESTAURAÇÃO DA RODOVIA PE – 063 TRECHO: ENTR. BR 101(ESCADA)/AMARAJI “ESTUDO EXECUTIVO DE CASO” Monografia apresentada ao Curso de Graduação de Engenharia Civil do Centro Universitário Maurício de Nassau do Estado de Pernambuco, como pré-requisito para obtenção do Titulo de Bacharelado em Engenharia Civil e como nota da disciplina TCC-Trabalho de Conclusão de Curso, sob orientação do Professor Especialista NILSON OLIVEIRA DE ALMEIDA. RECIFE 2017 3 Ficha Catalográfica 4 Dedico esta monografia aos meus familiares, meus colegas de trabalho, meus professores e meu orientador que me apoiaram para realização desta conquista e deste almejado sonho. 5 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente ao Deus Altíssimo, aos orientadores Prof.(a) Marcia Bastos Paes e Melo ao Professor Especialista Nilson Oliveira de Almeida, pela presteza, metodologia e capacidade técnica para comunicação, orientação e ensino na elaboração deste TCC – Trabalho de Conclusão de Curso, que contribuíram de sobremaneira para produção deste projeto e por mais uma experiência vivida no campo da Engenharia Civil, com acompanhamento técnico e cientifico. O desenvolvimento da monografia foi alargado, com analise da leitura e comparativos de dados planejados com as etapas de implantação do projeto da restauração com obras de terraplenagem e pavimentação, vivenciada da teoria a pratica da engenharia rodoviária, visando um melhor desempenho dos planos projetados e dos trabalhos das obras de restauração acompanhada dia a dia. Os serviços tomavam o mesmo perfil existente da rodovia, que ao mesmo tempo, cuidava das obras d´artes especiais, correntes e elementos de drenagem. Agradeço aos professores do curso que deram o melhor na transferência do conhecimento das cadeiras que compõem a grade curricular do Curso de Bacharelado de Engenharia Civil, sou grato também aos engenheiros de campo que no período de estágio contribuíram com as orientações necessárias, agradeço também ao pessoal técnico que executavam os serviços e também sou grato pela contribuição do aprendizado contido no Manual do Engenheiro do Sistema CONFEA /CREA-PE, por promover incentivos e orientações, que formaram meu aprendizado para aplicação na vida profissional, moldando a personalidade para uma conduta de valores elevados, objetivando ser um instrumento social para desenvolver a infraestrutura do país. 6 "Toda a ordem dos céus e todas as coisas que preenchem a Terra – em suma, todos aqueles corpos que compõem a enorme estrutura do mundo – não possuem nenhuma subsistência sem uma mente”. (George Berkeley) 7 RESUMO Neste trabalho é apresentado o planejamento rodoviário para restauração da Rodovia PE 063 em função dos péssimos níveis de serventia. O projeto foi elaborado, inclusive conferido e aprovado pelos engenheiros do DER/PE que utilizaram o Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos DNIT-IPR 720, projetado conforme Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis de número IPR/667/22-1981. Norma Brasileira que é baseada na capacidade de suporte do subleito e dos materiais constituintes dos pavimentos é feita pelo CBR, adotando-se o método de ensaio preconizado pelo DNIT, em corpos-de-prova indeformados e moldados em laboratório para as condições de massa específica aparente na umidade especificada para o serviço e comparativamente utiliza-se o Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis com base na experiência do Corpo de Engenheiros do Exercito dos Estados Unidos da América e algumas conclusões obtidas na pista experimental da AASHTO. Os engenheiros projetistas mediante estudos de laboratórios comparativos de outras rodovias da região, quanto ao estudo do solo, regime climático, e perda prematura dos elementos de drenagem da rodovia por conta da colheita da cana-de-açucar, apontaram então falha de operacionalidade da rodovia em curto prazo, porque surgiram precocemente defeitos no pavimento em um pavimento novo. O todo apontava para os cálculos de dimensionamento e suporte. Os defeitos são oriundos das cargas impostas ao pavimento com suporte dimensionado para outra realidade de tempo e veículos. A problemática de suporte foi resolvida após execução de um segmento experimental o qual foi acrescentado ao orçamento e ao projeto: reciclagem da base e incorporação do revestimento, reconsiderando o projeto de base em sub-base com adição de brita em 30%, em peso e incluindo uma nova base de brita graduada com 20cm de espessura, tornando desta forma uma base, mais robusta dimensionada para um numero 5x106 ≤ N ≤ 5x108 e como camadas de revestimento 7,0cm de espessura sendo 4,0cm de Binder com granulometria mais aberta e 3,0cm de CBUQ capa de rolamento na largura de 8,00m em toda extensão da rodovia estadual. Palavras Chave: Dimensionamento, Capa de Rolamento, Capacidade de Suporte. 8 ABSTRACT This paper presents the road planning for restoration of Highway PE 063 due to the poor levels of service. The project was elaborated, including checked and approved by the DER / PE engineers who used the DNIT-IPR 720 Asphalt Pavement Restoration Manual, designed according to the IPR / 667 / 22-1981 Flexible Pavement Design Method. Brazilian standard that is based on the support capacity of the subgrade and the constituent materials of the pavements is done by the CBR, adopting the test method recommended by the DNIT, in undamped and molded specimens in the laboratory for the specific mass conditions apparent in the humidity specified for the service and comparatively the Flexible Pavement Design Method is used based on the experience of the Army Corps of Engineers of the United States of America and some conclusions obtained in the experimental track of AASHTO. Design engineers, through studies of comparative laboratories of other highways in the region, regarding soil study, climatic regime, and premature loss of drainage elements of the highway due to the sugarcane harvest, in the short term, because defects appeared early in the pavement on a new pavement. The whole pointed to the sizing and support calculations. The defects come from the loads imposed on the pavement with support dimensioned for another reality of time and vehicles. The support problem was solved after execution of an experimental segment which was added to the budget and to the project: recycling of the base and incorporation of the coating, reconsidering the base project in sub-base with addition of crushed stone in 30% by weight and including a new 20 cm thick gravel base,thus making a more robust base dimensioned for a number 5x106 ≤ N ≤ 5x108 and as coating layers 7.0cm thick being 4.0cm Binder with more open particle size and 3.0cm CBUQ bearing cover in the width of 8.00m across the length of the state highway. Keywords: Sizing, Bearing Cover, Supporting Capacity. 9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Distribuição de cargas nos pavimentos rígidos e flexível 26 Figura 2 – Estrutura de pavimento-tipo 28 Figura 3 – Fendas defeito de grandes proporções 33 Figura 4 – Trinca isolada longitudinal curta – TLC 34 Figura 5 – Trinca isolada longitudinal longa - TLL 34 Figura 6 – Trinca interligada “couro de jacaré” 35 Figura 7 – Trinca interligada “couro de jacaré 35 Figura 8 – Afundamento de trilha de roda 36 Figura 9 – Afundamento localizado 37 Figura 10 – Ondulação ou Corrugação 37 Figura 11 – Escorregamento 38 Figura 12 – Exsudação 39 Figura 13 – Desgaste 39 Figura 14 – Panela ou buraco 40 Figura 15 – Remendo mal executado 41 Figura 16 – Segregação 41 Figura 17 – Bombeamento de finos 42 Figura 18 – Falha de bico espargidor 42 Figura 19 – Demonstrativo dos defeitos em pavimentos flexíveis 44 Figura 20 – Estrutura das camadas de um pavimento. 