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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia
BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
Daniel Ramos Victorino
Porto Alegre
2008
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DANIEL RAMOS VICTORINO
ANÁLISE DE DESEMPENHO DE UM PAVIMENTO
FLEXÍVEL DA RODOVIA BR-290/RS SOLICITADO POR UM
SIMULADOR DE TRÁFEGO MÓVEL
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em
Engenharia. Orientação: Prof. Dr. Washington Peres Núñez.
Porto Alegre
2008
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V646a Victorino, Daniel Ramos
Análise de desempenho de um pavimento flexível
da rodovia BR-290/RS solicitado por um simulador de
tráfego móvel / Daniel Ramos Victorino. – 2008.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do
Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa
de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Porto Alegre,
BR-RS, 2008.
Orientador – Prof. Dr. Washington Peres Núñez
1. Pavimentos flexíveis. 2. Ensaios acelerados. 3.
Tráfego – Simulador. 4. Pavimentação – Ensaios. I.
Núñez, Washington Peres, orient. II. Título.
CDU-625.85(043)
DANIEL RAMOS VICTORINO
ANÁLISE DE DESEMPENHO DE UM PAVIMENTO
FLEXÍVEL DA RODOVIA BR-290/RS SOLICITADO POR UM
SIMULADOR DE TRÁFEGO MÓVEL
Esta dissertação de mestrado foi julgada adequada para a obtenção do título de MESTRE EM
ENGENHARIA, na Área de Geotecnia, e aprovada em sua forma final pelo professor
orientador e pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal
do Rio Grande do Sul.
Porto Alegre, 25 de setembro de 2008.
Prof. Washington Peres Núñez
Dr. Pelo PPGEC/UFRGS
Orientador
Prof. Fernando Schnaid
Coordenador do PPGEC/UFRGS
Profa. Laura Maria Goretti da Motta (COPPE – UFRJ)
D.Sc. pela COPPE – UFRJ
Profa. Liédi Légi Bariani Bernucci (EPUSP)
Dra. pela Escola Politécnica da USP
Prof. João Fortini Albano (PPGEP/UFRGS)
Dr. pelo PPGEP/UFRGS
Prof. Jorge Augusto Pereira Ceratti (PPGEC/UFRGS)
D.Sc. pela COPPE - UFRJ
Dedico este trabalho a minha família e a todos aqueles que
de alguma forma me ajudaram a realizá-lo
AGRADECIMENTOS
A plena realização deste trabalho somente foi possível com o apoio e a colaboração de certas
pessoas, empresas e instituições. Agradeço a todos que de alguma forma participaram
diretamente ou indiretamente desta dissertação, com orientações técnico-científicas ou
simplesmente com incentivo e amizade nas horas mais difíceis. A seguir, destaco alguns
agradecimentos especiais, que julgo importantes e necessários.
Ao meu orientador, Prof. Washington P. Núñez, pelo total apoio em todas as fases desta
pesquisa, me auxiliando nas análises dos resultados obtidos, sempre me motivando para a
conclusão do trabalho, com seu entusiasmo contagiante e palavras de amizade.
Ao Prof. Jorge A. P. Ceratti pelo incentivo, conhecimento e confiança depositada. Admiro a
sua competência na coordenação do Laboratório de Pavimentação (LAPAV), fazendo deste
um dos laboratórios mais conceituados do Brasil.
À professora Wai Gehling, que abriu as portas à pesquisa acadêmica para mim e, em
particular, ao ramo da pavimentação.
A todos da equipe do LAPAV, pela convivência de quase seis anos (embora ultimamente
esteja de certo modo afastado). Agradecimento especial ao bolsista Diego Treichel, que muito
me ajudou nos ensaios de laboratório.
Do time da pavimentação, também agradeço aos colegas Fernando Albuquerque, Klaus
Theisen, Luciana Rohde e Rodrigo Malysz, pelo apoio e conhecimentos transmitidos. À
Mirtes Ramires pelo incentivo à pesquisa no início de minha vida acadêmica. Ao colega e
amigo Lélio Brito, sempre disponível para enriquecedoras discussões técnicas.
Aos colegas de mestrado Anderson Fonini, Leandro Taytelbaum, Milena Tomasi, Salete Dalla
Rosa, Tadeu de Cezaro Jr. e Talita Miranda.
Aos amigos da graduação Eduardo Borba (in memorian), Elias Rigon, Guilherme Biesek,
Ivan Zampiron, Juliana Vivian, Lucas Festugato, Paulo Pasquali, Rodrigo Aguzolli e Serguem
Trott. À Juliana pelas seguidas conversas de apoio. Ao Guilherme e ao Rodrigo pela
preservação da forte amizade, mesmo com o inevitável distanciamento.
À Universidade Federal do Rio Grande do Sul e ao Programa de Pós-graduação em
Engenharia Civil pela formação acadêmica, possibilitando, através de seu excelente corpo
docente, um ensino de qualidade. Dos professores do curso, além dos já citados, agradeço
também, em especial, aos professores Bica e Bressani.
À Concepa por proporcionar esta pesquisa e por acreditar e contribuir em minha qualificação
profissional, em especial a diretoria e toda a equipe do Setor de Engenharia da empresa. Ao
Eng. Thiago Vitorello, por depositar confiança em meu trabalho profissional e incentivo no
desenvolvimento deste estudo.
À Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) que, através da verba para
desenvolvimento de pesquisas, possibilitou a realização dos ensaios desta dissertação.
Às empresas TPI – Triunfo Participações e Investimentos, SBS Engenharia e Simular.
Ao Consórcio Construtor TRS, em especial aos Engenheiros Osmar Garcia e Cristiano Caumo
e ao encarregado do laboratório Elias Rodrigues, pelos auxílios nos levantamentos de campo.
À Rita de Cássia Lumertz pelo apoio e compreensão nesses últimos meses.
Por último, os agradecimentos mais especiais, que são aos meus pais, Odilon e Doris, e a
minha irmã, Aline, que, de forma incondicional, estiveram ao meu lado em todos os
momentos de minha vida, disponibilizando todo o apoio, carinho e compreensão necessários
para vencer cada batalha defrontada (esta dissertação é mais uma!). Obrigado por estarem
comigo em mais esta etapa. Estendo esse agradecimento também a todos os meus demais
familiares.
"Saber o que fazer é sabedoria; saber como fazer é
bravura; fazê-lo é virtude”.
autor desconhecido
RESUMO
VICTORINO, D.R. Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia
BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel. 2008. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.
Estimar com acurácia a vida útil de um pavimento é um dos maiores desafios que enfrentam
os engenheiros rodoviários. Recentemente uma nova ferramenta tem sido utilizada para
estimar de forma mais realista o desempenho de pavimentos; trata-se dos simuladores de
tráfego. Neste contexto, esta dissertação apresenta um estudo do comportamento de um
pavimento flexível típico da Região Sul do Brasil, submetido a ensaios acelerados com um
simulador de tráfego linear móvel (semelhante ao HVS da República Sul-Africana). O
pavimento encontra-se na rodovia BR-290, uma das principais vias do Rio Grande do Sul, que
está desde 1997 sob concessão à iniciativa privada. De maio a outubro de 2007 duas seções
testes com idêntica estrutura de pavimento, construídas em outubro de 2004, foram solicitadas
pelo simulador de tráfego. A primeira seção teste, situada na faixa externa da pista, tinha sido
solicitada pelo tráfego real (com elevada concentração de veículos de carga), estimando-se
que, desde a construção até o início dos ensaios acelerados, recebera aproximadamente
4,0 x10
6
operações equivalentes do eixo padrão (eixo simples com rodas duplas com carga
igual a 8,2 tf), calculadas empregando-se os fatores de equivalência de carga da AASHTO
(N
AASHTO
). A outra seção teste, por estar situada no acostamento da rodovia, praticamente não
tinha sido previamente solicitada pelo tráfego. O simulador de tráfego aplicou a essas seções
testes, respectivamente, 170 mil e 255 mil ciclos de carga de um semi-eixo simples de rodas
duplas de 8 tf (equivalente a carga de eixo de 16 tf). Para acompanhar o comportamento do
pavimento, mediram-se, ao longo dos períodos de ensaio, deflexões e afundamentos nas
trilhas de rodas. Trincas foram medidas e mapeadas, calculando-se um índice de densidade de
trincamento. Dados de temperatura e precipitação pluviométrica também foram obtidos. As
medidas de campo evidenciaram uma significativa aceleração na degradação do pavimento
quando submetido à ação do simulador. Com os ensaios acelerados concluídos, amostras das
camadas asfálticas das duas seções testes foram extraídas, determinando-se em laboratório
valores de resistência à tração, módulo de resiliência (com diferentes tempos de carga) e
curvas de fadiga. Desse modo, foi possível estimar a tendência de desempenho do pavimento
desde a sua construção até o término de sua vida de serviço, comparando-se a ação do
simulador com a do tráfego real. Na análise foram considerados os efeitos da velocidade
(baixa) do carregamento imposto pelo simulador de tráfego nos módulos de deformabilidade
do ligante asfáltico e da mistura asfáltica. Também foi avaliado o efeito acelerador na
degradação do pavimento, decorrente das elevadas tensões geradas pela carga de eixo do
simulador, muito superior às correspondentes a veículos comerciais. Assim, estimou-se que
um ciclo de carga (carga de eixo de 16 tf) do simulador móvel, aplicado à velocidade de
8 km/h, corresponde à passagem de 30 a 40 eixos padrão, na velocidade do tráfego real, e que
a vida de serviço do pavimento analisado é de aproximadamente 8,2
x10
6
eixos padrão
(N
AASHTO
).
Palavras-chave: pavimentos flexíveis; ensaios acelerados; simulador de tráfego móvel; vida
de serviço de pavimentos.
ABSTRACT
VICTORINO, D.R. Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia
BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel. 2008. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.
The accurate prediction of pavements lives is one of the most difficult challenges that
Pavement Engineers face. Traffic simulators have been recently used as a new tool to improve
the prediction of pavements performances: In this context, this MSc Thesis presents a study
on the behavior of an asphalt pavement with structure typical of those built in Southern
Brazil, submitted to accelerated testing by a mobile traffic simulator (similar to the South
African HVS). The pavement is on BR-290, one of the most important highways in Rio do
Grande do Sul (Brazil southernmost state); a toll-road since 1997. From May to October
2007, two test sections with identical structures, built in 2004, were loaded by the traffic
simulator. The first section was in one of the outer lanes of the highway and before the
beginning of accelerated tests had been trafficked by some 4 million ESALs (82 kN
equivalent single axle loads). The other test section, since was on one of the highway
shoulders, had practically received no traffic. The traffic simulator applied 170,000 and
255,000 repetitions of 160-kN axle load to those test sections, respectively. In order to follow
pavement performance along the traffic periods, deflections and rut depths were measured.
Cracks were mapped as soon as they appeared and a Cracking Density Index was computed.
Air temperature and rainfall data were also stored. Field measurements displayed a
remarkably acceleration in pavements distress due to the traffic simulator action. After
accelerated testing ending, asphalt mixes specimens were cored and tested to tensile strength
and resilient modulus. Fatigue curves were also obtained through laboratory testing.
Accelerated testing, complemented by laboratory results, allowed estimating a tendency for
pavement performance, from construction to the end of its service live, and comparing the
action of the traffic simulator to that of real traffic. The effects of the low loading speed of the
traffic simulator on the asphalt binder and asphalt mixture resilient modulus were evaluated;
as well as the acceleration of pavements distress due to high stresses generated by the traffic
simulator axle load, that largely exceeds those applied by commercial vehicles. Thus, it was
estimated that a loading cycle (160-kN axle load) of the traffic simulator, applied at 8 km/h,
would cause the same distress than 30 to 40 ESALs applied at commercial speed. It was also
concluded that the service life of the analyzed pavement structure was approximately 8.2
million ESALs.
