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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.Ferramenta indispensável ao engenheiro para dimensionar o pavimento a ser restaurado”. Antonio Carlos (10/2017 autor da monografia)” 3.4 Manutenção de pavimentos Segundo Silva (2008), a regra básica da manutenção de um pavimento consiste em, primeiramente, determinar a causa do defeito. A manutenção de pavimentos é um trabalho rotineiro com o objetivo de manter o pavimento próximo 50 de sua condição original, quando da construção, sob condições normais de tráfego e temperatura. No caso de um pavimento flexível há dois tipos de manutenção, de acordo com Silva (2008): Manutenção preventiva – como exemplo de manutenção preventiva pode-se citar a Selagem de Trinca, Manutenção da drenagem e Camadas de Selamento (Micro revestimento a Frio, Lama Asfáltica, Tratamentos Superficiais, Selamento com areia ou com emulsão); Manutenção corretiva – como exemplo de manutenção corretiva pode-se citar o Remendo e os Tratamentos Superficiais. A presença anormal de água na superfície do pavimento pode indicar problema com a drenagem (que seja drenagem mal projetada, locada ou com sua superfície bloqueada). No quadro 3 é possível ver o desempenho dos pavimentos em termos de serventia ao longo do tempo. Quando um pavimento atingir um valor mínimo de qualidade é necessário realizar uma atividade de manutenção preventiva e corretiva para desta forma, aumentar o Valor de Serventia Atual (VSA). O valor de serventia atual é uma atribuição numérica compreendida em uma escala de 0 a 5, dada pela média de notas de avaliadores para o conforto ao rolamento de um veículo trafegando em um determinado trecho, em um dado momento da vida do pavimento. QUADRO Nº 3 - NIVEIS DE SERVENTIA (DNIT, 2003D) Padrão de conforto ao rolamento Avaliação (faixa de notas) EXCELENTE BOM REGULAR RUIM PESSIMO 4 A 5 3 A 4 2 A 3 1 A 2 0 A 1 Fonte: DNIT 009/2003-PRO (DNIT, 2003d) O método de dimensionamento de pavimento norte-americano da AASHTO introduziu, pioneiramente, além do critério de resistência, também o critério de serventia do pavimento. Atribui-se como limite da aceitabilidade a nota 2,5 para vias de alto volume de trafego e 2,5 para as demais. Na pratica, sempre que o valor de serventia atual este patamar, uma intervenção de manutenção corretiva deve ser realizada de modo a repor o índice a um valor superior. No período em que o pavimento apresenta VSA acima deste valor, deve-se realizar manutenção 51 preventiva periódica de modo a prolongar o tempo em que ele permanece em condição aceitável quanto ao rolamento (BERNUCCI et al., 2006). Caso não haja manutenção ou esta seja inadequada, o pavimento pode atingir o limite de trafegabilidade, situação na qual se torna necessária sua reconstrução. Após a manutenção corretiva, o valor de serventia eleva-se novamente podendo atingir valores menores, iguais ou maiores á serventia inicial do pavimento (BERNUCCI et al., 2006). 3.5 Restauração do Pavimento 3.5.1 – Restauração do Pavimento Segundo o “Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos-DNIT/IPR 720 p.026”. A restauração do pavimento ocorre quando o ciclo de vida do pavimento houver sido ultrapassado de forma significativa sem que as obras devidas de Restauração tenham sido executadas, passa a existir uma anomalia. As deteriorações avançam e progridem de forma inexorável, as intervenções de conservação se tornam extremamente onerosas e conferem pequena sobrevida aos segmentos então tratados. O pavimento perde, então a sua já focalizada habilitação, conduzindo a custos operacionais elevados e incompatíveis com os preceitos de otimização técnico-econômica. Quando vier a ser executada a adequada restauração do pavimento, esta terá, então, custo bem mais elevado, tendendo a ocorrer, predominância dos quantitativos de reconstrução do pavimento sobre os quantitativos de recapeamento do pavimento. Apresentamos a figura nº 21 que demonstra a curva de degradação do pavimento quando a rodovia não tem uma boa conservação, mas mesmo tendo conservação os danos surgem por fadiga e outros defeitos de envelhecimento do asfalto e por problemas climáticos além das sobrecargas do fluxo de veículos de cargas, então a necessidade de restauração do pavimento da rodovia. Figura 21 – Curva de degradação do pavimento Fonte: Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos – DNIT/IPR 720 - 2006 52 A expressão Restauração e Reabilitação do Pavimento, para a designação genérica das obras e serviços de Recuperação do Pavimento, se demonstra mais coerente com a conceituação técnica do tema na medida em que a acentuada dispersão ordinariamente existente no grau de deterioração de um trecho a ser recuperado define um perfil de soluções que conjugam a execução tanto do recapeamento do pavimento como da Reconstrução do Pavimento. “Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos – DNIT/IPR 720 – 2006 p.028” A Recuperação do Pavimento 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 previsões, se encontra próximo de alcançar, conforme aferido por parâmetros temporais e/ou índices de desempenho, o estágio final do ciclo de vida correspondente. “Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos – DNIT/IPR 720 – 2006 p.030”. Publicado no Jornal do Comercio de 21-09-2017 reportagem com a seguinte manchete “Se puder, evite a BR-101 no Recife” Trecho de Paulista/PE – Jaboatão dos Guararapes/PE, comprovando nesta imagem a precariedade operacional da rodovia por ter atingido seu estado limite ultimo de serventia e neste caso cabe em regime de urgência projetar e executar obras de restauração do pavimento visto que as camadas nobres estruturais foram comprometidas de tal forma que chegaram a ruptura. Figura 22 Estado limite ultimo de serventia do pavimento Fonte: Jornal do Comercio – Caderno Cidade p. 10 – 21/09/2017 Foto de Arnaldo Carvalho / JC IMAGENS 53 3.6 METODOLOGIA APLICADA PARA RESTURAÇÃO DA RODOVIA PE – 063 3.6.1 Estudo de Tráfego Os estudos foram desenvolvidos seguindo a metodologia contida na Instrução de serviço IS-201, das Diretrizes Básicas para Elaboração de Estudos e Projetos Rodoviários, do DNIT (2006), objetivando identificar as características do tráfego atual e estimar o tráfego futuro, de modo a determinar os elementos necessários para subsidiar Elaboração do Projeto. 3.6.1.1 Dados de Tráfego a) Série Histórica estudadas O estudo de tráfego preliminar realizado consistiu da coleta de dados nos postos do próprio DER-PE para o ano 2000 que apontaram para os seguintes dados: Quadro 4 – Taxas de Crescimento Médias Anual para os Veículos Comerciais. Veículos Comerciais Ônibus Caminhão Médio Caminhão Pesado Reboque e Semi-reboque % 2,78 1,29 1,00 1,00 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) Quadro 5 – Posto EPE 063001 – Projeção do Tráfego para o Ano (2011) Segmento Ano VMD Total Composição da Frota (VMD e %) Ônibus C.Médio C.Pesado Reb. / S. Reb. Entr. BR 101/ Acesso Primavera 2000 349 73 (20,9%) 143 (41,0%) 124 (35,5%) 9(2,6%) 2011 412 99 (24,0%) 165 (40,0%) 138 (33,6%) 10(2,4%) FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) Quadro 6 – Posto EPE 063003 – Projeção do Tráfegopara o Ano (2011) Segmento Ano VMD Total Composição da Frota (VMD e %) Ônibus C.Médio C.Pesado Reb./S. Reb. Entr. Acesso Primavera / Amaraji 2000 144 24 (16,7%) 87 (60.4%) 31 (21,5%) 2(1,4%) 2011 169 32 (18,9%) 100 (59,2%) 35 (20,7%) 2(1,4%) FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) 54 Sabemos que o tráfego possui características dinâmicas, que podem variar conforme alguns fatores que destacamos a seguir: Estado de conservação da rodovia; Economia da região; Instalação de grandes indústrias na região, e; Interrupção do tráfego em outra rodovias da região Após a análise dos dados obtidos verificou-se que o trecho apresenta dois subtrechos bem distintos quanto ao tráfego. O primeiro possui um VDM bem maior, enquanto que o segundo registrou menor incidência de tráfego, predominando a operação de caminhões médios. 3.6.1.2 – Tráfego Atual Foram realizadas novas pesquisas volumétricas classificatórias de trafego na Rodovia. Foi locado um novo posto de contagem de trafego durante 7 dias, localizado no Acesso ao Distrito de Frexeiras. Os dados de trafego estudados possuem as seguintes características, conforme tabela 1 que demonstra o Volume Diário Médio da Rodovia – VMD obtido no levantamento efetuado nos dias 30/05/2010 a 05/06/2010, para os dois sentidos. Tabela 1 – Resumo do VMD para os dois sentidos DATA Carro Auto Ônibus Utilit. Veic. recr. Caminhões Motos SOMA 2CB 3CB 2Cs 2C 3C 4C 2S1 2S2 2S3 3S1 3S2 3S3 2C2 2C3 3D4 3T6 30/05/2010 1437 114 4 116 5 59 15 0 4 6 7 0 0 2 0 0 0 0 827 2596 31/05/2010 1099 170 5 121 17 179 46 0 0 8 19 1 1 4 0 0 0 3 603 2276 01/06/2010 1140 145 1 95 8 155 89 0 4 4 4 1 2 18 0 1 2 0 444 2113 02/06/2010 997 121 0 136 5 138 83 1 3 6 4 1 0 10 0 0 3 3 451 1962 03/06/2010 909 92 0 115 7 184 98 0 3 2 6 0 3 6 0 0 0 2 438 1865 04/06/2010 858 105 0 76 10 136 48 0 0 0 9 0 1 4 0 2 0 4 310 1563 05/06/2010 1450 104 2 103 9 72 33 0 0 0 17 0 0 0 0 0 0 0 938 2732 Media 1127 122 2 109 9 132 59 0 0 4 9 0 1 6 0 0 1 2 573 2158 % 52,2 5,6 0,1 5 0,4 6,1 2,7 0 0,1 0,2 0,4 0 0,1 0,3 0,00 0 0 0,1 26,55 100 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) Com a conclusão dos trabalhos de contagem de trafego, passamos a determinar os objetivos elencados abaixo: Analisar a classe da rodovia a ser restaurada e a verificação das suas caraterísticas geométricas. 55 Verificar se o sistema de transporte existente é suficiente e compatível com o tráfego atual e futuro. Subsidiar, conjuntamente com os demos estudos, a definição de melhorias no traçado geométrico e padrão da rodovia. Determinar as características operacionais da rodovia, adaptada às demandas no ano estabelecido como horizonte futuro. 3.6.1.3 Ajustamento do Tráfego “Para realizar o ajustamento sazonal dos valores pesquisados, foram utilizados os volumes mensal (VMDMensal) e anual (VMDAnual), relativos ao ano de 1980 do posto S-007, localizado na BR – 101 trecho: Cabo-Escada, informações foram extraídas do documento “Estatística de Tráfego do Nordeste”, oriundos do antigo convenio SUDENE/DNER/DERs, por apresentar características semelhantes a da rodovia em estudo. A partir destes valores foi calculado o fator de expansão sazonal (Fa), que está apresentado a seguir”. DER/PE 2011 fa = VMDA / VMDm -------> fa = 3447/3189 fa = 1,08 Os volumes médios diários foram ajustados e percentuais resultantes para cada categoria são apresentados na Tabela 2 Tabela 2 – Volume Médio Diário Ajustado – VMDaj DATA Carro Auto Ônibus Utilit. Veic. recr. Caminhões Motos SOMA 2CB 3CB 2Cs 2C 3C 4C 2S1 2S2 2S3 3S1 3S2 3S3 2C2 2C3 3D4 3T6 30/05/2010 1552 123 4 125 5 64 16 0 4 6 8 0 0 2 0 0 0 0 893 2804 31/05/2010 1187 184 5 131 18 193 50 0 0 9 21 1 1 4 0 0 0 3 651 2458 01/06/2010 1231 157 1 103 9 167 96 0 4 4 4 1 2 19 0 1 2 0 460 2282 02/06/2010 1077 131 0 147 5 149 90 1 3 6 4 1 0 11 0 0 3 3 487 2119 03/06/2010 982 99 0 124 8 199 106 0 3 2 6 0 3 6 0 0 0 2 473 2014 04/06/2010 927 113 0 82 11 147 52 0 0 0 10 0 1 4 0 2 0 4 335 1688 05/06/2010 1566 112 2 111 10 78 36 0 4 0 18 0 0 0 0 0 0 0 1013 2951 Media 1217 131 2 118 9 142 64 0 3 4 10 0 1 7 0 0 1 2 619 2331 % 52,23 5,63 0,08 5,04 0,40 6,11 2,72 0,01 0,12 0,17 0,43 0,02 0,05 0,29 0,00 0,02 0,03 0,07 26,55 100 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) 56 Foi adotada a taxa de crescimento de 3,0%, comumente utilizada em trabalhos de regiões com caraterísticas semelhantes a do presente projeto. Com os valores médios corrigidos e a taxa de crescimento de 3,0% foi projetados para cada ano, a partir de 2012 até 2021, (ano de abertura e final de projeto, respetivamente, os volumes médios diários e anuais, por categoria de veículos. Os valores da projeção para a Frota Comercial para os anos 2012 e 2021. Fonte: DER/PE (2011) 3.6.1.4 Cálculo do Número N Concluído o estudo de trafego passamos calcular o Número “N” que correspondem ao número de repetições do eixo simples padrão, que é calculado pela equação: N = (365 . K . VMD . FV .FR . P) Onde: N = Número de repetição do eixo simples padrão; K = Fator de carregamento para a faixa de projeto (K = 0,50); VMD = Volume médio diário da frota comercial do período considerado; FV = Fator de veículo FR = Fator climático regional (FR=1,0); P = Período de Projeto (P=10 anos) Para fator regional considerado foi o adotado o recomentado pelo DNIT (FR=1,00) Conforme métodos AASHTO e USACE os valores dos números “N” acumulados para o período 2012/2021, estão apresentados abaixo no quadro 7. Quadro 7 – Numero N Número N Método Período 2012 - 2021 AASHTO 2,1 x 106 USACE 4,1 x 106 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) Para calcular o dimensionamento do Projeto de Restauração da Rodovia PE – 063 foi escolhido o método AASHTO que determina o numero N = 2,1 x 106. 3.7 Estudos Topográficos Os estudos topográfico objetivaram a preparação de um modelo topográfico digital que permita a definição geométrica da rodovia, base planialtimétrica cadastral, suficientemente detalhada, para permitir a analise do traçado, curvas e interseções, 57 verificando-se a necessidade de adequações e melhorias de raios e implantação de interseções, de forma a proporcionar melhor eficiência de fluidez, visibilidade e segurança no trânsito. Os trabalhos topográficos foram terceirizados e constam dos seguintes serviços. 1. Locação e amarração do eixo de referencia 2. Implantação de referencia de nível 3. Nivelamento e contranivelamento do eixo locado; 4. Levantamento de seções transversais 5. Levantamento cadastral da faixa de domínio, 6. Levantamentos Especiais 3.7.1 Locação e Amarração do eixo de referencia A locação do trecho foi efetuada no eixo da pista existente e piquetada de 20 em 20metros nas tangentes e curvas horizontais. Quadro 8 - Estaca inicial e final e suas respectivas coordenadas geográficas LOCAÇAO E AMARRAÇÃO DO EIXO DE REFERENCIA LOCAL ESTACA COORDENADA - ESTE COORDENADA - NORTE Inicio do Trecho 0+0,00 25 L 0246443,686 9069305,735 Final do Trecho 1.187+1,19 25 L 0230456,613 9073202,223 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) Cada um dos pontos notáveis (PC, PT, TS, ST) foram amarrados com 04 pontos de amarraçãoem alinhamento perpendicular à linha de eixo da rodovia. 3.7.2 Nivelamento e contranivelamento do eixo locado. Todos os piquetes dos eixos locados foram nivelados e contra nivelados, sendo controlados através de uma rede de RN’s implantada, ao longo da rodovia. A tolerância admitida entre o nivelamento e o contranivelamento foi de 1cm/km e a diferença acumulada máxima foi inferior ou igual à formula. Emax = 12,5 vn, sendo: Emax = erro máximo admitido, em milímetros; n = extensão, em quilômetros 3.7.3 Levantamento de seção transversais 58 Foram levantadas seções transversais em todos os piquetes do eixo locado, com emprego de aparelhos eletrônicos do tipo Estação Total, abrangendo em média 20 metros para cada lado da rodovia, informando as características dos pontos levantados, tais como: soleira, bordo de pista, talude de cortes e aterros, sarjetas, meios fios, etc. As seções foram levantadas em direção perpendicular ao eixo locado, nas situações em tangente e, na direção da bissetriz do ângulo formado pelas seções anterior e posterior à seção que estivesse sendo levantada, nas situações em curva. 3.7.4 Levantamento cadastral da faixa de domínio Procedeu-se o levantamento topográfico de toda área abrangida pela faixa de domínio da rodovia, identificando todas as edificações existentes, benfeitorias, árvores, postes, caixas de inspeção, caixa de drenagem, adutoras, gasodutos e demais serviços de utilidade pública. 3.7.5 Levantamentos especiais Também foram levantados todos os locais de obras d’arte correntes e especiais, informando-se a estaca, tipo, seção longitudinal e transversal, cotas, estado de conservação, etc. 3.7.6 Levantamento das ocorrências Foi realizado um registro de ocorrência de problemas de taludes de cortes e aterros que deslizaram durante enchentes de 2010 e 2011, que são objetos de trabalhos de retaludamento e aterramento. 3.8. Estudos Hidrológicos 3.8.1 Considerações Gerais Os estudos hidrológicos foram desenvolvidos e concluídos seguindo a metodologia contida na Instrução de Serviço IS-203: Estudos Hidrológicos, das Diretrizes Básicas para Elaboração de Estudos e Projetos Rodoviários, do DNIT (2006), objetivando fornecer subsídios para verificar se os dispositivos de drenagem eventualmente existentes atendem as descargas de projeto e para a complementação do sistema de drenagem, caso isto seja preciso. 59 A sistemática adotada para a execução do Estudo Hidrológico, abrangeu: 1. Coleta dos dados climatológico e pluviométricos da área do projeto; 2. Elaboração do histograma de precipitações e das curvas intensidade x duração x frequência; 3. Seleção dos métodos de cálculos apropriados a serem utilizados. Os dados foram coletados do Banco de dados da Agência Nacional de Águas – ANA. (Series Históricas), que vem sendo acumulado ao longo dos anos importante acervo de informações pluviométricas. A coleta de dados através de pluviômetros instalados na Rodovia PE 063 segmento do município de Escada, adicionado aos trabalhos estatísticos foram desenvolvidos com base nos elementos para a série histórica de máximas pluviometrias anuais direcionadas para a referida localidade. 3.8.2 Características Fisiográfica 3.8.2.1 Vegetação A vegetação original da unidade fisiográfica constituída na Região e predominantemente do tipo Floresta Subperenifólia, com partes de Floresta Hipoxerófila. Entretanto, o que se observa ao longo de todo trecho é uma vegetação antropizada, formada de canaviais e áreas desmatadas com esporádicos indivíduos arbustivos ou arbóreos de pequeno porte, com leguminosas esparsas e capoeiras com arbustivas e arbóreas de pequeno porte. Embora possam ser observadas pequenas faixas com vegetação aparentemente mais adensadas, na realidade são constituídas de margens de riachos e sistemas de drenagem, mas logo atrás dessas faixas pode-se observar o mesmo antropismo característico de toda região com predominância de plantações de cana-de-açucar. Os municípios de Amaraji e Primavera são constituídos de vegetação do tipo subcadúcifolia. A área em estudo destes municípios apresentam-se bastante devastada na cobertura arbóreas, principalmente pela lavoura canavieira. A cobertura vegetal desta região, cuja exuberância e diversidade-biológica têm sido, desde os tempos coloniais, destruídas principalmente pela cultura da cana-de-açucar. 60 3.8.2.2 Clima O clima é do tipo Tropical Chuvoso com verão seco. O histograma apresentado abaixo conforme Agência Nacional de Águas (ANA, 2010) mostra as precipitações máximas mensais para a região onde está inserido o trecho da rodovia. Segundo classificação de Koeppen, a região da Mata Sul de Pernambuco engloba a zona climática “A”. Região com grandes histórico de enchentes principalmente no período invernoso. Figura 23 – Histograma de precipitação total média mensal Fonte: ANA, 2010 O histograma demonstra alta precipitação no exercício de 2010, quando ocorreram enchentes provocando prejuízos econômicos e ambientais, além dos danos materiais do publico e particular com precipitações atingindo pico de 275mm. Nesta ocorrência diversos segmentos da rodovia foram gravemente afetados, o que provocou ainda mais a necessidade de restauração da via. 3.8.2.3 Solo Nos limites do município de Escada os solos são representados pelos Latossolos nos topos planos, sendo profundos e bem drenados; pelos Podzólicos nas vertentes íngremes, sendo pouco a medianamente profundos e bem drenados e pelos Gleissolos de Várzea nos fundos de vales estreitos, com solos orgânicos e encharcados. 