49 Figura 21 – Curva de degradação do pavimento 52 Figura 22 – Estado limite ultimo de serventia do pavimento 53 Figura 23 – Histograma de precipitação total média mensal 61 Figura 24 – Mapa de Isozonas Brasil 65 Figura 25 – Caixa Coletora de Sarjeta (CCS) / TSC – 02 108 Figura 26 – Seção Transversal Tipo 118 Figura 27 – Seção em Tangente – Corte/Aterro – Existente/Projetada 125 Figura 28 – Seção em Curva – Corte/Aterro – Existente/Projetada 126 Figura 29 – Localização Geográfica da Região da Rodovia 129 Figura 30 – Rebaixo do acostamento para regularização do desnível 133 Figura 31 – Regularização do talude de corte escav. Hidráulica 134 Figura 32 – Processo de Reciclagem do Pavimento 135 Figura 33 – Processo de Distribuição da Brita Graduada-BGS 136 Figura 34 – Processo de Execução da Base de Brita Graduada 137 10 Figura 35 – Processo de Execução da Imprimação 138 Figura 36 – Processo de Execução da capa de rolamento em CBUQ 139 Figura 37 – Compactação da camada de revestimento em CBUQ 140 Figura 38 – Execução de sarjeta triangular revestida – STC 03 141 Figura 39 – Execução de dreno profundo 141 Figura 40 – Execução da Sinalização 142 11 LISTA DE TABELAS abela 1 – Resumo do VMD para os dois sentidos 56 Tabela 2 – Volume Médio Diário Ajustado – VMDaj 57 Tabela 3 – Precipitações para 1 dia de duração 65 Tabela 4 – Tempo de recorrência em anos 66 Tabela 5 – Tempo de recorrência com valores a correlacionar (%) 66 Tabela 6 – Precipitações para 1dia/24horas e para 1hora/60min 67 Tabela 7– Período de recorrência anos 68 Tabela 8 – Coeficiente selecionado de Manning 88 Tabela 9 – Coeficiente de rugosidade Manning 88 Tabela 10 – Fator de redução da descarga em função da declividade 91 Tabela 11 – Coeficiente de Escoamento 93 Tabela 12 – Distância recomendada entre descida d´água 102 Tabela 13 – Tabela 13 – Valores de K 103 Tabela 14 – Resumo das soluções adotadas para restauração do pavimento 124 Tabela 15 – Resumo das soluções adotadas para faixa de desaceleração / aceleração 125 Tabela 16 – Níveis de serventia do segmento observado 130 12 LISTA DE QUADROS Quadro 1 – Etapas das Camadas de Pavimentação 29 Quadro 2 – Defeitos nos pavimentos e códigos nas Normas do DNIT 45 Quadro 3 – Níveis de Serventia (DNIT, 2003D) 51 Quadro 4 – Taxas de Crescimento Médias Anual para os Veículos Comerciais 54 Quadro 5 – Posto EPE 063001 – Projeção do Tráfego para o Ano (2011) 54 Quadro 6 – Posto EPE 063003 – Projeção do Tráfego para o Ano (2011) 54 Quadro 7 – Numero N 57 Quadro 8 – Estaca inicial e final e suas respectivas coordenadas geográficas 58 Quadro 9 – Máxima Precipitação Mensal – 1940 / 1956 62 Quadro 10 – Métodos de cálculo das vazões das bacias 69 Quadro 11 – Métodos de cálculo das vazões das bacias em função da atividade desenvolvida 69 Quadro 12 – Rum-Off Complexo Solo-Vegetação 72 Quadro 13 – Classificatória dos Empréstimos 76 Quadro 14 – Localização da Jazida estudada para Base 77 Quadro 15 – Ensaios para caracterização do solo para Base 78 Quadro 16 – Principais Características da jazida “Base”. 78 Quadro 17 – Principais Características da jazida analisada “Pedreira” 79 Quadro 18 – Principais Características dos areais 80 Quadro 19 – Resultados dos ensaios 80 Quadro 20– Coordenadas do Início e Fim do Trecho 82 Quadro 21– Caraterísticas técnica da Rodovia em perfil e planta 83 Quadro 22– Caraterísticas técnica da Rodovia classificação dos materiais 84 Quadro 23– Origem dos materiais para serviços de Terraplanagem 85 Quadro 24– Bueiros a implantar ou para alongar 87 Quadro 25– Velocidade Máxima Admissível 92 Quadro 26– Velocidade Admissível para revestimento vegetal 93 Quadro 27– Resultado do numero N 116 Quadro 28– Características das O.A.E. existentes no trecho 127 13 LISTA DE ABREVIATURAS AASHTO ROAD TEST Pista de Teste da USACE ABEDA Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ANA Agência Nacional de Águas BGS Brita Graduada Simples CAP Cimento Asfáltico de Petróleo CAUQ Concreto Asfáltico Usinado a Quente CBR Ensaio de Índice de Suporte Califórnia CBR CBR - Índice de Suporte de Califórnia CBUQ Concreto Betuminoso Usinado a Quente CCP Concreto de Cimento Portland CCS Caixa Coletora de Sarjeta CM Emulsão a base de querosene para imprimação CNT Confederação Nacional do Transporte CONFEA Conselho Federal de Engenharia e Agronomia CREA / PE Conselho Regional de Engenharia e Agronomia de Pernambuco DAD Descida d’ água em Degraus Revestida DAR Descida d’ água Revestida DER / PE Departamento de Estradas de Rodagem de Pernambuco DMT Distancia Media de Transportes DNIT DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes EAI Emulsão Asfáltica para Imprimação EIA Estudo de Impacto Ambiental HRB Classificação de solos HRB IGG Índice de Gravidade Global IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias IRI Índice de Irregularidade longitudinal da Superfície do Pavimento ISC Índice de Suporte Califórnia LVC Levantamento Visual Continuo MFC Meio Fio de Concreto NBR Normas Brasileira O.A.E Obras de Arte Especiais O.A.C Obras de Arte Correntes 14 OFF-SETS Ponto de Marcação da Secção Transversal PIB Produto Interno Bruto RIMA Relatório de Impacto Ambiental RR-2C Emulsão Asfáltica de Ruptura Rápida Rum-Off Escoamento da Precipitação SGP Sistema de Gestão de Pavimentos SUDENE Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste TSD Tratamento Superficial Duplo TST Tratamento Superficial Triplo USA United States of America USACE Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (USACE) UTM Universal Transversa de Mercator VDM Volume Diário Médio das Rodovias VPA Valeta de Proteção de Aterro VPC Valeta de Proteção de Corte VSA Valor de Serventia Atual15 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 19 2. OBJETIVOS 22 2.1 Objetivos Específicos 22 3 REFERENCIAL TEÓRICO 23 3.1 Confederação Nacional do Transporte (CNT) 23 3.2 Conhecimentos globais sobre Pavimentação e Restauração 25 3.2.1 Pavimento 25 3.2.2 Camadas essenciais que constituem o pavimento 28 3.2.3 Mistura asfálticas 31 3.2.4 Danos aos pavimentos 32 3.3 Dimensionamento de pavimentos 47 3.4 Manutenção de pavimentos 50 3.5 Restauração do Pavimento 52 3.6 METODOLOGIA APLICADA PARA RESTURAÇÃO DA RODOVIA PE – 063 54 3.6.1 Estudo de Tráfego 54 3.6.1.1 Dados de Tráfego 54 3.6.1.2 Tráfego Atual 55 3.6.1.3 Ajustamento do Tráfego 56 3.6.1.4 Cálculo do Número N 57 3.7 Estudos Topográficos 58 3.7.1 Locação e Amarração do eixo de referencia 58 3.7.2 Nivelamento e contranivelamento do eixo locado. 58 3.7.3 Levantamento de seção transversais 59 3.7.4 Levantamento cadastral da faixa de domínio 59 3.7.5 Levantamentos especiais 59 3.7.6 Levantamento das ocorrências 59 3.8 Estudos Hidrológicos 59 3.8.1 Considerações Gerais 59 3.8.2 Características Fisiográfica 60 3.8.2.1 Vegetação 60 3.8.2.2 Clima 61 3.8.2.3 Solo 61 3.8.3 Coleta de dados 62 3.8.3.1 Pluviometria 62 3.8.3.2 Estabelecimento do Regime Pluviométrico 63 3.8.3.3 Determinação das precipitações para chuvas de 1(um) dia de duração 64 3.8.3.4 Curvas de Intensidade x Duração x Frequência 67 3.8.3.5 Tempo de Concentração 68 3.8.3.6 Cálculo das Vazões 68 3.8.3.7 Método Racional 69 3.8.3.8 Método Racional Corrigido 70 3.8.3.9 Método do Hidrograma Unitário 70 3.9 Estudos Geotécnicos e do pavimento 73 16 3.9.1 Avaliação Funcional e Estrutural do Pavimento Existente 73 3.9.2 Pavimento Flexível Faixa de Rolamento 73 3.9.3 Pavimento Flexível Faixa de Acostamentos 75 3.9.4 Estudos Geotécnicos (Sondagem e Ensaios) 75 3.9.5 Pesquisa e Investigações Geotécnicas de Fonte de Materiais de construção 76 3.10 Estudos Ambientais 80 3.11 PROJETOS ELABORADOS 81 3.11.1 Projeto Geométrico 81 3.11.2 Introdução 81 3.11.3 Metodologia Aplicada 81 3.11.3.1 Geometria em Planta 81 3.11.3.2 Projeto em Perfil 82 3.11.3.3 Seção transversal tipo 82 3.11.3.4 Projeto Geométrico 82 3.11.3.5 Características Técnica da Rodovia 83 3.12 Projeto de Terraplenagem 84 3.13 Projeto de Drenagem e Obras-de-Arte Correntes e Especiais 86 3.13.1 Considerações iniciais 86 3.13.2 Obras de Artes Correntes 86 3.13.3 Dimensionamento hidráulico 87 3.13.4 Drenagem superficial 89 3.13.4.1 Dimensionamento 90 3.13.4.2 Tempo de concentração e de recorrência 90 3.13.4.3 Áreas de contribuição 90 3.13.4.4 Determinação da vazão de contribuição 90 3.13.4.6 Fator de redução da capacidade de vazão 92 3.13.4.7 Tipos de revestimentos 92 3.13.4.8 Velocidade Admissível 92 3.13.4.9 Coeficiente de Escoamento 93 3.13.4.10 Valeta de proteção para corte e aterros (VPC e VPA) 93 3.13.4.11 Determinação da Capacidade Máxima de Vazão 94 3.13.4.12 Cálculo do comprimento crítico 95 3.13.4.13 Valeta de proteção de corte 95 3.13.4.13.1 Recomendações para valetas de proteção de cortes 95 3.13.4.14 Valeta de proteção de aterro 96 3.13.4.14.1 Recomendações para valetas de proteção de Aterro 96 3.13.4.15 Sarjeta de corte 97 3.13.4.15.1 Determinação da Capacidade Máxima de Vasão 97 3.13.4.15.2 Cálculo do comprimento crítico 98 3.13.4.15.3 Resultados obtidos 99 3.13.4.16 Sarjetas de meio-fio ou sarjeta de aterro (MFC) 99 3.13.4.16.1 Determinação da Capacidade Máxima de Vazão 99 3.13.4.16.2 Altura mínima de Aterro para Uso de Sarjeta 100 3.13.4.16.3 Determinação da Capacidade Máxima 101 3.13.4.16.4 Cálculo do comprimento crítico 101 17 3.13.4.17 Resultados obtidos 102 3.13.4.17 Entrada d´agua 102 3.13.4.17.1 Critérios para Espaçamento das Entradas d´aguas 103 3.13.4.17.2 Resultados obtidos 104 3.13.4.18 Saída d´água 104 3.13.4.18.1 Resultados obtidos 104 3.13.4.1 Descidas d´água 104 3.13.4.19.1 Descidas d´água em canal retangular de concreto (DAR) 105 3.13.4.19.2 Dimensionamento 105 3.13.4.19.3 Cálculo do comprimento crítico 105 3.13.4.19.4 Descida d´água em Degraus (DAD) 106 3.13.4.19.5 Resultados obtidos 106 3.13.4.20 Caixas Coletoras 107 3.13.4.21 Dissipador de Energia 108 3.13.5 Drenagem Profunda e Subterrânea 108 3.13.5.1 Objetivos 108 3.13.5.2 Elementos Básicos 108 3.13.5.3 Nível do lençol freático 109 3.13.5.4 Granulometria do solo a ser drenado 109 3.13.5.5 Tipos de drenos utilizados 109 3.13.5.6 Drenos longitudinais 109 3.13.5 Obras-de-Arte-Especiais 112 3.13.6.1 Pontilhões 112 3.13.6.2 Pontes 113 3.14 Projeto de Restauração do Pavimento da Rodovia PE – 063 114 3.14.1 Introdução 114 3.14.2 Histórico 115 3.14.3 Tráfego 116 3.14.4 Avaliação estrutural e funcional do pavimento existente 116 3.14.5 Soluções de reabilitação do pavimento existente 120 3.14.6 Resumo geral consolidado da solução adotada 123 3.15.1 Levantamento e Projeto de Restauração de Obras de Arte Especiais 126 3.15.1.1 Considerações Iniciais 126 3.15.1.2 Inspeção de obras de arte especial 126 3.16.1 Estudos de Proteção Ambiental 127 3.16.1.1 Levantamento Cadastral 127 3.16.1.2 Passivo Ambiental 127 3.16.1.3 Impactos Ambientais 127 4.1 Metodologia 129 4.1.1 Coleta de Dados 131 4.1.2 Análise dos Dados 131 5.1.0 Resultados e Discussão 132 6.1.0 Conclusões 142 7.1.