Key-words: asphalt pavements; accelerated testing; mobile traffic simulator; pavement;
service life.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................12
LISTA DE TABELAS....................................................................................... 17
LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS ................................................................18
1 INTRODUÇÃO.............................................................................................. 20
1.1 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA ........................................................ 22
1.2 OBJETIVO GERAL............................................................................... 25
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................. 25
1.4 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ............................................... 26
2 UMA BREVE REVISÃO SOBRE SIMULADORES DE TRÁFEGO.....28
2.1 SIMULADORES DE TRÁFEGO DE LABORATÓRIO...................... 30
2.1.1 Simulador de Tráfego da USP - LCPC ............................................ 31
2.1.2 Analisador de Pavimento Asfáltico – APA...................................... 33
2.2 SIMULADORES DE TRÁFEGO CIRCULARES................................ 35
2.2.1 Estudos desenvolvidos com o Simulador de Tráfego IPR/DNER... 38
2.3 SIMULADORES DE TRÁFEGO LINEARES...................................... 39
2.3.1 Estudos desenvolvidos com o Simulador de Tráfego UFRGS-
DAER/RS .................................................................................................. 43
2.4 SIMULADORES DE TRÁFEGO MÓVEL, TIPO HVS....................... 46
2.4.1 Estudos desenvolvidos com os Simuladores de Tráfego Móvel –
HVS – no Brasil......................................................................................... 48
3 METODOLOGIA ..........................................................................................50
3.1 CENÁRIO DO EXPERIMENTO .......................................................... 50
3.1.1 Características da rodovia BR-290/RS............................................. 51
3.1.2 Definição da estrutura avaliada ........................................................ 55
3.1.2.1 Revestimento asfáltico ....................................................................................56
3.1.2.2 Camada de base............................................................................................... 59
3.1.2.3 Camada de sub-base........................................................................................ 60
3.1.2.4 Camada de reforço de subleito........................................................................ 60
3.1.3 Definição do local dos ensaios acelerados ....................................... 60
3.1.4 Condições a serem ensaiadas ........................................................... 64
3.2 CARACTERÍSTICAS DO SIMULADOR DE TRÁFEGO
EMPREGADO NA PESQUISA .................................................................. 68
3.2.1 Resumo das configurações do simulador de tráfego adotadas nesta
pesquisa ..................................................................................................... 78
3.2.1.1 Carregamento aplicado pelo simulador........................................................... 78
3.2.1.2 Distribuição transversal das cargas ................................................................. 80
3.2.1.3 Simulação das precipitações pluviométricas................................................... 81
3.3 PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO EM CAMPO ......................... 81
3.3.1 Medidas deflectométricas................................................................. 82
3.3.2 Evolução do trincamento.................................................................. 84
3.3.3 Deformações permanentes ............................................................... 85
3.3.4 Parâmetros ambientais...................................................................... 86
3.4 PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO EM LABORATÓRIO........... 87
3.4.1 Retiradas de amostras em campo e preparação para ensaios........... 87
3.4.2 Resistência à tração por compressão diametral................................ 90
3.4.3 Ensaios de módulo de resiliência ..................................................... 91
3.4.3.1 Variação do tempo de aplicação de carga nos ensaios....................................93
3.4.3.2 Variação da forma do pulso de carga nos ensaios........................................... 95
3.4.3.3 Variação do módulo de resiliência de misturas asfálticas com a temperatura 97
3.4.4 Ensaios de fadiga.............................................................................. 98
3.4.5 Matriz experimental dos ensaios laboratoriais............................... 100
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS........................... 101
4.1 ENSAIOS DE CAMPO........................................................................ 101
4.1.1 Histórico de carregamento.............................................................. 101
4.1.2 Medidas deflectométricas............................................................... 103
4.1.3 Evolução do trincamento................................................................ 107
4.1.4 Deformações permanentes ............................................................. 113
4.1.5 Parâmetros ambientais.................................................................... 114
4.1.5.1 Temperatura do ambiente..............................................................................114
4.1.5.2 Precipitação pluviométrica............................................................................ 115
4.1.6 Resumo dos resultados dos ensaios de campo ............................... 116
4.2 ENSAIOS DE LABORATÓRIO ......................................................... 118
4.2.1 Ensaios de resistência à tração ....................................................... 121
4.2.2 Ensaios de módulo de resiliência ................................................... 122
4.2.2.1 Tempo do pulso de carga de 0,1s .................................................................. 122
4.2.2.2 Tempo do pulso de carga de 0,2s .................................................................. 123
4.2.2.3 Variação do MR com a temperatura .............................................................126
4.2.3 Ensaios de fadiga............................................................................ 127
5 UMA TENTATIVA DE EXTRAPOLAR OS RESULTADOS DOS
ENSAIOS ACELERADOS PARA O DESEMPENHO DO PAVIMENTO
SOLICITADO PELO TRÁFEGO REAL ................................................ 131
5.1 TÉRMINO DE VIDA DE SERVIÇO DOS PAVIMENTOS
ENSAIADOS ....................................................................................... 131
5.2 RELAÇÃO DOS ENSAIOS ACELERADOS COM O TRÁFEGO
REAL ............................................................................................... 132
5.2.1 Velocidade da aplicação da carga .................................................. 133
5.2.2 Carga de solicitação empregada..................................................... 137
5.2.3 Efeito em conjunto da velocidade e da carga de solicitação
empregada pelo simulador....................................................................... 138
5.3 REAPRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS CONSIDERANDO O
FATOR SIMULADOR-TRÁFEGO REAL............................................... 138
5.3.1 Medidas deflectométricas............................................................... 139
5.3.2 Evolução do trincamento................................................................ 141
5.3.3 Deformações permanentes ............................................................. 142
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................... 143
6.1 CONCLUSÕES .................................................................................... 143
6.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................... 147
REFERÊNCIAS.............................................................................................. 148
APÊNDICE A – RESULTADOS DA AVALIAÇÃO EM CAMPO........... 154
APÊNDICE B – RESULTADOS DA AVALIAÇÃO EM LABORATÓRIO
...................................................................................................................... 167
APÊNDICE C – INFORMAÇÕES DO TRÁFEGO DA RODOVIA
BR-290/RS....................................................................................................172
APÊNDICE D – REGISTROS FOTOGRÁFICOS DOS ENSAIOS
ACELERADOS...........................................................................................174
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Simulador de tráfego de laboratório tipo LCPC da USP/SP (Bernucci et al., 2006).33
Figura 2: Simulador de tráfego de laboratório tipo APA (Fritzen, 2005). ............................... 34
Figura 3: Simulador de tráfego circular do LCPC na França (Corté, 2001, apud Rohde, 2007).
............................................................................................................................................. 36
Figura 4: Vista Superior do simulador de tráfego circular do IPR/DNER (Silva, 2001)......... 37
Figura 5: Simulador ALF do FHWA (FHWA, 2006). .............................................................40
Figura 6: Área de testes de pavimentos do CEDEX (TRB, 2006, apud Rohde, 2007)............ 41
Figura 7: Simulador de tráfego linear do TRL (TRB, 2006, apud Rohde, 2007)..................... 41
Figura 8: Simulador de Tráfego da UFRGS-DAER/RS (Azambuja, 2004)............................. 42
Figura 9: Simulador de tráfego móvel, modelo HVS (Heavy Vehicle Simulator), desenvolvido
em uma cooperação entre a Suécia e a Finlândia (E-CORE, 2008). ................................... 46
Figura 10: Localização do trecho da rodovia no qual está situado a estrutura de pavimento a
ser analisada nesta pesquisa................................................................................................. 50
Figura 11: Rodovia BR-290/RS, trecho entre Osório e Porto Alegre, em 1973, ano de
inauguração (Concepa, 2007). ............................................................................................. 51
Figura 12: Vista geral atual da Rodovia BR-290/RS (Concepa, 2007).................................... 52
Figura 13: Configuração da pista e das faixas de rolamento da rodovia BR-290/RS desde a sua
construção. ........................................................................................................................... 54
Figura 14: Estrutura de pavimento a ser considerada nesta pesquisa....................................... 56
Figura 15: Faixa granulométrica da brita graduada utilizada como base na estrutura de
pavimento em análise...........................................................................................................59
Figura 16: Vista do km 5 da rodovia BR-290/RS, local do ensaio com o simulador de tráfego
. ............................................................................................................................................ 62
Figura 17: Fotos da execução da ampliação da rodovia BR-290/RS. ......................................63
Figura 18: Detalhe da seção transversal da ampliação da rodovia no km 5 da BR-290/RS,
pista sentido Osório – Porto Alegre..................................................................................... 64
Figura 19: Ilustração da posição na pista da Seção Teste 1 e Seção Teste 2 ensaiadas no km 5
da rodovia BR-290/RS......................................................................................................... 65
Figura 20: Exemplo do processo de degradação esperado com os ensaios na Seção Teste 1 e
Seção Teste 2. ...................................................................................................................... 66
Figura 21: Condições do trecho da rodovia após os ensaios acelerados. ................................. 67
Figura 22: Simulador de tráfego tipo HVS empregado na pesquisa. ....................................... 69
Figura 23: Detalhe do guiamento do simulador de tráfego. ..................................................... 69
Figura 24: Detalhe da unidade hidráulica do simulador de tráfego.......................................... 70
Figura 25: Detalhe do manômetro de aplicação de carga do simulador de tráfego.................. 71
Figura 26: Detalhe do elemento mecânico responsável pelo deslocamento transversal do
simulador de tráfego. ........................................................................................................... 72
Figura 27: Detalhe dos sensores que controlam o deslocamento transversal do simulador de
tráfego. ................................................................................................................................. 72
Figura 28: Detalhe do elemento de amortecimento do simulador de tráfego........................... 73
Figura 29: Detalhe do sistema de acionamento do simulador de tráfego................................. 73
Figura 30: Detalhe dos sensores indutivos do simulador de tráfego........................................ 74
Figura 31: Detalhe do painel de controle do simulador de tráfego. ......................................... 74
Figura 32: Detalhe do sistema de rodado do simulador de tráfego. ......................................... 75
Figura 33: Detalhe do sistema de emergência do simulador de tráfego................................... 76
Figura 34: Detalhe de um dos tanques de água do simulador de tráfego................................. 76
Figura 35: Detalhe de um dos espargidores de água que simulam as precipitações
pluviométricas no simulador de tráfego...............................................................................77
Figura 36: Detalhe do engate do simulador de tráfego a um cavalo mecânico........................ 77
Figura 37: Detalhe do simulador de tráfego sendo deslocado pelo cavalo mecânico.............. 78
Figura 38: Calibração da carga a ser aplicada pelo rodado com o uso de uma célula de carga
(em detalhe a leitura da célula de carga).............................................................................. 79
Figura 39: Distribuição transversal de carga............................................................................ 81
Figura 40: Seções levantadas no ensaio com o simulador........................................................82
Figura 41: Viga Benkelman e Deflectógrafo Digital utilizados na pesquisa com o simulador
de tráfego. ............................................................................................................................ 82
Figura 42: Demarcação das trincas nas seções ensaiadas pelo simulador de tráfego nesta
pesquisa................................................................................................................................ 84
Figura 43: Grade metálica auxiliando na transposição das trincas para papel milimetrado e,
posteriormente, para via digital ........................................................................................... 85
Figura 44: Exemplo de medida do afundamento de trilha de roda sendo realizada neste
experimento. ........................................................................................................................ 86
Figura 45: Treliça metálica utilizada para determinação do afundamento de trilha de roda
(DNIT 006/2003-PRO)........................................................................................................ 86
Figura 46: Extração de corpos-de-prova no trecho ensaiado pelo simulador de tráfego na
rodovia BR-290/RS.............................................................................................................. 87
Figura 47: Esquema da extração de corpos-de-prova no trecho ensaiado pelo Simulador de
Tráfego................................................................................................................................. 88
Figura 48: Esquema da segmentação dos corpos-de-prova extraídos para a realização de
ensaios laboratoriais............................................................................................................. 89
Figura 49: Poços de inspeção abertos nos locais dos ensaios acelerados................................. 89
Figura 50: Equipamento utilizado para determinação de resistência a tração por compressão
diametral das amostras deste estudo.................................................................................... 90
Figura 51: Estado de tensões gerado no ensaio de resistência a tração por compressão
diametral (Specht, 2004)...................................................................................................... 91
Figura 52: Equipamento do Laboratório de Pavimentação da UFRGS utilizado para
determinação do módulo de resiliência (Brito, 2006).......................................................... 92
Figura 53: Detalhe do sistema de carregamento do equipamento utilizado para determinação
do módulo de resiliência (Specht, 2004). ............................................................................ 92
Figura 54: Tempo do pulso de carga em função da velocidade da aplicação da carga obtidos
por Barksdale (1971) e Medina e Motta (1995) (resultados sobrepostos por Brito, 2006). 94
Figura 55: Pulso de tensão em ensaios com o simulador de tráfego UFRGS-DAER/RS (Brito,
2006). ................................................................................................................................... 95
Figura 56: Pulso de carga semi-seno-verso, típico em ensaios de módulo de resiliência
(adaptado de NCHRP-285).................................................................................................. 96
Figura 57: Formas de pulso de carga possíveis nos ensaios com período de carregamento de
0,2s (Brito, 2006)................................................................................................................. 97
