ESTUDO E MONITORAMENTO DE UM TRECHO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO RESTAURADO A PARTIR DE ENSAIOS DEFLETOMÉTRICOS E DE TEXTURA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ESTUDO E MONITORAMENTO DE UM TRECHO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO RESTAURADO A PARTIR DE ENSAIOS DEFLETOMÉTRICOS E DE TEXTURA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Caciane Silvina Possani Santa Maria, RS, Brasil 2014

2 1 ESTUDO E MONITORAMENTO DE UM TRECHO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO RESTAURADO A PARTIR DE ENSAIOS DEFLETOMÉTRICOS E DE TEXTURA Caciane Silvina Possani Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito geral para obtenção do grau de Engenheira Civil. Orientador: Prof. Dr. Luciano Pivoto Specht (UFSM) Santa Maria, RS, Brasil 2014

3 2 Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia Curso de Engenharia Civil A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso ESTUDO E MONITORAMENTO DE UM TRECHO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO RESTAURADO A PARTIR DE ENSAIOS DEFLETOMÉTRICOS E DE TEXTURA elaborado por Caciane Silvina Possani como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheira Civil COMISSÃO EXAMINADORA: Prof. Dr. Luciano Pivoto Specht (Presidente/Orientador) Prof. Dr. Deividi da Silva Pereira (Avaliador, UFSM) Profa. Dra. Tatiana Cureau Cervo (Avaliadora, UFSM) Santa Maria, 08 de Julho de 2014

4 3 AGRADECIMENTOS Aos meus pais, pelo apoio e incentivo à minha educação e pelos ensinamentos que levarei para a vida toda. Agradeço por acreditarem e me ajudarem a alcançar os meus objetivos. Obrigada! Aos meus familiares, por toda a ajuda e prestatividade nos momentos em que precisei. Um agradecimento especial aos meus primos Lucas e Verônica pelo convívio neste período da minha graduação. Ao Prof. Dr. Luciano Pivoto Specht, meu orientador neste trabalho, meu agradecimento pela oportunidade de realizar este estudo, pela sua disponibilidade, pelos ensinamentos e por sua compreensão e paciência. À Profa. Dra. Tatiana Cervo e ao Prof. Dr. Deividi Pereira pela disponibilidade em participar da banca de avaliação, pelos ensinamentos repassados dentro e fora da sala de aula e pela amizade que sempre demonstraram. Ao GEPPASV e todos os seus membros que apoiaram e ajudaram a realizar esta pesquisa, em especial ao mestrando Maurício dos Santos que teve um papel importante na realização deste trabalho. Aos amigos e colegas pela amizade, carinho, ajuda e pelo companheirismo nos momentos tristes e felizes. Um agradecimento especial às colegas e amigas Fernanda, Liege e Tailene por me apoiarem nos momentos que precisei e por dividirem comigo os momentos de alegrias. A Universidade Federal de Santa Maria e seu corpo docente pela oportunidade de realizar este curso de graduação.

5 4 RESUMO Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Maria ESTUDO E MONITORAMENTO DE UM TRECHO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO RESTAURADO A PARTIR DE ENSAIOS DEFLETOMÉTRICOS E DE TEXTURA AUTORA: CACIANE SILVINA POSSANI ORIENTADOR: PROF. DR. LUCIANO PIVOTO SPECHT Data e Local da Defesa: Santa Maria, 08 de Julho de As rodovias brasileiras constituem o principal meio de transporte utilizado, tanto para transportar mercadorias como também na circulação de pessoas. No entanto, as suas condições de trafegabilidade não condizem com a sua importância e estão aquém do esperado por seus usuários. Desta forma os novos estudos referentes aos projetos e execuções de pavimentos estão sendo empregados para melhorar as condições e o desempenho dos pavimentos. Neste âmbito, este trabalho foi desenvolvido a fim de acompanhar o desempenho e as condições estruturais e funcionais de um trecho de pavimento restaurado. Primeiramente o pavimento foi submetido aos ensaios que determinam a solicitação que ele está sendo submetido pelo tráfego, assim como os principais ensaios que determinam as suas condições estruturais e funcionais. Em seguida, os dados tiveram suas devidas correções realizadas, e assim foi possível efetuar a análise do desempenho que o pavimento apresentou no período desta pesquisa. Os resultados demonstraram que a estrutura de um pavimento tem uma crescente degradação por ser constantemente e progressivamente solicitado pelo tráfego de veículos. As condições da superfície do revestimento também são suscetíveis ao intenso tráfego que incide sobre o pavimento. Assim, conclui-se que acompanhar o desempenho em pavimentos é necessário para manter as suas condições adequadas ao uso oferecendo conforto e segurança aos usuários. Palavras chave: Pavimento Asfáltico. Monitoramento de Pavimento. Condição Estrutural.

6 5 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivo Objetivo geral Objetivos específicos Sistematização REVISÃO DA LITERATURA Pavimentação asfáltica Restauração de pavimentos asfálticos Conservação de pavimentos asfálticos Monitoramento de pavimentos asfálticos METODOLOGIA Planejamento da pesquisa Informações sobre o trecho de pavimento asfáltico Solicitação do tráfego Medida de deflexão com a Viga Benkelman Medida de deflexão com o FWD Determinação da micro-textura com o Pêndulo Britânico Determinação da macro-textura pelo método da Mancha de Areia RESULTADOS Solicitação do tráfego Medida de deflexão com a Viga Benkelman Medida de deflexão com o FWD Correlação entre a Viga Benkelman e o FWD Determinação da micro e macro-textura... 48

7 6 5 CONCLUSÕES Considerações Finais Sugestões de trabalhos futuros REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 59