0 50 100 150 200 250 300 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ PRECIPITAÇÃO TOTAL MENSAL MÉDIA Série1 61 Nos municípios de Primavera e Amaraji os solos são representados pelos LatossoloseProdzólicos nos topos de chapadas e topos residuais; pelos Podzólicos com Fregipan, PodzolicosPlínticos e Podzóisnas pequenas depressões nos tabuleiros; pelo PodzólicosConcrecionários sem áreas dissecadas e encostas e Gleissolos e Solos Aluviais nas áreas de várzeas. 3.8.3 Coleta de dados 3.8.3.1 Pluviometria A pluviometria da região segundo os dados obtidos apresenta uma alta irregularidade de valores ao longo dos anos. As maiores precipitações ocorrem no período de março a agosto os estudos foram baseados em série histórica de 26 anos, conforme quadro 9, com dados significativos para a elaboração das Curvas de Intensidade x Duração x Frequência, conforme projeto de restauração do DER/PE. Quadro 9 – Máxima Precipitação Mensal – 1940 / 1956 MÁXIMA PRECIPITAÇÃO MENSAL ANO PRECIPITAÇÃO ARRANJO EM ORDEM Ym yi ki PERIODO DE RETORNO MAXIMA ORDEM 1940 158,20 217,00 1 3,277 3,631 2,772 27,000 1941 68,30 165,20 2 2,564 2,265 1,550 13,500 1942 165,20 158,20 3 2,139 2,081 1,385 9,000 1943 217,00 131,00 4 1,830 1,363 0,744 6,750 1944 127,30 130,00 5 1,568 1,337 0,720 5,400 1945 64,70 127,30 6 1,381 1,266 0,656 4,500 1946 54,10 126,80 7 1,204 1,253 0,645 3,860 1947 119,40 126,30 8 1,046 1,240 0,633 3,380 1948 126,80 119,40 9 0,903 1,058 0,470 3,000 1949 63,40 112,90 10 0,771 0,886 0,313 2,700 1950 109,60 109,60 11 0,648 0,799 0,239 2,450 1951 112,90 101,40 12 0,531 0,583 0,046 2,250 1952 52,40 98,90 13 0,420 0,517 -0,013 2,080 1953 98,30 98,30 14 0,313 0,501 -0,028 1,930 1954 68,00 90,00 15 0,210 0,282 -0,223 1,8001955 36,80 84,00 16 0,108 0,124 -0,365 1,690 1956 74,40 74,40 17 0,007 -0,076 -0,544 1,590 62 Continuação do Quadro 9 – Máxima Precipitação Mensal – 1940 / 1956 MÁXIMA PRECIPITAÇÃO MENSAL ANO PRECIPITAÇÃO ARRANJO EM ORDEM Ym yi ki PERIODO DE RETORNO MAXIMA ORDEM 1957 70,60 70,60 18 -0,094 -0,229 -0,681 1,500 1958 101,40 68,30 19 -0,196 -0,290 -0,735 1,420 1959 98,90 68,00 20 -0,300 -0,298 -0,742 1,350 1960 90,00 64,70 21 -0,408 -0,385 -0,820 1,290 1961 131,00 63,40 22 -0,523 -0,419 -0,851 1,230 1962 126,30 54,10 23 -0,647 -0,664 -1,070 1,170 1963 84,00 52,40 24 -0,787 -0,709 -1,110 1,130 1964 35,20 36,80 25 -0,957 -1,120 -1,478 1,080 1965 130,00 35,20 26 -1,193 -1,163 -1,516 1,040 Fonte: ANA, 2010 Informações utilizadas para os cálculos de Intensidade x Duração x Frequência x Período de Retorno , adotado pelo projeto do DER-PE. 3.8.3.2 Estabelecimento do Regime Pluviométrico O regime pluviométrico da região foi estabelecido mediante a metodologia amplamente utilizada no meio acadêmico, que leva em consideração a análise estatística das máximas precipitações diárias anuais, durante todo o período de observação. Foram extraídos os elementos de chuva máximo diária anual, do período de observação de 1940 a 1965, utilizando-se o Método Estatístico e calculada a precipitação média diária máxima e o desvio padrão, utilizando as formulas: µ=Ѵ((∑P- PMed)2)/(n-1)) Onde: PMed=Precipitação média durante o período observado, em milímetros; P=Máxima precipitação diária anual, em milímetros; n = Quantidade total das máximas precipitações diárias anuais consideradas na análise; µ=Desvio padrão das máximas precipitações diárias anuais. 63 A frequência com que cada uma dessas chuvas poderá ocorrer foi determinada pela equação: F=N/(n+1) Onde: F=Probabilidade de ocorrência de determinada chuva, em percentual; N = Número de ordem ocupado por cada uma das precipitações máximas diárias anuais, dispostas numa ordem decrescente de valores. N = Quantidade total das máximas precipitações diárias anuais consideradas na análise. A probabilidade de ocorrência de cada uma das máximas precipitações diárias anuais foi estabelecida pela equação: Tr=1/F Onde: Tr=Probabilidade de ocorrência de cada uma das máximas precipitações diárias anuais; F=Frequência de ocorrência de cada uma das máximas precipitações diárias anuais, em decimal. 3.8.3.3 Determinação das precipitações para chuvas de 1(um) dia de duração Utilizamos a fórmula de Vem TeChow: para determinar precipitação para chuva de 1 dia de duração. Pr=PMed + Kµ Onde: Pr=Precipitação máxima para chuvas de 1 dia de duração, em milímetros; PMed=Precipitação média durante o período observado, em milímetros; µ=Desvio padrão das máximas precipitações diárias anuais; K=Fator de frequência, obtido da Tabela de Gumbel – Fatores de frequência, em função do período de observação e dos tempos de recorrência. A Tabela 3 apresenta os valores das precipitações para 1 dia de duração, considerando os tempos de retorno adotados: 64 Tabela 3 – Precipitações para 1 dia de duração. Tempo de Recorrência TR (anos) 5 10 15 20 25 50 100 K 0,883 1,568 1,949 2,224 2,224 3,074 3,711 P(1 dia) mm 136,9 165,95 182,10 193,76 193,76 229,79 256,80 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063(2011) Através da analise das Curvas de Intensidade x Duração x Frequência, contidas na publicação “Chuvas Intensas no Brasil” do Engenheiro Otto Pfafstetter, o Engenheiro Jaime Taborga Torrico, constatou a proporcionalidade entre as relações de precipitações de 6minutos/24horas e de 1hora/24/horas para as diversas regiões brasileiras, traduzindo-as sob forma de Mapa de Isozonas ou Zonas de mesma relação pluviométricas em sua publicação denominada “Praticas Hidrológicas” Figura: 024 - Mapa de Isozonas Brasil Fonte: Adaptado de Torrico, 1974 65 Apresentamos na tabela 4 o tempo de recorrência em anos em função dos estudos hidrológicos para a região da mata sul segundo informações da Agencia Nacional de Águas - ANA, 2010. Tabela 4 – Tempo de recorrência em anos dos estudos hidrológicos região da PE-063. TEMPO DE RECORRÊNCIA EM ANOS 1 HORA / 24HORAS CHUVAS 6mim 24 h CHUVAS ZONA 5 10 15 20 25 30 50 100 1000 10000 5 - 50 100 A 36,20 35,80 35,60 35,50 35,40 36,50 35,00 34,70 33,60 32,50 7,00 6,30 B 38,10 37,80 37,50 37,40 37,30 37,20 36,90 36,60 36,40 34,30 8,40 7,50 C 40,10 39,70 39,50 39,30 39,20 39,10 38,80 37,20 37,20 36,00 9,80 8,50 D 42,00 41,60 41,40 41,20 41,10 41,00 40,70 39,00 39,00 37,60 11,20 10,00 E 44,00 43,60 43,30 43,20 43,00 42,90 42,60 40,90 40,90 39,60 12,60 11,20 F 46,00 45,50 45,30 45,10 44,90 44,80 44,50 42,70 42,70 41,30 13,90 12,40 G 47,90 47,40 47,20 47,00 46,80 46,70 46,40 44,50 44,50 43,10 15,40 13,70 H 49,00 49,40 49,10 48,90 48,80 48,60 48,30 46,30 46,30 44,80 16,70 14,90 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) Região inclusa na Isozona “B” no Mapa de Isozonas obteve-se os parâmetros necessários para a determinação das precipitações desejadas. A tabela 5 demonstra o tempo de recorrência das chuvas. Tabela 5 - Tempo de recorrência VALORES A CORRELACIONAR (%) 1 HORA / 24HORAS CHUVAS 6mim / 24 horas ZONA 5 10 15 20 25 50 100 5 - 50 100 B 38,10 37,80 37,50 37,40 37,30 36,90 36,60 8,40 7,50 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) O valor das precipitações para chuvas de 1 dia de duração, correspondentes aos tempos de recorrência utilizados na proporcionalidade entre as relações de precipitações, foram convenientemente convertidos para chuvas com duração de 24horas, 1 hora e minutos, através da utilização das porcentagens indicadas no Mapa de Isozonas, para isozona correspondente a região na qual o projeto está inserido. 66 Para converter a precipitação de 1 dia na precipitação para 24 horas, multiplicou-se a primeira pelo fator 1,095, como determina a metodologia adotada. Vejamos a tabela 6 Tabela 6 – Precipitações para 1dia/24horas e para 1hora/60min. TEMPO DE RECORRENCIA EM ANOS PRECIPITAÇÃO (mm) Diária 24 Horas 1 Hora 6 Min 5 136,90 149,91 57,12 12,56 10 165,95 181,71 68,69 15,26 15 182,10 199,40 74,77 16,75 20 193,76 212,16 79,35 17,82 25 202,58 221,82 82,74 18,63 50 229,79 251,62 92,85 21,14 100 256,80 281,20 102,92 21,09 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 (2011) Através dos valores obtidos das relações pluviométricas, foram determinadas as Retas de Precipitações x Duração x Frequência, para os tempos de recorrência em estudo. 3.8.3.4 Curvas de Intensidade x Duração x Frequência As curvas de Intensidade x Duração x Frequência foram obtidas através de analogias com as retas de precipitação x Duração x Frequência, respeitando-se os tempos de recorrência utilizados. Para 6 minutos Para 1 hora Para 2 hora i(6min)=P/0,10 i(1hora)=P i(1hora)=P/2 i(6min)=10P 3.8.3.5 Tempo de Concentração Para determinar o tempo de concentração da bacia hidrográfica, foi adotada a fórmula proposta pelo California Highway and Public Roads, demonstrada através da formula a seguir. Onde: Tc=Tempo de Concentração, em horas; L=Comprimento do talvegue, em quilômetros;67 H=Diferença de nível entre o ponto mais afastado da bacia e a seção considerada, em metros. 3.8.3.6 Cálculo das Vazões De posse dos dados fornecidos pelo Estudo Hidrológico pode-se obter a vazão do estudo de cada bacia, possibilitando a verificação do dimensionamento dos dispositivos de drenagem existentes. Fazendo necessário determinar o tempo de recorrência para o qual os dispositivos serão analisados, bem como o método a ser utilizado para o calculo das vazões. O tempo de recorrência estrelecido por análise de frequência indica simplesmente o intervalo médio entre eventos iguais ou maiores que uma dada grandeza, ou a probabilidade de que tal evento ocorrerá em um ano qualquer. Na previsão de chuvas intensas, o tempo de recorrência corresponde ao numero médio de anos em que uma dada precipitação seja igualada ou excedida. Demonstramos tabela 7 escolhida e calculada para dimensionamento da drenagem existente e para aquelas que necessitam de alteração. Tabela 7 – Período de Recorrência DISPOSITIVO PERIODO DE RECORRENCIA (anos) Drenagem superficial 5 a 10 Drenagem subsuperficial 10 Bueiros Tubulares (como canal) 15 Bueiros Tubulares (como orifício) 25 Bueiros Celulares (como canal) 50 Bueiro Celulares (como Orifício) 50 Pontilhões 50 Pontes 100 FONTE: DER/PE – Estudos do Projeto de Engenharia para Restauração da Rodovia PE 063 Para determinação das vazões das bacias de contribuição deve-se definir o método conforme as diretrizes fornecidas pelo Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem do DNIT (2005), para cada área de contribuição, conforme mostra o quadro 10. 68 Quadro 10 – Métodos de cálculo das vazões das bacias ÁREA DA BACIA MÉTODO Até 4,0 km² Método Racional Entre 4,0 e 10,0 km² Método Racional Corrigido Superior a 10,0 km² Método do Hidrograma Unitário Triangular FONTE: Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem do DNIT (2005) 3.8.3.7 Método Racional Este método consiste na aplicação direta da seguinte formula: Q=((c . i . A)/3,6)) Onde: Q=Vazão de contribuição, em m³/s; c=coeficiente de escoamento superficial (Quadro 10); i=intensidade de chuva, em mm/h; A=Área da bacia de contribuição, em km² No quadro 11 temos os coeficientes de deflúvio também pelo fornecidas pelo Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem do DNIT (2005), em função da atividade desenvolvida pelo homem. Quadro 11 – Métodos de cálculo das vazões das bacias em função da atividade desenvolvida. COEFICIENTE DE ESCOAMENTO DESCRIÇÃO COEFICIENTE DE DEFLÚVIO Comercio: Áreas centrais 0,70 a 0,95 Áreas de periferia do centro 0,50 a 0,70 Residencial: Áreas de uma única família 0,30 a 0,50 Multi-unidades, isoladas 0,40 a 0,60 Multi-unidades, ligadas 0,60 a 0,75 Residencial suburbana 0,25 a 0,40 Área de Apartamentos 0,50 a 0,70 Industrial: Áreas leves 0,50 a 0,80 Áreas densas 0,60 a 0,90 Parques, Cemitérios 0,10 a 0,25 Playground 0,20 a 0,35 69 Continuação do Quadro 11 Métodos de cálculo das vazões das bacias em função da atividade desenvolvida. COEFICIENTE DE ESCOAMENTO DESCRIÇÃO COEFICIENTE DE DEFLÚVIO Patios e espaços de serviços Estradas de Ferro 0,20 a 0,40 Terrenos Baldios 0,10 a 0,30 Ruas: Ruas Asfaltadas 0,70 a 0,95 Pavimentos de Concreto 0,80 a 0,95 Pavimentos de Tijolos 0,70 a 0,85 Trajetos de Acesso a calçadas 0,75 a 0,85 Telhados 0,75 a 0,95 Gramados; solos arenosos Planos, < 2% 0,05 a 0,10 Médio, 2% < 7% 0,70 a 0,95 Íngreme >7% 0,15 a 0,20 Gramados; solos arenosos Planos, < 2% 0,13 a 0,17 Médio, 2% < 7% 0,18 a 0,22 Íngreme >7% 0,15 a 0,35 FONTE: Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem do DNIT (2005) 3.8.3.8 Método Racional Corrigido Para bacias com áreas de contribuições maiores adota-se um fator de correção “f” dando origem ao Método Racional Corrigido. O fator de correção é calculado em função da área da bacia através da formula: f=A(-0,10) Onde: f=fator de correção A=Área da bacia, em hectare Desta forma a formula resultante do método é Q= ((c . i. A)/3,6))xf 3.8.3.9 Método do Hidrograma Unitário Através do método do Hidrograma Unitário Triangular, podemos calcular a vasão de bacias de maiores contribuições, cujos parâmetros para o calculo da chuva efetiva “R” foram determinada por: 70 Qp=0,208 . (RA/Tr Tr=1,67Tp Tb=2,67 Tp Tp=D/2+0,6Tc Onde: Qp=descarga de pico, em m³/s; Tp=tempo de pico em horas; R=chuva efetiva em mm; Tr=tempo de recessão, em horas; A=área da bacia hidrográfica, em km; Tb=tempo de base em horas. D=duração da chuva em horas; A Contribuição da distribuição da chuva na área foi considerada utilizando-se a relação chuva na área/chuva pontual pela fórmula empírica apresentada a seguir, conforme a publicação “Praticas Hidrológicas” do Engenheiro Jaime Taborga Torrico. P/PO=1-w.logA/Ao Onde: P=precipitação média sobre a bacia; Ao = Área base, na qual P=Po Po=precipitação pontual no centro de gravidade da bacia No Brasil, as pesquisas indicam um valor médio de w=0,10, portanto: w = fator regional, em função das relações chuva/área/tempo de duração; P/PO=1-0,10.log A/25 A=área da bacia; Para 25km² <A<2.500km² e 1 hora <D<48horas A distribuição da chuva ao longo do tempo foi calculada de acordo com a utilizada pelo “SoilConservation Service” – U.S.A segundo a relação altura de chuva/duração. A chuva efetiva “R” foi obtida através de conjectura algébrica em função da precipitação total “P”, na duração total da chuva, através das curvas do complexo solo/vegetação. Segue valores do quadro 12 que informa o escoamento da precipitação para um complexo de solo e vegetação existente em todas as bacias lindeiras da faixa de rolamento e assim concluímos o estudo hidrológico da Rodovia em fase preparatória para obras de restauração. 71 Quadro 12 – Rum-Off Complexo Solo-Vegetação COMPLEXO SOLO-VEGETAÇÃO - RUGOSIDADE USO DO SOLO E TIPO DE VEGETAÇÃO TIPO DE ARRANHO DA VEGETAÇÃO CONDIÇÕES PARA INFILTRAÇÃO GRUPO HIDROLOGICO DO SOLO A B C D RALA OU SOLO DESCOBERTO SR MÁ 76 86 91 94 CULTIVO DE FILEIRAS (CANA-DE-AÇUCAR, ALGODÃO, MANDIOCA, ETC.) SR BOA 72 81 88 91 SR MÁ 67 78 85 89 C MÁ 70 79 84 88 C BOA 65 75 82 86 C e T MÁ 66 71 80 82 C e T BOA 62 71 78 81 VEGETAÇÃO RASTEIRA (CAPIM PANGOLA) SR MÁ 65 76 84 88 SR BOA 63 75 83 87 C MÁ 63 74 82 85 C BOA 61 73 81 84 C e T MÁ 61 72 79 82 C e T BOA 59 70 78 81 PASTOS DE ROTAÇÃO (LEGUMES, CAPIM, TRIGO) SR MÁ 66 77 85 89 SR BOA 56 72 81 85 C MÁ 61 75 83 85 C BOA 55 69 78 83 C e T MÁ 63 73 80 83 C e T BOA 51 67 76 80 PRADARIA E PASTAGEM - MÁ 66 79 86 89 - REGULAR 49 69 79 84 - BOA 39 61 74 80 C MÁ 47 67 81 86 C REGULAR 25 59 75 83 C BOA 6 35 70 79 PRADARIA PERMANENTE - - 30 58 71 78 FLORESTAS - MÁ 45 66 77 83 - REGULAR 36 60 73 79 - BOA 25 55 70 77 Observações: SR- em fileiras retas Lavoura mecanizada - boas condições de infiltração C - em curva de nível Lavoura manual - má condições de infiltração C e T - terraços em nível FONTE: Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem do DNIT (2005) 72Assim a chuva efetiva “R” foi calculada em função da precipitação total “P”, na duração total da chuva, através das curvas do complexo solo e vegetação, utilizada , utilizada pelo “SoilConservation Service”, Departamento of Agriculture – USA através da formula abaixo: R=((P-(5080/N)+50,8)²)) / ((P+20320/N)-203,2)) Onde: R=precipitação efetiva em mm; P=precipitação total em mm; N=número representativo do complexo solo x vegetação 3.9 Estudos Geotécnicos e do pavimento 3.9.1 Avaliação Funcional e Estrutural do Pavimento Existente Os estudos realizados objetivaram a avaliação do pavimento flexível existente através do levantamento das características funcionais e estruturais, como vistas à sua reabilitação, contemplando basicamente: 3.9.2 Pavimento Flexível Faixa de Rolamento Caracterização geométrica e geotécnica da estrutura do pavimento existente da pista de rolamento e acostamentos, através da realização de sondagem a pá e picareta / trado, consulta e dados oficiais existentes e ensaios rotineiros, de campo e em laboratório, com os materiais integrantes da mesma, inclusive subleito; Avaliação das condições funcionais do pavimento da pista de rolamento através dos seguintes levantamentos / determinações: Avaliação objetiva da superfície do pavimento conforme a Norma DNIT 006/2003 – PRO (Antigo DNER-PRO 08/94) em estações espaçadas a cada 20m, alternadamente na faixa esquerda e faixa direita na pista principal, inclusive determinação das flechas nas trilhas de roda interna e externa; Levantamento da condição da superfície do pavimento para gerencia de pavimentos e estudos e projetos conforme a Norma DNIT-007/2003-PRO (revisão da antiga norma DNER ES-128/83). Avaliação das condições estruturais do pavimento da pista de rolamento através da determinação das medidas das deflexões com utilização de Viga 73 Benkelman nas mesmas estações de avaliação demarcadas para os demais levantamentos conforme referido anteriormente. Cadastro das condições dos acostamentos, vinculados ao estaqueamento da pista de rolamento, contemplando: Levantamento das condições da superfície dos acostamentos, com o registro do tipo revestimento e da ausência de pavimento; Levantamento dos pontos de mudança das características dos acostamentos (largura); Levantamento dos degraus existentes entre a pista e os acostamentos. Levantamento das condições atuais do pavimento flexível. As estações foram inventariadas com o espaçamento de 40metros alternadamente do lado esquerdo e direito do eixo da pista de rolamento. A partir dos dados relativos ao estado e comportamento do pavimento existente foram definidos os segmentos considerados de comportamento homogêneo quanto à combinação dos seguintes elementos de avaliação: 1. Estado da superfície, quanto a ocorrência de trincas, panelas, remendos, exsudação, afundamentos, ondulações e flechas nas trilhas de rodas; 2. Valores das deflexões; 3. Estruturas do pavimento, e 4. Raio de curvatura. O estado de conservação da superfície do pavimento é de modo geral regular ou ruim, com grande incidência de defeitos na pista de rolamento: trincamento, classe 2 e 3, panelas e remendos. A condição estrutural do pavimento existente pode ser considerada regular, com níveis deflectométricos baixos e médios variando de 8 à 64 (0,01mm). 3.9.3 Pavimento Flexível Faixa de Acostamentos O cadastramento complementar das condições dos acostamentos foi feito simultaneamente com as condições de superfície da pista de rolamento. Os acostamentos foram avaliados subjetivamente adotando-se a classificação: bom, regular, mau e péssimo. 74 Os desníveis/degraus entre a pista de rolamento e os acostamentos foram obtidos através do nivelamento das seções transversais levantadas pelos estudos topográficos. 