Figura 58: Procedimento considerado para a correção das deflexões do pavimento em função
da temperatura......................................................................................................................98
Figura 59: Equipamento utilizado para os ensaios de fadiga desta pesquisa. .......................... 99
Figura 60: Quadro com a matriz experimental dos ensaios laboratoriais desta pesquisa.......100
Figura 61: Correção das deflexões em função da temperatura............................................... 103
Figura 62: Evolução das deflexões máximas obtidas com a Viga Benkelman ......................104
Figura 63: Evolução das deflexões máximas obtidas com o Deflectógrafo Digital............... 104
Figura 64: Evolução das bacias de deflexões obtidas com o Deflectógrafo Digital para a Seção
Teste 1................................................................................................................................ 106
Figura 65: Evolução das bacias de deflexões obtidas com o Deflectógrafo Digital para a Seção
Teste 2................................................................................................................................ 106
Figura 66: Evolução das trincas no pavimento da Seção Teste 1 do 1º ao 5º levantamento.. 108
Figura 67: Evolução das trincas no pavimento da Seção Teste 2 do 3º ao 7º levantamento.. 109
Figura 68: Seção Teste 2, com a demarcação das trincas, após os ensaios com o simulador de
tráfego estarem encerrados. ............................................................................................... 110
Figura 69: Evolução das trincas superficiais nos ensaios da Seção Teste 1 e 2..................... 111
Figura 70: Comparativo da evolução das trincas superficiais nos ensaios da Seção Teste 1 e
Seção Teste 2. .................................................................................................................... 112
Figura 71: Evolução dos afundamentos de trilha de roda nos ensaios da Seção Teste 1 e 2. 113
Figura 72: Temperatura média do ar durante o período de ensaios........................................ 114
Figura 73: Precipitação pluviométrica durante o período de ensaios.....................................115
Figura 74: Quadro resumo das quatro condições finais do local da rodovia em que foi
ensaiado o pavimento com o simulador de tráfego............................................................116
Figura 75: Seqüência das condições do pavimento após os ensaios acelerados considerando os
resultados obtidos. ............................................................................................................. 117
Figura 76: A superfície dos pavimentos da Seção Teste 1 e 2 antes e após os ensaios com o
simulador. .......................................................................................................................... 118
Figura 77: Resultados dos ensaios de resistência à tração dos corpos-de-prova extraídos das
quatro condições finais da pista ensaiada. ......................................................................... 122
Figura 78: Resultados dos ensaios de módulo de resiliência com pulso de carga de 0,1s dos
corpos-de-prova extraídos das quatro condições finais da pista ensaiada......................... 122
Figura 79: Resultados dos ensaios de módulo de resiliência com pulso de carga de 0,2s dos
corpos-de-prova extraídos das quatro condições finais da pista ensaiada com o simulador
de tráfego. .......................................................................................................................... 124
Figura 80: Variação do módulo de resiliência em função do tempo do pulso de carga para as
quatro condições finais da pista ensaiada com o simulador de tráfego. ............................ 124
Figura 81: Estimativa da variação do módulo de resiliência em função da velocidade do
veículo que exerce as cargas sobre o pavimento. .............................................................. 125
Figura 82: Variação do módulo de resiliência em função da temperatura dos ensaios.......... 126
Figura 83: Modelos de fadiga em função da tensão de tração................................................ 128
Figura 84: Modelos de fadiga em função da diferença de tensões......................................... 128
Figura 85: Verificação do número de ciclos do simulador no término da vida de serviço do
pavimento para a Seção Teste 1 e 2 dos ensaios acelerados.............................................. 132
Figura 86: Evolução das deflexões do pavimento obtidas com a Viga Benkelman em função
do tráfego real, a partir dos resultados dos ensaios acelerados.......................................... 139
Figura 87: Evolução das deflexões do pavimento obtidas com o Deflectógrafo Digital em
função do tráfego real, a partir dos resultados dos ensaios acelerados.............................. 140
Figura 88: Comparação da curva de tendência para deflexões desenvolvida a partir dos
ensaios acelerados com a proposta, para a mesma estrutura, por Vitorello (2008)...........141
Figura 89: Evolução do trincamento em função do tráfego real, a partir dos resultados dos
ensaios acelerados.............................................................................................................. 141
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Resumo das principais pesquisas desenvolvidas com o Simulador de Tráfego
IPR/DNER. .......................................................................................................................... 39
Tabela 2: Resumo das características dos ligantes empregados na camada de revestimento
asfáltico da estrutura em estudo (Concepa, 2007). .............................................................. 57
Tabela 3: Distribuição granulométrica dos agregados e da mistura empregada na camada de
revestimento asfáltico desta pesquisa (Concepa, 2007)....................................................... 57
Tabela 4: Características dos materiais pétreos basálticos utilizados nesta pesquisa
(Casagrande, 2003; Rohde, 2007)........................................................................................ 58
Tabela 5: Resumo das características das misturas de concreto asfáltico consideradas nesta
pesquisa (Concepa, 2007).................................................................................................... 58
Tabela 6: Distribuição granulométrica da areia utilizada como reforço do subleito da estrutura
estudada (Concepa, 2007).................................................................................................... 60
Tabela 7: Condições iniciais das duas seções-testes avaliadas................................................. 66
Tabela 8: Resumo dos levantamentos realizados. .................................................................. 102
Tabela 9: Convenção de cores da marcação das trincas no pavimento para a Seção Teste 1 e
Seção Teste 2. .................................................................................................................... 107
Tabela 10: Resultado dos volumes de vazios das amostras extraídas e os ensaios para as quais
foram designadas. .............................................................................................................. 120
Tabela 11: Constantes dos modelos de fadiga gerados neste trabalho e em estudos anteriores
(Specht, 2004; Rohde, 2007). ............................................................................................ 130
Tabela 12: Características das camadas do pavimento consideradas na análise mecanística de
tensão-deformação............................................................................................................. 135
Tabela 13: Resultados da análise mecanística de tensão-deformação.................................... 135
LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS
AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials
ANFAVEA: Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores
APA: Analisador de Pavimento Asfáltico
CAP: Cimento Asfáltico de Petróleo
CBUQ: Concreto Betuminoso Usinado a Quente
CENPES: Centro de Pesquisas da Petrobras
CNT: Confederação Nacional do Transporte.
DAER-RS: Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem do Estado do Rio Grande do
Sul
DNER: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
FEC: Fator de Equivalência de Carga
F
velocidade
: fator de relação da velocidade da aplicação da carga
GEIPOT: Grupo de Estudos de Integração da Política de Transportes
HVS: Heavy Vehicle Simulator
IPR: Instituto de Pesquisa Rodoviária
LCPC: Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
LNEC: Laboratório Nacional de Engenharia Civil
Mr: Módulo de resiliência
N
AASHTO
: número equivalente acumulado de solicitações do eixo padrão de 8,2 tf, calculado
pelo método da AASHTO
n
simulador
: número de ciclos do simulador de tráfego
N
tráfego real
: número de ciclos do tráfego real
n
v
simulador
= vida de fadiga para solicitações à velocidade do simulador de tráfego desta
pesquisa (8km/h).
N
v
tráfego real
= vida de fadiga para solicitações à velocidade do tráfego real (80km/h);
PER: Programa de Exploração da Rodovia
Rt: Resistência à tração
s: segundos
t: toneladas
tf: tonelada força
USP: Universidade de São Paulo
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
20
1 INTRODUÇÃO
Os meios de transporte são elementos de extrema importância para a promoção do
desenvolvimento sócio-econômico de uma determinada região. Através da mobilidade de
mercadorias – sejam produtos de exportação ou importação – e da acessibilidade a todas as
partes de um território, permitindo qualquer tipo e finalidade de deslocamentos, os meios de
transporte tornam-se fundamentais à sociedade.
Esse transporte pode ocorrer por diferentes modais, como o rodoviário, ferroviário, aeroviário
e hidroviário. Em países subdesenvolvidos ou em desenvolvimento, como o Brasil, tanto para
os deslocamentos de cargas como para os de passageiros, o meio de transporte mais adotado é
o rodoviário. No Brasil, particularmente, em relação ao transporte de carga, por exemplo,
mais de 60% da carga transportada é pelo modal rodoviário, conforme Anuário Estatístico dos
Transportes de 2001 (GEIPOT, 2001). Já o transporte de passageiros quase que a totalidade
ocorre por esse meio.
Há inúmeras razões para o predomínio do transporte rodoviário no Brasil, mas a principal
encontra-se na política de governo adotada em meados do século passado, período em que
muitos recursos foram destinados ao desenvolvimento do modal rodoviário. Em 1956, durante
o governo de Juscelino Kubitschek (1956-1961) foi implantada a indústria automobilística,
impulsionando o meio rodoviário no país. Na mesma época, entrou em funcionamento a
Refinaria Presidente Bernardes da Petrobras, fábrica de asfalto com capacidade de produção
de 116.000t/ano (Bernucci et al., 2007). No chamado "milagre econômico", período que ficou
caracterizado pela administração do presidente Emílio Garrastazu Médici (1969-1974), houve
grandes investimentos na implementação da indústria, entre elas a automobilística, e na infra-
estrutura rodoviária, deixando marginalizados de vez os outros modais. Nesse período foram
construídas muitas das principais rodovias brasileiras, como a Rodovia Transamazônica e a
ponte Rio-Niterói. No entanto, nas últimas décadas, os investimentos na infra-estrutura
rodoviária foram ficando escassos, não acompanhando as evoluções da indústria
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
21
automobilística, impulsionada, principalmente nos últimos anos, pelas instalações de
montadoras e investimentos internacionais.
O problema da pouca atenção dada nas últimas décadas para a infra-estrutura rodoviária é
acentuado pelo fato de grande parte das rodovias pavimentadas existentes terem sido
construídas em uma época em que, até mesmo pelos critérios de projetos adotados nesse
período, pouca atenção e estudos eram dados à qualidade dos materiais constituintes do
pavimento, bem como à estrutura projetada. Tal fato colabora para as péssimas condições de
conservação das rodovias brasileiras na atualidade. De acordo com recente pesquisa da
Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2007), 73,9% das rodovias encontram-se em
Estado regular, ruim e péssimo. Considerando-se apenas aspectos relacionados às condições
dos pavimentos, 54,5% das rodovias apresentam-se em Estado não satisfatório, necessitando
imediatos investimentos de restauração e até reconstrução. No Estado do Rio Grande do Sul,
em particular, onde foram avaliados 7.540km de rodovias, 31,3% dos pavimentos encontram-
se em condições não satisfatórias. Essas condições, muitas vezes geradas por projetos não
adequados, são agravadas principalmente pelo tráfego de veículos comerciais pesados,
diversas vezes com excesso de carga devido à falta de fiscalização, e às desfavoráveis
condições climáticas.
Colaborando com a degradação dos pavimentos das rodovias do Brasil também está o
acentuado crescimento do tráfego verificado nos últimos anos. Atualmente, o Brasil possui
uma das maiores frotas de veículos automotores do mundo. De acordo com o Anuário
Estatístico da Indústria Automobilística Brasileira da ANFAVEA (Associação Nacional de
Fabricantes de Veículos Automotores, 2007), no ano de 2005 o Brasil possuía uma frota de
23.023.000 veículos automotores, ocupando a décima colocação no ranking mundial e
representando 2,6% da frota total de veículos automotores do mundo. A fabricação de
autoveículos no Brasil também tem crescido, com a produção, em 2006, de 2,6 milhões de
veículos. Em 1999, esse número era de 1,4 milhões. O Brasil atualmente sustenta a oitava
colocação no ranking mundial de fabricação de veículos automotores.
Diante desse cenário, os administradores rodoviários, governos ou concessionárias, têm que
realizar investimentos cada vez maiores, tanto na construção de pavimentos novos, como na
recuperação de trechos que necessitem de uma imediata intervenção, com o intuito de
encontrar soluções que contemplem pavimentos mais resistentes, mais duráveis e que
demandem pequenas manutenções ao longo do período para os quais foram projetados,
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
22
assegurando, durante a sua vida de serviço, conforto e segurança aos usuários. Para tanto,
tecnologias inovadoras de materiais e procedimentos empregados na pavimentação rodoviária
têm sido desenvolvidas, incentivadas no Brasil principalmente pelos programas de concessões
rodoviárias, iniciadas na década de 1990 pelos governos federais e estaduais como alternativa
para a escassez de recursos para o setor rodoviário.
1.1 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA
A rodovia BR-290/RS é uma das principais vias de acesso à capital do Rio Grande do Sul,
Porto Alegre, sendo, portanto, considerada uma das mais importantes rodovias da região. O
trecho entre as cidades de Osório, no litoral gaúcho, e Porto Alegre foi construído em 1973 e
está, desde 1997, sob concessão da Concessionária da Rodovia Osório - Porto Alegre S/A –
Concepa. Dentre as principais melhorias realizadas pela concessionária está a obra de
ampliação da pista, com o alargamento da plataforma de tráfego. Essa nova estrutura de
ampliação está sendo executada, com pequenas distinções quanto às espessuras e materiais
das camadas, em toda a extensão entre as cidades de Osório e Porto Alegre, totalizando
96,5km. Assim, há uma necessidade de conhecimento do comportamento do desempenho
dessa estrutura de pavimento ao longo de sua vida de serviço, sendo fundamental, para tanto,
utilizar procedimentos de avaliação de desempenho que aproximem ao máximo o real
comportamento futuro da estrutura.
O fato de a grande maioria dos métodos tradicionais de dimensionamento de pavimentos
asfálticos não considerarem de maneira efetiva os mecanismos pelos quais a degradação
estrutural se processa é um dos fatores que acarretam as más condições que se encontram as
rodovias brasileiras, como comentado anteriormente. Um dos maiores problemas atuais para
os engenheiros rodoviários é justamente estimar de forma satisfatória a vida útil da construção
de pavimentos novos ou da recuperação de pavimentos deteriorados. Em geral, infelizmente
parte-se muito da experiência e do conhecimento heurístico do projetista, com a realização de
poucos ensaios laboratoriais. O conhecimento prévio do projetista é importante em muitas
definições, mas é necessário também um maior embasamento técnico-científico à solução
empregada, obtido através de ensaios laboratoriais, por exemplo, de modo a possibilitar a
execução de um eficaz projeto de pavimento.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
23
Quando se utilizam ensaios laboratoriais como aporte para projetos de pavimentação,
usualmente são empregados ensaios de módulo de resiliência e, mais raramente, ensaios de
fadiga a tensão ou deformação controlada. Os testes em laboratórios, no entanto, muitas vezes
não representam fielmente as condições reais às quais os pavimentos executados serão
submetidos. Na obtenção e análise dos resultados, muitas considerações são realizadas,
adotando-se hipóteses simplificadoras, diminuindo a fidelidade dos ensaios à realidade.
Como procedimento mais moderno, têm sido empregados simuladores de tráfego de
laboratório, que ensaiam amostras de revestimento asfáltico submetidas a aplicações de carga
que simulam a ação do tráfego sobre o pavimento. No entanto, tais simuladores, assim como a
maioria dos procedimentos de dimensionamentos de pavimentos em laboratório, são voltados
somente à análise das camadas de revestimento. Tal consideração, embora correta, pois as
camadas de revestimentos possuem forte influência no desempenho dos pavimentos e são
responsáveis pela maior parcela do valor financeiro investido, inibe a possibilidade de avaliar
a estrutura de pavimento como um todo, com todas as camadas trabalhando em conjunto.
Nesse contexto, aumenta-se a necessidade do desenvolvimento de um procedimento mais
adequado para avaliação do pavimento e para determinação, com certa precisão, da vida de
serviço dos pavimentos.