8 7 1 INTRODUÇÃO Com a evolução dos meios de transporte, a humanidade ganhou mobilidade e ampliou suas possibilidades de interação. A partir daí, o homem teve que aprimorar a maneira com que transportava pessoas e mercadorias para atender às necessidades que foram sendo impostas. A expansão do conhecimento auxiliou na construção de meios de transportes mais rápidos e seguros para que se chegasse cada vez mais longe. O transporte terrestre, por ser muito utilizado, tornou-se muito importante para as sociedades, deste modo buscou-se aplicar às estradas materiais que as tornassem mais resistentes e duráveis. As estradas foram construídas e pavimentadas para facilitar a passagem dos veículos com rodas para os mais diversos fins, tais como o transporte de mercadorias e pessoas. No Brasil, as rodovias são o principal meio de transporte, tal importância foi adquirida pela priorização que o governo ofereceu a este tipo de transporte em detrimento aos outros. No entanto, a malha rodoviária brasileira não existe em quantidade suficiente de suprir as necessidades do país. E grande parte das rodovias que são pavimentadas está danificada pela falta de manutenção adequada. Além disso, em algumas regiões, apesar de possuírem grande demanda, as estradas não são pavimentadas e seu estado de conservação é precário, principalmente nas regiões Norte e Nordeste do país. O pavimento, segundo Bernucci et al (2006), 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 melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança. E, os pavimentos asfálticos são aqueles em que o revestimento é composto por uma mistura constituída basicamente de agregados e ligantes asfálicos. É formado por quatro camadas principais: revestimento asfáltico, base, sub-base e reforço do subleito. Segundo o Manual de Pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte (DNIT), de 2006, a condição estrutural de um pavimento pode ser definida como a capacidade apresentada pelas camadas de solos e de materiais granulares de resistir às deformações elásticas e plásticas induzidas pelas cargas de tráfego; e a integridade estrutural

9 8 das camadas asfálticas e cimentadas, relacionadas ao grau e extensão do fissuramento existente. O estado geral de conservação das rodovias brasileiras é precário, principalmente devido ao elevado trânsito de veículos de carga, que geralmente trafegam com carga superior a permitida, e à falta de fiscalização não consegue impedir que isso ocorra. Outro fator que colabora para a degradação dos pavimentos é o clima, em algumas regiões pelo excesso de chuva, em outras pela seca, e também a grande variação de temperatura que ocorre entre o verão e o inverno, principalmente na região Sul do país. O crescimento da frota de veículos no Brasil não é acompanhado pelo aumento da malha rodoviária, o que se percebe na Figura 1, tornando este meio de transporte insuficiente e prejudicando a conservação adequada das vias existentes. Apesar de as rodovias apresentarem grande importância para a economia e o crescimento do país, por ser um meio muito utilizado para o transporte de mercadorias e de pessoas, os investimentos neste setor não suprem as necessidades. Figura 1 Congestionamento Fonte: Google Imagens

10 9 Devido à necessidade de aumentar e melhorar as condições das rodovias surge o dever da realização de estudos e pesquisas nesta área para se obter uma melhoria no padrão deste setor. Quando um pavimento supera sua vida útil de projeto e as suas condições de uso não são mais atendidas, se faz necessário um conjunto de operações destinado a restabelecer o perfeito funcionamento do pavimento. Assim, seguindo as orientações do Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006), deve-se escolher a alternativa de restauração mais adequada a fim de conferir ao pavimento a capacidade estrutural compatível ao tráfego projetado. Após a execução de uma obra de pavimentação, seja ela de implantação ou restauração, surge a necessidade de acompanhar o seu desempenho ao longo do tempo. O monitoramento do pavimento é feito através de ensaios estabelecidos pelos órgãos responsáveis. Isto é essencial para que correções possam ser efetuadas nos próximos projetos. Deste modo, este trabalho objetiva a realizar o estudo de um monitoramento após a restauração de um trecho de pavimento asfáltico para a obtenção de dados que possam colaborar no desenvolvimento das pesquisas em pavimentação. 1.1 Objetivo Objetivo geral O objetivo geral da pesquisa é a realização do monitoramento de um trecho de pavimento asfáltico restaurado através da avaliação das condições funcionais e estruturais do pavimento.

11 Objetivos específicos O estudo deste trabalho se propõe a realizar os seguintes objetivos específicos: - Realizar os ensaios que determinam as condições funcionais e estruturais do pavimento. - Realizar a contagem do tráfego do trecho para a determinação da solicitação que o pavimento encontra-se submetido. - Analisar os resultados obtidos através dos ensaios por meio da geração de tabelas e gráficos. - Realizar a correlação existente entre os ensaios defletométricos com a Viga Benkelman (VB) e com o Falling Weight Deflectometer (FWD). 1.2 Sistematização Este trabalho encontra-se organizado em cinco capítulos. O capítulo em questão menciona a introdução ao assunto que será discutido, de forma a situar o presente estudo na pavimentação e salientar a importância desta pesquisa para melhorar e atender as necessidades crescentes do país em relação às rodovias pavimentadas. O segundo capítulo mostra a revisão da literatura a respeito de todos os conceitos e normas sobre pavimentação asfáltica, restauração, manutenção e monitoramento de pavimentos de forma a obter embasamentos consistentes para o trabalho a seguir. O terceiro capítulo descreve a metodologia utilizada no decorrer da pesquisa, explanando sobre todas as fases do trabalho desde os ensaios realizados no trecho de pavimento em estudo até a avaliação dos resultados obtidos. O quarto capítulo apresenta os resultados dos ensaios realizados e os gráficos gerados ao longo da pesquisa, analisando e comparando os resultados no decorrer do estudo e discutindo se estes estão no padrão que se é esperado.

12 11 O quinto e último capítulo expõe as conclusões e considerações finais a respeito da pesquisa, juntamente com sugestões para a sua continuidade futuramente. Para encerrar o trabalho são apresentadas as referências bibliográficas que foram utilizadas para consulta durante o desenvolvimento da pesquisa.