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 147 ANEXOS 151 APÊNDICE 159 18 INTRODUÇÃO As Rodovias implantadas no território nacional vêm ao longo de séculos sendo o principal modal de transporte brasileiro, e também apresenta um maior custo operacional da logística. As empresas do setor pleiteiam junto ao governo uma melhor qualidade de serventia das rodovias, para que possam desenvolver uma logística mais integrada com objetivos de reduzir os custos dos fretes cobrados no Brasil. A modernização do sistema rodoviário nacional é fundamental em função das necessidades de integração das cidades e dos grandes centros consumidores do país para crescimento das leis da oferta e da procura dos mercados que formam os principais contribuintes de impostos da economia nacional. O desenvolvimento social e econômico cresce a partir de uma infraestrutura de transporte de qualidade, que no Brasil requer mais investimento para atender a demanda de vendas de veículos ao mesmo tempo exigem obras de qualidade duradoura, podemos dizer então que as estradas são como “artérias do corpo humano” que alimenta as células com nutrientes. Assim são as rodovias que mobilizam os recursos humanos, materiais, tecnológicos e financeiros para promover segurança social, saúde, educação, transporte, armazenagem e distribuição de bens e serviços, que ao mesmo tempo fomenta o emprego e renda dos cidadãos, chamamos a atenção que sem estradas não teremos desenvolvimento visto que nosso Brasil tem dimensões continentais. Portanto as rodovias são patrimônio público nacional de valor agregado e um passivo de propriedade do Estado e fundamental à sociedade brasileira, sendo um setor que abraça um grande contingencial de trabalhadores, assegurando novos profissionais e ofertando emprego e renda para executar os trabalhos da engenharia rodoviária. Nesse ínterim na construção civil a implantação e pavimentação de estradas precisam de processos construtivos no qual os empreendimentos sejam inovadores permanentemente para fornecer melhorias da qualidade das rodovias e outras estruturas de transportes, por isso podemosdestacar a importância do tempo de vida útil da rodovia, através do qual é possível determinar a necessidade de obras 19 de restauração, assim quanto maior o nível de conservação, maior a durabilidade do pavimento. A restauração das rodovias implica também em economia de escala, redução de tempo de transporte e ganhos do modus operandi, e economia do setor público, porque com a nova sociedade do conhecimento estradas melhores podem reduzir o “Custo Brasil de Transportes” também tem serventia através das faixas lindeiras que são utilizadas por diversas operadoras concessionárias de serviços públicos para implantação de redes de transmissão de energia elétrica, na comunicação implantação de backbone, “espinha dorsal” termo utilizado nas telecomunicações que são formados por cabos de fibra óptica de alta velocidade por onde trafegam os sistemas alimentados por dados de todos os clientes e usuários da Internet, seguem também nas faixas de domínio adutoras, gasodutos que abastecem as grandes cidades do Brasil, mas precisam ser administrados pela engenharia rodoviária por provocar conflitos quando da restauração e pavimentação das estradas. Como estamos vivenciando uma nova realidade moldada pela escassez de recursos financeiros do setor publico, para construção e restauração de rodovias, mostram as estatísticas que vem ocorrendo um déficit cada vez maior do setor rodoviário com obras de conservação, construção, pavimentação e restauração das estradas nacional que são administradas pelos DER-Departamento de Estradas de Rodagem de todo país e do DNIT – Departamento Nacional de Infra Estrutura de Transportes, uma saída encontrada pelo governo foi a terceirização do setor com diversas concessões principalmente no sul e sudeste do país. Em Pernambuco temos um trecho da PE 009 que foi terceirizado pelo governo. Neste trabalho será analisada a restauração de uma rodovia do Estado de Pernambuco que chegou ao fim de sua vida útil, mostrando que é de fundamental importância o planejamento, monitoramento e controle do trafego nas rodovias para que sejam bem operadas e que a qualidade de vida venha realmente ter um valor percebido pelos usuários da rodovia. 20 OBJETIVOS 2.1. Objetivo Geral Este trabalho tem como objetivo analisar o processo de restauração da Rodovia PE – 063 Trecho: Entr. BR – 101(Escada) / Entr. PE – 071 (Amaraji) – “Estudo Executivo de Caso” 2.2. Objetivos Específicos O objetivo primordial deste trabalho é alcançar o desenvolvimento da execução dos trabalhos para que o plano seja executado na melhor qualidade possível, os quais podem elencar as ações gerais deste estudo. Identificar a localização geográfica da região; Conhecer a estrutura do pavimento desta rodovia; Relacionar os principais defeitos/patologias existentes nos segmentos Acompanhar a execução dos serviços em campo; Analisar dados de campo; Apresentar possíveis reparos/soluções para as patologias da rodovia; Demonstrar a ineficiência atual dos métodos existentes de dimensiona- mentos do pavimento. 21 3 REFERENCIAL TEÓRICO 3.1 Confederação Nacional do Transporte (CNT) No Brasil a Confederação Nacional do Transporte (CNT) realiza pesquisas e estuda as condições e os níveis de serviços de nossas rodovias. Segundo dados da (CNT, 2016) a instituição avaliou que 100% da malha federal pavimentada na Pesquisa CNT de Rodovias, realizada anualmente. Apontou que na análise da série histórica 2004/2016, o estado geral das rodovias públicas federais melhorou 24,0% (pontos percentuais), passando de 18,7 com classificação ótimo ou bom, em 2004, para 42,7% em 2016. Apesar da evolução da qualidade ainda presentavam deficiências no pavimento, na sinalização e na geometria. As novas pesquisas da Confederação Nacional de Transportes (CNT, 2017), a malha rodoviária do Brasil é composta de 119.953,5 km de rodovias federais, 261.562,8 km de rodovias estaduais e 1.339.126,9 km de rodovias municipais, totalizando uma malha de 1.720.643,2 km. Do total de rodovias no país, 78,6% não é pavimentada, apenas 12,2% é pavimentada e 9,2% é planejada. Em relação à malha federal, 78,6% não é pavimentada, apenas 12,2% é pavimentada e 9,2% é planejada. Esses problemas aumentam o custo operacional do transporte, comprometem a segurança nas rodovias e causam impactos negativos ao meio ambiente. É importante destacar ainda que pelo modal rodoviário circulam 96% dos passageiros (BERNUCCI et, al., 2006). Informa o Caderno de Transportes 2015 do Governo Federal. Os investimentos em infraestrutura no País somaram R$ 26,6 bilhões no ano passado, entre recursos do setor público e privados relativos aos contratos de concessão. O balanço de atividades foi publicado pelo Ministério dos Transportes demonstrando os avanços do setor no período. Mas é importante salientar que os investimentos para duplicação, adequação e construção de rodovias por meio de recursos públicos totalizaram apenas R$ 6,3 bilhões, ou seja, 23,68% do total de impostos destinados ao setor. (Ministério dos Transportes, 2015) É observada então uma redução de averbação para as obras de transportes que foi provocada dentre outros fatores pela crise econômica e pelos escândalos de corrupção que assolam o país. Estudos apontam que na década de setenta os 22 investimentos chegaram a 1,8% do Produto Interno Bruto (PIB), na ultima década ocorreu uma redução sufocante, ficando apenas com 0,2% do PIB em infraestrutura de transporte segundo a (CNT, 2011). A nova engenharia rodoviária aponta tendência de fiscalizar as obras com mais qualidade e conservar o patrimônio publico com mais coerência e honestidade para maximizar os interesse dos cidadãos da nação brasileira, tendo em vista que rodovias em situação de boa qualidade custam menos aos cofres públicos e, por isso, deve-se buscar a reabilitação das condições do revestimento do pavimento antes que os danos se propaguem para as camadas de base e sub-base forçando a recuperação estrutural das camadas nobres do pavimento. Fazendo uma retrospectiva, pode-se citar o levantamento recorrente da Confederação Nacional do Transporte, realizado em 2012, que revelou ser necessário um investimento total para modernização da infraestrutura rodoviária no Brasil de R$ 177,5 bilhões. Incluído neste valor estaria a construção e a duplicação de rodovias, pavimentação, recuperação de pavimento, entre outras intervenções. Resultados desta mesma pesquisa indicaram que em 2011 foram registrados 188,9 mil acidentes em rodovias federais policiadas, cerca de 6 mil acidentes a mais do que em 2010. O custo com acidentes em rodovias federais foi de R$ 15,7 bilhões em 2011. Desses, R$ 4,4 bilhões são referentes a acidentes com vitimas fatais (CNT, 2012). Podemos destacar a diferenciação da construção de uma estrada para a manutenção; a construção é um produto novo que resultam em uma estrada nova. A manutenção não resulta em um produto novo, visível, tangível. Isto porque os seus objetivos são concernentes à preservação, e não a criação de algo concreto. No entanto, a manutenção não deixa de se constituir também em um investimento direto, cuja rentabilidade é perfeitamente mensurável sob a forma de: economia de combustível e lubrificantes, melhorias das condições de circulação dos veículos com a consequentemente redução de custos em fretes e saúde de acidentados; e aumento do nível de segurança dos usuários.