Atualmente, está se tornando um consenso no meio técnico que a maneira mais próxima de se
verificar o desempenho real de pavimentos é através de ensaios acelerados, utilizando-se
simuladores de tráfego em escala real. Tal prática já é empregada no Brasil desde a década de
1980, inicialmente com o emprego do simulador de tráfego circular do IPR/DNER (Silva,
2001) e posteriormente com o simulador linear da UFRGS-DAER/RS (Núñez, 1997). Esses
equipamentos normalmente ensaiam estruturas-testes, construídas em pistas experimentais, de
pequenas dimensões geométricas, executadas exclusivamente para os ensaios com o
simulador. A partir dos resultados obtidos, considera-se a possibilidade da adoção dessas
estruturas em pavimentos rodoviários reais. Por tratar-se de ensaios inseridos em pesquisas,
atenções e cuidados diferenciados no processo de construção da estrutura são seguidos e
deixam de representar fielmente a realidade da mão-de-obra do setor rodoviário.
Assim, mesmo os ensaios com simuladores de tráfego em escala real apresentam limitações
quanto à representação da realidade. Soluções estruturais que se comportam apresentando
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
24
bons resultados, nesses ensaios acelerados, podem não necessariamente ser soluções técnicas
adequadas para serem empregadas em rodovias reais.
Para evitar particularidades dos ensaios em pistas experimentais, tem se utilizado em diversos
países pelo mundo e, nos últimos anos, no Brasil, simuladores de tráfego móveis,
denominados de HVS (Heavy Vehicle Simulator), que são deslocados para o local do ensaio,
normalmente pistas de pavimentos rodoviários em escala real, em que são executados
pequenos trechos experimentais, com dimensões maiores, no entanto, das pistas
experimentais. Tais trechos são executados em uma faixa adicional colocada ao lado do
pavimento existente ou na própria pista a ser avaliada.
O uso de simuladores de tráfego móveis tem sido, desse modo, considerado o procedimento
atual que mais se aproxima da realidade na avaliação do comportamento de uma estrutura de
pavimento, embora sabe-se que ainda não são totalmente fiéis ao real desempenho que a
estrutura apresentará. O fato de dificilmente representarem por completo as condições
climáticas e o tráfego real ao qual a rodovia será submetida, faz com que inevitavelmente haja
uma diferença entre o comportamento real e o simulado pelos ensaios acelerados. Em relação
ao tráfego real, fatores como o volume das solicitações e a carga exercida sobre o pavimento
são difíceis de serem estimados, pois são inúmeras as variáveis sem controle que influenciam
tais parâmetros, como, por exemplo, fatores econômicos futuros da região. Também é
necessário considerar as variações entre o tráfego real e o equipamento simulador de tráfego
quanto à carga (podendo ser superior a da maioria dos veículos que transitam pela rodovia) e
à velocidade (normalmente mais baixa que a dos veículos do tráfego real).
O meio rodoviário técnico tem sentido, desse modo, a necessidade do estabelecimento de
fatores de relação entre os resultados obtidos com os simuladores de tráfego e o
comportamento real que o pavimento apresentará ao longo de sua vida de serviço. Os
resultados dos ensaios acelerados com simuladores de tráfego, tanto os fixos (circulares e
lineares) quanto os móveis, acabam muitas vezes sendo apenas comparativos, realizando os
testes em diferentes estruturas e avaliando o comportamento para cada estrutura de pavimento
analisada, verificando a que apresente o melhor desempenho. Esses estudos são válidos e de
grande valia, mas permanecem as incertezas de como tal estrutura se comportará quando
submetida ao tráfego real.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
25
1.2 OBJETIVO GERAL
A pesquisa descrita nesta dissertação tem como principal objetivo avaliar, realizando ensaios
acelerados, o desempenho de uma estrutura de pavimento real da rodovia BR-290/RS
submetida à aplicação das cargas do tráfego impostas em verdadeira grandeza pelo trem de
cargas de um simulador linear de tráfego móvel. Nessa avaliação, são realizados
levantamentos da variação das condições do pavimento. Através dessa avaliação, é possível
estimar a vida de serviço da estrutura adotada, verificando a eficiência da mesma, com o
acompanhamento do comportamento do desempenho do pavimento quando submetido ao
tráfego real.
Para alcançar o objetivo proposto, também é necessário – e é um dos objetivos da pesquisa –
estimar, de forma simplificada, a partir de condições estabelecidas de ensaios, um fator de
relação entre os resultados obtidos pelo simulador de tráfego e o desenvolvido pelo tráfego
real da rodovia (fator simulador-tráfego real).
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Os objetivos específicos desta pesquisa são os seguintes:
a) Realizar medições periódicas das condições estruturais e funcionais do pavimento ensaiado
com o simulador de tráfego através de levantamentos deflectométricos, da densidade de
trincamento e do afundamento de trilha de roda, a fim de estimar a evolução de tais
parâmetros para cada condição ensaiada da estrutura de pavimento considerada;
b) Reunir informações dos parâmetros ambientais, tais como temperatura média do ar e
precipitações pluviométricas, no intuito de avaliar a influência de tais parâmetros nos
resultados obtidos;
c) Comparar as diferentes condições ensaiadas, considerando-se as variáveis entre cada
ensaio;
d) Realizar uma análise laboratorial sobre amostras de revestimento asfáltico extraídas do
local dos ensaios acelerados, tais como a determinação da resistência à tração, do módulo de
resiliência e da fadiga da mistura ensaiada, fornecendo ferramentas para auxiliar a análise do
desempenho da estrutura de pavimento;
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
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e) Verificar como se comportam as misturas extraídas de campo solicitadas a diferentes
carregamentos do tráfego real e do simulador de tráfego, a partir de ensaios laboratoriais
realizados em corpos-de-prova extraídos de diferentes condições (solicitados pelo tráfego real
e simulador; solicitados somente pelo tráfego real; solicitados somente pelo simulador; e sem
terem sido solicitados a nenhum carregamento);
f) Avaliar a influência do tempo de aplicação de carga no desempenho dos pavimentos, com a
verificação da variação do módulo de resiliência quando submetido a diferentes tempos de
pulso de carga e com uma simplificada tentativa de verificar a influência da velocidade do
veículo que exerce a solicitação ao pavimento, comparando a velocidade do simulador
(8km/h) com a do tráfego real (80km/h);
g) A partir da evolução dos parâmetros levantados, estimar a tendência de desempenho da
estrutura ensaiada.
1.4 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
O presente trabalho está dividido em 6 capítulos, descritos a seguir:
O tema da pesquisa é apresentado neste capítulo 1, enfatizando a importância da elaboração
de ferramentas e procedimentos que auxiliem na determinação, com uma maior precisão, da
vida de serviço dos pavimentos. São levantadas as dificuldades atuais do meio técnico na
determinação do real desempenho de pavimentos rodoviários e enfatizada a importância de
considerar uma relação entre os resultados obtidos em ensaios acelerados com simuladores de
tráfego e o real comportamento dos pavimentos, em particular, neste estudo, para a análise de
estrutura da rodovia BR-290/RS.
A seguir, no capítulo 2 descrevem-se os estudos prévios existentes sobre o tema deste
trabalho, através de uma revisão bibliográfica a respeito dos simuladores de tráfego e a
degradação dos pavimentos asfálticos. São apresentados os principais equipamentos
simuladores de tráfego existentes internacionalmente e no cenário nacional, com uma breve
descrição também de pesquisas desenvolvidas anteriormente com esses equipamentos.
No capítulo 3 é detalhada a metodologia utilizada nesta dissertação. Neste item, é apresentado
o cenário do estudo, descrevendo a rodovia e a estrutura avaliada. São apresentadas as
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
27
condições a serem consideradas no estudo. Uma descrição mais detalhada do simulador de
tráfego utilizado nesta pesquisa é apresentada. Além disso, são descritos também os
levantamentos realizados, expondo a metodologia e os procedimentos adotados em cada um
dos levantamentos de campo e de laboratório.
Os resultados desenvolvidos pelo conjunto de ensaios e suas respectivas análises estão
apresentados no capítulo 4. Primeiramente são explicitados todos dados reunidos referentes
aos levantamentos realizados em campo sobre a estrutura de pavimento em análise. Por fim,
são apresentados os resultados laboratoriais obtidos a partir de amostras extraídas de campo.
O capítulo 5 é referente à elaboração de fatores relacionando a ação do simulador e a ação do
tráfego real, com a proposta da elaboração de um simplificado fator simulador-tráfego real,
considerando na análise o efeito da velocidade e da carga de solicitação empregada pelo
simulador. A partir dessa relação estimada entre a ação real e a do simulador, é apresentada
uma tentativa de extrapolar os resultados obtidos nos ensaios acelerados para o desempenho
da estrutura submetida ao tráfego real da rodovia.
Por último, no capítulo 6, são apresentadas as principais conclusões desta dissertação, obtidas
após a análise dos resultados, e sua relação com o conhecimento prévio existente na literatura
técnica. Em seguida, são sugeridos alguns temas relacionados à presente linha de pesquisa,
para que possa ser dada continuidade ao trabalho aqui desenvolvido.
Ainda são apresentados, em apêndices inseridos no final desta dissertação, os resultados da
avaliação em campo (apêndice A) e da avaliação em laboratório (apêndice B), informações
sobre o tráfego da rodovia (apêndice C), bem como alguns registros fotográficos da pesquisa
(apêndice D).
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
28
2 UMA BREVE REVISÃO SOBRE SIMULADORES DE TRÁFEGO
As investigações das respostas oferecidas por estruturas observadas em verdadeira grandeza
proporcionam significativos avanços na engenharia de pavimentos. O exemplo clássico é a
aplicação prática dos resultados obtidos nos ensaios desenvolvidos pela AASHO Road Test,
pesquisa desenvolvida nos Estados Unidos, próximo de Ottawa, Illinóis, por um período de
dois anos, entre outubro de 1958 e novembro de 1960. Na pesquisa, foram construídas 468
seções de pavimentos flexíveis e 368 seções de pavimentos rígidos, sendo aplicadas 1.114.000
repetições de vários tipos de eixos de carga (Gonçalves, 2002).
Até hoje, muitos procedimentos utilizados em projetos de dimensionamento de estruturas de
pavimentos em todo o mundo são baseados em resultados experimentais da AASHO Road
Test. No entanto, os resultados obtidos neste estudo, na maioria empíricos, referem-se a
condições climáticas e de constituição de materiais específicas para as das pistas
experimentais de Illinóis. Os resultados devem, assim, quando utilizados para estruturas de
pavimentos submetidas a diferentes condições, ser cuidadosamente interpretados. No Brasil,
especificamente, o clima é bem diferente quando comparado com o da região de Illinóis,
podendo, portanto, as análises realizadas a partir dos resultados da AASHO Road Test
estarem seriamente comprometida. Neste sentido, pesquisadores de diversas partes do mundo
vêm se esforçando para definir as suas próprias equações de dimensionamento, bem como de
avaliação do comportamento quanto ao desempenho, que permitam levar em conta aspectos
fundamentais como características dos materiais e parâmetros climáticos particulares dos
locais.
Nos últimos anos, no intuito de avaliar o desempenho de pavimentos em serviço, diversos
estudos têm sido realizados envolvendo a construção de pistas experimentais e a realização de
ensaios acelerados de pavimentos. Para tanto, foram planejados e desenvolvidos diversos
programas de pesquisa. Dentre os mais expressivos, podem ser citados: Nardo Road Test,
Corpo dos Engenheiros do Exército Americano, Pista Experimental de Nantes, Virttaa Test
Track, Alberta Research Council e Pista Experimental de Madri. O objetivo comum destas
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
29
pesquisas foi possibilitar a obtenção de parâmetros fundamentais, através dos quais se pudesse
racionalizar as etapas de projeto e avaliação de pavimentos (Gonçalves, 2002).
As instalações concebidas permitiram ensaiar e comparar estruturas distintas de pavimentos
simultaneamente. Seus principais objetivos são a calibração de métodos analíticos de
dimensionamento, avaliação de pavimentos, comparação da capacidade de suporte e vidas de
serviço de diferentes seções estruturais de pavimentos, comparação de diferentes tipos de
revestimentos, medição de tensões e deformações em pontos críticos das estruturas,
verificações e calibração de modelos teóricos de desempenho de pavimentos e investigação
do comportamento de novos materiais para rodovias (Gonçalves, 2002).
Conforme Horak et al. (1999), a realização de testes acelerados em estruturas de pavimentos
vem sendo cada vez mais aceita como uma importante ferramenta para o processo de decisão
e investigação da adequação de procedimentos para projeto de pavimentos.
O objetivo principal da realização de ensaios acelerados com o uso de simuladores de tráfego
é reproduzir, em um curto espaço de tempo, a degradação que irá ocorrer em um pavimento
ao longo de sua vida de serviço para o qual foi projetado. Para ser obtida a degradação
acelerada do pavimento durante a realização deste tipo de ensaio, de modo geral, são
utilizados níveis de solicitações de cargas superiores àqueles aos quais as estruturas estarão
submetidas pelo tráfego real da rodovia, considerando-se as cargas definidas como limites
pela legislação.
Os resultados das pesquisas realizadas envolvendo ensaios acelerados em escala real
permitiram avanços significativos na prática da engenharia de pavimentos. Atualmente, o uso
de ensaios acelerados tem sido cada vez mais difundido como uma ferramenta de apoio ao
processo de tomada de decisão, no que se refere à utilização de novos materiais e no
estabelecimento de procedimentos que possibilitem a análise da relação benefício-custo de
estratégias alternativas tanto para construção de pavimentos novos como em projetos de
recuperação estrutural de pavimentos deteriorados (Gonçalves, 2002).