13 12. 2 REVISÃO DA LITERATURA 2.1 Pavimentação asfáltica O pavimento é, segundo definição de Bernucci et al (2006), uma estrutura composta por camadas de espessuras finitas, construídas sobre a superfície final de terraplenagem, com a finalidade técnica e econômica de resistir aos esforços devidos do tráfego de veículos e do clima, e a proporcionar aos usuários boas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança. Para garantir às exigências estabelecidas ao pavimento, este deve permitir que o deslocamento do veículo seja suave, não causar níveis altos de ruídos, ter uma estrutura capaz de resistir a frota de veículos e ter uma drenagem eficiente para evitar possíveis derrapagens. O tipo de pavimento rodoviário mais empregado nas estradas brasileiras é o pavimento asfáltido, se atribui a este fato a importância de realizar pesquisas e estudos para melhorar o desempenho na pavimentação asfáltica. De acordo com Bernucci et al (2006), os pavimentos asfálticos possuem seu revestimento composto por uma mistura constituída de agregados e ligantes asfálticos, e são formados por quatro camadas principais, separadas em revestimento asfáltico, base, sub-base e reforço do subleito. As camadas em que é divido o pavimento têm o objetivo de distribuir as tensões provenientes dos veículos para as camadas inferiores, diminuindo-as gradativamente e protegendo o subleito. As camadas do pavimento, apresentadas na Figura 2, possuem funções específicas, de modo a garantir o desempenho adequado da via. O subleito compreende o terreno original, ou seja, a estrada após serem concluídas as etapas de corte e aterro, onde serão sobrepostas as demais camadas do pavimento. Em pavimentos muito espessos, o reforço do subleito é executado para diminuir a espessura da sub-base. A sub-base é a camada corretiva do subleito ou complementar à base. A base possui o objetivo de resistir aos esforços, e em conseqüência disso aliviar as tensões no revestimento e distribuí-las às camadas inferiores. O revestimento asfáltico, por ser a camada superior do pavimento, destina-se a sofrer diretamente as solicitações do tráfego e transmitir as tensões de maneira moderada às demais camadas inferiores; por ter contato direto com os veículos deve atender as condições de conforto e segurança.

14 13 Figura 2 Esquema de seção transversal do pavimento Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006) Para atender aos requisitos do projeto, a estrutura do pavimento deve ser composta por camadas que suportem e distribuam as solicitações que a elas forem impostas, de modo a garantir o desempenho esperado no período de tempo designado. Todas as camadas, citadas anteriormente, têm sua grande importância estrutural, no entanto, dependendo do tráfego, algumas delas podem ser desconsideradas. De acordo com a Confederação Nacional do Transporte (CNT), de 2013, um dos problemas existentes no Brasil, com relação à estrutura dos pavimentos asfálticos, deve-se ao não atendimento das exigências técnicas, no que se refere à capacidade de suporte das camadas do pavimento e na qualidade dos materiais empregados. As falhas construtivas colaboram para um processo de deformação mais acelerado, resultando em maiores custos com a restauração desses pavimentos. O Manual de Gerência de Pavimentos do DNIT (2011) considera que o pavimento deve ser projetado para durar determinado período de tempo. Durante cada ciclo de vida, o pavimento começa com uma condição ótima até atingir uma condição ruim. O decréscimo do índice de serventia do pavimento ao passar do tempo é o que caracteriza a sua degradação.

15 Restauração de pavimentos asfálticos O pavimento, segundo recomendações da CNT (2013), deve conter características que atendam à segurança, economia e ao conforto dos usuários. As condições da superfície do pavimento são fatores que podem gerar riscos de acidentes aos veículos, caso não estejam adequadas ao uso. Devido a isso, quando o pavimento atinge um grau de degradação que torna seu desempenho inadequado, é necessário realizar atividades de restauração para melhorar a sua estrutura e funcionalidade. A restauração de um pavimento, definida por Gonçalves (1999), é o processo de se restabelecer as condições funcionais por meio de ações que sejam técnica e economicamente adequadas, isso considera que a durabilidade e o desempenho da solução aplicada atendam os requisitos mínimos, além de propiciarem o retorno do investimento esperado. Os principais interessados com o estado de conservação da superfície dos pavimentos são os usuários, que percebem os defeitos e irregularidades da pista, pois isso afeta o seu conforto e também prejudica o veículo. Essas conseqüências geram em maiores custos no transporte, devido a gastos maiores na manutenção dos veículos. Portanto, manter as vias em bom estado, através de medidas restauradoras, colabora no desenvolvimento do setor de transporte. Segundo Bernucci et al (2006), para definir uma alternativa de restauração fundamental que aja um estudo das condições do pavimento existente. Este estudo é composto por uma avaliação funcional e uma avaliação estrutural. As avaliações geram dados importantes para a análise das condições do pavimento e contribuem para a escolha da melhor alternativa de restauração. Portanto, para se corrigir um defeito, é necessário se conhecer as causas que estão levando ao seu aparecimento. São inúmeras as causas que geram a degradação dos pavimentos asfálticos, uma delas é o tráfego de veículos de carga, uma vez que as deformações causadas no pavimento por esses veículos são grandes. Outro fator que contribui para a deterioração do pavimento é o clima, pois a água da chuva pode provocar a queda da capacidade de suporte, e a estrutura ao ser solicitada sofre maiores deslocamentos, causando danos ao pavimento. Se o pavimento contiver defeitos como trincas em sua superfície, a água pode infiltrar para a estrutura, agravando o problema. A temperatura também colabora para a aceleração da degradação do