3.9.4 Estudos Geotécnicos (Sondagem e Ensaios) A Prospecção do subleito da pista existente deve ser realizada através de sondagem a pá e picareta em segmentos ao longo do trecho, com espaçamento longitudinal variando de acordo com a necessidade observada “in loco”. Em cada poço de sondagem é importante executar os seguintes serviços: 1. Classificação expedita e determinação dos diversos horizontes de materiais encontrados até no mínimo de 1,00m abaixo do greide de pavimentação da pista; 2. Coletar amostra representativa dos materiais dos horizontes detectados nos furos para execução, em laboratório dos seguintes ensaios; 3. Limite de Liquidez; 4. Limite de Plasticidades; 5. Granulometria; 6. Compactação (Proctor Normal) 7. Índice de Suporte Califórnia; 8. Densidade “in situ” 9. Umidade natural. Após a conclusão dos estudos de campo e laboratório, os materiais foram classificados segundo HRB (Highway Reserch Board), sendo ainda Calculados os Índices de Grupo. Os resultados dos ensaios foram submetidos a estudos estatísticos, segundo a metodologia do DNIT, para estimativa dos valores máximos e mínimos. Nas sondagens do pavimento existentes tipos de solo predominantes na composição do subleito até 1,00 metro de profundidade, são: base composta de pedregulho arenosilte-argiloso amarelo, enquanto que a camada de sub-base é composta de argila siltearenosa amarela escuro do tipo A-2-4 com CBR’s variando entre 8 e 73%, conforme resultados de ensaios de laboratório. 75 Foram realizadas sondagens nos corte até uma profundidade máxima de 2,75m, as quais apontaram a existência de materiais de 1ª. 2ª e 3ª categorias. 3.9.5 Pesquisa e Investigações Geotécnicas de Fonte de Materiais de construção Empréstimos Com vistas a uma possível utilização de materiais para empréstimos, foram localizadas e estudadas seis áreas para utilização em serviços de terraplenagem, a saber, conforme quadro 13. Quadro 13 Classificatória dos Empréstimos LOCALIZAÇÃO ESTACA EMPRES- TIMO MATERIAL VOLUME (m³) DMT (m) 99+10,00 E-01 – LD Argila silte-arenosa, vermelha clara 5.112,000 5,00 143+15,00 E-02 – LD Argila silte-arenosa, vermelha escura 4.728,000 5,00 425+0,00 E-03 – LE Silteargilo-arenoso, amarelo escuro 18.520,000 5,00 665+10,00 E-04 – LD Argila silte-arenosa, vermelha escura. 27.024,000 5,00 913+0,00 E-05 – LD Argila silte-arenosa, vermelha escura. 25.800,000 5,00 1120+0,00 E-06 Argila silte-arenosa, escura amarela. 11.160,000 5,00 FONTE: Projeto DER/PE (2011) A sondagem será ainda efetuada mediante emprego de pá e picareta, através do lançamento da malha reticulada, em cada nó da malha lançada, constituindo-se em furo de sondagem. Em cada furo de sondagem executado, os materiais dos horizontes detectados foram classificados expeditamente e foi processada ainda coleta de amostras representativas dos materiais da área para execução, em laboratório, dos seguintes ensaios: 1 – Limite de Liquidez; 2 – Limite de Plasticidade; 3 – Granulometria por peneiramento; 4 – Compactação (Proctor Normal); 5 – Índice de Suporte Califórnia 76 Os resultados obtidos nos ensaios atendem as características técnicas mínimas exigíveis para a execução dos serviços de terraplenagem, enquadrando-se nos critérios descritos em NORMA DNIT 108/2009-ES. Estudando as camadas finais do corpo de aterro, verificamos a o ISC e a Expansão final do corpo de aterro atingindo assim as cotas de sub-leito. a) Camada de corpo de aterro: b) Camada final de aterro: ISC >= 2% ISC >= 6% Expansão <= 4% Expansão <= 2% Jazida de material granular Estásendo indicada 01 (uma) de material granular, cujas características físicas e mecânicas são adequadas para utilização na recuperação das camadas do pavimento. Suas informações serão apresentadas a seguir, no quadro 14. Quadro 14 Localização da Jazida estudada para Base JAZIDA LOCALIZAÇÃO UTILIZAÇÃO VOLUME (M³) Jazida 1 Estaca 1200+0,00 LD Base 20.630,000 Xavante A 30,10 km do eixo FONTE: Projeto DER/PE (2011) Nas áreas estudadas, a sondagem foi efetuada segundo processo convencional, ou seja, mediante emprego de pá e picareta, através do lançamento de reticulado de (30 x 30) metros de lado, e cada nó da malha lançada, constituindo- se em furo de sondagem para avaliação do material. Em cada furo de sondagem executado, os materiais dos horizontes detectados foram classificados expeditamente, sendo levados para laboratório para a realização dos ensaios conforme quadro 15: Quadro 15 Ensaios para caracterização do solo para Base Análise granulométrica DNER ME 051/94 Determinação do limite de liquidez – método de referência e método expedito DNER ME 122/94 Determinação do limite de plasticidade DNER ME 082/94 Compactação utilizando amostras não trabalhadas DNER ME 129/94 Determinação do índice de suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas DNER ME 049/94 FONTE: Projeto DER/PE (2011) 77 A Jazida estudada será empregada nas camadas de sub-base (sem mistura) e base (com mistura de solo-brita 60% - 40%, em preço) nas faixas de aceleração e desaceleração das três intersecções adequadas para melhorias das suas características geométricas. A jazida apresentou CBR’s variando entre 25% e 85% valores definidos pelos Proctor Intermediário, adequados na execução de sub-base e bases estabilizadas granulometricamente, conforme determina a Norma 139/2010 – ES do DNIT, a qual solicita ISC >= 20%. No entanto, houve a necessidade de correção através da mistura solo-brita, atingindo valores de CBR entre 80% e 99%, no Proctor Intermediário, atendendo ao preconizado pela Norma DNIT 141/2010 – ES para execução de bases, que requer ISC >=60% para numero N>5x10^6. O quadro 16 demonstra as principais características da jazida analisada. Quando 16 Principais Características da jazida “Base”. PARÂMETROS J- 01 Faixa DNER F/F LL NL IP 16 Classificação HRB F/F Umidade Ótima 9,0 CBR (%) 50 Expansão 0,21 IG 0 Densidade “In situ” (g/dm³) 1680 Umidade Natural (%) 2,4 Grau de Compactação (%) 83 FONTE: Projeto DER/PE (2011) Pedreira Como fonte de fornecimento de agregado pétreo para construção foi localizada a Pedreira Anhanguera. Trata-se de ocorrência comercial e apresenta características satisfatórias para emprego como agregado em concreto e em serviços de 78 pavimentação. Com DMT de 44,10km ao inicio do trecho conforme quadro 17 abaixo. Quadro 17 Principais Características da jazida analisada “Pedreira” PEDREIRA LOCALIZAÇÃO Anhanguera – Municipio de Ipojuca – PE Estaca 0+0,00 à 44,10km do eixo da Rodovia FONTE: Projeto DER/PE (2017) As amostras coletas na pedreira deverão ser submetidas aos seguintes ensaios: Granulometria por peneiramento;. Abrasão “Los Angeles”; Adesividade ao CAP – 50/60; Durabilidade; Densidade Real; Índice de Forma. Foram obtidas amostras e realizados ensaios em laboratório, obtendo-se os seguinte resultados: Índice de abrasão Los Angeles; 21,0% Adesividade, pelo métodos R. R. L e Ridel Weber, apresentando resultados satisfatório, com adição de 0,7% de DOPE (KlingBeta 200) Sanidade: perda de 2,5%, apó(satisfatório) Índice de Forma: 0,80% (satisfatório) Peso específico: 1,161 kmg/m³. Areais A localização dos areais comerciais indicados para atender as obras de restauração da Rodovia PE – 063 conforme quadro 18 e 19 abaixo: Quadro 18 – Principais Características dos areais AREAL LOCALIZAÇÃO Areal do Engenho Recreio Estaca 223 – LD – à 3,4 km Cabeça de Negro Estaca 368 – LD á 1,2 km FONTE: Projeto DER/PE (2017) As amostras coletadas nos areais foram submetidas aos seguintes ensaios: Granulometria por peneiramento; Impureza Orgânica; 79 Equivalente de Areia. Quadro 19 – Resultados dos ensaios AREAL TIPO DE AREIA IMPUREZA ORGANICA (P. P. M.) EQUIVALENTE DE AREIA Areal do Engenho Recreio Areia lavada < 300 83% Areal do Engenho Cabeça de negro Areia lavada < 300 83% FONTE: Projeto DER/PE (2017) Foram observadas 02(duas) fontes de água ao longo do trecho: localizadas nas estacas 510+0,00 LD e 883+0,00 LE Também foi recomendado a abertura de um poço artesiano para abastecer o acampamento e alojamentos dos funcionários da obra. 3.10 Estudos Ambientais Os Estudos Ambientais para Elaboração do Projeto Executivo de Engenharia para Restauração da Rodovia: PE – 063. Seguem as orientações da “IS – 246: Elaboração do Componente Ambiental dos projetos de Engenharia Rodoviária” do DNIT. O presente trabalho de campo é composto pelo levantamento do passivo ambiental que deve seguir a sistemática apresentada no “Manual Rodoviário de Conservação, Monitoramento e Controle Ambientais” do DNIT, pelo cadastramento das áreas degradadas ocorrentes no interior da faixa de domínio e adjacências e pelo diagnostico ambiental para determinação das prioridades nas intervenções. Esse estudo tem como principal finalidade caracterizar a situação ambiental da área de influencia do empreendimento nos aspectos físicos, bióticos e antrópicos, objetivando um conhecimento da região antes da restauração da rodovia. Na restauração da obra rodoviária, no trecho referenciado, as áreas mais impactantes serão aquelas onde ocorrerão á exploração da jazida e dos empréstimos, as quais deverão ser submetidas a um processo de reabilitação. 3.11. PROJETOS ELABORADOS 80 3.11.1 Projeto Geométrico 3.11.2 Introdução O projeto geométrico da Rodovia PE – 063 (Amaraji) e do Acesso á Primavera foi elaborado tomando por base o levantamento planialtimétrico cadastral, desenvolvido a partir do eixo de projeto no bordo esquerdo da faixa de rolamento e, utilizando as informações resultantes dos estudos topográficos realizado por empresa prestadora de serviços, que efetuou as devidas correções de ordem geométricas. Os resultados obtidos possibilitaram definir os seguintes elementos: Projeto planialtimétrico resultante do levantamento da rodovia existente; Definições das seções transversais da rodovia; Detalhamento das interseções; 3.11.3 Metodologia Aplicada 3.11.3.1 Geometria em Planta O projeto geométrico da Rodovia PE – 063 no trecho ora projetado, aproveitou integralmente o desenvolvimento da pista existente, já implantada anteriormente pelo DER-PE. A estaca 0+0,00 (zero) foi materializada no eixo da Rodovia BR-101/PE seguindo o estaqueamento no bordo esquerdo da PE 063. O final do levantamento ocorreu na estaca 1187+1,19, perfazendo uma extensão de 23.741,19 metros, sendo a maior parte desenvolvida em curva. O quadro 20 informa a estaca inicial e final do trecho e suas respectivas coordenadas geográficas em UTM – Map Datum WGS 84. Quadro 20 Coordenadas do Início e Fim do Trecho Estaca Longitude (Leste) Latitude (Norte) 0+ 0,00 25 L 0246443,640 9069305,670 1187 + 1,19 25 L 0230456,570 9073202,280 FONTE: Projeto DER/PE (2011) O Trecho possui um total de 13 curvas circulares e 43 curvas em espiral, resultandoem um índice de 2,36 curvas por quilômetro. 81 3.11.3.2 Projeto em Perfil Similarmente ao projeto em planta, o traçado em perfil procurou acompanhar as curvas verticais já existentes, resultando em 96 curvas verticais. Foi verificada se havia a necessidade de elevação do greide para atender as necessidades do sistema de drenagem através de cotas de recobrimento dos bueiros e cotas das máximas enchentes identificadas em campo, e averiguou-se que não há necessidade de elevação do greide já implantado, pois o mesmo atende aos requisitos necessários quanto à sua altimetria. 3.11.3.3 Seção transversal tipo Para a seção transversal tipo foi adotado as dimensões abaixo: Pista de rolamento com 6,00m e Acostamento com 1,00m. 3.11.3.4 Projeto Geométrico O projeto geométrico foi elaborado e seccionado sobre o mesmo perfil da rodovia existente, modificado em alguns pontos para melhorar o traçado e todos os elementos geométricos foram plotados de forma detalhada, inclusive linha de eixo, e seção transversal sobre a plataforma existente para minimizar os danos ambientais e obter junto aos órgãos de fiscalização e controle ambiental, através dos projetos de EIA – Estudos de Impactos Ambientais e RIMA – Relatório de impactos ambientais. 82 3.11.3.5 Características Técnica da Rodovia Os estudos apontaram os principais elementos demonstrados no quadro 21. Quadro 21 – Caraterísticas técnica da Rodovia em perfil e planta C A R A C TE R IS TI C A S TÉ C N IC A S P LA N TA TIPO DE REGIAO ATRAVESSADA Ondulada CLASSE DE RODOVIA III NÚMERO DE FAIXAS (Ud) 2 LARGURA DA FAIXA DE DOMINIO (m) 40,00 LARGURA DA PISTA DE ROLAMENTO (m) 6,00 LARGURA DO ACOSTAMENTO (m) 1,00 EXTENSÃO EM TANGENTE (m) 19.686,34 EXTENSÃO EM CURVAS HORIZONTAIS (m) 4.054,85 EXTENSÃO TOTAL (km) 23,74 EXTENSÃO DA MAIOR TANGENTE (m) 1.945,32 EXTENSÃO DA MENOR TANGENTE (m) 17,43 QUANTIDADES DE CURVAS/km (ud) 2,36 R < 100m 100m ≤ R < 200m 200m ≤ R < 400m 400m ≤ R < 600m 600m ≤ R < 800m 800m ≤ R < 1000m 1000m ≤ R RAIO MAXIMO (m) 1.500,00 RAIO MINIMO (m) 76,7 P ER FI L DECLIVIDADE TRANSVERSAL (%) 3,00 EXTENSÕES DE DECLIV. LONGITUDINAL I < 1,00% 49.689,09 1,00% ≤ I < 2,00% 2840,15 2,00% ≤ I < 3,00% 1407,48 3,00% ≤ I < 4,00% 1464,03 4,00% ≤ I < 5,00% 1345,88 5,00% ≤ I < 6,00% 1156,32 6,00% ≤ I < 7,00% 2204,47 7,00% ≤ I < 8,00% 501,39 8,00% < I DECLIVIDADE LONGITUDINAL MÁXIMA (%) 7,83% MAIOR EXTENSÃO DA DECLIVIDADE LONGITUDINAL MÁXIMA (PIV A PVT) 1.188,73 VELOCIDADE DIRETRIZ (km) 60 VOLUMEDE TRÁFEGO PARA O ANO 10 (VMD) AUTO 1685 ONIBUS 185 2C 197 3C 88 NSCI 40 Fonte: Projeto DER/PE (2011) 83 3.12 Projeto de Terraplenagem Os serviços de terraplenagem previstos para este projeto referem-se basicamente ao movimento de terra corte/aterro necessários à implantação das faixas de aceleração e desaceleração projetadas nas três interseções que sofreram melhorias geométricas, e ainda nos serviços de recomposição de taludes de corte, erodidos pelas fortes precipitações ocorridas nos últimos anos. Prevê-se para a recuperação desses locais, os seguintes serviços provocados pela movimentação de terra: Recomposição do talude na inclinação de 2/3; Compactação do material de bota-fora; Implantação da drenagem superficial, e; Plantio de vegetação. Os materiais constituintes dos cortes são classificados como sendo de 1ª. Categoria conforme quadro 22, estando previsto seu encaminhamento para local apropriado a ser utilizado como bota-fora a ser definido pela equipe de engenharia de campo e que não venham provocar danos ao meio ambiente. O volume de material obtido para a recomposição dos taludes de aterro e serão utilizados para regularização do greide das áreas de acostamentos em desníveis que sofrerão um rebaixo para execução em camadas de 0,20m para atingir a cota do subleito. Quadro 22 – Caraterísticas técnica da Rodovia classificação dos materiais CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CORTE ATERRO CORRIGIDO A 25% (m³) BOTA FORA (m³) 1ª. Categoria 87.061,61 231,00 86.830,61 FONTE: Projeto DER/PE (2011) Os volumes utilizados para estes serviços foram utilizados conforme tabela de retaludamento demonstrados conforme quadro 23 a calculados através de planimétria e mapa de cubação. 84 Quadro 23 – Origem dos materiais para serviços de Terraplanagem ESTACA À ESTACA COMPRIMENTO (m) LADO 16 + 6,20 à 18 + 0,00 33,80 E 70 + 0,00 à 75 + 0,00 100,00 E 75 + 0,00 à 85 + 0,00 200,00 E 90 + 0,00 à 95 + 0,00 100,00 D 95 + 0,00 à 105 + 0,00 200,00 E 140 + 0,00 à 150 + 0,00 200,00 D 425 + 0,00 à 432 + 0,00 140,00 D 520 + 0,00 à 525 + 0,00 100,00 E 550 + 0,00 à 575 + 0,00 500,00 E 670 + 0,00 à 682 + 10,00 250,00 D 680 + 0,00 à 690 + 0,00 200,00 E 715 + 0,00 à 720 + 0,00 100,00 D 818 + 0,00 à 820 + 0,00 40,00 D 845 + 0,00 à 870 + 0,00 500,00 E 870 + 0,00 à 885 + 0,00 300,00 D 920 + 0,00 à 925 + 0,00 100,00 D 945 + 0,00 à 947 + 10,00 50,00 E 945 + 0,00 à 950 + 10,00 110,00 D 975 + 0,00 à 985 + 0,00 200,00 E 1070 + 0,00 à 1080 + 0,00 200,00 D 1125 + 0,00 à 1135 + 10,00 210,00 D 1145 + 0,00 à 1147 + 10,00 50,00 D 1155 + 0,00 à 1162 + 0,00 140,00 D 1170 + 0,00 à 1175 + 0,00 100,00 E FONTE: Projeto DER/PE (2011) 85 3.13 Projeto de Drenagem e Obras-de-Arte Correntes e Especiais 3.13.1 Considerações iniciais As obras de drenagem têm por objetivos: Interceptar e captar as águas que chegam e se precipitam no corpo estradal e conduzi-las para local de deságue seguro, resguardando-se a estabilidade dos maciços terrosos; Conduzir o fluxo d’água de um para outro lado do corpo estradal, quando interceptado o talvegue, bem como captar as águas eu escoam pelos dispositivos de drenagem superficial; Esgotar as águas que infiltram na plataforma e rebaixar o nível do lençol freático, de forma a resguardar o suporte das camadas inferiores de pavimento. O projeto de Drenagem classificou-se segundo a utilização dos dispositivo, em drenagem superficial, drenagem profunda,obras de arte corrente e obra de arte especial. Os elementos básicos utilizados para a elaboração do projeto originaram-se dos estudos hidrológicos, topográficos e geotécnicos, além de observações em campo. Para alcançar o objetivo proposto, foram adotados os procedimentos metodológicos definidos pelas Normas do DNIT, que constitui referencia básica, tanto no que toda ao calculo hidráulico como na definição das obras tipo. Todas as obras dos sistemas de drenagem existentes foram cadastradas, sendo feito o cadastro dos bueiros e pontilhões, o inventário de seu estado de conservação, a coleta dos elementos topográficos de caracterização e a pesquisa sobre comportamento destas obras. As construções de obras de arte correntes existentes e que se apresentam em bom estado de conservação serão mantidas, caso apresentem danificadas serão substituídas, conforme os cálculos de vasão definidas pelos estudos da hidrologia. Os estudos devem atender as recomendações do DNIT, constantes do Álbum de Projetos Tipo de Drenagem. 