Os simuladores de tráfego são normalmente empregados em pequenas seções-testes, quando
comparadas às dimensões das rodovias, mas com as estruturas em condições de escala real
quanto aos materiais, sendo, portanto, considerado o procedimento mais fiel à realidade na
elaboração de projetos de pavimentos.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
30
A aplicação acelerada de cargas predefinidas nos ensaios com simuladores de tráfego reduz
significativamente o tempo necessário para o desenvolvimento de variações nas condições
estruturais e funcionaisdo pavimento em análise.
Muitos estudos já foram desenvolvidos com a realização de ensaios acelerados através da
utilização de simuladores de tráfego em todo o mundo, principalmente na África do Sul,
Europa e na América do Norte, regiões de grande desenvolvimento no ramo da pavimentação.
No Brasil, nas últimas décadas também tem se acentuado os estudos com simuladores de
tráfego na avaliação do comportamento de estruturas de pavimentos rodoviários, com o
desenvolvimento de equipamentos e diversas pesquisas a respeito.
Os simuladores de tráfego podem ser divididos em quatro categorias:
− Simuladores de tráfego de laboratório;
− Simuladores de tráfego circulares;
− Simuladores de tráfego lineares;
− Simuladores de tráfego móvel, tipo HVS
2.1 SIMULADORES DE TRÁFEGO DE LABORATÓRIO
Os simuladores de tráfego de laboratório (também podendo ser denominados como
simuladores de pequeno porte) desempenham papel complementar àqueles das pistas
experimentais. São ensaios acelerados, capazes de estimar em poucas horas o comportamento
de uma mistura de concreto asfáltico ao longo de sua vida de serviço.
Estes ensaios acelerados em laboratório em geral destinam-se ao estudo do fenômeno da
deformação permanente são de certa forma, bastante aproximados das condições reais de
solicitações sofridas pelo revestimento, e os resultados obtidos podem ser considerados um
critério de seleção de dosagem de misturas (Fritzen, 2005).
Os simuladores de laboratório normalmente avaliam apenas a camada de revestimentos e são
empregados principalmente para a avaliação dos pavimentos quanto à contribuição do
revestimento para as deformações permanentes (afundamento de trilha de roda).
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
31
Em recente revisão bibliográfica, Fritzen (2005) apresentou alguns modelos de simuladores
de tráfego existentes no mundo. Alguns exemplos de simuladores de laboratório apresentados
por Fritzen (2005) são:
− Holanda – Shell: é uma pista circular de 3m de diâmetro, as seções de pavimentos são
entre dois muros de concreto, as vigas possuem rodas nas extremidades, a carga se dá
entre 1kN e 20kN e sua velocidade é de 20km/h;
− Portugal – LNEC: é um equipamento para teste de revestimentos asfálticos em flexão
dinâmica, sob ação de cargas rolantes repetidas;
− França – LCPC: é um equipamento utilizado para estudar afundamento de trilha de
roda em misturas asfálticas;
− APA – Departamento Transportes da Geórgia, criado em 1985: é um equipamento que
pode ser usado para avaliar a deformação permanente, trincamento por fadiga e a
suscetibilidade à umidade.
Existem no Brasil dois modelos de simuladores de laboratório: LCPC, da USP, e o APA,
atualmente no laboratório da BR Distribuidora em São José dos Campos.
2.1.1 Simulador de Tráfego da USP - LCPC
Um simulador de laboratório de pequeno porte conhecido como LPC – Wheel-Tracking
Rutting Test, foi desenvolvido pelo Laboratóire Central dês Ponts et Chausées (LCPC), da
França, no período entre 1968 e 1970. Este simulador tem a finalidade de estudar a
contribuição do revestimento para o afundamento de trilha de roda na fase de dosagem das
misturas asfálticas. A Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) possui um
LCPC.
Conforme Merighi (1995), o simulador da USP consiste basicamente de um conjunto
composto por dois equipamentos mecânicos, acionados por dispositivos hidráulicos e
pneumáticos. Um conjunto de equipamentos é destinado a simular o tráfego através da
repetição de carga aplicada por uma roda submetida a esforço vertical e seu movimento
longitudinal se dá sobre o corpo-de-prova.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
32
O equipamento de compactação é formado por um conjunto mecânico, acionado por um
motor elétrico, um sistema hidro-pneumático acionado por uma central de ar comprimido de
laboratório, comandado através de um painel eletro – eletrônico. Para a confecção das
amostras a serem ensaiadas são necessários alguns componentes, como moldes, mesa de
compactação, eixo para fixação da roda, sistema de controle, totalizador de ciclos do eixo de
compactação, manômetros e válvulas de controle de pressão (Fritzen, 2005).
As amostras de misturas asfálticas podem ser obtidas em campo ou no laboratório.
O simulador de tráfego do Laboratório de Tecnologia de Pavimentos da Escola Politécnica da
USP, apresentado na figura 1, tem as seguintes características:
− A simulação é realizada sempre com duas amostras por vez;
− Ciclos de 1Hz;
− Pneu 400 x 8, inflado com pressão de 0,6MPa;
− Carga no eixo de 5,0kN;
− Movimentos da roda ao longo do eixo da placa são aplicados no centro da placa por
aproximadamente 0,1s;
− Aquecedor até 70ºC;
− Painel de controle.
Para a execução do ensaio são necessários sempre dois corpos-de-prova, cujos moldes são
fixados no simulador. O nível de temperatura do ensaio pode ser ajustado conforme desejado,
porém em geral se utiliza 60ºC. A roda começa a passar sobre a amostra com ciclo de 1Hz. De
acordo com a norma francesa de 1991, as leituras do valor do afundamento de trilha de roda
devem ser realizadas quando o eixo da roda atingir: 30; 100; 1000; 3000; 10.000; 30.000 e
100.000 ciclos, e o ensaio deve ser interrompido se o afundamento for maior que 15mm
(Fritzen, 2005).
A utilização deste tipo de simulador de tráfego é muito importante, pois auxilia tanto no
projeto e na dosagem de misturas asfálticas como na compreensão do desempenho dos
revestimentos asfálticos (Fritzen, 2005).
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
33
Figura 1: Simulador de tráfego de laboratório tipo LCPC da USP/SP
(Bernucci et al., 2006).
A avaliação da medida dos afundamentos de trilha de roda em misturas de concreto asfáltico
submetidas a simulador de tráfego LCPC fundamenta-se nas especificações francesas
(Fritzen, 2005).
O critério utilizado é o que especifica porcentagem máxima de afundamento em trilha de roda
de 10%, após 30.000 ciclos, em relação à espessura da amostra ensaiada para misturas de
concreto asfáltico adequadas a camada de revestimento, tendo também como limite o número
de ciclos (100.000) e o afundamento máximo (15mm) (Fritzen, 2005).
Merece ser observado que um simulador similar a este da USP (modelo LCPC) está em
desenvolvimento no Laboratório de Mecânica dos Pavimentos, na Universidade Federal do
Ceará.
2.1.2 Analisador de Pavimento Asfáltico – APA
O APA (Analisador de Pavimento Asfáltico ou Asphalt Pavement Analyzer) surgiu em 1985,
no Departamento de Transporte da Geórgia, nos EUA, com o objetivo de desenvolver um
método simplificado de ensaios para a previsão de características de deformação plástica de
misturas asfálticas (Fritzen, 2005).
No Brasil, existe um simulador APA, de propriedade da BR Distribuidora. Aspectos deste
equipamento podem ser vistos na figura 2. Este simulador tem como principal função
verificar o comportamento da mistura asfáltica quanto à deformação permanente, mas pode
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
34
também ser usado para avaliar o trincamento por fadiga e a suscetibilidade à umidade de
misturas asfálticas moldadas a quente e a frio.
Figura 2: Simulador de tráfego de laboratório tipo APA (Fritzen,
2005).
O tempo de teste para uma avaliação completa de deformação permanente é de 2 horas e 15
minutos para um total de 8.000 ciclos. A suscetibilidade à deformação permanente é estimada
colocando amostras retangulares ou cilíndricas sob cargas de roda metálicas que se apóiam
em borrachas padronizadas. São obtidas medidas automáticas da profundidade da trilha de
roda sob a passagem da roda (Fritzen, 2005).
O APA possui rodas de alumínio côncavas, que se movem ao longo de uma mangueira de
borracha de ¾“ (19mm) de diâmetro pressurizada e esticada longitudinalmente sobre a
amostra, gerando uma pressão de contato (Fritzen, 2005).
Sá (2003) descreve o APA como um equipamento com múltiplas funções, que além da
avaliação da deformação plástica, tem sido empregado para análise de trincamento por fadiga
e suscetibilidade à umidade de amostras tanto retangulares como cilíndricas, moldadas em
laboratório. O equipamento permite que os testes de previsão de deformação permanente
sejam efetuados simultaneamente sobre três amostras em forma de viga ou seis cilindros, ou
uma combinação de ambos (Fritzen, 2005).
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
35
Os testes de deformação permanente são conduzidos à temperatura controlada de 30 a 70ºC.
Durante o ensaio pode-se simular uma pressão de pneus superior a 827kPa. A medida da
profundidade da trilha de roda é efetuada por um sistema de medição automática. Para
determinar a resistência à fadiga a mangueira de borracha usada no teste de deformação
permanente é substituída por uma roda de aço (Fritzen, 2005).
2.2 SIMULADORES DE TRÁFEGO CIRCULARES
Os simuladores de tráfego circulares exercem as solicitações em pistas circulares. As rodas
são localizadas nas extremidades dos braços de equipamentos rotativos. São conhecidos
também como simuladores de tráfego radiais.
Os simuladores circulares podem inclusive serem operados no interior de prédios de
laboratório quando apresentam dimensões reduzidas (diâmetro até 12m), com o nível do
lençol freático e temperaturas controlados. Os simuladores de maior diâmetro funcionam a
céu aberto (Núñez, 1997).
O movimento dos simuladores circulares é gerado por motores elétricos, ou elétrico-
hidráulicos, atingindo velocidades de até 100km/h. Na maioria dos simuladores, a carga é
aplicada através de semi-eixos com diferentes configurações de rodas: simples, duplas e em
tandem. O modo de aplicação do carregamento pode ser gravitacional ou hidráulico. As
cargas, que podem alcançar valores de 100kN por semi-eixo, são distribuídas
transversalmente (Núñez, 1997).
As pistas sobre as quais os simuladores de tráfego circulares exercem suas solicitações são
construídas, pelo seu formato (circulares), seguindo alguns procedimentos diferenciados, fato
que muitas vezes é considerada uma desvantagem desse tipo de pista.
Alguns exemplos de simuladores de tráfego circulares existentes pelo mundo, de acordo com
Fritzen (2005), são:
− Nova Zelândia - Universidade Canterbury (1970): possui um anel octogonal com
diâmetro de 20m e dois conjuntos de rodas duplas, o deslocamento lateral da carga é
realizado através de pesos de concreto, e esta carga varia de 13,3kN a 40kN a uma
velocidade de 20km/h;
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36
− Universidade do Estado de Washington (1970): possui três conjuntos de rodas duplas,
tem diâmetro de 26m, as rodas externas são livres e as internas são tracionadas
deslocando-se lateralmente.
− Suíça (1970): possui três braços radiais com rodas duplas com diâmetro de 32m e sua
carga é de 50kN;
− França – LCPC (NANTES): o mais completo com diâmetro de 41m, a largura da pista
é de 6m, possui 4 braços com rodas duplas e seu deslocamento é lateral (figura 3).
Figura 3: Simulador de tráfego circular do LCPC na França (Corté,
2001, apud Rohde, 2007).
No Brasil, existe um simulador circular de tráfego: o Simulador IPR/DNER. A construção da
pista experimental do IPR/DNER com simulador circular foi a primeira realizada no Brasil.
Na década de 1970 foram analisados pelos pesquisadores do IPR diferentes tipos de pistas
experimentais e simuladores de tráfego existentes à época no mundo, verificando vantagens e
desvantagens, através de detalhes de projeto, fotografias, publicações e visitas nos Estados
Unidos, Inglaterra, Portugal e França.
Pistas experimentais circulares dos Estados Unidos, Inglaterra, Tchecoslováquia, Argentina,
México e Hungria, ajudaram o IPR/DNER a optar pela construção de uma pista experimental
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37
circular, do tipo carrossel, semelhante à existente na Washington State University – WSU, na
cidade de Pulmann, Estado de Washington (Silva, 2001).
No ano de 1975 iniciou-se o projeto de construção da pista que foi instalada no Centro
Rodoviário em Parada de Lucas, no km 163 da Rodovia Presidente Dutra, no Rio de Janeiro.
A Pista Circular Experimental do IPR/DNER é constituída por um conjunto de sistemas
móveis e de instalações fixas, conforme figura 4.
Figura 4: Vista Superior do simulador de tráfego circular do
IPR/DNER (Silva, 2001).
Segundo Silva (2001) o trem de prova é constituído por uma treliça metálica, dotada de uma
armadura central, em forma hexagonal, com 2,40m de lado, à qual estão fixados três braços
com 12,9m cada. Na extremidade de cada braço, está montado um sistema completo de
acionamento, constituído por um motor de 60CV, CC, arrefecido por ventoinha elétrica, ao
qual estão conectados uma caixa de redução, mancais, eixo cardan, sistema de feixe de molas
planas, conjunto de rodas duplas dotadas de pneus 1100R22 e sistema de regulagem das rodas
(Fritzen, 2005).