16 15 pavimento, quando há temperaturas elevadas o revestimento asfáltico sofre maiores deformações, e quando as temperaturas são baixas podem ocorrer trincamentos por retração. O Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006) considera que a escolha da provável medida de restauração deve levar em conta o tipo, a intensidade e a severidade dos defeitos existentes na superfície do pavimento. A restauração é considerada mais como uma arte do que uma ciência, embora existam alguns métodos para reforço de pavimentos que possuem equações e modelos para calcular as espessuras de recapeamento que devem ser utilizadas em projetos de restauração. Para isso, é necessário seguir uma série de procedimentos analíticos e critérios de engenharia para encontrar a medida mais adequada de restauração. Bernucci et al (2006) cita algumas medidas de restauração de pavimentos asfálticos que podem ser tomadas dependendo dos tipos de problemas existentes no pavimento. Quando são encontrados apenas defeitos funcionais superficiais, sem a existência de problemas estruturais, podem ser empregados geralmente os tipos de revestimentos citados a seguir, e estes poderão ou não ser antecedidos por uma remoção através de fresagem de parte do revestimento antigo. São eles: lama asfáltica (selagem de trincas e rejuvenescimento); tratamento superficial simples ou duplo (selagem de trincas e restauração da aderência superficial); microrrevestimento asfáltico a frio ou a quente (selagem de trincas e restauração da aderência superficial quando existe condição de ação abrasiva acentuada do tráfego); concreto asfáltico (quando o defeito funcional principal é a irregularidade elevada); e mistura do tipo camada porosa de atrito ou misturas descontínuas (para melhorar a condição de atrito e o escoamento de água superficial). Quando o pavimento asfáltico estiver comprometido estruturalmente ou se perceba um aumento considerável, além do esperado, de tráfego, as opções de restauração ou reforço, segundo Bernucci et al (2006), são aquelas que restabelecem ou aumentem a capacidade estrutural do pavimento através de implemento de novas camadas à estrutura e/ou o tratamento das camadas existentes. Os tipos de revestimentos geralmente empregados nesses casos são o concreto asfáltico, como camada de rolamento para resistir às deformações, as misturas descontínuas e o pré-misturado a quente. A remoção por fresagem da camada antiga é recomendada quando há possibilidade de propagação de trincas existentes no revestimento antigo para a nova camada, retardando a sua ocorrência. A reflexão de trincas é um fator que deve ser considerado no projeto de restauração em pavimentos com problemas estruturais, devendo-se tomar medidas que minimizem os seus efeitos.

17 16 De acordo com o Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006), a recuperação do pavimento asfáltico através de sua restauração é um processo que deve ser aplicado quando um pavimento estiver apresentando falhas nos seus índices de desempenho. Essa restauração deve ser executada com base em um projeto elaborado conforme as Diretrizes Básicas, para Elaboração de Estudos e Projetos Rodoviários, no qual será definida a solução adequada considerando-se as condições do pavimento existente e os parâmetros esperados para atender o tráfego atual do pavimento. O Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006) também cita as principais etapas no processo de restauração. Sendo a primeira fase desse processo a definição do problema, onde devem ser coletadas informações sobre a condição do pavimento para compreender de maneira correta o problema. A segunda fase é a identificação das soluções para o problema, e a escolha das soluções que melhor atendam as condições do projeto e sejam as mais viáveis economicamente. As alternativas escolhidas devem ser estudadas e prédimensionadas para que se possa estimar o custo de cada uma. A terceira fase é a escolha da solução mais adequada, esse processo requer um julgamento técnico de engenharia, pois não há um método exato para a seleção da melhor alternativa. Após a escolha do método de restauração são feitos os planos detalhados de projeto, especificações e orçamentos. A última fase indica a necessidade do acompanhamento do desempenho do pavimento, isto é essencial para que nos futuros projetos as deficiências sejam corrigidas. Segundo Gonçalves (1999), existe um momento crítico de degradação de um pavimento que, se não forem tomadas medidas reparatórias adequadas, poderá ocorrer a perda total do patrimônio que é representado pelo pavimento. Se isso ocorrer, não se tornam mais viáveis economicamente o aproveitamento da estrutura existente e sua recuperação por meio de processos convencionais de restauração, sendo necessário reconstruir o pavimento completamente. Esta é a pior situação que pode ocorrer, portanto manter as condições das vias pavimentadas através de medidas reparatórias significa uma economia em termos de custo total no setor de transporte.

18 Conservação de pavimentos asfálticos A manutenção de uma estrutura de pavimento asfáltico deve iniciar no momento de sua implantação e abertura ao tráfego, e cabe ao órgão responsável por sua gestão identificar e efetuar as atividades necessárias para que o tráfego flua de forma segura, rápida, confortável e econômica. As práticas de conservação em pavimentos são importantíssimas e visam manter as condições adequadas da via, conforme as considerações de Gonçalves (1999). Os defeitos e as irregularidades na superfície do pavimento impactam diretamente nos custos operacionais de transporte, pois aumentam os gastos de manutenção dos veículos, o consumo de combustível e o tempo de viagem. No entanto, de acordo com Gonçalves (1999), os administradores de redes pavimentadas ainda encontram dificuldades referentes ao planejamento, programação e identificação das estratégias de manutenção possíveis de serem implementadas durante o ciclo de vida dos pavimentos. Portanto, é fundamental a existência de um planejamento adequado de manutenção, que assegure a capacidade do pavimento e seja compatível com as restrições orçamentárias existentes. As estruturas dos pavimentos, segundo o que considera o Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006), durariam para sempre, se mantidas as condições em que foram construídas. Porém, na prática isso não ocorre, pois a conservação ajuda apenas a rodovia a desempenhar o seu papel, de maneira satisfatória, no período de tempo para o qual foi projetada. A conservação é uma medida que deve ser constante e não ser considerada como um recurso temporário, isso evita a necessidade de uma restauração onerosa. Nesse contexto, a conservação das rodovias tem por finalidades prolongar a vida útil das rodovias, reduzir o custo de operação dos veículos, permitir que as vias se mantenham abertas ao tráfego e propiciar a segurança aos serviços de transporte. A primeira finalidade citada esta mais relacionada aos interesses dos órgãos rodoviários, a segunda tem maior importância para os usuários e a terceira interessa aos habitantes da região atendida pela rodovia. A definição de conservação de pavimentos, dada pelo Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006), consiste em um conjunto de serviços destinados à preservação do pavimento para manter as condições originais de sua construção ou de sua restauração. As intervenções de conservação utilizadas visam manter as condições funcionais e estruturais do pavimento a fim de protegê-lo contra a sua degradação.