( AKISHINO,2008). Os investimentos para restauração de estradas são bem menores quando adotado na época certa por representar um ganho de capital da sociedade e da logística brasileira. 23 3.2. Conhecimentos globais sobre Pavimentação e Restauração 3.2.1 Pavimento A pavimentação de rodovias é importante para o país por trazer integração e desenvolvimento, nesse contexto, Benjamin B. Fraenkel (1980, p. 272) define pavimento: A pavimentação costuma ser definida como a estrutura construída sobre a terraplenagem, destinada a distribuir no terreno subjacente as cargas do tráfego e oferecer condições de suavidade, segurança e boa aderência ao trafego dos veículos. A superfície obtida com a terraplenagem nos cortes e aterros chama-se leito ou plataforma da estrada. Com os processos modernos de compactação obtêm-se materiais mais compactos que os terrenos naturais. Por esse motivo é usual rebaixar os cortes cerca de 60cm e reaterrá-los compactando fortemente o material. Isso era usual apenas nos cortes em rocha para dar homogeneidade ao leito quanto a regularização das cotas . Atualmente, também se faz nos cortes em terra. A NBR-7207/82 da ABNT faz a seguinte definição: O pavimento é uma estrutura construída após terraplenagem e destinada, econômica e simultaneamente, em seu conjunto: a) Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego; b) Melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança; c) Resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento. Conforme Bernucci et al. (2006, p. 157) pavimento é: [...] uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construídas sobre a superfície final de terraplenagem, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, e a propiciar aos usuários melhorias nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança. Nesse ínterim de acordo com SOUZA (1980) o pavimento é constituído depois da terraplenagem e composto por camadas que por sua vez, contém vários materiais diferentes quanto à deformidade e resistência, de modo que apresente elevado grau de complexidade no tocante ao cálculo de deformidades e tensões que podem apresentar. O Pavimento é uma estrutura composta por camadas sobrepostas de diferentes materiais compactados em camadas, adequadamente de forma estrutural 24 e operacionalmente colocadas ao tráfego, de maneira durável e ao mínimo custo. (Balbo 2007) Nesse contexto, SENÇO (1997, p. 6-7), diz que: A estrutura do pavimento construída sobre a terraplenagem é destinada, técnica e economicamente, a resistir e distribuir os esforços verticais oriundos do tráfego, melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto e segurança e resistir aos esforços horizontais de forma a aumentar a durabilidade da superfície de rolamento. Temos diversos tipos de pavimento rodoviários, que são pavimento rígido, semirrígido e flexível. O pavimento rígido: superestrutura de placas de concreto simples com barras de transferência constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas, assentados sobre um semi-espaço considerado teoricamente como infinito (infra-estrutura ou terreno de fundação) a qual é designada de subleito (Manual de Pavimentação DNIT – IPR 719, 2006). O pavimento rígido tem maior durabilidade, pois são projetados para uma vida útil maior que 20 anos e destaca-se por oferecer alta resistência às cargas impostas, resistindo a pressões externas e absorvendo próxima a tensão máxima todos os esforços. Resistindo ao trafego sem apresentar deformações. O pavimento semirrígido é segundo a Empresa Betuseal (2015) uma modalidade intermediária entre pavimentos rígidos e flexíveis, já que sua base de cimento é recoberta de asfalto. Da mesma forma, apresenta propriedades intermediárias em relação à resistência, deformação e absorção das tensões. Desse modo pavimento semirrígido é uma camada superior em mistura betuminosa aplicada sobre uma ou diversas camadas de materiais tratadas com ligantes hidráulicos tipo macadame hidráulico. Os pavimentos flexíveis são aqueles que sofrem deformações, porém estas deformações até certo limite, não levam a ruptura da estrutura. Esse tipo de pavimento é dimensionado a compressão e tração na flexão, e os carregamentos provocados pelo tráfego dão origem a bacias de deformações, o que leva a estrutura a deformações permanentes e ao rompimento por fadiga (SENÇO, 1997). Temos por exemplo o TST- Tratamento superficial triplo - TST é a camada de revestimento do pavimento, constituída por três aplicações sucessivas de ligante 25 betuminoso cobertas cada uma por camada de agregado mineral, submetidas à compressão, conforme Revisão da Norma DNER - ES 310/1997. Os pavimentos flexíveis diferem-se dos rígidos não apenas pela característica do revestimento, mas principalmente pela forma como distribuem os esforços para as camadas inferiores. Nos pavimentos flexíveis existem uma concentração dos esforços nos pontos de aplicação das cargas, ou seja, as tensões são distribuídas em uma área relativamente pequena. (Jorge 2008) Desse modo, existe a concentração dos esforços nos pontos em que são aplicados, o que gera um acúmulo de esforços pontuais que desgastam a estrutura como mostra a figura 1. Figura 1 - Distribuição de cargas nos pavimentos rígidos e flexível Fonte: Departamento de Transportes da UFPR (2009). Vimos nessa figura que também foi adotado pela ABEDA – Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto, que cada um destes tipos do pavimento distribui a carga para o subleito de uma forma diferente. O pavimento rígido, devido ao elevado módulo de elasticidade do CCP, tende a distribuir a carga sobre uma área relativamente maior do subleito. A própria placa de concreto fornece a maior parte da capacidade estrutural de pavimento rígido. O pavimento flexível utiliza um maior número de camadas e distribui cargas para uma área menor do subleito. 26 3.2.2 Camadas essenciais que constituem o pavimento No pavimento rodoviário a ABNT NBR 7207/82 assegura que o mesmo é constituído por quatro e/ou cinco camadas: subleito, regularização, reforço do subleito, sub-base, base e revestimento, cujas definições são: I. Subleito: É o terreno de fundação do pavimento. No caso mais comum, isto é, estrada já em tráfego já há algum tempo, e a qual se pretende pavimentar, apresenta-se com a superfície irregular, exigindo a regularização. II. Regularização: É a camada de espessura irregular, construída sobre o sub-leito e destinada a conformá-lo, transversal e longitudinalmente, com o projeto. Deve ser executada sempre em aterro, evitando-se: — sejam executados cortes difíceis no material da “casca”, já compactada pelo tráfego; — seja substituida uma camada, já compactada, por uma camada a ser compactada, nem sempre atingindo a porcentagem de compactação existente. III. Reforço do sub-leito: Sua definição é ainda motivo de discussões mais ou menos acadêmicas. É uma camada de espessura constante, construída, se necessário, acima da regularização, com características técnicas inferiores ao material usado na camada que lhe for superior, porém superiores às do material do sub-leito. — Se o reforço do sub-leito deve ser considerado camada do pavimento ou da fundação, é um problema que não afeta a espessura total do pavimento, pois as diversas camadas devem ter capacidade de suporte para receber os esforços transmitidosatravés das camadas superiores. IV. Sub-base: É a camada complementar à base, quando, por circunstâncias tecno-econômicas, não for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do sub-leito. É a camada corretiva do subleito, ou complementar à base, quando por qualquer circunstância não seja aconselhável construir o pavimento diretamente sobre o leito obtido na terraplenagem. Os materiais