Silva (2001) descreve o simulador de tráfego do IPR/DNER como tendo um hexágono central
da treliça, sob o qual está montado o mecanismo do excêntrico, que permite o deslocamento
lateral do trem de prova, a cada giro deste, com amplitude regulável, de 0 a 2,20m. Este
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
38
sistema é formado por uma corrente guia, base móvel de apoio, caixa de redução, cabo
flexível, cinco engrenagens e duas correntes metálicas.
No centro do hexágono, está fixado o eixo do trem de prova, que atua em um conjunto com
bucha e mancal móveis. No prolongamento inferior deste eixo está montado o coletor de
energia elétrica, com 28 anéis e respectivas escovas, através do qual a energia elétrica é
transmitida do conversor e quadros de comando e força para o sistema de propulsão do trem
de prova (Fritzen, 2005).
A ligação de energia elétrica entre o conversor e os quadros de comando e força, com os
sistemas de propulsão do trem de prova, é feita através do coletor, por meio de cabos
elétricos, assentes em calhas metálicas especiais. Em um único gabinete metálico, está
montado o conversor CA / CC, de 440 VAC de entrada, e saída ajustável de 0 a 500 VAC,
com 144 kW de capacidade (Fritzen, 2005).
O trem de prova tem um peso total de 17,1tf, sendo apoiado em três conjuntos de rodas
duplas, dotadas de pneus radiais, 1100R22, inflados a 105lb/pol2, com carga por conjunto de
rodas de 5,7tf. O equipamento de comando é alojado na sala de controle, construída adjacente
à pista de modo a permitir uma visão completa da mesma (Fritzen, 2005).
Embora o simulador possa em geral atingir 80km/h, a maioria dos experimentos já realizados
na pista do IPR utilizou a velocidade de operação de 40km/h. Nesta velocidade, são aplicados
ao pavimento pelos três conjuntos de rodas, aproximadamente 1.500 carregamentos por hora.
Para que se tenha uma cobertura completa da área transversal útil do pavimento, o centro de
rotação da estrutura pode ser colocado excentricamente à pista girando lentamente,
completando um círculo médio a cada perímetro de 80m e raio de 12,9m (correspondente ao
braço do trem de prova). A largura da faixa do pavimento que pode ser solicitada pelo
carregamento é ajustável de 0 a 2,2m, e a cada 760 giros do trem de prova, as rodas retornam
ao ponto inicial do deslocamento transversal (Fritzen, 2005).
2.2.1 Estudos desenvolvidos com o Simulador de Tráfego IPR/DNER
O Instituto de Pesquisa Rodoviárias – IPR, após o término da construção da Pista Circular
Experimental em 1979, iniciou um programa de pesquisa. A partir deste ano o IPR realizou
vários estudos que tem ajudado a entender melhor o comportamento dos materiais utilizados
na pavimentação
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
39
As principais pesquisas desenvolvidas com o simulador circular IPR/DNER estão
apresentadas resumidamente na tabela 1.
Tabela 1: Resumo das principais pesquisas desenvolvidas com o
Simulador de Tráfego IPR/DNER.
Pesquisa Período dos ensaios
Prestação de serviços, instalação e montagem da pista 1979 - 1981
Prestação de serviços para operação da pista 1980 - 1982
Operação da pista e pesquisa sobre revestimento TSD e
CBUQ
1982 - 1983
Recuperação e/ou atualização do projeto e operação da
pista
1987 – 1989
Manutenção de equipamentos e treinamento de pessoal
do DNER
1989 - 1991
Operação e pesquisa de revestimento CBUQ c/
diferentes espessuras
1991
Pesquisa sobre Concreto Rolado 1992
Pesquisa sobre Concreto Rolado para tráfego pesado 1993
Pesquisa sobre Whitetopping 1997 - 1998
Asfalto Chileno tipo Multigrade 2002 - 2003
Fonte: Fritzen (2005).
2.3 SIMULADORES DE TRÁFEGO LINEARES
Os simuladores de tráfego lineares também possuem, assim como os circulares, grandes
dimensões, solicitando pavimentos em escala real. São comumente empregados na avaliação
de estruturas de pavimentos.
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40
Os simuladores de tráfego lineares permitem diversas configurações e carga. Motores
elétricos acionam um sistema de cabos ou correntes que tracionam o sistema de rodagem. As
cargas, transversalmente distribuídas, podem ser aplicadas em um ou dois sentidos.
Entretanto, as velocidades são bem menores do que as dos simuladores radiais, raramente
ultrapassando os 20km/h. As freqüências oscilam entre 200 e 1.800 cargas por hora,
transmitidas a uma extensão de pavimento normalmente bem mais curta do que as das pistas
circulares (Núñez, 1997).
No mundo, alguns simuladores lineares merecem destaque. No levantamento de Fritzen
(2005) são citados os seguintes:
− Alemanha (1960): o simulador de médio porte da Alemanha apresenta duas vigas
metálicas paralelas que suportam uma plataforma móvel que carrega uma roda de
100cm de diâmetro e sua velocidade chega a 50km/h. Sua carga varia de 4kN a 20kN,
as seções de pavimento são de 10m úteis e 30m de aceleração e desaceleração.
− Austrália e USA (1980) – ALF (Accelerated Loading Facility): possui uma estrutura
metálica de suporte, sua carga varia de 40kN a 80kN com rodas duplas a uma
velocidade de 20km/h em seções testes de 12m. Tem um sistema de aceleração e
desaceleração por rampas, carregamento em um sentido e o deslocamento transversal
é dado por todo o equipamento. O ALF é ilustrado na figura 5.
Figura 5: Simulador ALF do FHWA (FHWA, 2006).
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41
Também classificam-se neste grupo, os simuladores da Pista de Testes de Madri (figura 6),
onde existem seis seções de ensaios de 25 metros cada, situadas nos trechos retos da pista em
formato oval. As seções foram construídas para alguns experimentos com materiais e
equipamentos comumente utilizados nas rodovias espanholas. A simulação do tráfego é
realizada por dois simuladores de tráfego guiados por uma viga. As características dos
simuladores correspondem as de um caminhão com máxima carga legal permitida na
Espanha. Os simuladores exercem sobre o pavimento uma carga entre 5,5 e 7,5tf, com uma
velocidade de 60km/h. As respostas do pavimento, quando submetido às cargas do tráfego e
sua evolução com o tempo, são medidas por instrumentos instalados no pavimento (Rohde,
2007).
Figura 6: Área de testes de pavimentos do CEDEX (TRB, 2006, apud
Rohde, 2007).
Merece destaque também o simulador de tráfego linear do TRL do Reino Unido, ilustrado na
figura 7 (Rohde, 2007).
Figura 7: Simulador de tráfego linear do TRL (TRB, 2006, apud
Rohde, 2007).
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42
Neste grupo enquadra-se também o segundo simulador instalado no Brasil, que é o da
UFRGS, ilustrado na figura 8. O simulador de tráfego da UFRGS-DAER/RS foi construído
entre 1992 e 1994. A motivação inicial para sua construção foi conhecer o comportamento
estrutural de camadas de basalto alterado quando empregado em rodovias de baixo volume de
tráfego. Esta pesquisa foi desenvolvida em conjunto pelo Departamento Autônomo de
Estradas e Rodagem do Rio Grande do Sul (DAER/RS) e pela Universidade Federal do Rio
Grande do Sul (UFRGS).
Figura 8: Simulador de Tráfego da UFRGS-DAER/RS (Azambuja,
2004).
Para desenvolver o simulador de tráfego da UFRGS-DAER/RS foram estudadas as principais
características dos simuladores em operação à época a nível mundial. A equipe da UFRGS e
do DAER optaram por um simulador de tamanho médio, com o objetivo de reproduzir de
forma mais real possível, o efeito do tráfego sobre uma estrutura de pavimento. O simulador
da UFRGS-DAER/RS é semelhante ao ALF (Accelerated Loading Facility), norte americano
(Ceratti, 1993). Conforme Ceratti et al. (2000) o projeto foi desenvolvido pelo Grupo de
Projeto Mecânico e Avaliação Industrial (GPA) do Departamento de Engenharia Mecânica da
UFRGS.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
43
O simulador de tráfego UFRGS-DAER/RS apresenta as seguintes características (Núñez,
1997):
− Velocidade de deslocamento regulável (até 10km/h);
− Carga máxima aplicável: 65kN;
− Comprimento: 15m;
− Largura: 2,5m;
− Altura: 4,3m;
− Espaço de aplicação da carga sobre o pavimento: 8m;
− Espaço de aceleração e desaceleração: 3m;
− Sistema de rodado: simples ou duplo;
− Tipo de carregamento aplicado: linear, unidirecional e não tracionado;
− Principio de aplicação de cargas: hidráulico;
− Principio de acionamento geral: elétrico.
O simulador de tráfego da UFRGS é formado por diversos sistemas descritos por Núñez
(1997) em sua tese de doutorado.
O simulador de tráfego da UFRGS-DAER/RS está instalado em uma Área de Testes de
Pavimentos, no Campus do Vale da Universidade. Nesta área é possível a execução de 9
pistas experimentais com 3 metros de largura e 20 metros de comprimento cada. O
acionamento e controle do simulador de tráfego são feitos em uma central localizada próximo
às pistas, neste local também está instalado o quadro de comando elétrico do equipamento.
2.3.1 Estudos desenvolvidos com o Simulador de Tráfego UFRGS-DAER/RS
A primeira pesquisa realizada com a utilização do Simulador de Tráfego da UFRGS –
DAER/RS, foi realizada por Núñez (1997). O objetivo da pesquisa era analisar a capacidade
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
44
do basalto alterado como material para rodovias de baixo volume de tráfego no Estado do Rio
Grande do Sul.
De acordo com Núñez (1997), o desempenho de pavimentos com camadas de basalto
alterado, avaliados nas pistas experimentais foi satisfatório, possibilitando a indicação do
emprego do material para pavimentação extensiva de rodovias coletoras, com garantia de boa
qualidade técnica e notável economia.
No ano de 1999 a UFRGS, o DAER/RS e a empresa Ober S/A, desenvolveram um estudo
para comparar o processo de reflexão de trincas em recapeamentos asfálticos executados
sobre pavimentos trincados, com a utilização do simulador de tráfego da UFRGS-DAER/RS
(Vieira, 2000). Para tanto foi construída uma pista experimental com revestimentos de
concreto asfáltico, no qual foram serradas trincas para simular a fadiga. Esta pista foi dividida
em três segmentos, sendo que em duas foram colocadas mantas de geotêxteis de diferentes
características, como camada intermediaria e no outro segmento foi executado o reforço
diretamente sobre a camada trincada.
Os resultados obtidos por Vieira (2000) indicaram que a inclusão do geotêxtil não tecido agiu
como elemento retardador da propagação das trincas por fadiga e como membrana
impermeável. E que a utilização dessa tecnologia pode se refletir em uma economia inicial
com a redução da camada asfáltica de reforço, ou ao longo do tempo com o aumento da vida
útil do pavimento.
Em estudo realizado por Gonçalves (2002), efetuou-se a instrumentação em seis seções
experimentais com revestimentos constituídos por misturas de concreto asfáltico convencional
e modificados por polímeros. Porém destas seis seções apenas duas foi submetido aos
esforços das cargas do tráfego durante este estudo. Estas seções foram monitoradas com
medidores de tensões e deformações, instalados em diferentes pontos.
Schmitz (2002) utilizou o simulador de tráfego UFRGS-DAER/RS para avaliar o
comportamento estrutural de um sistema solo – tubo plástico flexível de paredes estruturadas
frente a cargas permanentes sobre a tubulação e carregamentos móveis, como os provenientes
de tráfego de veículos.
A reflexão de trincas é considerada um dos maiores problemas a serem resolvidos na
restauração de rodovias. Este fenômeno ocorre na interligação das micro-fissuras da massa
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
45
asfáltica, devido à repetição dos ciclos de carga. Em geral, os movimentos causados pela
reflexão de trincas decorrem dos deslocamentos verticais diferentes entre as paredes de uma
trinca na passagem de carga de roda, ocorrendo deformações cisalhantes na camada do
recapeamento, e os movimentos horizontais de abertura e fechamento de trinca devido à
variação de temperatura, entre outros.
Para observar estas situações de reflexão de trincas, Azambuja (2004) realizou um estudo
sobre o desempenho de uma estrutura de pavimentos, recapeada em tratamento superficial
duplo – TSD, através de ensaios acelerados com a utilização do Simulador de Tráfego linear
da UFRGS-DAER/RS.
Para a realização da pesquisa foi utilizada uma das pistas estudada por Gonçalves (2002),
onde foram executadas quatro áreas de trincamento artificial, com uma serra circular, similar
ao padrão de trincamento causado por fadiga. O estudo também foi monitorado com células
de carga, strain-gages e sensores de temperatura. Foi utilizada a carga total do eixo de 100kN
com o objetivo de acelerar o processo de degradação. A atuação do trem de carga foi de abril
a junho de 2003 totalizando 1,2 x 10
5
ciclos de carga. As deflexões máximas evoluíram
depois dos 70.000 ciclos de carga, e o fenômeno de reflexões de trincas foi percebido a partir
dos 30.000 ciclos da carga aproximadamente. Após os 40.000 ciclos, as velocidades de
trincamento em áreas trincadas e não trincadas previamente começaram a se aproximar,
deduzindo-se que o trincamento foi causado pela fadiga de todo o revestimento asfáltico.