86 3.13.2 Obras de Artes Correntes Os estudos hidrológicos apontaram após análise do cadastro das obras de arte correntes existentes e do projeto geométrico, inclusive o de interseções, foi verificada a necessidade de implantação e prolongamento de bueiros nos locais citados no quadro 24 abaixo: Quadro 24 – Bueiros a implantar ou para alongar ESTACA TIPO DIÂMETRO EXTENSÃO SERVIÇO 95 + 16,04 BSTC Φ=0,60 2,00 ALONGAR 104 + 10,00 BSTC Φ=0,80 14,00 IMPLANTAR 481 + 14,00 BSTC Φ=0,80 20,00 ALONGAR FONTE: Projeto DER/PE (2017) 3.13.3 – Dimensionamento hidráulico O estudo do dimensionamento dos dispositivos de drenagem superficial constitui na determinação da máxima extensão admissível a qual não ocorra transbordamento da mesma. Esta extensão esta condicionada a capacidade máxima de vazão. Para isto levou-se em consideração o tipo da obra e sua declividade de instalação, permitindo determinar o posicionamento das saídas d’águas. O estudo de dimensionamento hidráulico dos dispositivos de drenagem utilizou-se para cálculos a fórmula de Manning: V=1/n . R^2/3 . ѴI < Vc Onde: V=Velocidade do escoamento em m/s; n=coeficiente de rugosidade de Manning; R=raio hidráulico, em m, R = A/P; A=área molhada, em m; P=perímetro molhado, em m; I=declividade máxima admissível; Vc=velocidade máxima admissível, em m/s 87 É adotada informação para dimensionamento hidráulico com ajuda da tabela de coeficientes, para calcular a velocidade do escoamento em m/s. Conforme tabela 8 que informa o fator n de Manning. Tabela 8 – Coeficiente selecionado de Manning MATERIAL N Concreto liso 0,010 Concreto rústico 0,015 Aço corrugado 0,015 Pedra arrumada ou rip-rap 0,022 Canais regulares em terra 0,020 Canais irregulares em terra 0,033 Superfície gramadas 0,030 FONTE: Projeto DER/PE (2011) Na tabela 9 temos a classificação da Natureza das Paredes que contribuíram para as pesquisas dos coeficientes de rugosidade de Manning. Rugosidade que reduz a velocidade de escoamento nos momentos de pico das altas precipitações. Também contribuem como calculo de fator de redução quanto ao estrangulamento das obras de artes correntes. Tabela 9 – Coeficiente de rugosidade Manning Natureza das Paredes Condições Muito boa Boa Regular Má Alvenaria de pedra argamassada 0,017 0,020 0,025 0,030 Alvenaria de pedra aparelhada 0,013 0,014 0,015 0,017 Alvenaria de pedra seca 0,025 0,033 0,033 0,035 Alvenaria de tijolos 0,012 0,013 0,015 0,017 Calha metálicas lisas (semicirculares) 0,011 0,012 0,013 0,015 Canais abertos em rocha (irregular) 0,035 0,040 0,045 - Canais c/fundo em terra e talude c/pedras 0,028 0,030 0,033 0,035 Canais c/leito pedregoso e talude vegetado 0,025 0,030 0,035 0,040 Canais com revestimento de concreto 0,012 0,014 0,016 0,018 Canais de terra (retilíneos e uniformes) 0,017 0,020 0,023 0,025 Canais dragados 0,025 0,028 0,030 0,033 Conduto de barro (drenagem) 0,011 0,012 0,014 0,017 Conduto de barro vitrificado (esgoto) 0,011 0,013 0,015 0,017 Conduto de prancha de madeira aplainada 0,010 0,012 0,013 0,014 88 Continuação da Tabela 9 – Coeficiente de rugosidade Manning Natureza das Paredes Condições Muito boa Boa Regular Má Gabião 0,022 0,030 0,035 - Superfícies de argamassa de cimento 0,011 0,012 0,013 0,015 Superfícies de cimento alisado 0,010 0,011 0,012 0,013 Tubo de ferro fundido revestido c/alcatrão 0,011 0,012 0,013 - Tubo de ferro fundido sem revestimento 0,012 0,013 0,014 0,015 Tubo de bronze ou de vidro 0,009 0,010 0,011 0,013 Tubos de concreto 0,012 0,013 0,015 0,016 Tubos de ferro galvanizado 0,013 0,014 0,015 0,017 Córregos e rios limpos, retilíneos e uniformes 0,025 0,028 0,030 0,033 Igual anterior porém c/pedras e vegetação 0,030 0,033 0,035 0,040 Com meandros, bancos e poços, limpos 0,035 0,040 0,045 0,050 Margens espraiadas, pouca vegetação 0,050 0,060 0,070 0,080 Margens espraiadas, muito vegetação 0,075 0,100 0,125 0,150 Fonte: Porto (1998) e Cirilo et al. (2001) No estudo de restauração utilizou também, a equação da continuidade: Q=A x V Onde: A=Área da seção molhada do canal em m² V=velocidade do escoamento em m/s Combinando-se a fórmula de Manning com a equação da continuidade, tem- se: Q=1/n x A x R^2/3 x ѴI Verifica-se que os bueiros simples tubulares de diâmetro variando de 0,60 a 1,00m existentes ao longo da rodovia atendem a vazão solicitada que são bacias de áreas inferiores a 0,01km² e que não são possíveis de se determinar em carta topográficas na 1:25.000 e portanto a sua verificação de capacidade hidráulica foi realizada por inspeção visual no local de cada obra e definido pela fiscalização durante o processo construtivo e acompanhado durante o período invernoso. 89 3.13.4 Drenagem superficial Nesta etapa estão compreendidas as obras que servem para coletar e conduzir para fora do corpo estradal as águas que caem sobe o pavimento e aquelas que para ali se dirigem. As localizações destas obras foram determinadas levando-se em conta o comprimento, declividade das rampas, alturas e extensões de cortes e aterros, bem como a localização dos pontos de passagens e pontos de inflexão vertical. O sistema de drenagem superficial será projetado de forma a permitir um rápido escoamento das águas pluviais que incidem sobre o corpo estradal e áreas contiguas. Este sistema é composto de valetas de proteção para cortes e aterros, sarjetas de corte, sarjetas de meio-fio ou sarjeta de aterro, entrada d’água, descida d’água, corta-rios, caixa coletora e caixa de amortecimento ou dissipador de energia. 3.13.4.1 Dimensionamento O dimensionamento estudado para valetas e sarjetas consiste na determinação da máxima extensão admissível até a qual não ocorre transbordamento das mesmas. Esta extensão esta condicionada à capacidade de vazão, que por sua vez está condicionada com a forma e a declividade de implantação destes dispositivos de drenagem. 3.13.4.2 Tempo de concentração e de recorrência O tempo de concentração foi calculado pela formula de Kirpich, com valores mínimos pré-fixado em 5minutos e o tempo de recorrência utilizado nos cálculos das precipitações, para o projeto dos dispositivos de drenagem superficial, foi de 10 anos. 3.13.4.3 Áreas de contribuição Fixadas e estudadas em função da geometriadas bacias de contribuição. 3.13.4.4 Determinação da vazão de contribuição A vazão de contribuição será determinada através da formula do método racional: Qo=((C x I x Ad)/(360 x 1,00)) 90 Onde: Qo=vazão em metros cúbicos por Segundo; I=intensidade de precipitação em mm/h; Ad=Área de contribuição, sendo considerada a largura média de contribuição (impluvium) e a extensão do dispositivo, em hectares; e C=coeficiente de escoamento superficial (runoff) 3.13.4.5 Determinação da vazão de contribuição Constatamos no estudo hidráulico dos canais para drenagem superficial foram feitas algumas simplificações, sem perda de qualidade dos resultados, com o intuito de reduzir o projeto de cada dispositivo. Admitiu-se que o escoamento é permanente e uniforme e utilizou para o cálculo, a formula de Manning, associada a equação da continuidade. Para considerar eventuais reduções de vazão, não deve-se considerar seção de vazão maior que 85% da seção transversal do dispositivo. A comparação entre os valores da descarga máxima com os da descarga afluente unitária de cada dispositivo possibilita a fixação dos comprimentos críticos de utilização e o posicionamento dos elementos de sangria dos deflúvios. Desta forma, conhecendo-se as características das seções de vazão dos dispositivos adotados, estabeleceu-se a descarga máxima permissível para a declividade de cada semento de obra, conforme fator de redução de carga em função da geometria Tabela 10, o que permite determinar o comprimento critico pela expressão: Lmáx = (Qmáx/q) Onde: L=comprimento crítico de cada segmnto de declividade I: Qmáx=descarga máxima permissível do segmento para a declividade I; e q=descarga específica, em m³/a Tabela 10 – Fator de redução da descarga em função da declividade Declividade Fator de Redução < 0,40% Não permite boa drenagem 0,40% 0,50 > 0,60% 0,015 Fonte: Porto (1998) e Cirilo et al. (2001) 91 Após obter o comprimento critico em função da declividade, será estabelecido para cada dispositivo na conformação da geometria do segmento a curva de variação do comprimento critico em relação a declividade. 3.13.4.6 Fator de redução da capacidade de vazão Os instrumentos de drenagem com baixa declividade não proporcionam drenagem eficiente, devido a baixa velocidade da água nos mesmos que provoca a sedimentação de materiais em suspensão. No caso destes dispositivos, aplica-se um fator de redução da capacidade máxima de vazão calculada, para compensar os problemas de sedimentação de materiais em suspensão, que ocorrem nestes casos. 3.13.4.7 Tipos de revestimentos Os materiais disponíveis no trecho foram estudados para atendimento e critérios técnicos de desempenho hidráulico e resistência a erosão, sendo em principio estudado o revestimento em concreto. 3.13.4.8 Velocidade Admissível Para o dimensionamento de cada dispositivo de drenagem estudada ou projetada tem-se por condicionante o fator velocidade, a qual não deve ultrapassar certos padrões de utilização, função do tipo de revestimento utilizado, para não causar erosão das paredes dos canais, Quadro 25. Sendo assim as velocidades máximas recomendadas para os diversos tipos de solo são: Quadro 25 – Velocidade Máxima Admissível Material Velocidade Máxima Admissível (m/s) Material Velocidade Máxima Admissível (m/s) Argila dura 1,100 Revestimento de Concreto 4,500 Areia fina 0,350 Revestimento betuminoso 4,000 Areia grossa 0,500 Solo Cimento 2,000 Cascalho fino 0,800 Gabiões 2,500 Cascalho 1,500 Alvenaria 2,500 Revestimento Vegetal Grama 1,500 Rocha Sã 4,000 Fonte: Porto (1998) e Cirilo et al. (2001) Vejamos quadro 26. As velocidades máximas admissíveis para os dispositivos de drenagem com revestimento vegetal uniforme de diversos tipos e boa manutenção foram mantidas. 92 Quadro 26 – Velocidade Admissível para revestimento vegetal COBERTURA FAIXA DE DECLIVIDADE (%) VELOCIDADE ADMISSÍVEL (M/S) Solos resistentes a erosão Solos facilmente erodíveis Capim Burro 0 – 5 1,8 1,50 Capim Angola 5 – 10 1,5 1,20 Capim Cevadinha >10 1,20 0,90 Capim do Campo 0 – 5 1,20 0,90 Mistura de Gramas 5 – 10 0,90 0,80 Leguminosas; Capim Mimoso; Alfafa; Capim Pé de Galinha; Capim Sudão 0 – 5 0,90 0,60 Fonte: Porto (1998) e Cirilo et al. (2001) Os estudos do dimensionamento dos dispositivos de drenagem tem-se, também, por condicionante a velocidade mínima de 0,60m/s e a velocidade máxima suportada pelo revestimento das valetas. Nos projetos rodoviários consideram-se as seguintes velocidades conforme coeficiente de escoamento (tabela abaixo) das quais se dá a sedimentação dos elementos sólidos em suspensão na água. 3.13.4.9 Coeficiente de Escoamento O Coeficiente de Escoamento é caracterizado basicamente em função da permeabilidade das áreas expostas e ponderados através de coeficientes tabela 11, segundo o valor das mesmas, tomando-se os valores para os cálculos. Tabela 11 – Coeficiente de Escoamento Superfície Coeficiente Terreno natural 0,30 a 0,40 (de acordo com maior ou menor percentual de areia ou argila) Talude 0,60 a 0,70 (segundo as mesmas características de areia ou argila) Plataforma da Rodovia 0,70 a 0,90 (dependendo do tipo do revestimento) Fonte: Porto (1998) e Cirilo et al. (2001) 3.13.4.10 – Valeta de proteção para corte e aterros (VPC e VPA) As valetas de proteção têm a finalidade, nos cortes, impedir que as águas superficiais dos taludes naturais do terreno atinjam os taludes de corte e nos aterros, de proteger os pés dos taludes da ação das águas superficiais. 93 No dimensionamento das valetas calculou-se a área de contribuição através de parâmetros determinados, considerando uma largura colaborante (implúvium), de mínimo 40m sobre o terreno natural; aplicou-se a metodologia proposta para o cálculo da vazão de projeto; e calculou-se a declividade de fundo da valeta através do desenho da mesma em planta topográfica. 3.13.4.11 Determinação da Capacidade Máxima de Vazão Trabalhando com a formula de Manning associada com a equação da continuidade para definir a vazão e a formula de Manning para calcular a velocidade. Apropriando-se para utilização no projeto as valetas de proteção, tanto de corte como de aterro, de forma triangular, para serem utilizadas preferencialmente e por serem de escavação mecânica, e a trapezoidal. Com objetivos de assegurar uma velocidade de auto-limpeza (0,60m/s) calculou-se a declividade mínima de 0,20% para as valetas que foram estudadas. Por conseguinte a velocidade máxima na valeta deve ser limitada a velocidade máxima admissível do material ou do revestimento utilizado. Para parâmetro limita- se as velocidades em 1,50m/s, nas valetas com revestimento vegetal e calculou-se a declividade máxima em 1,20%, para os diversos tipos de valetas. Quanto o terreno apresentar valores de declividade máxima forem alcançados, previu-se a construção de barreiras transversais no interior de valeta de forma a que a velocidade não ultrapasse a máxima permissível. O espaçamento entre essas barragens será determinado pela expressão: .E = ((100H/D-i)) E=Espaçamento em m; H=Altura da barragem, escolher 0,15m; D=Declividade natural do terreno, em % i=Declividade máxima desejada. No cálculo da capacidade máxima de vazão destes dispositivo de drenagem, através da combinação da equação da continuidade com a fórmula de Manning, aplicou-se um fator de reduçãoda capacidade de vazão (=0,85) calculada para 94 compensar os problemas de sedimentação e de obstrução, que ocorrem em grande parte destes dispositivos. 3.13.4.12 Cálculo do comprimento crítico O comprimento crítico, em metros, será dado pelo quociente entre a capacidade de vazão pela vazão afluente, em m³/s por metro linear. 3.13.4.13 Valeta de proteção de corte As valetas de proteção de corte foram utilizadas sempre que o terreno natural subia a partir da crista do corte. Estas valetas não devem ser sistematicamente paralelas à crista de corte; devem afastar-se progressivamente da crista de modo a se obter declividade mais suave, evitando-se a necessidade de construção de barragens. A profundidade deste dispositivo pode ser variável, limitada ao mínimo previsto nos desenhos tipos, tendo em vista que a declividade deve ser continua e sem pontos baixos; e deseja-se evitar ao máximo a construção de descida d’água nos cortes, quando o terreno natural apresentar uma leve depressão. Entretanto será necessário, em alguns trechos, a adoção de dispositivos de proteção mais eficientes. Como primeira alternativa deverá ser estudada pela fiscalização da obra o revestimento das sarjetas de proteção de corte com um banho de asfalto diluído, que possibilitará a impermeabilização do terreno e dificultará o processo erosivo, prevê-se como vida útil para tal proteção de 3 a 4 anos, quando então tornar-se-á necessário um novo banho. Como segunda alternativa a construção de revestimento com concreto. 3.13.4.13.1 Recomendações para valetas de proteção de cortes: 1 – As valetas de proteção de corte deverão estar a uma distancia mínima de 3,00m dos off-sets; 2 – Os materiais provenientes da escavação deverá ser espalhado e apiloado a jusante da valeta, formando com ela o coroamento de seu lado inferior; 3 – As valetas sem revestimento não deverão ser executadas em terrenos no qual o perigo de erosão surja com velocidade abaixo de 0,60m/s 95 4 – Para diminuir o problema de erosão no desague da valeta de corte recomenda- se um enrocamento, com pedra de diâmetro igual ou superior a 0,20m numa extensão de 3,0m, funcionando como bacia de amortecimento, ou a construção do dissipador de energia padrão; 5 – As águas coletadas por estas valetas serão conduzidas para o bueiro mais próximo, ou para a linha d’ água mais próxima; 6 – Deverão ser tomados cuidados de não se fazer cantos com ângulos superiores de 45%; 7 – Na parte final das valetas, sua seção deverá ir gradualmente aumentado a dimensão horizontal e diminuindo proporcionalmente sua altura, de maneira que a água coletada se espraie o mais possível sobre a vegetação natural; 8 – O revestimento da valeta de proteção de corte deverá ser escolhido de acordo com a velocidade de escoamento, natureza do solo e fatores de ordem econômica e estética. Os tipos de revestimento mais recomendados são o concreto; a alvenaria de tijolo ou pedra; a pedra arrumada; e o revestimento vegetal, Conforme “Manual de Drenagem de Rodovia DNIT – VP 2006”. 3.13.4.14 Valeta de proteção de aterro As valetas de proteção de aterro foram utilizadas sempre que o terreno natural tendia para os off-sets de aterro e para conduzir as águas provenientes das sarjetas e valetas de corte até os bueiros ou locais e que a conformação topográfica natural permita a continuidade do escoamento e serão, no geral, revestidas com grama ou outra espécie vegetal da região. A profundidade deste dispositivo pode ser variável, limitada ao mínimo previsto nos desenhos tipos do Conforme “Álbum de projetos-tipo de dispositivos de drenagem do DNIT - IPR 725; 2006”, tendo em vista que a declividade deve ser continua e sem pontos baixos e deseja-se evitar o acúmulo de água no pé dos taludes para não prejudicar a obra. Estas valetas não devem ser sistematicamente paralelas ao pé dos taludes de aterro, podem afastar-se progressivamente do pé do talude de modo a obter declividade mais satisfatórias, desde que promovam a drenagem de toda a água proveniente do corpo estradal e dos volumes de aterro. 96 3.13.4.14.1 Recomendações para valetas de proteção de Aterro 1 – Sua localização estará a uma distancia de 1,00m da linha de “off-sets”; 2 – O material proveniente da escavação deverá ser espalhado e apiloado entre a valeta e “off-sets” com o objetivo de suavizar a interseção das superfícies do talude e do terreno natural; 3 – As águas coletadas por estas valetas serão conduzidas para o bueiro mais próximo; 4 – As valetas de aterro serão construídas obrigatoriamente quando coletarem águas provenientes de valetas de cortes, mesmo que o caimento transversal seja inferior a 10%. 3.13.4.15 Sarjeta de corte As sarjetas de corte têm como objetivo captar as águas que se precipitam sobre o corpo estradal e talude contíguo, conduzindo-as longitudinalmente a rodovia até o ponto de transição entre o corte e o aterro de forma a permitir a saída lateral para o terreno natural. O estudo econômico comparativo entre formas de sarjetas sob o ponto de vista estritamente hidráulico, indica a seção trapezoidal como mais viável que a triangular. Tendo-se em conta, porém os aspectos da segurança do tráfego em uma eventual saída da pista, bem como, os aspectos funcionais de execução e manutenção, a sarjeta de forma trapezoidal será empregada sempre que o comprimento crítico da sarjeta triangular tornar inconveniente o seu uso. Conforme “Álbum de projetos-tipo de dispositivos de drenagem do DNIT - IPR 725; 2006” As saídas das sarjetas dos bordos dos acostamentos se farão em todos os pontos de passagem mediante uma deflexão de 45º e prolongamento de 5,00m de onde prosseguirá pelo terreno natural ou desembocará em uma valeta. Quando a saída ocorrer em terreno natural será feito um dissipador de energia com pedra marroada ou seixos rolado argamassado na sua extremidade. Conforme “Manual de Drenagem de Rodovia DNIT – VP 2006” . 3.13.4.15.1 Determinação da Capacidade Máxima de Vasão 97 Utilizando a fórmula de Mannig associada com a equação da continuidade para calcular a vazão e a formula de Manning para calcular a velocidade. E com objetivo de assegurar uma velocidade de auto-limpeza (0,60m/s) calculou-se à declividade mínima de 0,10% para as sarjetas em estudo. Por outro lado a velocidade máxima na sarjeta deve ser limitada a velocidade máxima admissível do material ou do revestimento utilizado. Para tanto, limitou-se à velocidade em 4,5m/s, nas sarjetas com revestimento de concreto, e calculou-se a declividade máxima em 8%, para os diversos tipos de valetas estudadas. Nos cálculos da capacidade máxima de vazão destes dispositivos de drenagem, através da combinação da equação da continuidade com a fórmula de Manning, aplicou-se um fator de redução da capacidade de vazão (=0,85) calculada para compensar os problemas de sedimentação de materiais em suspensão e de obstrução, que ocorrem em grande parte destes dispositivos. Conforme “Manual de Drenagem de Rodovia DNIT – VP 2006”. 3.13.4.15.2 Cálculo do comprimento crítico A contribuição por metro linear da rodovia são tomadas a partir de valores das áreas pluviométrica é numericamente igual ao do implúvium, isto é: A = (I1 + I2 + I3 + I4 +I5) x L Onde: I1 = metade da largura da pista, quando o trecho for em tangente; I1 = largura da pista, quando o trecho for em curva, considerando a caimento do lado interno; I1 = 0, quando o trecho for em curva considerando a calha no lado externo;I2 = largura do acostamento; I3 = largura da sarjeta; I4 = largura média do corte (considerando-se o talude ) variável; I5 = distancia entre a valeta de proteção de corte e sua respectiva crista. Com isso tem-se diversas áreas de contribuições, que são formadas por superfícies com diferentes coeficientes de escoamento para as áreas impermeabilizadas, C=0,60, para talude e C=0,40, para as superfícies em terreno natural. 98 O comprimento crítico, em metros, será dado pelo quociente entre a capacidade de vazão pela vazão afluente, em m³/s por metro linear. “Manual de Drenagem de Rodovia DNIT – VP 2006”. 