que podem ser empregados como sub-base são o cascalho, solo-cal, solo cimento e/ou material selecionado (SILVA, 2008). V. Base: É a mais nobre camada estrutural, destinada a receber e distribuir os esforços oriundos do tráfego, e sobre a qual se constrói o revestimento. É a camada que tem por função aliviar a tensão nas camadas inferiores, permitir a drenagem das águas que se infiltram no pavimento (através de drenos) e resistir às tensões e deformações atuantes. A tensão máxima de cisalhamento ocorre na 27 base, logo ela deverá ser constituída de material de excelente qualidade e ser muito bem construída. Conforme Silva (2008),os materiais que podem ser empregados como base são Brita Graduada Simples (BGS), Concreto Compactado a Rolo (CCR), Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC), Macadame Hidráulico e Seco, Solo-Cal, Solo-Cimento e Solo Brita. VI. Revestimento: É a camada que recebe diretamente a ação do rolamento dos veículos, destinada econômica e simultaneamente a melhorar as condições de serventia quanto à comodidade e segurança; e resistir aos esforços que nele atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento. Bernucci et. al. (2006) acrescentam que “[...] essa camada deve ser tanto quanto impermeável e resistente aos esforços de contato pneu-pavimento em movimento, que são variados conforme a carga e a velocidade dos veículos.” De acordo com Balbo (1993, p. 369), cada camada do pavimento possui uma ou mais funções especificas, que devem proporcionar aos veículos um nivel de serventia, em qualquer ação climática, condições adequadas de rolamento, aderência e suporte. Observamos na figura 2 - que mostra uma estrutura-tipo de pavimento, com as camadas subleito; base de macadame vibrado a seco, base de briga graduada e revestimento asfáltico, ou seja, um super-pavimento muito utilizado em aeroportos ou rodovias com trafego intenso de caminhões de carga. Figura 2 – Estrutura de pavimento-tipo Fonte: Flatout, Ano 2017 Fonte: https://www.flatout.com.br/cinco-fatores-que-tornam-o-asfalto-brasileiro-tao-ruim/ 28 De acordo com o dimensionamento do pavimento os revestimentos asfálticos são, normalmente, subdivididos em duas ou até mais camadas por razões técnicas, construtivas e de custo (BALBO, 2007). O quadro 1 demonstra a sequencia das camadas que devem ser executadas sob rigoroso controle de qualidade conforme determina o Manual de Pavimentação, onde o Reforço do subleito passa por correção das cotas para recebe as camadas de sub-base e base respectivamente, que logo em seguida inicia-se a Imprimação, se liberada ao trafego perde-se o potencial do ligante, portanto será necessário executar a pintura de ligação antes de executar o revestimento asfáltico. Quadro 1 – Etapas das Camadas de Pavimentação DESIGINAÇÃO DO REVESTIMENTO DEFINIÇÃO ASSOCIAÇÃO Revestimento Asfáltico Camada de rolamento superficial do pavimento com serventia de receber as cargas e as intempéries do clima. Camada que sofre os impactos do transito e que garante a segurança dos veículos nos pontos de curvas que impõem forças horizontais e longitudinais. Pintura de ligação É uma pintura superficial executada entre a camada de rolamento e a base do pavimento para mais aderência dos materiais. Película de RR-1C tipo de ligante que promove a aderência do binder. Regularização É considerada como uma pre- camada de mistura asfáltica utilizada para correção dos defeitos do perfil horizontal e vertical do projeto para execução das camadas finais do pavimento. Correção de afundamentos por mergulho da lamina da Motoniveladora, camada de reperfilagem. Reforço do Sub- Leito Ultima camada executada que forma o greide da rodovia e nos casos de restauração a base do pavimento torna-se uma camada de reforço de subleito e/ou sub- base. São camadas utilizadas com logística reversa onde aproveita-se todo material da base. Reciclando a camada para funcionar como sub-base e/ou sub-leito. Fonte: Manual de Pavimentação DNIT – IPR – 719 (2006). 29 3.2.3 Mistura asfálticas Escreve Bernucci et al. (2006, p.158): O material de revestimento pode ser fabricado em usina específica (misturas usinadas), fixa ou móvel, ou preparado na própria pista (tratamentos superficiais). Os revestimentos são também identificados quanto ao tipo de ligante: a quente com o uso de CAP, ou a frio com o uso de Emulsão Asfáltica RM. As misturas usinadas podem ser separadas quanto à distribuição granulométrica em: densas, abertas, contínuas e descontínuas. Na maioria dos pavimentos brasileiros usa-se como revestimento uma mistura de agregados minerais, de vários tamanhos, podendo também variar quando à fonte, com ligantes asfálticos que, deforma adequadamente proporcionada e processada, garanta ao serviço executado os requisitos de impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento de acordo com o clima e o tráfego previstos no local. As Misturas Betuminosas são produzidas para revestimento das faixas de rolamento conforme dimensionamento do pavimento e respondem pelas características de estabilidade, durabilidade, flexibilidade, resistência à fadiga, aderência, impermeabilidade e trabalhabilidade. Senço (1997, p. 216 v2) classifica a granulometria do agregado em três frações: ou agregado graúdo, agregado fino e filler. O agregado graúdo, normalmente, é constituído de pedra britada ou seixo rolado, com uma superfície rugosa e forma angular. Já o agregado miúdo pode ser composto de areia, pó de pedra ou mistura de ambos. Quanto ao filler pode ser constituído de cimento, pó de pedra, pó de calcário e similares. A maioria dos projetistas brasileiros faz opção pelo (CAUQ), Concreto Asfáltico, conhecido no meio rodoviário como Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). Essa mistura é composta por agregados de diversos tamanhos e cimento asfáltico dosados e aquecidos em função da viscosidade desejada (BERNUCCI et al., 2006). Nas palavras de Senço (1997, p. 160 v2) o CBUQ é preferido para vias expressas e terceirizadas através de concessões do governo. É o mais nobre dos revestimentos flexíveis. Consiste na mistura íntima de agregado, satisfazendo rigorosas especificações, e betume devidamente dosado. A mistura é feita em usina, com rigoroso controle de granulometria, teor de betume, temperaturas do agregado e do betume, transporte, aplicação e compressão [...] 30 3.2.4 Danos aos pavimentos Com o uso intensivo das rodovias no decorrer do tempo, ocorrem deficiências estruturais das camadas do pavimento, dano que pode ser provocado pelas intempéries do tempo, falta de conservação adequada, aumento do trafego, e uso desordenado das faixas lindeiras da rodovia. Estudando as patologias no decorrer da vida útil dos pavimentos, estas estruturas podem apresentar defeitos causados por diversos motivos. Segundo Link (2009), as patologias estão ligadas aos materiais empregados e ao comportamento mecânico que é particular de cada estrutura. Desta forma,o conhecimento destas causas consititui: [...] informações muito uteis ao engenheiro na tentativa de entender os problemas que se manifestam em pavimentos e terão bastante influência nas técnicas que serão empregadas para serviços de manutenção. (BALBO, 1997 apud MARQUES, 2014). Segundo Bernucci et. al (2006 p. 403) O objetivo principal da pavimentação é garantir a trafegabilidade em qualquer época do ano e condições climáticas, e proporcionar aos usuários conforto ao rolamento e segurança. Uma vez que o solo natural não é suficientemente resistente para suportar a repetição de cargas de roda sem sofrer deformações significativas, torna-se necessária a construção de uma estrutura, denominada pavimento, que é construída sobre o subleito para suportar as cargas dos veículos de forma a distribuir as solicitações às suas diversas camadas e ao subleito. Ainda conforme Bernucci et. al (2006 p, 403) O desempenho adequado do conjunto de camadas e do subleito relaciona-se à capacidade de suporte e à durabilidade compatível com o padrão da obra e o tipo de tráfego, bem como o conforto ao rolamento e a segurança dos usuários. O desafio de projetar um pavimento reside no fato, portanto, de conceber uma obra de engenharia que cumpra as demandas estruturais e funcionais. Aliado a esses dois objetivos, o pavimento deve ainda ser projetado da forma mais econômica possível, atendendo as restrições orçamentárias. Segundo MEDINA (2005 p. 371), “A mecânica dos pavimentos é uma disciplina da engenharia civil que estuda os pavimentos como sistemas em camadas e sujeitos a cargas dos veículos. Faz-se o cálculo de tensões, deformações e 31 deslocamentos, conhecidos os parâmetros de deformabilidade, geralmente com a utilização de programas de computação. Verifica-se o número de aplicações de carga que leva o revestimento asfáltico ou a camada cimentada à ruptura por fadiga” Para Bernucci et. al (2006 p, 403) do ponto de vista do usuário, o estado da superfície do pavimento é o mais importante, pois