Cruz (2005) iniciou um estudo comparando o desempenho de misturas asfálticas formuladas
com ligante convencional e ligante modificado por borracha. No estudo, enquanto a seção de
pavimento executada com asfalto convencional apresentou um intenso trincamento, a seção
com asfalto-borracha no término dos ensaios apresentava somente uma trinca.
Wickboldt (2005), na seqüência do estudo de Cruz (2005), realizou um trabalho em que
avaliou através de ensaios acelerados o comportamento de misturas asfálticas modificadas
com borracha no processo de retardamento de reflexão de trincas.
Rohde (2007) desenvolveu uma pesquisa com ensaios acelerados em misturas asfálticas com
módulos de resiliência elevados (EME). Após 200 mil ciclos do simulador, não foi verificada
a ocorrência de trincamento superficial para a estrutura avaliada.
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46
Ainda merecem destaque os estudos realizados por Albano (1998, 1999 e 2005), nos quais se
avaliaram os efeitos dos fatores de carga por eixo, pressão de inflação e tipo do pneu no
desempenho de pavimentos. Com estas pesquisas, verificou-se que, para 20% de excesso de
carga por eixo, houve uma redução da vida útil do pavimento de 48% no pavimento estudado.
2.4 SIMULADORES DE TRÁFEGO MÓVEL, TIPO HVS
Os simuladores de tráfego móveis, tipo HVS, são também simuladores de tráfego lineares. No
entanto, por apresentarem particularidades, estão, nesta dissertação, considerados em uma
categoria específica.
Os simuladores HVS foram desenvolvidos na África do Sul, na década de 1970. É o mais
diferente dos demais, e foi montado em uma estrutura sobre rodas, que pode deslocá-lo por
meios próprios até o local de testes, realizando o carregamento na pista real. Em geral, sua
aplicação de carga pode variar de 20kN a 80kN a uma velocidade de 10km/h, carregamento
nos dois sentidos com extensão de 6m e largura de 1m. A figura 9 apresenta um exemplo de
simulador HVS desenvolvido em uma cooperação entre a Suécia e a Finlândia.
Figura 9: Simulador de tráfego móvel, modelo HVS (Heavy Vehicle
Simulator), desenvolvido em uma cooperação entre a Suécia e a
Finlândia (E-CORE, 2008).
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
47
Na África do Sul, a utilização do HVS tem permitido avanços significativos no conhecimento
acerca do comportamento dos materiais locais para uso em estruturas de pavimentos. Os
estudos realizados também refletem sua importância e têm possibilitado a incorporação de
variáveis ambientais na modelagem do comportamento dos pavimentos em serviço. O sistema
HVS provou ser uma ferramenta sem similar para o estabelecimento de conclusões acerca da
relação benefício-custo de estratégias de pavimentos. Um aspecto importante é o fato do HVS
ter permitido uma integração clara e benéfica entre pesquisadores, empreiteiros e os
responsáveis pela administração do sistema viário sul-africano, auxiliando na transferência de
tecnologia (Horak et al., 1999, apud Gonçalves, 2002).
A aplicação das cargas do tráfego pelo HVS normalmente pode ser feita em um único sentido
ou nos dois sentidos. A velocidade máxima de deslocamento é de 8 km/h, podendo aplicar até
17.000 repetições de cargas por dia. O comprimento de simulação da solicitação é de 7,5 m e
o deslocamento lateral programável de até 1,5 m. Podem ser aplicadas cargas de até 200kN.
De acordo com Horak et al. (1999), na engenharia de pavimentos, nota-se uma ausência de
comunicação entre as atividades de pesquisa e a prática rodoviária. Tal entendimento pode ser
visto como um elemento-chave para a transferência de tecnologia derivada de pesquisas e
conseqüente inovação tecnológica. Portanto, a associação entre pesquisadores e profissionais
da prática rodoviária torna-se indispensável para a racionalização das atividades relacionadas
à pavimentação. O HVS da África do Sul provou ser um elemento adequado para promover
tal interação entre profissionais que atuam em atividades complementares de pesquisa e
prática rodoviária.
Nokes et al. (1996) apresentam o planejamento do programa de ensaios acelerados de
pavimentos CAL/APT do Departamento de Transportes da Califórnia (CALTRANS). Após a
realização de um programa piloto de testes em uma pista experimental da África do Sul,
concluiu-se que o caminho mais adequado para investigação do desempenho de pavimentos
em escala real na Califórnia seria a utilização do HVS.
No Brasil, em 2002, a empresa Cifali desenvolveu a patenteou o primeiro simulador de
tráfego móvel da América Latina. Nos anos seguintes, a mesma empresa desenvolveu outro
equipamento semelhante. Hoje, ambas unidades pertencem à empresa Simular.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
48
2.4.1 Estudos desenvolvidos com os Simuladores de Tráfego Móvel – HVS – no
Brasil
A primeira unidade do simulador de tráfego móvel, modelo HVS, foi utilizada no início de
uma pesquisa do DAER-RS e no estudo realizado na concessionária de rodovias Autovias em
São Paulo no ano de 2004. A segunda unidade foi utilizada na etapa final dos estudos
realizados pelo DAER-RS.
O estudo realizado em parceria entre o DAER-RS, Simular, Brasília Guaíba Obras Públicas e
Greca Asfaltos na RS-122 teve inicio em agosto de 2003, com dois segmentos experimentais
contíguos de 300 metros de extensão, sendo um com revestimento de concreto asfáltico
convencional e o outro modificado com borracha. O objetivo dos testes foi comparar, através
da simulação acelerada em escala real, o comportamento destes dois diferentes tipos de
ligantes, apontando a melhor e mais econômica solução para esta aplicação específica. A RS-
122 é a principal rodovia estadual de ligação entre a região metropolitana de Porto Alegre e o
Vale do Sapateiro com o Pólo Metal - mecânico de Caxias do Sul. O tráfego é intenso, com
uma média de 15 mil veículos por dia, sendo 35% deste total de veículos comerciais
(Johnston, 2006).
O trabalho realizado com o HVS na Via Anhanguera, no Estado de São Paulo, localizado na
Rodovia SP–330 sentido São Paulo – Ribeirão Preto, de responsabilidade da Concessionária
Autovias, teve quatro seções teste construídas. De acordo com o relatório da Autovias, o
pavimento original é constituído por revestimento asfáltico com 15cm de espessura, base de
solo cimento com 20cm de espessura, uma sub – base com solo estabilizado
granulometricamente com 20cm de espessura e o subleito composto por material silto –
argiloso (AUTOVIAS, 2004, apud Fritzen, 2005).
As seções de reabilitação foram construídas no ano de 2003 isoladamente ou pela associação
das seguintes camadas:
− Tratamento Superficial Duplo com Polímero;
− Tratamento Superficial Duplo e Micro Revestimento a Frio com Polímero;
− Tratamento Superficial Simples e Micro Revestimento a Frio com Polímero;
− Tratamento Superficial Simples.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
49
A pesquisa com Simulador de Tráfego permitiu à Autovias (2004, apud Fritzen, 2005)
concluir que a solução de reabilitação dos pavimentos da Via Anhanguera com o Tratamento
Superficial Simples seguida de Micro Revestimento a Frio com Polímero é adequada para o
tráfego futuro do local.
Fritzen (2005) realizou um trabalho com a construção de quatro trechos experimentais, na
Rodovia Rio Teresópolis, com soluções diferentes que foram testadas através de ensaios
acelerados com a utilização do simulador de tráfego móvel – HVS. Concluiu-se que as três
soluções que empregaram fresagem de parte do revestimento e aplicação de concreto asfáltico
convencional, concreto asfáltico com geogrelha e concreto asfáltico com asfalto borracha
resistiram ao número de repetições do eixo padrão rodoviário, N, iguais a 3,6 x10
6
, 4,1 x10
6
e
3,8 x10
6
respectivamente. O quarto trecho, que usou concreto rolado na base e concreto
asfáltico após 4,7 x10
6
ciclos não havia rompido, mas o Simulador foi retirado, não se
concluindo o experimento.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
50
3 METODOLOGIA
3.1 CENÁRIO DO EXPERIMENTO
A estrutura de pavimento avaliada nesta dissertação está situada no trecho da rodovia
BR-290/RS entre as cidades de Osório e Porto Alegre, segmento conhecido como Free Way,
que está, desde 1997, sob a administração da Concessionária da Rodovia Osório - Porto
Alegre S/A – Concepa. A figura 10 apresenta um mapa da localização da rodovia analisada.
Figura 10: Localização do trecho da rodovia no qual está situada a
estrutura de pavimento a ser analisada nesta pesquisa.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
51
3.1.1 Características da rodovia BR-290/RS
A BR-290/RS é considerada uma das principais vias do Estado do Rio Grande do Sul,
cruzando-o do litoral norte em sentido oeste, até o município de Uruguaiana, na divisa com a
Argentina. A rodovia é uma rota estratégica para o Mercosul e principal acesso a Porto Alegre
e região metropolitana.
O trecho entre as cidades de Osório e Porto Alegre da Rodovia BR-290/RS, conhecida como
Free Way, foi aberto ao tráfego em setembro de 1973. A rodovia nasceu em uma época em
que o governo federal estava investindo em grandes obras rodoviárias. A figura 11 apresenta
uma imagem da rodovia no ano de sua inauguração.
Figura 11: Rodovia BR-290/RS, trecho entre Osório e Porto Alegre,
em 1973, ano de inauguração (Concepa, 2007).
Principal via de acesso às praias do Litoral Norte do Estado, bem como à BR-101, elo de
ligação do Rio Grande do Sul com os principais centros comerciais do país, a Free Way
apresentava características até então muito raras para rodovias brasileiras: pista dupla, com
duas faixas e dois acostamentos em cada pista. Era motivo de orgulho para os gaúchos e a
expectativa era de que proporcionaria tráfego com conforto e segurança por muitas décadas.
Até hoje, a rodovia apresenta um elevado padrão de qualidade, diferenciando-a das demais
rodovias do Estado e sendo considerada uma das melhores rodovias do país (Guia 4 Rodas,
2008). O traçado da rodovia encontra-se em um relevo plano, possuindo, em conseqüência
dessa característica, raios amplos. A figura 12 apresenta uma vista geral atual da rodovia BR-
290/RS, em seu trecho próximo à cidade de Osório, junto à Lagoa dos Barros.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
52
Figura 12: Vista geral atual da Rodovia BR-290/RS (Concepa, 2007).
Logo após a sua inauguração, foi iniciada a cobrança de pedágios na rodovia. Contudo, em
seguida o pavimento passou a apresentar defeitos que explicitavam que a sua condição
estrutural estava seriamente comprometida, com a decorrente piora da condição funcional.
A procura de uma explicação para o precoce insucesso, que desafiava o conhecimento sobre o
comportamento de pavimentos existente à época no país, motivou a celebração de um
convênio entre o DNER e a Coordenação de Programas de Pós-Graduação em Engenharia da
Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE/UFRJ). Através desse Convênio foram
realizados estudos de campo e laboratório que permitiram identificar que o solo residual de
arenito, empregado na sub-base do pavimento, tinha um comportamento deficiente em termos
de deformabilidade elástica; e que sua posição, subjacente a uma base de brita graduada
tratada com cimento (BGTC), originava elevadas tensões de tração na base rígida, que, por
isso, trincara precocemente (Preussler, 1978). Essa análise foi exposta, em 1978, na
dissertação de Mestrado do Engº Ernesto Simões Preussler, que realizou pela primeira vez no
país um estudo de deformabilidade elástica de solos, empregando o equipamento para ensaios
de cargas repetidas, montado na COPPE/UFRJ.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
53
Devido, em grande parte, a essa característica resiliente das camadas inferiores do pavimento
da rodovia BR-290/RS, as soluções de restauração, apresentadas em projetos elaborados ao
longo das décadas de 1980 e 1990, não tiveram êxito. Em diversos trechos, a capacidade
estrutural, que se acreditava recuperada através de recapeamentos, prontamente dava sinais de
redução, e os defeitos voltavam a manifestar-se.
Em 1989, a cobrança de pedágio na rodovia foi paralisada. Nesse período, o Governo Federal
não possuía verba financeira para investir em suas rodovias para efetuar os necessários
serviços de manutenção e reparos. A única saída encontrada para esse impasse foi realizar um
programa de concessões. Assim, com essa dificuldade do Governo Federal em dispor de
recursos para a manutenção da malha rodoviária brasileira, de um modo geral, foi criado em
1994 o primeiro Programa de Concessão Rodoviária do Brasil, no qual a rodovia BR-290/RS
foi incluída (PER, 1994), com a concessão à iniciativa privada do trecho entre Osório, no km
0, e Eldorado do Sul, no km 112, interceptando o acesso a Porto Alegre, no km 96,5. Nesse
contexto, as construtoras Triunfo e SBS criaram em 1997 oficialmente a empresa
Concessionária da Rodovia Osório - Porto Alegre S/A – Concepa com o objetivo exclusivo de
administrar esse trecho da rodovia BR-290/RS.
Com o início da concessão, passou-se a realizar novamente a cobrança do pedágio.
Atualmente há três praças de cobrança de pedágio nesse trecho: em Santo Antônio da Patrulha
(km 19), em Gravataí (km 77) e em Eldorado do Sul (km 110).
O pavimento do trecho concedido encontrava-se, em 1997, com inúmeros defeitos estruturais
e funcionais, percebendo-se, desde então, que uma série de reparos e restaurações se faziam
necessárias.