3.13.4.15.3 Resultados obtidos Todos os cortes com altura média superior a 1,0m terão sarjeta revestidas de concreto, para canalizar as águas superficiais que incidem sobre a plataforma e os taludes de cortes. Estas sarjetas serão triangulares. O dimensionamento destas sarjetas de corte consistiu, em última análise, na determinação do tipo a ser adotada para cada corte. Incialmente, determinou-se a extensão dos cortes, a posição em planta do dispositivo e a altura média dos cortes. Definidos estes elementos realizou-se o estudo hidráulico dos canais. Conforme “Manual de Drenagem de Rodovia DNIT – IPR VP 2006”. 3.13.4.16 Sarjetas de meio-fio ou sarjeta de aterro (MFC) A sarjeta de aterro tem como objetivo captar as águas precipitadas sobre plataforma de modo a impedir que provoquem erosões na borda do acostamento e/ou no talude de aterro, conduzindo-se ao local de deságue seguro. Em situações eventuais, considera-se o alargamento temporário do acostamento, o meio-fio simples também poderá ser usado. 3.13.4.16.1 Determinação da Capacidade Máxima de Vazão Segundo comprovam os trabalhos de Izzard e Tapley, é possível o emprego da fórmula de Manning no cálculo das vazões em sarjetas deste que se despreze a parte perímetro molhado correspondente à face da guia, isto é, fazendo Rh=y, temos: Qo= ((0,375 x (z/n)x(y8/3) x Ѵi)) Onde: Qo= descarga em m³/s z=inverso da declividade transversal (>10); i=declividade longitudinal (m/m); y=profundidade junto a linha de fundo, em m; 99 n=coeficiente de rugosidade (0,016). A velocidade é dada por: V=((0,958 x 1/z1/4 x (Ѵi/n) x Qo1/4)) A declividade mínima admissível, para proporcionar uma drenagem adequada, é de 0,25%. Abaixo desta declividade aumentará a possibilidade de sedimentação de materiais em suspensão nas águas de enxurradas provocando um significativo aumento da largura da mesma, o que poderá vir a prejudicar o tráfego da rodovia com a invasão da água na pista de rolamento. No caso de sarjeta com baixa declividade, aplicou-se um fator de redução da capacidade de vazão calculada conforme formula acima, para compensar os problemas de sedimentação de materiais em suspensão, que ocorrem nesses dispositivos. 3.13.4.16.2 Altura mínima de Aterro para Uso de Sarjeta O DNIT (Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006) adota a seguinte fórmula para o cálculo da altura do aterro sem necessidade de sarjeta de meio-fio. H=((Va2,5 x 6,0 x 104)/(C2 x a0,25 x k1,5)) – ((C1 x L x Ѵ(a² +β²)/(C2 x a x β)) Onde: H=altura mínima de aterro Va=velocidade admissível de erosão do material do talude =0,35m/s (material arenoso solto sem compactação) e=0,90 m/s (talude gramado com solo exposto); C1=coeficiente de escoamento da plataforma = 0,90; C2=coeficiente de escoamento do talude = 0,40 (material solto sem compactação) e =0,60 (talude gramado); =declividade longitudinal da rodovia, em mm/m; β=declividade transversal da plataforma, em m/m k=coeficiente de rugosidade de Strickler, igual ao inverso do coeficiente de Manning = 060 (para terra, seção uniforme, limpa e recentemente completada) e = 0,45 (para terra com grama curta, pouca vegetação); L=largura da plataforma que contribui para o escoamento no talude; 100 I=intensidade de precipitação; a=parâmetro definidor da declividade do talude =1,5 Talude em solo, sem proteção, substituindo: H=9,39 – 50 x L x Ѵ(a²+9x10-4); Analisando-se as equações obtidas chega-se a conclusão que há necessidades de sarjeta de aterro para praticamente qualquer altura do aterro para taludes sem proteção e não haveria necessidade de sarjeta para as alturas de aterro existente. Portanto, não é recomendável prescindir de sarjeta de aterro quando a altura de aterro for superior a 5,00m. Empregaram-se as sarjetas de meio-fio em aterros com altura superior a 1,5m, nas proximidades dos pontos baixos e no lado interior das curvas, sempre que as rampas forem superiores a 0,50% caso contrário, somente quando os aterros apresentarem alturas superiores a 5m e tomando cuidados especiais. 3.13.4.16.3 Determinação da Capacidade Máxima Na determinação da capacidade máxima de vazão utilizou-se a metodologia anteriormente exposta para meio-fio sem sarjeta. 3.13.4.16.4 Cálculo do comprimento crítico O dimensionamento dessas sarjetas consiste, em última análise, na determinação do espaçamento entre as saídas d´água. Sendo tomada a contribuição por metro linear da rodovia, o valor de A é numericamente igual ao implúvium, isto é: A=(L1 + L2) x L Onde: L1=metade da largura da pista, para trecho em tangente; L1=largura da pista, quando o trecho for em curva, considerando a calha do lado interno; L1=trecho em curva, considerando calha do lado externo; L2=largura do acostamento. 101 Utilizando a fórmula do método racional a vazão de contribuição de sarjeta com uma intensidade pluviométrica de 1mm/h e coeficiente de escoamento = C. O comprimento crítico, em metros, será dado pelo quociente entre a capacidade de vazão pela vazão afluente, em m³/s por metro linear. Observamos que os trechos com greide de pequena declividade provocam a sedimentação de materiais suspensos na água, devido a baixa velocidade de escoamento, podendo inclusive aumentar a largura de escoamento, com a inundação das faixas de trafego, o que não é recomendável. Para os trechos com rampa inferiores a 0,5% não indicou a construção de meio-fio independente da altura do aterro. Constatamos que as distancias adotadas entre as descidas d´água atenderam a tabela 12 definida abaixo: Tabela 12 – Distância recomendada entre descida d´água Declividade (%) Distancia recomendada entre descida d´água (m) Tangente Interno Curva Externo Curva Até 0,50 Até 20 Até 10 Até 100 0,50 a 1,00 Até 50 Até 25 Até 100 2 Até 100 Até 50 Até 100 3 Até 100 Até 50 Até 100 4 Até 100 Até 50 Até 100 5 Até 100 Até 50 Até 100 6 Até 100 Até 50 Até 100 7 Até 100 Até 50 Até 100 8 Até 100 Até 50 Até 100 Fonte: Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006 3.13.4.17 Resultados obtidos Constatamos que utilizou-se no projeto sarjeta de aterro (MFC) e conforme recomendações, estas sarjetas foram utilizadas em todo aterro com altura maior que 1,50m, com exceção dos trechos onde a declividade longitudinal é inferior a 0,5%, onde não previu a implantação de sarjetas, em todo bordo interno de curva quando em aterro. Conforme “Manual de Drenagem de Rodovia DNIT – IPR VP 2006”. 102 3.13.4.17 Entrada d´agua A largura necessária da entrada do d´água do rápido para captar uma vazão conhecida é dada pela formula vejamos tabela 13 para os valores de K: L=((Qx1)/(K x Y x Ѵ(g x Y´)) Sendo: L=comprimento da abertura na banqueta para interceptação total do fluxo na sarjeta, em metros;Y=altura de fluxo na sarjeta, em metros; g=aceleração (9,81m/s²) Q=vazão na sarjeta, em m³/s e K=dado pela tabela abaixo. Tabela 13 – Valores de K Tan q K 12 0,23 24 0,20 48 0,20 Fonte: Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006 Foi adotado em campo K = 0,20, para sarjeta de aterro e recomendou-se redução de 20% nas distancias para greide contínuos. 3.13.4.17.1 Critérios para Espaçamento das Entradas d´aguas A contribuição pluvial será calculada por trechos de Lb, com 20 metros de comprimento, que denominou-se “estações” e que corresponde a uma estaca. Para o cálculo do número de estações para atingir a capacidade da sarjeta, tem-se a seguinte relação: N2=(Qo/Qc) Onde: Qo=vazão da sarjeta e Qc=contribuição por estações. Para o cálculo do número de estações por entrada d´água é dado pela seguinte relação: N2=(Q/Qc) Onde: 103 Q=capacidade de entrada d´água Qc=contribuição por estações. O número de entradas d´água o trecho de “L” metros de comprimento é calculado a seguir: L=20xN1 Donde: ne=N1/N2 = numero de entradas d´agua no trecho. O espaçamento entre entradas d´água, será: Lb=L/ne, arredondado para inteiro. 3.13.4.17.2 Resultados obtidos Os comprimentos críticos das sarjetas de aterro ficaram restritos a capacidade de vazão das entradas d´água padrão. Foi utilizado no projeto os dispositivos padrões do Álbum Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006. 3.13.4.18 Saída d´água As saídas das sarjetas dos bordos dos acostamentos ser farão em todos os pontos de passagem de corte para aterro, mediante uma deflexão de 45º e prolongamento de 5 metros de onde prosseguirá pelo terreno natural ou desembocará em uma valeta. 3.13.4.18.1 Resultados obtidos Foram utilizadas saídas d´água em todos os pontos baixos das sarjetas de corte, na transição de corte para aterro. Estas saídas d´água terão as mesmas características geométricas, carga e vazão das sarjetas correspondentes. A fim de evitar a possibilidade de erosão do terreno natural no final das saídas d´água, nos casos em que não há conexão com valetas de proteção de aterro, foi projetada uma bacia de amortecimento para dissipação de energia e facilidade de passagem da água de seu dispositivo de saída para o terreno natural. Foi utilizado no projeto os dispositivos padrões do Álbum Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006. 104 3.13.4.1 Descidas d´água Descidas d´água “sangradouro” são dispositivos para conduzir a água superficial ao longo de um talude de corte ou aterro a um nível inferior, sempre que necessário. Os engenheiros adotaram descida d´água de dois tipos: canais retangulares de concreto simples ou armadas, lisas; e canais retangulares de concreto simples ou armadas, em degraus. O primeiro elemento é adotado para conduzir a água de sarjetas ou bueiros de greide ao pé do talude de aterros até 10 metros de altura, ou 18 metros de comprimento de saia. Utilizou-se DAR-02 para aterros até 5 metros e DAR-03 para aterros de 5 a 10 metros. O segundo tipo é utilizado quando a altura destes aterros ultrapassar 10 metros, ou ao comprimento de saia ultrapassar 18 metros. A fim de evitar a possibilidade de erosão do terreno natural no final das descidas d’águas foi projetada e executada uma bacia de amortecimento para dissipação de energia. De acordo com Álbum Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006. 3.13.4.19.1 Descidas d´água em canal retangular de concreto (DAR) Este tipo de descida d´água será usado para conduzir a água das sarjetas ou bueiros de greide ao pé dos taludes de aterros de até 10 metros de altura. 3.13.4.19.2 Dimensionamento As vazões afluentes das descidas dá águas foram verificadas para cada caso especifico, em função das descargas das sarjetas ou bueiros de greide. O dimensionamento das descidas d´águas pode se feito através da expressão: Q=2,07xL0,90 x H1,6 Onde: Q=Descarga de projeto a ser conduzida pela descida d´água, em m/s; L=Largura da descida, d´água, em m; e H=Altura média das paredes laterais da descida, em m. 105 3.13.4.19.3 Cálculo do comprimento crítico A velocidade máxima da água em canais de concreto é de 4,50 m/s, que é a velocidade inicial de erosão deste material. A descida d´água funciona como um canal em movimento gradualmente variado em regime permanente, ou seja, respeitada a condição de permanência do regime (Q=AxV)=Constante, a velocidade e a profundidade da água são variáveis de uma seção para outra. Aplicando o teorema de Bernoilli as seções O e n, teremos: ((Vo2/2xg)+(zo+Po)) = ((Vn2/2xg)+(zn+Pn+h)) Como a água está em ambos os pontos sob a pressão atmosférica Po=Pn, sendo: Zo=0,555xL, para saía do aterro V:H(1:1,5) ou (2:3); g=9,81m/s Vn=4,5m/s Zn=0; e hf=JxL No cálculo da perda de carga utilizou-se a fórmula de Scobey: V=(0,6450 x C x R0,625 x ѴJ) Adotou-se C=110 – concreto moldado em formas de madeira, cuja falta de rigidez é causa de falhas. C varia desde 130 até 90 (boas e más condições). J=((V x 1) / (0,645 x C x R0,625)² Sendo a perda de carga dependente da velocidade e do raio hidráulico, também é vaiável ao longo do canal, mas admitindo-se que a perda unitária numa seção qualquer seja a mesma que ai ocorreria no movimento uniforme, calculou-se o canal utilizando a formula de Manning. 3.13.4.19.4 Descida d´água em Degraus (DAD) As descidas d´água em degraus de concreto serão usadas para conduzir a água dos bueiros aos pés dos taludes de aterro e quando a altura do aterro ultrapassar 10,0m de alturas serão utilizadas para conduzir a água das sarjetas de meio-fio. Foi utilizado as seções de acordo com os dispositivos padrões do Álbum Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006. 106 3.13.4.19.5 Resultados obtidos Neste projeto a finalidade das descidas d´água foi a de conduzir a água superficial ao longo do talude de aterro, a um nível inferior. Foram utilizadas as descidas em calha de concreto dos tipos rápido e descida d´água em degraus. E a fim de evitar a possibilidade de erosão do terreno natural no final das descidas d´água foi projetada uma bacia de amortecimento para dissipação de energia e facilidade de passagem da água de seu dispositivo de descida para o terreno natural. 3.13.4.20 Caixas Coletoras As caixas coletoras têm como objetivos principais: coletar as águas provenientes das sarjetas e que destinam aos bueiros de greide; coletar provenientes de áreas situadas a montante de bueiros de transposição de talvegues, permitindo sua construção abaixo do terreno natural; coletar as águas provenientes das descidas d´água de cortes, conduzindo-as ao dispositivos de desague seguro; permitir a inspeção dos condutos que por elas passam, com o objetivo de verificar a sua funcionalidade e eficiência; possibilitar mudanças de dimensão de bueiros, de sua declividade e direção, ou ainda quando a um mesmo local concorre mais de um bueiro. Ver Figura 25 demonstrada no Álbum Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006. Figura 25 - Caixa Coletora de Sarjeta (CCS) / TSC – 02 Fonte: Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – IPR VP 2006 107 3.13.4.21 Dissipador de Energia Dissipador de energia, como o nome indica, são dispositivos destinados a dissipar energia do fluxo d´água, reduzindo consequentemente sua velocidade quer no escoamento através do dispositivo de drenagem quer no deságue para o terrenonatural. As bacias de amortecimento ou dissipadores localizados são obras de drenagem destinadas, mediante a dissipação de energia, a diminuir a velocidade da água quando esta passa de um dispositivo de drenagem superficial qualquer para o terreno natural, de modo a evitar o fenômeno da erosão. As bacias de amortecimento serão instaladas de um modo geral nos seguintes locais: nos pés das descidas d´água nos aterros; nas boca de jusante dos bueiros e nas saída das sarjetas de corte; nos pontos de passagem de corte-aterro. De acordo com o “Manual de Drenagem de Rodovia DNIT – IPR VP 2006”. 3.13.5 Drenagem Profunda e Subterrânea 3.13.5.1 Objetivos O sistema de drenagem profunda foi projetado de forma a eliminar e minimizar os efeitos prejudiciais da presença de água subterrâneas na infraestrutura da rodovia, tais como redução da resistência ao cisalhamento do solo, e o carregamento de suas partículas finas, o que poderia se tornar o inicio de um processo erosivo de velocidade crescente. O projeto de drenagem profunda foi baseado nos resultados das sondagens efetuadas nos cortes existentes e projetado. Essas sondagens visaram determinar a profundidade do lençol freático. 3.13.5.2 Elementos Básicos Os sistemas de drenagem profunda tem por principio o rebaixamento do lençol freático, para não ocorrer saturação do subleito e consequentes danos as camadas do pavimento, o sistema abrange estudos: 108 3.13.5.3 Nível do lençol freático Determinado segundo resultados dos estudos geotécnicos, em função do nível d´água apresentado nos furos de sondagens. Foram também observados em caráter preventivo, os casos onde foi constatada umidade excessiva, procurando-se corrigir um eventual rebaixamento do lençol freático proveniente de um período seco. 3.13.5.4 Granulometria do solo a ser drenado Também obtido dos ensaios granulométricos, efetuados por ocasião dos estudos geotécnicos. 3.13.5.5 Tipos de drenos utilizados Foram previstos drenos de infiltração descendente em material granular, com utilização de tubos tanto para cortes em solo como em rocha. Caso sejam verificada a existência de vertentes sob a plataforma, deverá ser estudado um tipo especial de dreno, dreno espinha de peixe, com finalidade de rebaixar o nível do lençol freático e ao mesmo tempo em que desvia do corpo estradal todo fluxo subterrâneo, que neste caso, pode sem dúvida, causar sérios problemas ao pavimento. 3.13.5.6 Drenos longitudinais Foram utilizados os seguintes drenos longitudinais e transversais: Os drenos longitudinais são construídos em valas abertas paralelamente ao eixo da estrada, sob o acostamento e com a parte superior do selo coincidindo com a parte inferior do subleito ou com reforço do pavimento. Estes elementos com características técnicas conhecidas pelo projeto-tipo, foram indicados nos seguintes locais: 1. Onde se mostrou necessário o rebaixamento do lençol freático, o que pode ocorrer nos cortes significativos, tendo sido caracterizados como tal aqueles com altura superior a 2m. 2. Nos cortes em rocha, onde sua implantação é obrigatória; 3. Em qualquer lugar em que as camadas superiores de terraplenagem não possam ser drenadas livremente; 109 4. Sob aterro a baixos onde a montante apresente água surgente que não possa ser transposta por bueiro; Onde, mesmo que não tenha encontrado água livre até 1,50m, exista nesta profundidade uma camada permeável sobreposta a outra impermeável. Não considerar cortes que deverão ser arrasados, como também trechos curtos onde não houver necessidade de rebaixamento pela própria conformação do terreno. A profundidade normal do dreno é de 1,50m, podendo nos casos em que se deseja maior rebaixamento do lençol freático, atingir 2,00m. Os drenos longitudinais profundos serão constituídos de: Materiais condutores: 1. Tubos de concreto poroso; tubos cerâmicos perfurados, tubos de fibrocimento, materiais plásticos (corrugados, flexíveis perfurado, ranhurado) e tubos metálicos perfurados. 2. Material filtrante: Areia, agregados britados, geotêxtil, etc.; 3. Material drenante: Britas, cascalho grosso lavado, etc.. Os drenos longitudinais profundos podem ser: 1. Drenos descontínuos; 2. São drenos que constituídos de: tubos perfurados; materiais filtrantes e drenantes e capa selante; 3. Drenos contínuos; 4. São drenos que contém apenas o material drenante envolvido por uma manda geotêxtil. Recomendações para execução do processo de drenagem profunda: 1. Vala Deverá ser aberta de jusante para montante a fim de evitar acumulações de água; Deverá ter declividade igual à do greide, não podendo entretanto ser inferior a 1%; Deverá obedecer as dimensões padrões indicadas nos desenhos do projeto de execução; 110 Não terá saliência ou reentrância nas paredes e fundo em escavações em que seja necessário o uso de explosivos: Nos cortes em rocha deve-se evitar variações muito grandes na largura e profundidade. Podem ser admitidas variações para mais, entretanto, é desaconselhável, variações para menos. 2. Material filtrante e drenante: O material drenante para envolvimento dos tubos poderão ser naturais ou britados, constituídos de partículas limpas, durar e duráveis com 100% passando na peneira 1”, isenta de matéria orgânica, torrões de argila ou outros materiais deletérios; Deverão ser empregados molhados se apresentarem um coeficiente de uniformidade superior a 10. A água deverá a ser adicionada ao deposito do material no momento em que for feita a carga; Deverão ser colocados de montante para jusante; Deverão ser convenientemente compactados, especialmente, no lado úmido da vala, a fim de impedir o movimento de solo para dentro do dreno; Na parte do dreno compreendida entre o fim do corte a drenagem e a descarga, os tubos não serão perfurados e a vala pode ser enchida com solo comum. 