19 18 Bernucci et al (2006) considera que a manutenção de um pavimento asfáltico não deve ser realizada somente com a finalidade de efetuar correções quando o pavimento encontra-se no seu limite de aceitabilidade, e aconselha que é necessário um plano estratégico de intervenções periódicas, envolvendo atividades preventivas que garantam o retardamento da degradação do pavimento. Os serviços periódicos de conservação devem ser realizados em locais específicos e envolver técnicas reparadoras que compreendem atividades que devem se repetir em intervalos de tempo variáveis segundo o clima, o tipo de terreno, o tráfego, a qualidade inicial da construção e o tipo de revestimento. A ausência de serviços de conservação adequada implica em elevados custos com a restauração dos pavimentos e requerem soluções técnicas robustas e onerosas para reverterem a qualidade das rodovias. Os graves problemas existentes nos pavimentos, devido à má conservação, prejudicam o desenvolvimento das rodovias e, consequentemente, o meio de transporte do país, tornando insuficiente a infraestrutura neste setor. A má condição do revestimento dos pavimentos também é um fator que ocasiona a dificuldade em manter a trajetória dos veículos, aumentando o risco da ocorrência de acidentes. Um estudo realizado pela CNT em 2013, que avaliou km de rodovias brasileiras, verificou que 43,0%, ou seja, km da extensão pesquisada apresentam a condição da superfície de pavimento desgastada. Isso significa que existe uma deficiência muito grande em relação ao controle de conservação dos pavimentos e uma necessidade de que medidas sejam tomadas para reverter esta situação e melhorar a infraestrutura no setor de transporte rodoviário no país. Para Gonçalves (1999), o que prejudica a manutenção dos pavimentos no Brasil é a existência de uma grande distância entre os responsáveis técnicos pelo processo e os administradores das verbas públicas. Esse fato resulta em um acréscimo nas dificuldades de entendimento de que a conservação dos pavimentos não significa apenas custos, mas que podem ser muito rentáveis à sociedade, pois significa a preservação de um patrimônio publico. Portanto, é necessário mostrar aos responsáveis e à sociedade a importância da manutenção dos pavimentos, e também as conseqüências adversas da não realização da mesma.

20 Monitoramento de pavimentos asfálticos Conforme indica Gonçalves (1999), a elaboração de um diagnóstico sobre as condições funcionais e estruturais em que se encontra um determinado pavimento asfáltico envolve o estudo dos agentes de degradação que atuam na estrutura ao longo do tempo. Para a obtenção de um diagnóstico eficiente devem-se considerar todas as informações coletadas e os resultados das avaliações realizadas no pavimento, de modo a realizar a comparação dos dados encontrados e verificar o desempenho que o pavimento vem apresentando. O diagnóstico completo deve incluir modelos de desempenho, de um determinado pavimento, a fim de se obter estimativas quanto a sua degradação e permitir que o dimensionamento de sua possível restauração seja mais confiável. A avaliação das condições dos pavimentos em trechos monitorados visa à obtenção de dados, informações e parâmetros que permitam o conhecimento dos problemas e a verificação da degradação que o pavimento vem apresentando no decorrer do tempo. O monitoramento de pavimentos torna possível a estimativa de tempo restante que a estrutura apresenta e também detecta as suas necessidades de manutenção Avaliação funcional de pavimentos asfalticos A avaliação funcional do pavimento asfáltico esta relacionada à observação de sua superfície, de modo a verificar como o estado em que ela se encontra influencia no conforto ao rolamento, na segurança e na economia das viagens dos usuários. Segundo Bernucci et al (2006), os levantamentos que devem ser realizados para avaliar as condições superficiais de um pavimento compreendem a análise de defeitos, irregularidades e textura da superfície do revestimento asfáltico. Uma propriedade fundamental do pavimento, no que se refere à segurança, é a capacidade que ele apresenta de proporcionar uma aderência adequada entre os pneus do veículo e sua superfície, principalmente quando a pista esta molhada. Bernucci et al (2006) cita a micro-textura e a macro-textura como sendo os aspectos principais, que devem ser avaliados, para a obtenção dos índices de textura da superfície de

21 20 um revestimento asfáltico. A micro-textura depende da superfície e aspereza dos agregados e é uma característica importante para o rompimento da película de água, o que promove o melhor contato pneu-pavimento. O equipamento utilizado para avaliar a micro-textura é o Pêndulo Britânico, ele determina o grau de escorregamento, ou grau de aderência, presente na superfície do pavimento. A macro-textura depende da rugosidade formada pelo conjunto agregados e mastique e é uma característica da superfície quanto a sua capacidade de drenar a água confinada entre o pneu e o pavimento. O ensaio da Mancha de Areia é o utilizado para avaliar a macro-textura, ele quantifica a densidade, ou seja, a distância média entre os agregados presentes na superfície do pavimento. Na Figura 3 estão esquematizadas as micro e macro-textura. Figura 3 Micro e macro-textura na superfície de um revestimento asfáltico Fonte: Bernucci et al (2006) Avaliação estrutural de pavimentos asfálticos A avaliação estrutural, segundo Bernucci et al (2006), de um pavimento asfáltico está ligada ao conceito de capacidade de carga dimensionada no projeto. A repetição das cargas gera defeitos estruturais que estão associados às deformações elásticas e plásticas. As deformações elásticas são avaliadas por equipamentos defletométricos, que medem deslocamentos verticais, deflexões, do pavimento. Estas deformações são responsáveis pelo surgimento dos trincamentos ao longo do tempo de serviço do pavimento e podem levar à fadiga do revestimento. Já as deformações plásticas são acumulativas durante o tempo de