os defeitos ou irregularidades nessa superfície são percebidos uma vez que afetam seu conforto. Quando o conforto é prejudicado, significa que o veículo também sofre mais intensamente as consequências desses defeitos. Essas consequências acarretam maiores custos operacionais, relacionados a maiores gastos com peças de manutenção dos veículos, com consumo de combustível e de pneus, com o tempo de viagem etc. Portanto, atender o conforto ao rolamento também significa economia nos custos de transporte. Modelos empíricos de desempenho mostram claramente a correlação entre a irregularidade e os custos operacionais (Geipot, 1981; Robinson, 1986). Esses modelos são empregados em planejamento e em gerência de pavimentos e de manutenção, tendo alguns sido desenvolvidos pela Pesquisa de Inter- relacionamento de Custos Rodoviários (Geipot, 1981), utilizados nos programas de gerência do HDM III (The Highway Design and Maintenance-III), World Bank (1985), e também incorporados na nova versão IV (World Bank, 2000). Com a logística da atualidade que utiliza o modal de transportes rodoviários através de grandes caminhões, e cada vez mais carga por eixo provocam danos a rodovia. O potencial destas cargas, de acordo com Albano (2005): Estes carregamentos são transmitidos aos pavimentos por rodas pneumáticas simples ou duplas dispostas em eixos simples e tandem, duplos ou triplos. A ação do tráfego não só pelo peso transportado e pela frequência com que solicita o pavimento, provoca a deterioração e o consumo da estrutura. A cada tipo de defeitos são associadas algumas causas prováveis para seu surgimento provocando irregularidades na superfície do pavimento e baixando gradativamente o nível de conforto e serventia da rodovia. A Norma do DNIT NORMA 005/2003-TER faz definições para as patologias encontradas em revestimentos betuminosos, que seguem classificação dos defeitos catalogados de acordo com a Norma vigente vejamos os textos abaixo: a) Fenda: qualquer descontinuidade na superfície do pavimento, que conduza a abertura de menor ou maior porte, apresentando-se 32 sob diversas formas. As mais graves sofrem perda de estabilidades as mais simples subdivide-se em fissuras e trincas: Figura 3 - Fendas defeito de grandes proporções Fonte: WATANABE, 2010. “As fendas são causadas, geralmente, pelo solapamento do subsolo. Explicando melhor, a água que percola normalmente pelo subsolo pode provocar o carriamento do material. Isso acontece principalmente em solos que tem baixa coesão como os siltes. Um dia a água leva uma pequena partícula, no outro leva outra e assim vai levando partícula por partícula e vai, aos poucos, formando um rio subterrâneo. Depois de um certo tempo, forma-se um ôco por debaixo do asfalto, uma coisa parecida com uma pequena caverna” conforme Watanabe (2010) a.1- fissura: fenda de largura capilar existente no revestimento, posicionada longitudinalmente, transversal ou obliquamente ao eixo da via, somente perceptível à vista desarmada de uma distância inferior a 1,5m; Bernucci et al. (2006). a.2- trinca: fenda existente no revestimento, facilmente visível à vista desarmada, com abertura superior à da fissura, podendo apresentar-se sob a forma de trinca isolada ou trinca interligadas. As trincas ditas interligadas são dividas em duas categorias; trinca couro de jacaré, com contornos erráticos, e trinca de bloco, com lados bem definidos aparentando blocos. Enquanto que as trincas “couro de jacaré” estão associadas à repetição das cargas de tráfego (Concentram-se nas trilhas de roda), as de bloco não estão relacionadas com tráfego; logo elas aparecem em qualquer lugar, até em locais de pouco tráfego. As trincas no revestimento podem ser devido à fadiga ou não. A fadiga está relacionada com a repetição da passagem de cargas de veículos comercial; (Bernucci et al. (2006) 33 Demonstramos abaixo diversas figuras de processos de defeitos do pavimento e possíveis causas prováveis para ocorrência dos danos, conforme classificação da Norma do DNIT 005/2003-TER: Figura 4 - Trinca isolada longitudinal curta - TLC Fonte: Bernucci et al. (2006 p. 417) Causas prováveis: falha na execução, na temperatura de compactação ou mesmo na dosagem da mistura asfáltica e envelhecimento de ligante asfáltico. Figura 005 – Trinca isolada longitudinal longa - TLL Fonte: DAER – RS, 1978 34 Causas prováveis: falhas executivas, recalques diferenciais. Podem também aparecer junto à trilha de roda ou como falha de juntas longitudinais de diferentes frentes de compactação, e envelhecimento do ligante. Figura 006 – Trinca interligada “couro de jacaré” Fonte: DNIT NORMA 005/2003 p. 007 Causas prováveis: várias causas podem gerar o trincamento jacaré, entre elas: ação da repetição de cargas do tráfego; ação climática - gradientes térmicos; envelhecimento do ligante e perda de flexibilidade seja pelo tempo de exposição seja pelo excesso de temperatura na usinagem; compactação deficiente do revestimento; deficiência no teor de ligante asfáltico; sub-dimensionamento; rigidez excessiva do revestimento em estrutura com elevada deflexão; reflexão de trincas de mesma natureza; recalques diferenciais; entre outros. As trincas “courode jacaré” representam o estágio atual avançado de fadiga do pavimento. Figura 7 – Trinca interligada “couro de jacaré” Fonte: DNIT NORMA 005/2003 - TER 35 Causas prováveis: decorrentes da retração do revestimento asfáltico e por variação diárias de temperatura (que resultam em ciclos diários de tenções e deformações). As trincas de bloco indicam que o asfalto sofreu endurecimento significativo, tornando-o menos flexível. As trincas de bloco caracterizam-se por ter uma configuração aproximada de um retângulo, com áreas variando de 0,1 m² a 10 m². Afundamento”: deformação permanente caracterizada por depressão da superfície do pavimento podendo apresentar-se sob a forma de afundamento plástico ou de consolidação. Afundamento plástico: afundamento plástico causado pela fluência plástica de uma camada do pavimento ou do subleito; afundamento de consolidação: é causado pela consolidação diferencial de uma ou mais camadas do pavimento ou subleito; - Bernucci et al. (2006) Figura 008 – Afundamento de trilha de roda Fonte: DNIT NORMA 005/2003 - TER Causas prováveis: falha na dosagem de mistura asfáltica – excesso de ligante asfáltico; falha na seleção de tipo de revestimento asfáltico para a carga solicitante; em geral com solevamento lateral. Bernucci et al. (2006). 36 Figura 009 – Afundamento localizado Fonte: DNIT NORMA 005/2003 – TER Causas prováveis: problemas ou deficiências construtivas, falhas de compactação, presença de solo “borrachudo”; problemas de drenagem; rupturas por cisalhamento localizadas. Bernucci et al. (2006). Destaca Bernucci et. al (2008 p.414) que afundamentos: “Afundamentos”: podem surgir por erros construtivos, como por exemplo: espessuras menores que as previstas em projeto; falta de compactação apropriada das camadas, causando deformações e afundamentos excessivos ou rupturas localizadas; técnica de compactação inadequada, com uso de equipamentos de baixa eficiência; compactação de misturas asfálticas em temperaturas inadequadas ou variabilidade de temperatura da massa asfáltica durante o processo de compactação; erros nas taxas de imprimação ou de pintura de ligação, entre outros. Um dos defeitos do pavimento catalogado pelo DNIT é “Corrugação ou ondulação”: deformação caracterizada por ondulações ou corrugações transversais na superfície do pavimento; - DNIT 005/2003-TER. Figura 010 – Ondulação ou Corrugação Fonte: DNIT NORMA 005/2003 - TER 37 Causas prováveis: as corrugações são ondulações transversais ao eixo da via, devido á má execução (base instável), excesso de asfalto (baixa resistências da massa asfáltica) ou finos. As corrugações estão associadas ás tensões cisalhantes horizontais geradas pelos veículos em áreas submetidas á aceleração ou frenagem. Este tipo de defeito sobrecarrega a dinâmica dos veículos pesados ônibus e caminhões aumento o custo da logística de transportes. Bernucci et al. (2006). Segundo Fernandes Jr. e Barbosa, 2000 os veículos, principalmente os caminhões e ônibus, ao trafegarem sobre as irregularidades (depressões, corrugações, trilhas de rodas, entre outras), têm sua carga estática acrescida devido a efeitos dinâmicos e que atuam por um período curto de tempo nas proximidades da irregularidade, são comuns ocorrem em subidas, rampas, curvas e intersecções. “Escorregamento”: deslocamento do revestimento em relação à camada subjacente do pavimento, com aparecimento da fenda em forma de meia-lua. Ocorre principalmente em áreas de frenagem e de interseções, quando o veículo causa o deslizamento da massa asfáltica (baixa aderência) ou sua deformação (baixa resistência); - DNIT NORMA 005/2003 - TER Figura 011- Escorregamento Fonte: DNIT NORMA 005/2003 - TER Causas prováveis: escorregamento do revestimento asfáltico por falhas construtivas e