3. Selo: Deverá ter espessura de 15 a 20cm e será executado com solo argiloso e devidamente compactado de modo a eliminar a possibilidade de siltamento do dreno; Deverá ser executado imediatamente após a colocação do material de enchimento da vala a fim de evitar-se, na ocorrência imprevista de chuvas, o siltamento do material do dreno. 4. Tubo: Os tubos previstos para os drenos profundos serão de concreto poroso com diâmetro interno de 0,20m e comprimento mínimo de 1,00m; Deverão ser rejuntados com argamassa de cimento e areia (1:4); 111 Deverão ser colocados de montante para jusante e no alinhamento e greide corretos a fim de manter a efetividade do escoamento da água. 5. Descarga: Deverá ser feita afastada do pé do aterro e protegida contra a erosão e soterramento. Não é recomendável a descarga dos drenos com o tubo interceptando um bueiro. A descarga com o tubo em balanço deve ter sua conveniência analisada, somente no caso de emprego de tubos metálicos, porque esse tipo de descarga com tubos de concreto, normalmente fracassará. É recomendável o uso de uma tela na boca do tubo de descarga para evitar que os roedores façam, ali, seus ninhos. Uma caixa de descarga deverá ser construída para proteger a descarga dos drenos. 6. Geotêxtil: Sendo utilizado por opção o dreno revestido com geotêxtil deverá ser utilizada manda de Bidim OP-30, ou similar, envolvendo o volume do material drenante. Quando ocorrer nos cortes a presença simultânea de solo e rocha, seráconstruído no limite entre eles, no segmento em rocha, um dreno cego, interligado por meio de caixa ao sistema de drenos longitudinais, com a função de captar as águas que possam percolar ao longo do trecho em rocha. Quando configurar estas ocorrências o segmento de solo em corte a montante é necessário analisar a conveniência de reduzir a profundidade dos drenos em solos ou aprofundar aqueles drenos em rocha a fim de se estabelecer a continuidade do fluxo d´água drenada. Todos os serviços de drenagem profunda estão de acordo com o “Manual de Drenagem de Rodovia DNIT – IPR VP 2006”. 112 3.13.5 Obras-de-Arte-Especiais 3.13.6.1 Pontilhões Os pontilhões são obras utilizadas para a transposição de talvegues nos casos em que, por imposição das descargas de projeto ou do greide projetado não possam ser construídos bueiros. Os elementos utilizados para o projeto dos pontilhões são os mesmos das pontes com exceção do tempo de recorrência que, nos casos dos pontilhões em geral se considera inferior ao das pontes. 3.13.6.2 Pontes São obras-de-arte destinadas a vencer talvegues formados por cursos d´água cuja transposição não pode ser feita por bueiros e pontilhões. Por sua maior importância e pelas suas extensões estas obras exigem estruturas mais complexas do que as usadas nos pontilhões e, por esta razão, no seu dimensionamento os procedimentos de cálculos deverão ser mais rigorosos. Elementos de projeto Tempo de recorrência O tempo de recorrência a adotar na determinação da descarga de projeto deve ser compatível com o porte da obra e sua vida útil, com a importância da rodovia seu nível de serviço e com o risco de temer a sua interrupção ou da destruição da obra, de vidas humanas e propriedades adjacentes. Dimensionamento Hidráulico Inicialmente devem ser obtidos os seguintes elementos Descarga do projeto, obtida pelos estudos hidrológicos, levando em conta o tempo de recorrência adotado e os métodos de cálculos recomendados para o caso, de preferencia os estatísticos, sempre que possível. Declividade do leito do rio, ou seu gradiente, determinada entre dois pontos distantes no mínimo de 200 metros, sendo um a montante e outro a jusante do eixo da rodovia a montante e a jusante, do qual deve distar 100 metros cada um, Levantamento de seções normais ao curso no local de sua travessia pelos eixo da rodovia a montante e a jusante; 113 Fixação do coeficiente de Manning a adotar para o curso d´água após inspeção local e exame da tabela própria constante do manual de drenagem do DNIT. Método de determinação da cota de máxima cheia, para cada altura h do nível d´água, correspondente a uma área molhada (A), um perímetro molhado (P) e, em consequência, no raio hidráulico (R)e a velocidade (V), que são relacionadas através da fórmula de Manning. V=((R²/³ x i¹/²) / n)) Substituindo V por seu valor Q/A (equação da continuidade), obtém-se Q=((A x R²/³ x i¹/²) / n)) Usando-se o método interativo chega-se a altura que corresponde a vasão igual a solicitada pela precipitação do estudo hidrológico. 3.14 Projeto de Restauração do Pavimento da Rodovia PE – 063 3.14.1 Inicio dos planos de restauração De acordo com o projeto executivo de engenharia do DER/PE – 2011 a restauração do pavimento da Rodovia PE - 063 foi desenvolvido com base no diagnóstico das condições funcionais e estruturais do pavimento existente, visando à concepção e dimensionamento de soluções de reabilitação capazes de o suportar a atuação das cargas do tráfego e restabelecer melhores condições de serventia ao pavimento, proporcionando melhores condições de segurança de tráfego e conforto ao usuário. O projeto foi desenvolvido a partir dos elementos levantados e arrolados pela equipe de engenheiro do órgão e prestadores de serviços. 1. Caracterização geométrica da estrutura do pavimento existente da pista de rolamento e acostamentos, através da realização de sondagens a pá e picareta/trado e ensaios rotineiros, de campo e em laboratório, com os materiais integrantes da mesma, inclusive subleito; 2. Avaliação das condições funcionais do pavimento flexível da pista de rolamento e alças de interseções através da avaliação objetiva da superfície do pavimento conforme DNIT 006/2003 – PRO em estações espaçadas a cada 20 metros, alternadamente na faixa esquerda e faixa direita 40 metros, inclusive determinação das flechas nas trilhas de roda; 3. Avaliação das condições estruturais do pavimento da pista de rolamento através da determinação das medidas das deflexões com utilização de viga Benkelman em estações espaçadas a cada 20 metros, alternadamente na faixa esquerda e faixa direita 40 metros. 114 4. Cadastro das condições dos acostamentos, amarrado ao estaqueamento da pista de rolamento, contemplando: Levantamento das condições da superfície dos acostamentos, com o registro do tipo de revestimento e da ausência de pavimento; Levantamento dos pontos de mudança das características dos acostamentos – tipo de revestimento e largura; Levantamento do degrau existente entre a pista e os acostamentos; 5. Pesquisa, identificação e estudos de ocorrências de materiais (jazidas de materiais granulares, areais e pedreiras) para emprego nos serviços de reabilitação do pavimento da pista de rolamento e acostamento. 3.14.2 Histórico Para elaboração dos diagnósticos do pavimento existente foram obtidas informações junto aos analistas e técnicos do DER-PE lotados na área de jurisdição da instituição com o intuito de descrever suscintamente o histórico do pavimento. A retrospectiva da pavimentação da rodovia ocorreu em 1981, a partir do entroncamento com a BR-101 ao sul da cidade de Escada. A pavimentação do trecho, de acordo com os bancos de dados do DER/PE e posteriormente através de sondagens no pavimento, é constituída das seguintes camadas: 1. Sub-base estabilizada granulometricamente sem mistura com espessura variando de 16 a 30cm, com predominância da espessura de 20cm; 2. Base solo – brita com espessura variando entre 19 e 30cm, com predominância de 20cm; e 3. Revestimento da faixa de rolamento em TSD com espessura média de 3,0cm. A pista possui 6,0 metros de largura, com duas faixas de 3,0 metros em tangentes e, os acostamentos variando de 0,70m a 1,00m de largura. Os acostamentos encontram-se erodidos e em alguns segmentos sem revestimento. Durante o período em operação, 30 anos, não foram realizadas obras de restauração, tendo sido executadas apenas correções superficiais de capina e limpeza de solos erodidos em pontos críticos. Encontramos as obras de drenagem obstruídas, erodidas, assoreadas e em muitos casos, destruídas levando o pavimento a forte deterioração pela erosão e saturação da terraplenagem e camadas do pavimento. A camada de base apresentou CBR médio abaixo do especificado para a solicitação de trafego em alguns segmentos homogêneos. 115 3.14.3 Tráfego Conforme o projeto executivo de engenharia do DER/PE – 2011 a restauração do pavimento da Rodovia PE – 063 foi elaborado ainda com base nos Estudos de Trafego, que possibilitaram a determinação / estimativa do parâmetro de tráfego a ser utilizado nos métodos de avaliação de dimensionamento de reforço de pavimento a serem empregados, representado pelo Número “N” de repetição do eixo simples padrão de rodas duplas de 8,2 toneladas, estimado com os fatores de equivalência do USACE e AASHTO. De acordo com recomendações do DERPE, adotou-se o Número “N” com 10 anos doMétodo AASHTO para o dimensionamento da restauração da rodovia. Quadro 27. Quadro 27 – Resultado do numero N Numero N Método Período 2012 / 2021 AASHTO 2,10 x 106 USACE 4,10 x 106 FONTE: Projeto DER/PE (2011). 3.14.4 Avaliação estrutural e funcional do pavimento existente Segundo o projeto de executivo de restauração da rodovia PE – 063 DER/PE - (2011), a avaliação estrutura teve como finalidade caracterizar o pavimento existente quando a sua integridade estrutural através da análise dos defeitos existentes, dos parâmetros de resistência e de deformabilidade. Estrutura do pavimento existente Comentamos aqui as características geométrica e geotécnicas, da estrutura do pavimento existente da PE – 063 no Trecho: Entr. BR – 101(Escada) / Entr. PE – 071 (Amaraji), De acordo projeto de executivo de restauração da rodovia PE – 063 do DER/PE - (2011). 1. Sondagens do pavimento da pista de rolamento realizadas ao longo do mesmo, totalizando 14 (quatorze) furos espaçados a cada 20,00m; 2. Resultados dos ensaios de densidade e umidade “in situ” realizados com os materiais constituintes das camadas granulares e do subleito do pavimento existente; 116 3. Resultados de ensaios realizados, em laboratório, com amostras coletadas do subleito, sub-base e base dos segmentos representados. A estrutura do pavimento atual de modo geral é constituída pelas seguintes camadas: 1. Revestimento: Tratamento Superficial Duplo – TSD; 2.Base de solo brita com espessura de 0,20m; 3.Sub-base granular com espessura de 0,20m; e 4.Acostamentos em TSS. Registramos que a camada de base possui ao longo de todo o segmento uma espessura média de 20cm, é composta por pedregulho arenoso incluído de silte- argiloso, conforme mostraram as sondagens do subleito. Os ensaios realizados em laboratórios com tais materiais revelam que: 1. A maior parte das amostras coletadas e ensaiadas da camada de base não são plásticas. 2. Quanto à capacidade de suporte apresentam ISC entre 40 e 93% nas condições ótimas de compactação, em laboratório, com a energia de referencia do Proctor intermediário; e 3. A maioria das amostras analisadas apresenta-se fora da faixa granulométrica especificada pelo DNIT Da mesma forma que a camada de base, a camada de sub-base, também constituída de solo estabilizado granulometricamente. Ensaios procedidos com tais materiais revelam que: 1. Quanto à capacidade de suporte apresentam ISC variando entre 8 e 65% nas condições ótimas de compactação, em laboratório, com a energia de referencia do Proctor intermediário; e, 2. Quanto às condições de trabalho, na pista, constatam-se graus de compactação situados em torno de GC = 97 e 100% em relação à energia de referencia do Proctor intermediário e; Quanto aos materiais constituintes do subleito da pista existente ao longo do trecho, predomina a argila silte-arenosa do tipo A-7-5 1. Quanto à capacidade de suporte apresentam ISC variando entre 4 e 12% nas condições ótimas de compactação, em laboratório, com a energia de referencia do Proctor normal; e, 117 2. Quanto as condições de trabalho, na pista, constatam-se graus de compactação situados em torno de GC=87 e 99%, e; 3. A maioria das amostras analisadas apresenta-se fora da faixa granulométrica especificadas pelo DNIT. Vejamos as características de uma seção transversal típica do perfil da Rodovia PE – 063 em obras de restauração demonstrada abaixo conf. figura 26. Figura 26 – Seção Transversal Tipo Fonte: Labtopope – 2017 da Universidade Católica de Pernambuco Fonte: http://www.labtopope.com.br/material-didatico/planilhas-de-calculo/ Condições Funcionais do Pavimento Existente As condições funcionais do pavimento existente foram demonstrados conforme “Projeto de executivo de restauração da rodovia PE – 063 do DER/PE - (2011)”, que foram avaliadas e propiciaram a caracterização qualitativa e quantitativa dos problemas ocorrentes: 1. Avaliação objetiva da superficial do pavimento conforme DNIT 006/2003-PRO, em estações espaçadas a cada 20 metros, alternadamente na faixa esquerda e faixa direita, inclusive determinação das flechas nas trilhas de roda; 118 2. Levantamento para avaliação da condição de superfície de subtrecho homogêneo de rodovias de pavimentos flexíveis e semi-rígidos, através da Norma DNIT 007/2003-PRO nas mesmas estações espaçadas a cada 20 metros, definidas para o levantamento anterior. O estado de condição da superfície do pavimento flexível é de modo geral regular ou ruim, com certa incidência de trincamento padrão FC -2 e FC -3, com alto percentual de desgaste, além da presença de remendos em diversos segmentos do trecho, justificando as medidas corretivas adotadas. Os quadros referentes aos levantamentos bem como as planilhas de calculo do IGG (Índice de Gravidade Global). Condições estrutural do pavimento existente Deflexão Benkelman O levantamento da condição estrutural do pavimento foi obtido através de medições de deflexões realizadas com Viga Benkelman em toda a extensão dos segmentos em pavimento flexível. As medições foram feitas nas mesmas estações utilizadas pela locação da poligonal da linha de eixo a cada 20metros, alternadamente de acordo e foram demonstrados conforme “Projeto de executivo de restauração da rodovia PE – 063 do DER/PE - (2011)”, A condição estrutural do pavimento existente é, de modo geral, relativamente regular ao longo de praticamente toda a extensão do trecho, com níveis deflectométricos na quase totalidade da extensão variando entre 8 e 64(0,01mm), estando na grande maioria abaixo do valor admissível que é de 78(0,01mm) de acordo com a Metodologia da “Norma para avaliação estrutural do pavimento DNER PRO 11/79”. Os levantamentos elaborados foram processados estatisticamente e lançados todos os parâmetros de defeitos, além das características do pavimento em um gráfico denominado “Diagrama Linear das Condições do Pavimento Existente” a seguir apresentados que ilustram os resultados dos levantamentos/determinações relativos à avaliação funcional e estrutural do pavimento, contendo: 119 1.0 Representação gráfica e valores das deflexões das máximas com viga Benkelman (DNER-ME 24/94), par as faixas esquerda e direita em conjunto; 2.0 Divisão dos segmentos considerados de comportamento homogêneo; 3.0 Índice de Gravidade Global – IGG dos segmentos homogêneos; 4.0 Valores das flechas nas trilhas de roda interna (TRI) e externa (TER) 5.0 Inventario de defeitos da superfície (DNIT 006/2003-PRO); 6.0 Locação e estaqueamento do trecho; 7.0 Estrutura do pavimento existente da pista de rolamento e acostamentos. Segmentos homogêneos De posse de todos os elementos obtidos durante a avaliação do pavimento, procedeu-se a divisão do trecho em segmentos cujo comportamento estrutural pode ser tomado como homogêneo e que, portanto, terão diagnósticos e tratamentos analíticos individualizados. A segmentação homogênea foi realizada considerando-se como parâmetro de referencia a condição estrutural do pavimento como um todo, representada pela deflexão sob a ação da carga, bem como condição funcional do pavimento existente, conforme “Projeto de executivo de restauração da rodovia PE – 063 do DER/PE - (2011)”. 3.14.5 Soluções de reabilitação do pavimento existente a.1) Metodologias de estudos As metodologias de estudos adotadas são as usualmente empregadas em projetos de restauração de pavimento sintetizadasa seguir e foram demonstradas conforme “Projeto de executivo de restauração da rodovia PE – 063 do DER/PE - (2011)”. 120 Analise conjunta da estrutura geométrica e geotécnica e das condições funcional e estrutural do pavimento existente, objetivando a definição dos segmentos de comportamentos homogêneos; Estudos estatístico/determinação dos parâmetros caracterizadores das condições e comportamento do pavimento para cada segmento homogêneo, tais como: 1. Deflexão, com determinação da deflexão característica (Dc=Do+Ϭ); 2. Frequência relativa da incidência de defeitos do tipo trincamento FC=2, FC-3, FC-2+FC-3, afundamentos plásticos, ondulação, panelas, exsudação, desgaste, remendo. (demonstrados em Norma DNIT 006/2003-PRO); 3. Flecha média na trilha de roda interna (TRI) e externa (TER); 4. Índice de Gravidade Global – IGG (valor e conceito). Diagnostico das condições e comportamento do pavimento Concepção e dimensionamento de soluções de reabilitação do pavimento. a.2) Diagnósticos do pavimento e Soluções Adotadas O segmento da pista de rolamento apresenta deflexões característica variando entre 36 e 50(0,01mm), onde a maior parte do trecho apresenta deflexões abaixo de 78(0,01 mm). Portanto verifica-se ainda que há a necessidade de correção funcional devido a presença de trincas FC-3, Panelas, Remendos e Desgastes. a.3) Intervenções de reabilitação do pavimento da pista de rolamento e acostamentos. Com base no diagnóstico do pavimento foram concebidas e dimensionadas as intervenções de reabilitação do pavimento da pista de rolamento e acostamentos, 121 considerando-se basicamente os seguintes parâmetros que retratam as condições funcionais e estruturais do pavimento existente: Deflexão característica; Condições da superfície do revestimento do pavimento através da incidência de trincamento, exsudação, afundamentos plásticos e remendos; Afundamentos por consolidação, através das flechas nas trilhas de roda. Visando restaurar as condições de serventia da estrutura do pavimento, utilizando, como subsídio para o desenvolvimento, os elementos fornecidos pelos estudos geotécnicos, de tráfego e de avaliação da superfície e da estrutura do pavimento foi indica a solução a seguir descrita conforme “Projeto de executivo de restauração da rodovia PE – 063 do DER/PE - (2011)” Reciclagem da camada de base com adição de 40% de brita 60% de solo e incorporação do revestimento existente na espessura de 20,0cm; Imprimação betuminosa; e, Revestimento em CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado à Quente, com 5,0cm de espessura, em toda a plataforma (pista+acostamento). Foi observada nos estudos realizados no pavimento a necessidade de melhorias do ISC a base, pois este apresentou em alguns trechos ISC menor que 60%, e no restante dos trechos estudados ISC muito próximo de 60%, devido a isso verificou-se a necessidade de corrigir o ISC da base para atender as diretrizes da norma de Pavimentação de execução de base estabilizada granulometricamente Especificação de Serviços Norma DNIT 141/2010-ES que preconiza: “ISC ≥ 60% para Número N ≤ 5 x 106 e ISC ≥ 80% para número N > 5 x 106.” Como o numero N previsto para o 10º ano (período de projeto) é igual a 2,1 x 106 foi indicada a reciclagem da camada de base, com adição de brita, bem como a incorporação da camada de revestimento para melhorias da resistência da camada de base para todos os segmentos homogêneos. Além