22 21 serviço do pavimento e resultam em defeitos do tipo afundamentos localizado ou nas trilhas de roda. O principal parâmetro a ser considerado em uma avaliação estrutural de um pavimento asfáltico, de acordo com Bernucci et al (2006), é a medida de deflexão, pois por meio dela é possível verificar a condição da estrutura de suportar cargas. Além disso, a medida de deflexão permite que se possa acompanhar, de forma adequada, a variação da capacidade de carga do pavimento no decorrer do tempo e, desta maneira, é possível prever se a estrutura irá suportar as solicitações do tráfego durante o período de tempo para o qual ela foi projetada. O pavimento está constantemente sendo solicitado pelo tráfego e é este fato que geram as deformações elásticas, resultado de uma flexão alternada do revestimento, e as deformações permanentes, que defeitos que interferem nas condições de conforto e segurança dos usuários. O Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006) considera que a deflexão de um pavimento representa uma resposta de todas as camadas que compõem a estrutura à aplicação de um carregamento, como se pode observar na Figura 4. No momento em que uma carga é aplicada em um ponto da superfície do pavimento, todas as camadas fletem devido às tensões e deformações geradas pelo carregamento. O valor da deflexão normalmente diminui em cada camada de acordo com a profundidade e o distanciamento do ponto de aplicação da carga, ele depende também do módulo de elasticidade das camadas. Os pavimentos com melhores condições estruturais têm valores de deflexões mais baixos em relação aos pavimentos mais debilitados estruturalmente. Essa diferença indica que pavimentos com resultados de deflexões menores suportam maior número de solicitações de tráfego. Os equipamentos que são utilizados em avaliações estruturais, descritos por Bernucci et al (2006), podem ser divididos em três tipos, são eles: carregamento quase-estático (Viga Benkelman); carregamento vibratório (dynaflect); e carregamento por impacto (Falling Weight Deflectometer FWD). Existem diferenças significativas entre os valores numéricos obtidos por esses tipos de equipamentos, mas é possível fazer uma comparação entre os resultados destes equipamentos, através de levantamentos de vários pontos. Os equipamentos mais utilizados no país para medir deflexões em pavimentos são a Viga Benkelman e o FWD (Falling Weight Deflectometer).

23 22 Figura 4 Diferentes formas de bacia deflectométrica indicam diferentes capacidades de carga para a mesma deflexão máxima Fonte: Bernucci et al (2006) Avaliação das solicitações do tráfego em pavimentos asfálticos A determinação do tráfego incidente na rodovia é um dos fatores mais relevantes para o dimensionamento de um pavimento e para avaliar se as condições da via estão atendendo o estabelecido no projeto. Segundo o Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006), a avaliação das solicitações, através da determinação do tráfego, é necessária para definir as condições, de forma precisa, em que um pavimento asfáltico se encontra. Os parâmetros que devem ser determinados em relação ao tráfego são a projeção do VMD (Volume Médio Diário), o carregamento da frota e o cálculo do número N (equivalente de operações do eixo padrão). A determinação do volume de tráfego deve considerar contagens volumétricas classificatórias no trecho em análise e a projeção do tráfego futuro terá como base de cálculo taxas de crescimento da frota de veículos.

24 Importância do monitoramento em pavimentos Um estudo realizado pela CNT, em 2013, avaliou uma extensão de quilômetros de rodovias em todo o país, sendo que em quilômetros, 63,8%, delas foram identificados problemas no pavimento, na sinalização ou na geometria da via. Este resultado mostra a necessidade de uma intervenção para que seja possível melhorar a situação existente das rodovias, pois elas compreendem a principal infraestrutura de transporte disponível no país. Devida à importância que o transporte rodoviário exerce na movimentação e geração da economia brasileira, é fundamental efetuar medidas que vise à ampliação, à manutenção e o monitoramento dos pavimentos. Neste contexto, os estudos relacionados ao acompanhamento de um pavimento, através de instrumentos que permitam o monitoramento das condições de sua estrutura, colaboram no desenvolvimento de métodos de dimensionamento mais eficientes.

25 24 3 METODOLOGIA 3.1 Planejamento da pesquisa Este trabalho foi desenvolvido através de três etapas: - Primeiramente foi determinado o trecho de pavimento asfáltico, o qual seria avaliado e monitorado por meio de procedimentos referentes à pesquisa. - Em seguida, iniciou-se a etapa de coleta de dados, onde foram realizados os ensaios necessários no trecho. Houve a determinação do tráfego, através da contagem de veículos, a medição da deflexão do pavimento, por ensaios com a viga Benkelman e com o FWD, e também a determinação da micro e macro-textura do revestimento asfáltico, através dos ensaios com o Pêndulo Britânico e Mancha de Areia, respectivamente. - Para finalizar, os dados obtidos nos ensaios foram analisados e comparados, através das tabelas e gráficos, apresentados posteriormente neste trabalho. Todos os procedimentos foram efetuados seguindo-se as especificações do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), e os ensaios foram realizados no trecho de pavimento asfáltico especificado, em seguida, neste trabalho. 3.2 Informações sobre o trecho de pavimento asfáltico O trecho de pavimento asfáltico utilizado para a realização desta pesquisa pertence à Avenida Roraima, que fica localizada no bairro Camobi na cidade de Santa Maria no estado do Rio Grande do Sul (Figura 5).

26 25 Figura 5 Localização de Santa Maria no Rio Grande do Sul Fonte: Wikipédia (2014) O trecho compreende uma distância de 240 metros e fica localizado entre a BR-287 e a RS-509 (Figura 6), no sentido que vai da BR para a RS. A rodovia utilizada para este estudo foi recuperada através de um processo de restauração e o seu monitoramento para esta pesquisa iniciou em janeiro de 2013, logo após a sua recuperação. O trecho analisado é constituído de duas faixas de rolamento em um único sentido. Para a realização dos ensaios, o trecho foi dividido em 12 pontos distanciados de 20 metros, sendo que estes pontos foram subdivididos ao meio. Figura 6 Imagem aérea do trecho monitorado da Avenida Roraima Fonte: Google Maps (2014)