de pintura de ligação. DNIT NORMA 005/2003 - TER Os Escorregamentos de massa asfáltica por fluência são decorrentes de excesso de ligante; em geral junto às depressões localizadas, às trilhas de roda e às bordas de pavimentos. Bernucci et al. (2006). Exsudação: excesso de ligante betuminoso na superfície pavimento, causado pela migração do ligante através do revestimento; - Bernucci et al. (2006 p.420) 38 Figura 12 – Exsudação Figura 3- Ilustração da exsudação na parte lateral (a) e central (b) da rodovia, e detalhes (c). Fontes: Bernucci et.al, (2006, p. 420). Causas prováveis: falhas de dosagem provocando excesso de ligante em alguns pontos ou de maneira generalizada; pode ocorrer por segregação de massa, com concentração de ligante em alguns pontos e falta em outro; ou ainda por cravamento de agregados em base e ascensão de ligante á superfície. “Desgaste”: efeito de arranchamento progressivo do agregado do pavimento, caracterizado por aspereza superficial do revestimento e provocado por esforços tangenciais causados pelo tráfego. (Bernucci et. al, 2006 p. 421) Figura 13 – Desgaste Fonte: DNIT NORMA 005/2003 - TER Causas Prováveis: falha de adesividade ligante-agregado; presença de água aprisionada e sobre preção em vazios da camada de revestimento gerando descolamento de ligante; problemas de dosagem – deficiência no teor de ligante; 39 falha de bicos em tratamentos superficiais; problemas executivo ou de projeto de misturas – segregação de massa asfáltica. Um dos grandes defeitos do pavimento são as Panelas ou Buracos, por ser de profundidade mediana atinge as camadas de base e sub-base , provocam maiores riscos de acidentes e muitas quebras de veículos: Vejamos o que Nogueira nos diz: A conservação preventiva, quando feita periodicamente, evita o aparecimento de panelas maiores e trincas, evitando que as deficiências existentes se expandam em área ou profundidade, o que exigiria, posteriormente, um serviço de maior porte, reduzindo os custos dos reparos superficiais (NOGUEIRA, 1961). Entretanto destaca Bernucci et. al (2008 p.422) que panelas ou buracos: “Panela ou buraco”: são uma cavidades que se formam no revestimento por diversas causas (inclusive por falta de aderência entre camadas superpostas, causando o desplacamento das camadas), podendo alcançar as camadas inferiores do pavimento, provocando a desagregação dessas camadas. Figura 14 – Panela ou buraco Fonte: DNIT NORMA 005/2003 - TER Causa prováveis: local onde a via trincas interligadas e com ação do trafego e intempéries houve remoção do revestimento ou mesmo de parte da base; falha construtiva – deficiência na compactação, umidade excessiva em camadas de solo, falha na imprimação; desagregação por falha na dosagem ou ainda segregação. “Remendo”: panela preenchida com uma ou mais camadas de pavimento na operação denominada “tapa buraco”. Bernucci et al. (2006). 40 Figura 15 – Remendo mal executado Fonte: Bernucci et al. (2006 p.422). Causas prováveis: Preenchimento de depressões ou panelas com massa asfáltica; apesar de ser uma atividade de conservação é considerado um defeito por apontar um local de fragilidade do revestimento e por provocar danos ao conforto ao rolamento. Comentamos que o remendo profundoé diferente do tapa buraco, para executar um remendo profundo a espessura é variável em razão da infiltração de água que satura o reforço do subleito, sub-base, base, desestabilizando a estrutura do pavimento, fazendo necessário retrabalho para estabilizar toda estrutura. Enquanto que o tapa buraco e uma operação superficial apenas da camada do revestimento asfáltico as demais camadas continuam perfeitas e estáveis. “Segregação”: panela preenchida com uma ou mais camadas de pavimento na operação denominada “tapa buraco”. Bernucci et al. (2006). Figura 16 – Segregação Fonte: Bernucci et al. (2006 p.423). 41 Causa prováveis: concentração de agregados em uma área e de mastigue em outras, resultado da deficiência de ligantes em alguns locais e excesso em outros; problemas na definição de faixas granulométrica da mistura, problemas de usinagem, problemas diferenciais de temperatura de distribuição e compactação. “Bombeamento de Finos”: panela preenchida com uma ou mais camadas de pavimento na operação denominada “tapa buraco”. Bernucci et al. (2006). Figura 017 – Bombeamento de finos Fonte: Bernucci et al. (2006). Causas Prováveis: subida á superfície por meio de fendas de material fino devido á água sob pressão causada pela ação do trafego e rapidamente aliviada após solicitação provocando a ascensão dos finos. Vejamos a figura 18 que demonstra falha de bico do caminhão espargidor que no campo e conhecido por burro preto. A falha de bico ocorre por entupimento provocado pela emulsão Asfáltica RR-2C. Bernucci et al. (2006). Figura 18 – Falha de bico espargidor Fonte: Bernucci et al. (2006 p.423). 42 Causas prováveis: falha nos bicos espargidores em tratamentos superficiais, em geral com falta de ligante asfáltico provocando deficiência de cobertura e envolvimento dos agregados e seu consequente desprendimento pela ação do tráfego. Geralmente estas falhas estão associadas a erros de temperaturas de aplicação do Burro Preto, provocando entupimentos devidos a fragmentos de asfaltos. A presentamos abaixo um rol das irregularidades do pavimento demonstrados, conforme DNIT 005/2003 – TER Tabela classificatória de defeitos do pavimento rodoviário, conforme DNIT NORMA 005/2003 – TER. A figura 19 demonstrada na pagina seguinte mostra em uma sequencia gradativa por boletim um resumo de todos os possíveis defeitos do pavimento flexível que surgem com o tempo de serventia da rodovia conforme estudo conforme DNIT NORMA 005/2003 – TER elaborado e consolidado pelo DNIT—Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes e utilizados pelas empresas de engenharia rodoviária e por todos os órgãos governamentais do setor. 43 Figura 19 - Demonstrativo dos defeitos em pavimentos flexíveis. Fonte: DNIT NORMA 005/2003 – TER. No Quadro 2 é possível demonstrar os tipos de defeitos e seus códigos correspondentes utilizados pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de 44 Transportes, estudo empregado pelo SGP – Sistema de Gestão de Pavimentos que emprega métodos de avaliação de qualidade de pavimentos no Brasil. Quadro 2 – Defeitos nos pavimentos e códigos nas Normas do DNIT Tipo de defeito Código DNIT Fissura Trinca isolada transversal curta Trinca isolada transversal longa Trinca isolada longitudinal curta Trinca isolada longitudinal longa Trinca de retração Trinca interligada “couro de jacaré” sem erosão Trinca interligada “couro de jacaré com erosão Trinca interligada de bloco sem erosão Trinca interligada de bloco com erosão Fendas FI TTC TTL TLC TLL TRR J JE TB TBE Afundamento plástico local Afundamento de consolidação local Afundamento plástico em trinca de roda Afundamento de consolidação em trilhas de rodas Afundamentos ALP ALC ATP ATC Corrugação ou ondulação Corrugação O Desgaste Desgaste D Escorregamento Escorregamento E Exsudação Exsudação EX Panela Remendo superficial Remendo profundo Panelas P RS RP Fonte: DNIT NORMA 005/2003 – TER. Na classificação de defeitos da Norma do DNIT 005/2003 – TER não constam as irregularidades de segregação; bombeamento de finos, falhas de bico em tratamentos superficiais, entre outros (BERNUCCI et al., 2006). Antes da adoção de qualquer alternativa de restauração ou aplicação de qualquer critério numérico ou normativo para cálculo de reforços, um bom diagnóstico geral dos defeitos de superfície é imprescindível para o estabelecimento 45 da melhor solução. Portanto, para corrigir ou minimizar uma consequência (defeito), deve-se conhecer as prováveis causas que levaram ao seu aparecimento. Para tanto, recomenda-se: verificação in situ os problemas de superfície, relações com as condições geométricas, dos taludes e de drenagem; levantamento de dados climáticos, de tráfego, de mapas geológicos, pedológicos ou geotécnicos; levantamento de memórias técnicas e de relatórios de projeto e de controle; e estabelecimento de um cenário global dos defeitos e sua relação com todos os dados observados e levantados. (BERNUCCI et. al., 2006 p. 415). Ainda em relação às patologias que podem ocorrer em pavimentos, ALBANO (2005) escreve que o desgaste e as panelas ocasionam incômodos aos usuários, contudo, por estarem localizados na superfície, são facilmente diagnosticados e recuperados e com custos relativamente baixos. Já os defeitos internos necessitem de mais atenção, pois são mais difíceis de serem detectados e são mais abrangentes em termo de efeitos por afetarem a estrutura do pavimento. Ambos, o trincamento da superfície de concreto asfáltico, provocado pela fadiga do material e o afundamento da trilha de roda que, além da irregularidade superficial, possibilitam a infiltração e o acúmulo de água da chuva, exigem ações mais radicais e de maior custo para correção. Estes defeitos, ocasionados por veículos pesados, ocorrem muitas vezes prematuramente devido ao excesso de peso destes veículos (ALBANO, 2005). A deterioração de um pavimento por fadiga caracteriza-se pelo rompimento da camada de Concreto Asfáltico quando esta é solicitada continuamente por cargas que provocam tenções menores do que a resistência a tração do revestimento. As trincas surgem, inicialmente, na fibra inferior da camada de Concreto Asfáltico e propagam-se progressivamente para a superfície, dando a impressão, em um estagio final de evolução, semelhante ao couro de crocodilo (ALBANO,2005). A publicação Truck Weight Limits, da National Research Council (1990), traz uma análise do efeito de veículos pesados sobre a durabilidade dos pavimentos. Esse trabalho destaca que as condições e o desempenho dos pavimentos não dependem unicamente do numero de veículos pesados e da carga por eixo que os pavimentos estão sujeitos. Outros fatores também devem ser considerados: 46 Adequação das espessuras das camadas que compõem o pavimento; Qualidades dos materiais empregados na construção; Condições de manutenção da rodovia; Propriedade do subleito existente; e, Condições ambientais (precipitação, umidade do ar e valor e variação da temperatura). 