do mais verificou-se que a pista encontra-se bastante desgastada e com grande incidência de remendos e 122 trincas do tipo FC-02 e FC-03, necessitando de restauração de praticamente toda a sua superfície. A solução recomendada escolhida apresenta ainda algumas vantagens a saber; i) possibilidade de corrigir a faixa granulométrica da camada de base existente; ii) Aumento do valor do ISC da camada de base existente, em função da adição de brita; iii) maior rapidez na execução dos serviços, e; iv) execução simultânea de toda a plataforma da rodovia. a.4) Pista de rolamento + acostamento De acordo com o “Projeto de executivo de restauração da rodovia PE – 063 do DER/PE - (2011)” temos a seção de corte e aterro da superfície do pavimento que demonstra pista em tangente para as duas faixas de rolamento com 6,00m e acostamento com 2,00m sendo 1,00m para os lados direito e esquerdo. Diante do exposto, a solução de reabilitação do pavimento da pista de rolamento contempla basicamente a seguinte intervenção, a saber: Reciclagem a frio da camada de base existente na espessura de 20cm, com adição de brita em peso na proporção de 30/70% e incorporação do revestimento existente. Imprimação betuminosa, e; Revestimento em C.B.U.Q – Concreto Betuminoso Usinado à Quente, com 5,0cm de espessura, em toda a plataforma (pista + acostamento). a.5) Dimensionamento do pavimento (faixa de desaceleração/aceleração) Foi adotado conforme Manual de pavimentação do DNIT, edição de1996, o dimensionamento da estrutura do pavimento o numero “N” correspondente a metodologia da USACE, cujo valor é igual a 4,1x106, ficou demonstrado na tabela 14 a seguir: 123 Tabela 14 – Resumo das soluções adotadas para restauração do pavimento DIMENSIONAMENTO DE REFORÇO DO PAVIMENTO DA RODOVIA PE - 063 SEGMENTOS HOMOGENEOS SOLUÇÃO ADOTADA N º ESTACAS QUILOMETRO Recicl. Cam. Base existente c/adição de 20% brita, em peso, e incorporação do revestimento existente Recicl. Cam. Base existente c/adição de 30% brita, em peso, e incorporação do revestimento existente C A P A (C M ) INICIAL FINAL INICIAL FINAL 1 0 + 0,00 161 + 0,00 0,00 3,22 0,20 5,0 2 161 + 0,00 195 + 0,00 3,22 3,90 0,20 5,0 3 195 + 0,00 350 + 0,00 3,90 7,00 0,20 5,0 4 350 + 0,00 407 + 0,00 7,00 8,14 0.20 5,0 5 407 + 0,00 443 + 0,00 8,14 8,86 0,20 5,0 6 443 + 0,00 514 + 0,00 8,86 10,28 0.20 5,0 7 514 + 0,00 569 + 0,00 10,28 11,38 0,20 5,0 8 569 + 0,00 750 + 0,00 11,38 15,00 0,20 5,0 9 750 + 0,00 900 + 0,00 15,00 18,00 0,20 5,0 10 900 + 0,00 1187 + 1,19 18,00 23,74 0,20 5,0 Fonte: DER/PE – Projeto Executivo de Engenharia para Restauração – 2011 Os resultados da solução adotada para a pavimentação das faixas de aceleração e desaceleração estão apresentados conforme projeto básico: Revestimento da pista de rolamento: Concreto Betuminoso Usinado a Quente, com espessura igual a 5,0cm em toda a plataforma do greide. Base de solo estabilizado granulometricamente sem mistura na espessura de 20cm; e, 124 Sub-base com mistura solo-brita (60% / 40%, em peso) na espessura de 20cm, que deverá ser executada em uma única camada. 3.14.6 Resumo geral consolidado da solução adotada a.1) Pista / Acostamentos De acordo com as metodologias expostas anteriormente, propõe-se as soluções apresentadas na tabela 14 acima para a restauração do pavimento da Rodovia PE – 063, no trecho objeto deste projeto de acordo com o Numero N estudado para o fluxo de transito da rodovia. Para as faixas de desaceleração e aceleração, nos segmentos que apresentam conflitos de interseções temos a seguinte solução a ser implantada e execução das soluções adotadas para revisão e restauração das camadasnobres do pavimento, conforme tabela 15. Tabela 15 – Resumo das soluções adotadas para faixa de desaceleração / aceleração DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO / ACOSTAMENTO Nº INTERSEÇÕES SOLUÇÃO ADOTADA (cm) CBUQ BASE SOLO- BRITA (60/40) SUB-BASE ESTABILIZADA 1 Entr. com a BR - 101, na estaca 0+0,00 5,00 20,00 20,00 2 Acesso à Usina União, na estaca 480+0,00 5,00 20,00 20,00 3 Acesso à Primavera, na estaca 508+10,00 5,00 20,00 20,00 Fonte: DER/PE – Projeto Executivo de Engenharia para Restauração - 2011 Foi acompanhamos estudo para dimensionamento do pavimento da restauração da rodovia PE – 063 e abaixo representamos as seções transversais definidas do respectivo projeto que deverá ser executado obedecendo as Normas e Especificações de serviços do DNIT Temos então o demonstrativo da seção transversal em tangente da rodovia PE – 063 em obras de restauração, correspondente aos Cortes e Aterros, a figuras 27. 125 Figura 027 – Seção em Tangente – Corte/Aterro – Existente/Projetada Fonte: Projeto de executivo de restauração da PE – 063 DER/PE - (2011) Segue abaixo o demonstrativo da seção transversal em curva correspondente aos Cortes e Aterros em curva apresentando características de declividade da rodovia figura 28. Figura 028 – Seção em Curva – Corte/Aterro – Existente/Projetada Fonte: Projeto de executivo de restauração da PE – 063 DER/PE - (2011) Para restauração de um pavimento observa-se todas obras de Arte Especiais existentes no trecho: 3.15.1 Levantamento e Projeto de Restauração de Obras de Arte Especiais 3.15.1.1 Considerações Iniciais 126 A inspeção realizada foi acompanhada em campo e seguiu a metodologia contida no Manual de Inspeção de Pontes Rodoviárias do DNIT, objetivando identificar o estado de conservação das mesmas, de modo a determinar os elementos necessários para subsidiar o projeto executivo de restauração. A finalidade da inspeção de uma ponte é verificar e registar seu estado, avaliar sua integridade e a segurança que oferece ao usuário e ao trafego irrestrito das cargas móveis convencionais. Para inspeção, deve-se ter pleno conhecimento dos processos de deterioração que podem reduzir a integridade da ponte, a segurança que oferece e sua capacidade de carga. Este conhecimento permite que o inspetor possa avaliar as causas da deterioração, a velocidade de sua progressão e as providencias que devem ser tomadas, um levantamento especifico foi realizado para avaliar as obras de artes especiais existentes no investimento. Segue abaixo tabela com as características de obras d´artes especiais existente ao longo da estrada, conforme quadro 28. Quadro 28 – Características das O.A.E. existentes no trecho Pontes Rodoviárias - PE 063 Nº DE ORDEM BACIA TIPO ESTACA INICAL ESTACA INICAL COMPRIMENTO LARGURA ALTURA ( m ) ( m ) ( m ) 1 14 PONTE 173+9,61 173+18,86 9,25 10,00 4,00 2 20 PONTE 242+1,60 242+8,40 6,80 7,30 3,00 3 29 PONTE 332+15,14 333+4,74 9,60 7,00 2,30 4 31 PONTE 383+3,10 383+14,70 11,60 7,20 5,20 5 38 PONTE 539+19,20 540+14,20 15,00 7,30 6,00 6 39 PONTE 556+5,05 556+12,55 7,50 7,30 6,00 7 51 PONTE 722+1,62 722+7,62 6,00 7,30 2,70 8 53 PONTE 782+4,90 782+12,10 7,20 10,00 2,40 9 56 PONTE 882+13,90 883+0,10 6,20 10,00 4,00 10 59 PONTE 953+11,27 954+3,27 12,00 7,30 6,00 Fonte: Projeto de executivo de restauração da PE – 063 do DER/PE - (2011) 127 3.15.1.2 Inspeção de obras de arte especial Foram inspecionadas 10(dez) obras de arte especial e não foram registrados anomalias ou defeitos em sua estrutura, que tenham grandes dimensões, das obras inspecionadas foram encontrado apenas alguns 25% dos guarda-corpo quebrados que precisam ser restaurados. 3.16.1 Estudos de Proteção Ambiental 3.16.1.1 Levantamento Cadastral Os estudos de proteção ambiental levaram em consideração, as características do meio ambiente na Área de Influencia do empreendimento, o Cadastro do Passivo Ambiental, bem como as exigências da Legislação Ambiental vigente e a experiência vivenciada pelos técnicos do DER/PE na execução de obras de restauração. 3.16.1.2 Passivo Ambiental As ocorrências de passivo ambiental, sujeito a um Projeto Ambiental são praticamente inexistentes, uma vez que a grande maioria diz respeito à erosões pontificadas de forma longitudinais e transversais da rodovia existente, as quais serão solucionadas após a limpeza dos dispositivos existentes e implantação de sistema de drenagem complementar ao existente, retaludamento e revestimento vegetativo com hidro-semeadura nos taludes de corte reconstruídos por problemas erosivos. 3.16.1.3 Impactos Ambientais Em todo processo de restauração da via, as áreas mais impactadas serão aquelas onde ocorrerão à exploração de jazidas, as quais deverão ser submetidas a um processo de reabilitação. Para mitigação dos impactos foi indicadas execução de Programas de Educação Ambiental e de Recuperação das áreas exploradas, além de terem sido apresentados cuidados com instalação e funcionamento da Usina de Asfalto e do canteiro de obras no que diz respeito a segurança e higiene do trabalhador. 128 Para minimizar os impactos ambientais dos taludes de cortes, ocorrem execução da declividade com utilização de escavadeira hidráulica e executados na rampa regularizada na proporção de 1/1,5 com objetivos de evitar desmoronamentos futuros. Foi implementado o plantio de gramínea pelo método de hidro-semeadura em todos os taludes de cortes apicoados, contribuindo desta forma para criação de rugosidade e estabilidade do terreno em declive. Os taludes de aterro que apresentavam desmoronamento, foram rebaixados, escalonados e reaterrados em camadas de 20cm e compactados na energia do proctor normal e grau de compactação de 100%, e em seguida foi executado plantação de capim sândalo, que fortalece a superfície do talude de aterro formando uma rugosidade natural. 129 4.1 – Metodologia Identificação e localização geográfica da região A rodovia PE – 063 localiza-se conforme figura 29 na Zona da Mata Úmida Sul do Estado, e faz ligação entre os municípios de Escada / Amaraji / Via BR 101 - Em Amaraji a Rodovia conecta-se com a PE 071 que faz interligação com A BR 232 no Município de Gravatá. Figura 29 localização geográfica da Rodovia PE - 063. Figura do Software de Autoria do Autor do TCC - 2017 Conhecendo antiga estrutura do pavimento da Rodovia. O levantamento de campo, bem como os estudos para elaboração do projeto, da rodovia constatou que o pavimento da rodovia tem características estruturais de camadas de subleito com espessura variável, sub-base de material selecionado com espessura de 0,20m, Base estabilizada granulometricamente na espessura de 020m, com revestimento em TSD-Tratamento Superficial Duplo. Relacionamos abaixo os principais defeitos e patologias existentes nos segmentos da rodovia. 130 Com o levantamento de campo, foram registrados em ficha de inventario para avaliação dos defeitos do pavimento os seguintes defeitos; fissuras dos tipos FC-1, FC-2, FC-3, Trilha de Rodas, Ondulações, Panelas, Desgastes, Remendos e desnível acentuado do acostamento “Praticamente não existindo”. Apresentava diversos problemas de drenagem superficial. “Sarjetas e Banquetas totalmentequebradas e danificadas”. O Sistema de drenagem profunda com problemas de colmatação, em segmentos pontuais não mais funcionavam. Com as informações dos valores das deflexões das máximas obtidas com a viga Benkelman para as faixas esquerda e direita chegou-se a conclusão que a rodovia não suportava mais trabalhos de conservação pelo seu índice de gravidade global apresentada pelo sistema de gerencia de pavimentos que apontou como solução ação de restauração da rodovia em detrimento do custo x beneficio. Acompanhamento da execução dos serviços em campo Os acompanhando dos serviços, tem como meta a qualidade da execução e resultados satisfatórios do controle dentro das normas. Mas no inicio da obra em andamento observou-se um comportamento insatisfatório do pavimento novo quando submetido aos testes de cargas “in loco” O pavimento liberado logo após o termino da faixa, para liberação ao trafego e iniciar a faixa adjacente que encontrava-se em obras objetivando a restauração. Foi escolhida uma comissão de engenheiros para averiguar os problemas que surgiam na camada de revestimento executada e liberada ao trafego, porque começaram a surgir diversos defeitos do pavimento os quais foram crescendo gradativamente em virtude do trafego intenso de caminhões de carga de mercadorias, botijão de gás, insumos e matéria prima “cana-de-açucar” e os caminhões que transportavam os produtos manufaturados das usinas de açúcar e álcool. Com o acompanhamento de campo da obra em execução, constatou-se que surgiam precocemente diversos defeitos na capa de rolamento chegando a comprometer a camada de base e posteriormente afetaria a de sub-base em função das cargas impostas por terem sido dimensionadas pela metodologia de Dimensionamento do pavimento do DNIT em vigor. A equipe de engenheiros de campo passou a analisar o projeto e constatou que no papel tudo se encontrava de acordo com as normas. Surgindo assim a 131 criatividade de escolher um trecho de 1000m para no decorrer de 180 dias obterem informações através de LVC – Levantamento Visual Continuo dos índices de serventia do pavimento. Surgiram nas primeiras semanas do primeiro mês, falhas na capa de rolamento, tais como trincas isoladas transversais, interligadas e longitudinais. Durante o segundo mês as pequenas trincas apresentavam tendência para trincas interligadas. Do terceiro ao quarto mês o segmento experimental apresentava defeitos que aumentavam de forma rápida, com trincas interligadas de blocos e panelas. Chegado ao período de observação final do quinto para o sexto mês o trecho já detinha defeitos do tipo panelas profundas, afundamento local e afundamento de trilha de rodas, chegando à ruptura das camadas do pavimento em pontos isolados na faixa direita e esquerda do pavimento Os engenheiros procuram resolver a situação realizando novos ensaios de campo in loco, como os ensaios apontavam para o subleito e sub-bases grau de compactação e umidade ótima previstos em projetos e dentro das normas e padrões analisados com algumas discrepâncias, chegaram a conclusão que o dimensionamento precisava ser reestruturado. Para resolver o problema seria necessário reforçar a estrutura do pavimento objeto do estudo para restauração da rodovia. 4.1.1 – Coleta de Dados Foram realizados coleta de dados através de LVC - Levantamento Visual Continuo com medições semanais dos defeitos do pavimento, que após os estudos e análise durante o período de teste chegou-se a conclusão que seria necessário aumentar a robustez da base para se obter uma maior durabilidade do pavimento. 4.1.2– Análise dos Dados Registrando dados preocupantes pelo rendimento obtido com o produto em função da vitalidade prevista em projeto de 10 a 20 anos a vida útil do pavimento e que o planejamento não atendia para a região da mata úmida por históricos de altas precipitações pluviométricas e região rica em solo massapê com predominância de finas argilas, siltes e solos orgânicos e saturados, com características de baixa 132 resistência a compressão, foi então necessário repensar o projeto para toda estrutura do pavimento. Analisando os dados coletados através do LVC - Levantamento Visual Continuo. A tabela 16 abaixo traz informação do resumo das observações em 180 dias de executado os serviços e liberados ao trafego intenso tendo em vista o período da colheita da cana-de-açucar da região. TABELA Nº 16 - NIVEIS DE SERVENTIA DO SEGMENTO OBSERVADO Avaliação do padrão de conforto da faixa de rolamento PERFORMACE NOTA (VSA) SEGMENTO (m) INDICE ICC (%) Rodovia em Operação Excelente 4 A 5 60,00 6% Até 30 dias de pavimentado Bom 3 A 4 120,00 18% Até 60 dias de pavimentado Regular 2 A 3 590,00 77% Até 90 dias de pavimentado Ruim 1 A 2 140,00 91% Entre 90 dias à 120 dias de pavimentado Péssimo 0 A 1 90,00 0% Entre 120 dias à 180 dias de pavimentado Fonte: DNIT 009/2003-PRO (DNIT, 2003d) – Adaptado pelo Autor Como os índices ficaram entre regular e péssimo em pouco tempo de uso chegou-se a conclusão que a estrutura do pavimento precisava ser redimensionada. 5.1.0 – Resultados e Discussão As obras foram realizadas e acompanhadas pela fiscalização, deste o inicio da instalação do canteiro e procedimentos de engenharia, foram tomadas para administração da obra, dos equipamentos e do pessoal, além do novo cronograma físico e financeiro que foram alterados em função de uma nova realidade adotada para gerenciamento das camadas do pavimento e da questão de segurança da via e segurança ambiental, visto que o Brasil tem compromissos internacionais de preservação do meio-ambiente, além de cálculos refeitos para resistência a compressão por passagem dos eixos dos caminhões. A limpeza da plataforma e escalonamento de taludes de cortes dos acostamentos em desníveis, demonstrados na figura 30. 133 Figura 30 – Rebaixo do acostamento para regularização do desnível Fonte: Foto do Autor 2015 Foram executados os serviços de limpeza da faixa de rolamento com serviços de expurgo, bota-fora de materiais e rebaixo e escalonamento do subleito faixa de acostamento para regularização da plataforma. Os Reaterros dos acostamentos foram executados em camadas de 0,20m sendo trabalhados de acordo com A Normas de execução de Terraplenagem DNIT 108/2009-ES. Os aterros foram executados em camadas de 0,20m o processo de execução compreendeu umedecimento, homogeneização, regularização, compactação e acabamento, conformando o aterro até a cota de subleito. O retaludamento de corte conforme Figura 31, foi utilizado na execução dos aterros de bordo da rodovia nos acostamentos LD/LE reduzindo assim a distancia de transportes dos empréstimos de taludes de cortes. Os cortes foram taludados e retrabalhados por ocorrência de diversos desmoronamentos durante as enchentes de 2010 foram utilizados Escavadeira Hidráulica, Motoniveladora, Caminhão Basculante e Carregadeira Frontal, Trator com Grade de Disco, Caminhão Pipa e Rolo Compactador Pé de Carneiro. O controle de qualidade foi executado com coleta de materiais entre estacas D/E/Eixo, ensaiados em laboratório de solos e ensaios in situ para obtenção do grau de compactação de campo. 