27 Solicitação do tráfego Para a realização da avaliação de um pavimento é necessário determinar a solicitação do tráfego através da determinação do número N, equivalente de aplicações do eixo padrão. Para a coleta de dados utilizados para este levantamento seguiu-se as orientações do Manual de Estudos de Tráfego do DNIT, no qual foi realizada a contagem de veículos no trecho analisado. O Manual de Estudos de Tráfego do DNIT (2006) considera que a avaliação da solicitação que o pavimento está submetido pelo tráfego é fundamental para o diagnóstico das condições nele existente. Para a determinação do número N, componente essencial no processo de dimensionamento de pavimentos, se faz necessário que sejam definidos alguns elementos relativos ao tráfego, compreendidos pelo Volume Médio Diário (VMD), classificação da frota e carregamento dos veículos. A primeira tarefa realizada, nesta etapa da pesquisa, foi a contagem de veículos que trafegavam no trecho em determinados períodos de tempo. A determinação do volume de tráfego é utilizada para se determinar o VMD. O procedimento de contagem usado foi através de contadores manuais, no qual os veículos foram divididos de acordo com o seu tipo e configuração de eixos, conforme demonstrado na Figura 7. Segundo recomendações do Manual de Estudos de Tráfego do DNIT (2006), deve-se fazer uma classificação da frota, pois existem diversos tipos de veículos rodoviários e seus efeitos sobre o pavimento atuam de maneira e intensidade distintas, principalmente os veículos de carga. Após a obtenção do volume de tráfego, através da contagem de veículos que passaram pelo trecho durante um determinado período de tempo, calculou-se o Volume Médio Diário (VMD) da rodovia em estudo. O VMD compreende o número médio de veículos que percorre uma seção de uma rodovia em um dia.

28 27 Figura 7 Tipos de veículos Cada tipo de veículo possui uma configuração diferente de eixos, os quais são classificados em Eixo Simples Roda Simples (ESRS), Eixo Simples Roda Dupla (ESRD), Eixo Tandem Duplo (ETD) e Eixo Tandem Triplo (ETT). Devido a esse fato, deve-se calcular o Fator de Veículo (FV), que representa um número equivalente de operações de um eixo considerado padrão, que é representado por um ESRD submetido à carga de 80kN. Para a determinação do valor do FV, primeiramente é necessário calcular o Fator de Equivalência de Carga (FEC) para cada tipo de eixo. Para a obtenção dos valores de FEC foram utilizadas as equações demonstradas na Figura 8, obtidas no Manual de Estudos de Tráfego do DNIT. O FV é obtido através do somatório dos FEC de cada eixo multiplicados pela sua porcentagem

29 28 em relação ao número total de veículos amostrados. Para os valores de carga foi considerado que os eixos estavam carregados com a carga (P) máxima permitida. Figura 8 Fatores de Equivalência de Carga da AASHTO Fonte: Manual de Estudos de Tráfego do DNIT (2006) Outros fatores que devem ser considerados para o cálculo do N são o Fator de sentido (Fs), que representa a porcentagem de veículos que trafegam em um sentido, o Fator de frota (Ff), que representa a porcentagem de veículos comerciais, o Fator de distribuição (Fd), que representa a porcentagem de veículos comerciais que trafegam na faixa mais carregada, geralmente a direita, e o Fator climático regional (Fr), que considera a variação da umidade durante o ano. Após a determinação de todos os parâmetros necessários, foi possível calcular o N através da Equação 1. (Equação 1)

30 Medida de deflexão com a Viga Benkelman O levantamento de deflexões com a Viga Benkelman (VB) é padronizado pela Norma DNER-ME 024/94 (Pavimento determinação das deflexões pela Viga Benkelman). Para a realização deste ensaio são necessários alguns equipamentos, sendo eles uma Viga Benkelman, um caminhão com 8,2 toneladas de carga distribuída em um eixo traseiro simples de rodas duplas, uma régua de madeira com 3 metros de comprimento graduada em centímetros e um termômetro para anotar a temperatura do pavimento no ponto onde está sendo medida a deflexão. A VB, demonstrada na Figura 9, é constituída de uma extremidade de braço maior, que contém a ponta de prova, e de uma extremidade de braço menor, onde existe um extensômetro, no qual são feitas as leituras. Entre os comprimentos dos braços existe uma relação conhecida com a/b, sendo que esta é de 2,014 para a viga que foi utilizada nesta pesquisa. Outro fator considerado pela norma é a calibragem dos pneus do caminhão, que deve ser de 80 psi (0,55 MPa). Figura 9 Esquema da Viga Benkelman Fonte: Norma DNER-ME 024/94

31 30 A execução do ensaio consiste, primeiramente, em posicionar os equipamentos, sendo que o caminhão deve ser colocado de modo que a roda traseira dupla esteja sobre o ponto demarcado na trilha externa da faixa, a VB deve ter a sua ponta de prova colocada no meio da roda dupla traseira do caminhão, de acordo com o esquema da Figura 10, a régua deve ser posta ao lado do caminhão, o qual deve apresentar uma referência para marcar o seu deslocamento. Figura 10 Esquema do sistema de referência na Viga e no caminhão Fonte: Norma DNER-ME 024/94 Após o posicionamento dos equipamentos, o extensômetro é ligado e podem-se iniciar as leituras. A primeira leitura pode ser feita quando o extensômetro tiver uma variação menor que 0,01. Depois de anotar a leitura inicial (L 0 ), pode-se deslocar o caminhão, lentamente, até que ele atinja o deslocamento esperado e, com o caminhão parado, é feita a leitura

32 31 intermediária (L 1 ). Para anotar as demais leituras intermediárias deve-se proceder da mesma maneira. Quando terminadas todas as leituras intermediarias, o caminhão deve ser deslocado a uma distância mínima de 10 metros para poder ser feita a leitura final (L f ). O resultado é obtido através do calculo da deflexão (D 0 ) do pavimento nos pontos correspondentes aos diversos deslocamentos, pela Equação 2. (Equação 2) Fonte: Norma DNER-ME 024/94 Os valores de deflexão obtidos pela Equação 2 devem ser corrigidos para uma mesma temperatura padrão correspondente a 25 C, por meio da Equação 3, onde D 0 (25) é a deflexão corrigida, D 0 (t) é a deflexão obtida pela Equação 2 e t é a temperatura do pavimento no momento de realização do ensaio. (Equação 3) 3.5 Medida de deflexão com o FWD O levantamento de deflexões com o FWD é padronizado pela Norma DNER-PRO 273/96 (Determinação de deflexões utilizando deflectômetro de impacto tipo Falling Weight Deflectometer (FWD) ). Os equipamentos necessários para a realização deste ensaio são um veículo, que abriga o sistema de controle hidráulico, de dados e geração de energia; um equipamento FWD, instalado em um reboque tracionado pelo veículo, com a placa de carga e barra de sensores; e