3.3 Dimensionamento de pavimentos O dimensionamento de um pavimento, basicamente, consiste em determinar as espessuras de cadacamada do pavimento de modo a resistir e transmitir ao subleito ás cargas aplicadas pelo trafego, sem que ocorra a ruptura da estrutura ou deformações plásticas (afundamentos em trilhas de roda) e deterioração excessiva do revestimento (trincamentos). Entretanto, o método brasileiro em vigor para dimensionar pavimentos está ultrapassando e, sabidamente, não contempla os conhecimentos modernos da mecânica dos pavimentos. O método de projeto de Pavimento Flexível, desenvolvido em 1966 pelo extinto Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), consiste em uma abordagem empírica, com base em dois parâmetros de entrada: o ensaio de índice de suporte Califórnia (CBR) e o volume de tráfego, representado pelo numero equivalente de eixos padrão durante o período de projeto (Número N = 8,2 ft). Este método foi concebido para garantir a proteção do subleito e pode ser considerado a favor da segurança em termos de acúmulo de deformações permanentes. No entanto, a fragilidade deste método está nas espessuras mínimas recomendadas para o revestimento asfáltico apenas em função do Número N, Sem levar em consideração aspectos do material constituinte do revestimento e a sua interação com as demais camadas. Portanto, a metodologia empregada atualmente em projetos brasileiros seguindo a norma em vigor desconsidera as deformações elásticas que podem ocorrer no pavimento, e, por consequência, o fenômeno da fadiga do revestimento asfáltico. Devido ao demasiado período sem importantes projetos de obras rodoviárias, apesar do nível brasileiro de pesquisas em pavimentos ser avançado, as normas não acompanharam as pesquisas e muitas delas foram publicadas entre as décadas de 1960 á de 1980 e não sofrerão revisões significativas. Com o novo cenário nacional em termos de obras de infraestrutura, devem-se rever alguns métodos de 47 dimensionamento de pavimentos de tal modo a incluir os conhecimentos atuais nessa área, inclusive a experiência internacional. Dimensionar um pavimento significa estudar a estrutura do subleito e as camadas nobres do pavimento para resistir as tensões impostas pelo trafego, as interferências sofridas pela ação do homem e intempéries ao longo do tempo de serventia. Segundo Balbo, (2007, p. 375) dimensionar uma estrutura de pavimento, faz-se necessário para tomada de decisão: “Dimensionar um pavimento significa determinar espessuras de camadas e os tipos de materiais a serem utilizados em sua construção, de modo a conceber uma estrutura capaz de suportar um volume de tráfego preestabelecido, nas condições climáticas locais, oferecendo o desempenho desejável para suas funções.” Balbo, (2007, p. 375) afirma que existem diversos métodos de dimensionamentos distintos que podem ser atribuída às diversas condições ambientais, geológicas, pedológicas e de trafego além de diferentes opiniões entre técnicos. Entretanto, a principal razão para essas diferenças devem ser atribuída à não existência de uma descrição unânime e precisa, em termos quantitativos, da maneira como efetivamente se constitui a ruptura de um pavimento. Para Balbo, (2007, p 375) São três os tipos básicos de ruptura que permeiam os critérios de dimensionamento: “Primeiramente, aquela ruptura na qual se verifica que a estrutura do pavimento não mais suporta adequadamente as cargas aplicadas e apresenta excessiva deformabilidade plástica e estrutural”. “A ruptura de natureza estrutural mais explicita em muitos métodos é a ruptura por fadiga”. Quando o pavimento não serve mais ao usuário, em termos de conforto e segurança ao rolamento, independentemente da existência de problemas de ordem estrutural, fica caracterizada uma ruptura de natureza funcional ou operacional”. Balbo, (2007, p. 376) expressa que pavimentos se rompem por diversos fatores. Entre as causas mais intimamente associadas à repetição de cargas sobre a estrutura do pavimento destacam-se então: O fenômeno da fadiga, responsável pelo trincamento de revestimento betuminoso e de bases cimentadas; O acumulo de deformações plásticas (permanentes) pela ação das deformações cisalhantes que ocorrem em camadas de mistura asfáltica, em materiais granulares e nos solos do subleito. 48 Após estudo de dimensionamento do pavimento podemos escolher a recuperação do pavimento através de sua reabilitação e/ou de sua restauração. Conforme Manual de Restauração de Pavimentos Asfáltico do (DNIT 2006 p. 30) trata esta técnica de engenharia rodoviária como: Demonstramos na figura 20 a estrutura das camadas de um pavimento que através de sua restauração é um processo a ser ordinariamente aplicado a um pavimento que, desfrutando ainda da devida habilitação, e apresentando desempenho compatível com os competentes modelos de previsão, se encontra próximo de alcançar, conforme aferido por parâmetros temporais e/ou índice de desempenho, o estágio final do ciclo de vida correspondente e com o objetivo de restabelecer as suas adequadas características técnicas. Figura 20 - Estrutura das camadas de um pavimento. Fonte: SANTANA (1993) Quando estas camadas de revestimento base ou sub-base apresentam afundamento e irregularidades longitudinais e transversais, além dos defeitos estruturais (panelas, afundamentos, rompimentos da base e sub-base) então passa a ser necessário restaurar dependendo do fluxo de veículos, da vocação econômica da região e dos polos produtivos instalados, assim se restabelecer a normalidade e a segurança do trafego. Obras de Restauração se fundamenta em Projetos de Engenharia que é um estudo específico, elaborado conforme o disposto nos instrumentos pertinentes e integrantes das “Diretrizes Básicas para Elaboração de Estudos e Projetos Rodoviários”, no qual, a partir do valor residual do pavimento existente, considerando os parâmetros do trafego esperado para o novo ciclo, é definido a 49 solução a ser adotada. No caso essa solução em geral, deverá recair, na execução de recapeamento do pavimento existente e havendo ainda a opção, para extensões significativas, da execução da modalidade “reconstrução do pavimento” modalidade esta que tenderá a ser predominante, na medida em que se amplie a defasagem entre o final do ciclo de vida do pavimento e a efetiva execução das obras de recuperação - Manual de Restauração de Pavimentos Asfáltico do (DNIT 2006 p. 31). Os engenheiros projetistas para dimensionar o pavimento após realizar estudos de todos os defeitos do pavimento e suas causas estudam também: Os quantitativos do volume de trafego, levantamento das necessidades hidrológicas, cadastrar as interferências de serviços públicos, registrar as invasões das áreas construtivas, as interseções com outras vias, estabilidade da estrutura do pavimento, os danos ao meio ambiente as condições das obras de artes correntes e especiais, diagnosticando todos os defeitos e problemas estruturais em seguida passar a dimensionar um pavimento definindo o numero N para o processo de restauração da rodovia em tela. Um levantamento completo da rodovia se faz necessário para composição de todos os defeitos e danos adversos da natureza que ocorreram ao longo de serventia vencida e principalmente danos estruturais, construção da imagem das irregularidades do pavimento através de instrumento digital “Nova Viga Benkelman” que é um equipamento que possibilita realizar medições deflectométricas de um pavimento e gera relatório para O SGP – Sistema de Gerenciamento de Pavimentos, possibilitando desta forma calcular o IRI – Índice de Irregularidade longitudinal da Superfície do Pavimento.
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