134 Figura 31 – Regularização do talude de corte com escavadeira hidráulica. Fonte: Foto do Autor 2015 A Sub-Base Os ensaios de laboratório apontavam que o método dedimensionamento do pavimento que foi trabalhado no mesmo modelo do DNIT deste a década de 1940, quando naquela época o Brasil iniciava a despontar como um país promissor para as montadoras de automóveis. Os ensaios realizados no trecho experimental para determinação do CBR-Índices de Suporte de Califórnia, que foram estudados para sub-base ficavam entre 19% e 23%, os de solo brita para base entre 25% e 30% que são valores não recomendados para sub-base e base conforme Norma de Dimensionamento do Pavimento do DNIT Nº 667. Modelo de Projeto de Pavimento Flexível da rodovia para uma previsão futura de trafego de 10 a 20 anos de durabilidade. Em função dos péssimos resultados do projeto, foi necessário adotar novos procedimentos de engenharia que mudaram o perfil de execução. Os engenheiros de campo redimensionaram o pavimento reaproveitando todo material granular da base e do revestimento existente transformando a superfície em camada de sub-base a qual receberia uma nova camada de base. A Tomada de Decisão foi autorizada pela Diretoria do Órgão competente e então foi executada a reciclagem da base existente com adição do material da capa de rolamento incorporando a camada desestruturada incorporando e tornando-a sub-base todos 135 os agregados existentes do revestimento deformado e ao mesmo tempo minimizando os danos ambientais por reaproveitar os materiais. Visualizamos o trabalho da recicladora um equipamento moderno que corta o material para estabilização da sub-base, porque a recicladora tem capacidade de corte do substrato do pavimento em profundidade até 0,500mm, homogeneizando e umedecendo o material, através de controles automatizados “Operação de estabilização da sub-base”, figura 32. Figura 32 – Processo de reciclagem do pavimento Fonte: Foto do Autor 2015 - Imagem da Recicladora em Operação A Base de Brita Graduada Após a reciclagem da base existente e das etapas de compactação com energia do proctor intermediário, foi relocado a linha de eixo pela topografia e demarcada as seções transversais referente a plataforma da estrada que foi preparada de acordo com as cotas do projeto para receber a camada de brita graduada simples, sobre a sub-base devidamente concluída e limpa com utilização da vassoura mecânica, e isenta de pó ou matéria orgânica da cana-de-açucar e liberada pela fiscalização, foi dado inicio a distribuição dos agregados para posterior execução, conforme demonstra figura abaixo. Processo de distribuição dos agregados da camada de base de brita graduada BGS, apresentou resultados satisfatórios por trabalhar sobre uma geometria 136 predefinida da camada reciclada onde foram corrigidos os teores de umidade, e removido os materiais saturados. A nova camada de Brita Graduada foi executada na espessura de 0,20m. Na figura 33 é possível observar os marcadores de off-set a direita e esquerda remarcando as cotas da plataforma. Figura 33 – Processo de Distribuição da Brita Graduada-BGS Fonte: Foto do Autor 2015 A logística de fornecimento e transporte da brita escolhida foi através da exploração comercial, portanto não ocorreram danos ambientais, visto que o fornecedor já possui EIA e RIMA e Licença Ambiental para funcionamento. Após espalhamento do agregado, procedeu-se com a execução da base camada individual acabada e definida em projeto complementar foi de 20cm, que submeteu a compactação com energia de proctor intermediário com Grau de 100% e teor de umidade variando ± 1% e Índice Suporte Califórnia – ISC ≥ 100% e expansão ≤ 3%. Demonstramos abaixo figura 34 da execução da base de brita graduada, espalhamento, controle de qualidade, controle de umidade, regularização, compactação e acabamento. 137 Figura 34 – Processo de Execução da Base Fonte: Foto do Autor 2015 - Base de Brita Graduada – BGS Na foto acima verificamos o espalhamento da brita com motoniveladora que encontra-se conformando os primeiros 0,10m superfície a qual será lançada mais 0,10m totalizado 0,20m de espessura para a camada de Base. Foram utilizados na execução da base de brita graduada, agregados utilizados, a partir da britagem da rocha sã, devem constituir-se por fragmentos duros, limpos e duráveis. Sendo livres do excesso de partículas lamelares ou alongadas, macias ou de fácil desintegração e/ou outras substâncias orgânicas ou químicas que venham contaminar ou prejudicar a qualidade e a resistência do agregados, que deve se enquadra nas Normas do DNIT xxx/2017-ES e ABNT NBR12264 DE 01/1991. A Imprimação Na próxima etapa sobre a base concluída executou-se a imprimação com taxa de 1,2 litros por m², que consiste na aplicação de uma camada fina de material betuminoso CM – 30, e/ou EAI – Emulsão Asfáltica para Imprimação, sobre a camada granular da base concluída. Tem como objetivo aumentar a coesão da superfície imprimada favorecendo à impermeabilização das camadas inferiores e aumentar a aderência com a camada superior. 138 Nesta execução utilizou-se o caminhão espargidor de asfalto com equipamento de controle de temperatura agregado, que distribui o CM – 30 com taxa de 1,2litros por metros quadrados, no qual são realizados ensaios in situ da bandeja, para confirmação da distribuição correta do ligante. Atualmente o CM – 30 está sendo substituído pela EAI – Emulsão Asfáltica para Imprimação componente a base de água e praticamente por não agredir ao meio ambiente. O CM – 30 tem um potencial de agredir mais o meio ambiente principalmente se chover por possuir base de querosene que podem ser conduzidos pela chuva as fontes de água, figura 35. Figura 35 – Processo de Execução da Imprimação Fonte: Foto do Autor 2015 – Execução da Imprimação O Revestimento Asfáltico. Para a Restauração da Rodovia PE – 063, foi instalado uma usina móvel em condições de produzir misturas asfálticas uniformes com teor de 8% em peso do produto final usinado. A usina utilizava o método gravimétrico para uniformidade do CAP 50/70, filler e agregados dentro das Normas. Após a execução foi procedida as etapas de execução do revestimento asfáltico. Primeiramente, é recomendado executar nos trechos imprimados com mais de sete dias, uma pintura de ligação, não seria necessário, mas foram submetidos ao trafego e portanto perdeu aderência, nesse caso utilizou-se a pintura de ligação com RR-2C e taxa de 0,500L/m² litros por metros quadrados. Para distribuição do CBUQ tipo 139 Binder, alinha-se e calibra-se a Máquina Pavimentadora Motriz tipo Vibro-acabadora, para conformação de 4cm de Binder tipo de CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado, Quente, utilizando agregado de graduação mais aberta para redução de custos, pois tem a finalidade de diminuir o teor do CAP 50/70, submetido a compactação e acabamento, cumprindo a NORMA DNIT 031/2006 – ES. A execução da camada final será proporcional ao avanço da camada Binder, executamos segmento de no máximo 2000m em uma das faixas com pare e siga, executando-se uma faixa, após os processos de compactação e acabamento os serviços passa para a segunda faixa geralmente em dias alternados. Foram utilizados os mesmos equipamentos para execução do CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente com granulometria apropriada para a capa de rolamento, que é mais fechada a execução da camada final de 3cm submetida a temperaturada mistura na obra deve-se atingir 140Cº a 160Cº, todos os procedimentos da construção devem obedecer as instruções do Manual de Pavimentação do DNER, 1996 e Concreto Betuminoso especificação de serviço – ES313/97 DNER. Segue figura 36 com aplicação final da camada de rolamento em CBUQ- concreto betuminoso usinado a quente. Figura 36 – Processo de Execução da capa de rolamento em CBUQ Fonte: Foto do Autor 2015 – Execução da capa de rolamento 140 A compactação e o acabamento. Este serviço de distribuição da mistura antecede a etapa de compactação onde são utilizados rolos de pneus, de pressão variável e rolo tanden com cargas de 8 a 12 toneladas liso, a compressão é iniciada pelos bordos, no sentido longitudinal, continuando os movimentos de ida e volta do segmento fechado em direção ao eixo da rodovia. Nos pontos de curvas, observa-se a superelevação, neste caso a compressão do material deverá iniciar sempre do ponto mais baixo para o mais alto. E cada passada do rolo deverá ser sobreposta na largura compactada pelo compactador autopropulsor delimitando um fino acabamento, que em alguns locais por falha de distribuição, se faz necessário e correções manuais são feitas com pessoal experiente que sabe manusear o rastelo tipo de equipamento manual para acabamentos. Na figura 37 demonstra-se os trabalhos de compactação da mistura betuminosa usinada a quente. Figura 37 – Compactação da camada de revestimento em CBUQ Fonte: Foto do Autor 2015 A drenagem profunda e superficial Foram executados drenos profundos nos segmentos com afloramento de umidade elevada e executados de acordo com a Norma do DNIT, drenos profundos com tubos em corrugados em PEAD para drenagem e envolvidos com brita e geomanta. 141 Para manutenção do padrão construtivo da via se faz necessário uma boa drenagem superficial em função das bacias de contribuição que nos períodos de chuvas seguem pela rodovia visto que o pavimento impermeabiliza uma grande área correspondente a faixa continua que a precipitação atinge e devem ser direcionadas para as laterais da rodovia, conduzidas por elementos de drenagem para que não ocorram erosões nos taludes de aterros e cortes, conformes figuras 38 e 39 abaixo. Figura 38 – Execução de sarjeta triangular revestida – STC 03 Fonte: Foto do Autor 2015 Os serviços de drenagem superficial tipos sarjeta, banqueta, meio-fio, descida d´água, valetas de proteção de corte e aterros foram executados conforme Manual de Drenagem do DNIT – IPR- 2006. Figura 39 – Execução de dreno profundo Fonte: Foto do Autor 2015 142 A Sinalização Horizontal e Vertical A sinalização horizontal e vertical foi executada conforme manual de sinalização rodoviária do DNIT-IPR 743, conforme figura 40. Figura 40 – Execução da Sinalização Fonte: Foto do Autor 2015 A rodovia apresenta bom desempenho operacional, necessitando apenas serviços de conservação e gestão da faixa de domínio para que os usuários das faixas lindeiras não danifiquem o pavimento, inclusive os plantadores de cana-de- açucar devem receber orientação do órgão gestor no sentido de preservar os elementos de drenagem ou reconstruí-los quando forem danificados por equipamentos de transportes da cana-de-açucar, tais como caminhões trucados, treminhões, tratores, carregadeira de cana tipo bell, rebocadores, etc, 6.1.0 – Conclusões A restauração da rodovia PE 063 foi executada, conforme planejamento do Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de Pernambuco-DER/PE, com uma qualidade diferenciada das rodovias canavieiras construídas na época do Governador Roberto Magalhães, que foram implantadas e pavimentadas de 1983 a 1986. Com pavimento flexível em TSD –Tratamento Superficial Duplo, sobre uma base de solo Brita com 30% de brita e 70% de material selecionado em peso, como 143 ocorreu na rodovia PE – 063 na época, com o decorrer do tempo passou por diversas operações de conservação, mas chegou ao final da vida útil do pavimento flexível. Os futuros projetos para esta região devem levar em consideração, as características dos solos, as altas precipitações pluviométricas, as questões das interferências da cana-de-açucar no período de colheita, uma operação essencial para a economia da região, mas por outro lado muito danosa ao pavimento da rodovia, que por falta de cuidados dos operadores de maquinas colheitadeiras, em suas operações de carga e descarga, danifica os elementos de drenagem da rodovia, que se não forem refeitos diminui-se consideravelmente a vida útil da estrada. A temática do número N que equivale as operações de eixo simples padrão durante o período de projeto (8,2tf = 18.000lbs= 80KN). O numero é dado por: N= (365 x P x Vm x FE x FC x FR) Onde: Vt = 365xPxVm -----> P = vida útil em anos FV=FE x FC -----> FV = Fator de Veículos Vm = Volume diário médio de tráfego do ano médio de análise: Vm = (Vo+V1)/2 para crescimento linear e Vt=365 x Vo + ((1+1)p – 1))/t -----> t = taxa de crescimento anual (%) FE = 2x+3y+4z -----> Composição de números de eixos correspondentes -----> 2 eixos ( x% ) -----> 3 eixos ( y% ) -----> 4 eixos ( z% ) FC = Fator de Carga -----> Determinação do número de eixos equivalentes ao eixo padrão. -----> Cada carga (eixo simples, duplo ou triplo) tem um fator de equivalência (FEC) que refere-se ao dano provocado pelo eixo padrão (8,2 tf) obtida em pistas experimentais. 144 FR = Fator climático Regional -----> Valores que variam (0,2 a 5), no Brasil como não temos parâmetros específicos para clima regional utilizamos FR = 1 Como vimos estes conceitos estão desatualizados para nossa realidade de hoje, a formulação dos processos para obtenção do numero N necessita ser atualizado para a realidade do trafego de hoje por ser um trabalho de pesquisa bastante abrangente, ira requer do DNIT um esforço no sentido construir uma nova Norma de Dimensionamento do Pavimento. Em nosso estudo é um fator primordial que defendo neste trabalho universitário e com certeza será instrumentos de discussão e pesquisas para diversas teses. O projeto inicial da rodovia PE – 063, indicava um pavimento para um número N calculado pelo Método da AASHTO 2,1 x 106, que serve de parâmetro para cargas por eixo submetida a uma rodovia após seu estudo de tráfego, o qual foi definido em projeto reciclagem da base com adição dos agregados do revestimento betuminoso (TSD-Tratamento superficial Duplo), para uma base que seria revestida por uma camada de 5cm de CBUQ-Concreto Betuminoso Usinado a Quente. O pavimento que foi submetido ao tráfego no início da restauração e que logo após surgiram defeitos indesejáveis e prematuros e inesperados em tão pouco tempo de uma rodovia construída nesta região. Observamos também que em outras regiões do Brasil os mesmos problemas ocorrem. Se os cálculos de Engenharia estão corretos, conferidos laborados, testados e os trabalhos de execução foram aprovados por metodologia de ensaios de laboratórios, a rodovia é para durar um período previsto pelo projeto de 10 a 20 anos, mas não está acontecendo, tem algo errado. Chegou-se a conclusão que os veículos de meados do século XX, foram produzidos com menor capacidade de carga, portanto a tensão por eixo bem menor. No final do século XX e início do século XXI, oavanço do conhecimento tecnológico instituída pela sociedade do conhecimento e da inovação das indústrias montadoras produzem os caminhões de tamanho e capacidade cada vez maior, com modelos tipos veículos carretas e treminhões que transportam os bens manufaturados para os grandes centros consumidores do Brasil. A logística no intuito de reduzir custos maximizam as cargas destes caminhões para obter economia de escala, que as 145 tensões por eixo impostas ao pavimento provocam as irregularidades e deformações, apresentando índices de prematuridade de serventia indesejada pelos usuários. Na execução da restauração da Rodovia PE – 063, o pavimento foi reforçado com uma camada de brita graduada com espessura de 0,20m, formando praticamente uma base reciclada, sobre outra base de brita que foi recalculado o numero N pelo Método da AASHTO para 5 x 106 ≤ N ≤ 5 x 108 para um maior suporte de capacidade de carga impostas por estes novos veículos. Este problema foi visto e solucionado em tempo hábil, através de segmento teste de 1000m, através de diversos ensaios de laboratórios e uma visão experimental de engenheiros do setor rodoviário. Tomamos conhecimento que o Número N está sendo estudado e reformulado em 2017 pelo DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes e estudados pela maioria dos DER do Brasil e muito em breve teremos um Novo Manual Brasileiro atualizado para o setor de projetos de pavimentos flexível que será adotado para dimensionamento do pavimento de nossas rodovias. Justifica-se esta defesa em função das grandes perdas de recursos públicos, na utilização da infraestrutura rodoviária que possuímos para o modal de transporte rodoviário do país as estatísticas apontam que é mais versátil, mas apresenta um custo maior diante dos modais hidroviário e ferroviário que por sua vez é adequado para mercadorias de alto valor ou perecíveis, produtos acabados ou semi-acabados. Com uma malha rodoviária que possui dimensões continentais os custos são muito significativos para manter 1,700 milhão de quilômetros de estradas em operação no Brasil. Vejamos a descrição da malha rodoviária do Brasil Brasil: 1,7 milhão de quilômetros de estradas Estradas pavimentadas: 12,9% (221.820 quilômetros) Estradas não pavimentadas: 79,5% (1.363,740 quilômetros) Estradas planejadas: 7,5% (128.904 quilômetros) Rodovias estaduais: 14,8% (255.040 quilômetros) Rodovias municipais: 78,11% (1.339,26 quilômetros) 146 Rodovias federais: 7% (119.936 quilômetros) Rodovias pavimentadas em obras: 13.830 quilômetros Rodovias duplicadas: 9.522 quilômetros Rodovias simples: 192.569 quilômetros Fonte: DNIT. (Atualizado em Setembro/2014 - Sistema Viário Nacional) 147 5.1 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AASHTO, American Association of State Highway and Transportation Officials, Rough Roads Ahead, Fix Them Now or Pay for It Later. USA. 2009. - Disponível em: <http://roughroads.transportation.org\Roads_FullReport.pdf> - Acesso em: 20/09/2017. ALBANO, João Fortini. Efeitos dos excessos de carga sobre a durabilidade de pavimentos. 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RODOVIA: TRECHO: ESTACA + ESTACA INTERMEDIARIA AREA DA SEÇÃO Σ AREA DA SEÇÃO SEMI DISTANCIA VOLUME PARCIAL VOLUME ACUMULADO 817 + 0,0000 0,000 0,0000 0,00 0,000 0,000 817 + 5,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 0,000 817 + 10,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 0,000 817 + 15,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 0,000 818 + 0,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 0,000 818 + 5,0000 10,000 10,0000 2,50 25,000 25,000 818 + 10,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 75,000 818 + 15,0000 15,400 25,4000 2,50 63,500 138,500 819 + 0,0000 15,400 30,8000 2,50 77,000 215,500 819 + 5,0000 11,000 26,4000 2,50 66,000 281,500 819 + 10,0000 14,500 25,5000 2,50 63,750 345,250 819 + 15,0000 10,000 24,5000 2,50 61,250 406,500 820 + 0,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 456,500 820 + 5,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 506,500 820 + 10,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 556,500 820 + 15,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 606,500 821 + 0,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 656,500 821 + 5,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 706,500 821 + 10,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 756,500 821 + 15,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 806,500 822 + 0,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 856,500 822 + 5,0000 10,000 20,0000 2,50 50,000 906,500 822 + 10,0000 0,000 10,0000 2,50 25,000 931,500 822 + 15,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 931,500 823 + 0,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 931,500 823 + 5,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 931,500 823 + 10,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 931,500 823 + 15,0000 0,000 0,0000 2,50 0,000 931,500 SERVIÇO: Retaludamento de corte em material de primeira categoria DER - DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM DO ESTADO DE PERNAMBUCO M A P A D E C U B A Ç Ã O PE - 063 Entr. Br - 101 (Escada) / Primavera / Amaraji / Entr. PE 071 157 Anexo VI – Formulário de Levantamento de Bueiros e Pontilhões 158 Anexo VII – Formulário de Levantamento da Drenagem Superficial 159 APÊNDICES Apêndice I – Formulário de Mapa de Calculo de Área por lado para calculo das áreas de plantio de gramínea ao longo da rodovia. Mapa de Calculo de Área - Adptado pelo Autor / 2017 Rodovia: Trecho: ÁREA(M²) ÁREA(M²) PARCIAL PARCIAL 606 + 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,00 0,00 0,00 0,00 0,00 607 + 5,00 2,00 2,00 12,50 25,00 2,50 4,50 12,50 56,25 81,25 608 + 15,001,50 3,50 15,00 52,50 2,00 4,50 15,00 67,50 201,25 609 + 5,00 3,00 4,50 5,00 22,50 3,00 5,00 5,00 25,00 248,75 610 + 0,00 2,00 5,00 7,50 37,50 2,70 5,70 7,50 42,75 329,00 611 + 0,00 1,00 3,00 10,00 30,00 2,80 5,50 10,00 55,00 414,00 612 + 0,00 1,50 2,50 10,00 25,00 2,90 5,70 10,00 57,00 496,00 612 + 10,00 2,00 3,50 5,00 17,50 2,80 5,70 5,00 28,50 542,00 613 + 7,50 2,50 4,50 8,75 39,38 3,20 6,00 8,75 52,50 633,88 614 + 0,00 3,50 6,00 6,25 37,50 3,40 6,60 6,25 41,25 712,63 615 + 6,00 1,00 4,50 13,00 58,50 3,00 6,40 13,00 83,20 854,33 616 + 0,00 1,20 2,20 7,00 15,40 2,00 5,00 7,00 35,00 904,73 TOTAL 5.417,80 Entr. BR-101 (Escada) / Primavera / Amaraji / Entr. PE - 071 PE - 063 ESTACA FAIXA DE ROLAMENTO - LD OBSERVAÇÃO M A P A D E C A L C U L O D E Á R E A SERVIÇO: Compensação ambiental com regularização do terreno e plantio de vegetação nativa (m2) ÁREA(M²) TOTALD/2LARGURA SOMA FAIXA DE ROLAMENTO - LE LARGURA SOMA D/2