33 32 um sistema para aquisição de dados, constituído de cédula de carga, sensores, termômetros e odômetro de precisão. Na Figura 11 está esquematizado o equipamento FWD. Figura 11 Esquema de medidas com o FWD Fonte: Bernucci et al (2006) Antes da realização do procedimento, deve-se ajustar e calibrar os aparelhos de modo a efetuar o posicionamento correto dos sensores e verificar se a carga, que será aplicada ao pavimento, está de acordo com a desejada. A realização do ensaio consiste em programar o sistema através do ajustamento das unidades a serem utilizadas, do número de cargas aplicadas em cada ponto e as suas respectivas alturas de queda. Posteriormente, localizar os pontos para as medidas das deflexões e efetuar as seguintes etapas, que consistem em soltar as travas de transporte, ligar

34 33 todo o sistema, abrir o arquivo do computador para armazenar os dados, executar as operações de medidas na superfície do pavimento, fechar o arquivo do computador utilizado para armazenar os dados, desligar todo o sistema e acionar as travas de transporte. Os dados de deflexão e carga aplicada de cada ponto são computados e gerados em formato padrão e salvos em arquivo de banco de dados com o formato definido pelo usuário. Além da deflexão e carga aplicada (C), também é coletada e gerada pelo sistema a temperatura do pavimento no momento da medida da deflexão. As definições da temperatura do pavimento e da carga aplicada são importantes para efetuar as devidas correções dos valores deflectométricos. A correção da temperatura é feita pela Equação 3 e a correção da carga pela Equação 4, onde D 0 (4000) é a deflexão corrigida e D 0 (C) a deflexão gerada pelo equipamento. (Equação 4) 3.6 Determinação da micro-textura com o Pêndulo Britânico No trecho de pavimento analisado, foi realizada a avaliação da micro-textura, que depende da aspereza do agregado, do revestimento empregando-se o equipamento denominado de Pêndulo Britânico, mostrado na Figura 12. Para a realização deste ensaio seguiu-se as recomendações do Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006).

35 34 Figura 12 Pêndulo Britânico Fonte: Matest (2014) O Pêndulo Britânico determina, por uma medida escalar, o grau de aderência entre o pneu e o pavimento. Este equipamento é constituído de um pêndulo que possui em sua extremidade uma placa de borracha que simula um pneumático. O procedimento para realizar este ensaio é bastante simples, e consiste em liberar o pêndulo em queda livre, de modo que a placa de borracha friccione a superfície do pavimento, que deve estar molhada, por uma área previamente determinada. O valor apresentado no mostrador do equipamento corresponde ao Valor de Resistência à Derrapagem (VRD), este parâmetro considera um pneumático padrão derrapando sobre um pavimento a 48 km/h. Os valores limites de VRD são demonstrados na Figura 13.

36 35 Figura 13 Classes de resistência à derrapagem pelo método do Pêndulo Britânico Fonte: Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006) 3.7 Determinação da macro-textura pelo método da Mancha de Areia A avaliação da macro-textura caracteriza a superfície do pavimento quanto a sua capacidade de drenar a água confinada entre o pneu e o pavimento e pode ser determinada pelo ensaio de Mancha de Areia. Para a realização deste ensaio seguiu-se as recomendações do Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006). O equipamento para realizar este ensaio é constituído de um recipiente de volume conhecido preenchido com uma areia padronizada, um dispositivo próprio para espalhar a areia e uma régua graduada para medir os diâmetros da mancha de areia em várias direções. O ensaio é realizado de maneira simples e consiste em despejar a areia contida no recipiente sobre a superfície do pavimento, que deve estar seca e limpa. Após, a areia é espalhada com movimentos circulares e uniformes com o auxilio do equipamento próprio para isso, obtendo-se uma área final circular, conforme apresentado na Figura 14.

37 36 Figura 14 Ensaio de Mancha de Areia Para encerrar, devem-se medir quatro diâmetros do circulo formado em diferentes direções e determinar o diâmetro médio (D M ) pela média das quatro medições. O resultado final é expresso em altura média de areia (HS), de acordo com a Equação 5. (Equação 5) 15. Os limites de macro-textura, definidos em função do HS, estão apresentados na Figura

38 37 Figura 15 Avaliação da macro-textura pelo método da altura de areia Fonte: Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos do DNIT (2006)

39 38 4 RESULTADOS 4.1 Solicitação do tráfego Para avaliar a solicitação do tráfego e determinar o valor do número N do trecho estudado, foi realizada uma contagem volumétrica de veículos e determinado o valor do VMD. Nesta contagem, que foi realizada em dezembro de 2013, os veículos foram divididos pelo seu tipo como veículos de passeio e comerciais, sendo que os veículos comerciais foram separados pela sua configuração de eixos, também foi feita a separação da contagem pelas faixas de rolamento como direita e esquerda. A contagem de veículos resultou em um VMD igual a veículos. Com os dados obtidos pela contagem foi possível determinar a quantidade de cada tipo de eixo dos veículos comerciais e calcular o FEC, por meio das equações da Figura 8, e a porcentagem (Pi) de cada tipo de eixo em relação ao número total de veículos comerciais, como demonstrados na Tabela 1. Tabela 1 Cálculo do FEC Eixo Carga (t) Quantidade Pi FEC Pi x FEC ESRS 6, ,0000 0,3273 0,3273 ESRD 10, ,9019 2,9562 2,6661 ETD 18,0 58 0,1081 2,0809 0,2249 ETT 25,5 10 0,0180 1,5599 0,0281 Através do somatório dos resultados da multiplicação entre Pi e FEC de cada eixo, determinou-se um FV igual a 3,2464. Os valores dos outros parâmetros necessários para o calculo de N encontram-se na Tabela 2.