Em relação à geometria das pistas de rolamento da rodovia BR-290/RS, em 1997, quando a
concessionária assumiu a gestão da rodovia, a largura de sua plataforma de rolamento estava
inadequada para a capacidade de tráfego ao qual a rodovia era submetida, principalmente no
período do verão gaúcho. Antes da concessão, a rodovia entre as cidades de Osório e Porto
Alegre possuía uma plataforma com 12m de largura, tendo duas faixas de tráfego em cada
sentido, sendo essa a configuração da rodovia desde a sua inauguração, conforme visualizada
na Figura 11. Como melhoria em relação à capacidade de tráfego da rodovia, a Concepa
imediatamente adotou uma solução provisória acrescendo uma faixa em cada sentido apenas
readequando a sinalização horizontal, mantendo a largura de 12m de cada pista. No entanto,
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
54
para garantir soluções definitivas em relação à segurança e ao conforto ao rolamento, a
concessionária está, desde o início de sua concessão, ampliando a plataforma de tráfego das
pistas, aumentando em 4,25m a sua largura, sendo essa uma das principais obras a serem
realizadas pela concessionária ao longo de seu período de concessão. Em sua configuração
final, a plataforma de tráfego terá 16,25m de largura, distribuída em três faixas com 3,75m,
com acostamento externo de 3m e acostamento interno de 2m. A figura 13 apresenta
esquematicamente as configurações da pista e das faixas de tráfego existentes desde a
construção da rodovia.
Figura 13: Configuração da pista e das faixas de rolamento da rodovia
BR-290/RS desde a sua construção.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
55
Até o início do ano de 2008, a rodovia já estava com a ampliação concluída em toda a pista
sentido Osório – Porto Alegre e em parte da pista no sentido Porto Alegre – Osório (entre os
km 96,5 e 70 e entre os km 37 e 24). De acordo com a Revisão do Programa de Exploração da
Rodovia (PER, 2005), a concessionária tem como previsão a conclusão das obras de
ampliação para o biênio 2010/2011.
Em relação ao volume de tráfego, a rodovia, por ser uma rodovia sazonal (intenso fluxo de
veículos no período do verão, por ser via de acesso ao litoral do Estado), apresenta um VDM
variável ao longo do ano, sendo próximo a 20 mil veículos nos meses de inverno e superior a
35 mil veículos nos meses de verão. Considerando-se apenas o tráfego de veículos comerciais,
a sazonalidade não é representativa, possuindo a rodovia um VDM para tráfego comercial
aproximadamente de 1.900 veículos.
3.1.2 Definição da estrutura avaliada
Por ser uma estrutura com perfil conhecido até as camadas de terraplenagem (sabendo-se as
características dos materiais constituintes de todas as camadas) e ser uma estrutura adotada
em uma grande extensão da rodovia BR-290/RS e também, com algumas adequações, em
outras rodovias da região sul do Brasil, definiu-se que a estrutura de pavimento a ser analisada
seria justamente a da ampliação das pistas de rolamento.
A estrutura de ampliação típica adotada na rodovia, e a ser utilizada neste estudo, contempla
em 60cm de espessura de areia, como reforço do subleito local, 30cm de espessura de
sub-base de material originado do britador primário, 15cm de espessura de base de brita
graduada e 8cm de espessura de revestimento com CBUQ (Concreto Betuminoso Usinado a
Quente), conforme figura 14.
Embora não houvesse maiores detalhes do projeto de dimensionamento desta estrutura, foi
informado que os projetos efetuados no início da concessão possuíam um N
AASHTO
de projeto
da ordem de 1,8 x10
7
(para um período de projeto de 10 anos).
Os materiais pétreos empregados nas camadas de revestimento, de base e de sub-base são
rochas basálticas básicas, extraídas de jazida localizada no município de Santo Antônio da
Patrulha, RS, próxima do km 30 da rodovia BR-290/RS. O derrame basáltico cobre,
aproximadamente, 54% do território do Estado do Rio Grande do Sul (ABGE, 1998).
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
56
Figura 14: Estrutura de pavimento a ser considerada nesta pesquisa.
Os basaltos são as rochas ígneas vulcânicas mais abundantes ocorrendo principalmente na
forma de derrames. No Brasil, constituem a Formação Serra Geral da Bacia do Paraná, onde
totalizam mais de 90% das rochas vulcânicas existentes. A mineralogia essencial é
plagioclásio cálcico (labradorita) (35-50%), augita (20-40%), magnetita ou ilemita (5-15%) e
quantidades muito variáveis de matriz vítrea. A textura é afanítica, micro granular, por vezes
amigdaloidal (ABGE, 1998, apud Rohde, 2007).
Os materiais pétreos empregados neste trabalho foram estudados anteriormente em outras
pesquisas (Casagrande, 2003; Rohde, 2007).
3.1.2.1 Revestimento asfáltico
A camada de revestimento asfáltico de 8cm de espessura foi executada em duas camadas de
4cm. A camada inferior foi executada com asfalto convencional, utilizando CAP 50 – 70 da
Refinaria Alberto Pasqualini - REFAP S/A, Canoas, RS. A camada superior, por sua vez, é
constituída de asfalto-borracha, utilizando o ligante modificado da Petrobras. A tabela 2
destaca o resumo das principais propriedades dos ligantes adotados. As características
apresentadas foram obtidas de ensaios efetuados em amostras de ligante no período em que a
pista a ser ensaiada pelo simulador foi construída.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
57
Tabela 2: Resumo das características dos ligantes empregados na
camada de revestimento asfáltico da estrutura em estudo (Concepa,
2007).
característica unidade CAP 50 - 70
ligante
modificado com
borracha
Penetração (100g, 5s, 25ºC) 0,1mm 55 58
Ponto de amolecimento ºC 48 62
Ponto de fulgor ºC 245 245
Recuperação elástica por torção % - 62
Em ambas as misturas, a faixa granulométrica utilizada foi a Faixa IV-B do Instituto do
Asfalto, por ser a faixa adotada pela concessionária que administra a rodovia BR-290/RS,
trecho entre as cidades de Osório e Porto Alegre, em suas obras de pavimentação. Para a
formulação das composições granulométricas das misturas asfálticas foi necessário utilizar
areia e pó calcário. A tabela 3 apresenta as médias das granulometrias dos agregados
utilizados nesta pesquisa e da mistura granulométrica das misturas. A tabela 4, por sua vez,
apresenta algumas propriedades físicas e mecânicas dos materiais pétreos basálticos utilizados
e a tabela 5 destaca o resumo das características de projeto das duas misturas.
Tabela 3: Distribuição granulométrica dos agregados e da mistura
empregada na camada de revestimento asfáltico desta pesquisa
(Concepa, 2007).
Peneiras Passante (%)
nº mm
Brita
3/4”
Brita
3/8”
Pó-de-
pedra
Areia Cal MISTURA
3/4" 19,1 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
100,0
1/2" 12,7 72,9 100,0 100,0 100,0 100,0
93,0
3/8" 9,5 45,2 100,0 100,0 100,0 100,0
85,8
4 4,76 1,6 20,9 93,4 100,0 100,0
59,8
8 2,38 0,8 8,1 63,5 97,7 100,0
41,9
30 0,59 0,5 0,9 29,1 78,0 100,0
21,8
50 0,297 0,4 0,9 19,6 36,1 99,6
15,1
100 0,149 0,4 0,9 12,8 1,2 82,4
9,5
200 0,074 0,3 0,7 8,3 0,5 54,4
6,2
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
58
Tabela 4: Características dos materiais pétreos basálticos utilizados
nesta pesquisa (Casagrande, 2003; Rohde, 2007).
Índice de lamelaridade (%) 30
Absorção (%) 0,79
Massa específica Real (kN/m³) 28,03
Massa específica Aparente (kN/m³) 27,42
Massa específica Efetiva (kN/m³) 27,73
Sanidade (%) 6,7
Equivalente de areia (%) 73,8
Perda por abrasão (%) 16
Tabela 5: Resumo das características das misturas de concreto
asfáltico consideradas nesta pesquisa (Concepa, 2007).
característica
mistura com
asfalto
convencional
mistura com
asfalto-borracha
Teor de ligante (%) 5,8 6,2
Massa Específica Teórica (kN/m³) 25,1 24,8
Massa Específica Aparente (kN/m³) 24,2 23,8
Volume de Vazios (%) 3,8 4,1
Vazios Agregado Mineral (%) 17,6 18,5
Relação Betume-Vazios (%) 78,2 77,8
Estabilidade (kgf) 1.060,0 1.020,0
Fluência (mm) 3,9 4,4
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59
3.1.2.2 Camada de base
A camada de base da estrutura ensaiada, com 15cm de espessura, é constituída de base de
brita graduada, estando a granulometria próxima ao centro da Faixa A do DNER (1997). A
figura 15 apresenta a faixa granulométrica da brita graduada utilizada como base no
pavimento em estudo, bem como os limites da Faixa A do DNER.
Figura 15: Faixa granulométrica da brita graduada utilizada como base
na estrutura de pavimento em análise.
Casagrande (2003) estudou a brita graduada utilizada nesta pesquisa, obtendo a variação do
módulo de resiliência do material em função da soma das tensões principais (
θ
), apresentada
na equação 1.
65,0
.628
θ
=MR
(equação 1)
onde: MR = módulo de resiliência da camada de brita graduada (MPa);
θ
= soma das tensões principais;
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60
3.1.2.3 Camada de sub-base
Na camada de sub-base, empregou-se o agregado obtido do primário no processo de britagem,
com diâmetro máximo de 100mm. Na execução, realizou-se o bloqueio dessa camada com
pedrisco, preenchendo os vazios, sendo esta uma técnica comum em obras rodoviárias.
3.1.2.4 Camada de reforço de subleito
Adotou-se, como reforço do subleito local da estrutura de pavimento em estudo, uma camada
de 60cm de areia. A areia utilizada, de origem litorânea, foi obtida de jazida localizada
próxima da cidade de Osório. A tabela 6 apresenta a distribuição granulométrica da areia
empregada como reforço de subleito.
Tabela 6: Distribuição granulométrica da areia utilizada como reforço
do subleito da estrutura estudada (Concepa, 2007).
Peneiras Passante (%)
nº mm Areia
8 2,38 100,0
30 0,59 99,9
50 0,297 96,2
100 0,149 24,8
200 0,074 1,8
3.1.3 Definição do local dos ensaios acelerados
A estrutura definida para ser avaliada com o simulador de tráfego – estrutura da ampliação –
está sendo executada pela concessionária ao longo de toda a extensão da rodovia entre as
cidades de Osório e Porto Alegre, com algumas pequenas particularidades em cada segmento.
No entanto, foi preciso, seguindo alguns critérios, definir o local em que o equipamento iria
ser posicionado para os ensaios.
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61
O trecho ensaiado foi definido levando-se em consideração alguns critérios:
- segurança: por ser um ensaio realizado sobre a rodovia, com a necessidade de uma
faixa ficar bloqueada durante todo o período de ensaio, era importante que o trecho
ensaiado fosse em um local sem intenso movimento, evitando-se que a capacidade
de tráfego da rodovia fosse prejudicada pelo posicionamento do equipamento;
também era importante que a faixa ensaiada fosse a externa (à direita), permitindo,
com maior segurança, o bloqueio da faixa, visto ser essa a faixa, na rodovia
BR-290/RS, de tráfego pesado, com os veículos trafegando em menores
velocidades, limitando, assim, a definição do trecho a ser ensaiado para o
segmento entre os km 0 e 70, visto que nos demais locais a ampliação ocorreu
junto ao canteiro central, na faixa interna (à esquerda);
- intervenções: seria importante também que não houvesse ocorrido, nesse trecho,
intervenções, com remendos, por exemplo, após a execução da obra de ampliação,
para ser avaliada a estrutura original de ampliação – e não a estrutura de ampliação
com intervenções realizadas;
- período de ensaios: o equipamento simulador de tráfego foi locado pela
concessionária pelo período de 3 meses; assim, havia a necessidade de nesse
período ser atingido o objetivo do ensaio, ou seja, seria fundamental para a
pesquisa que nesse intervalo de tempo já ocorresse significativa degradação do
pavimento; para garantir essa variação na condição do pavimento (com evolução
das trincas, afundamento de trilha de roda e demais características), definiu-se
começar os ensaios por um local que já houvesse iniciado o processo de
degradação, pois, caso fosse optado pelo posicionamento do equipamento em um
local em que não houvesse sido iniciado o processo de trincamento, poderia se
correr o risco de, após o período de ensaios, não ser atingido o nível de degradação
aguardado, impossibilitando conclusões a respeito da evolução dos parâmetros de
desempenho.
De acordo com as condições expostas acima, realizou-se uma série de análises junto às
equipes de engenharia, de operação e de segurança da concessionária Concepa, definindo-se
por um trecho localizado no km 5 da rodovia, da pista sentido Osório – Porto Alegre, na
cidade de Osório. A figura 16 apresenta o local do posicionamento do equipamento simulador
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
62
de tráfego no km 5 da rodovia BR-290/RS, inclusive mostrando a faixa externa de tráfego
bloqueada para os ensaios.
Figura 16: Vista do km 5 da rodovia BR-290/RS, local do ensaio com
o simulador de tráfego.
O trecho em análise foi construído entre os meses de agosto e outubro do ano de 2004,
estando desde esse período aberto ao tráfego da rodovia. A figura 17 apresenta um quadro
ilustrativo com fotos da construção da ampliação da plataforma da rodovia.
A camada de 8cm de revestimento asfáltico da estrutura de ampliação do local foi executada
em duas camadas de 4cm. Na camada inferior, foi empregado concreto asfáltico com ligante
convencional (CAP 50/70). A camada superior foi executada, por sua vez, com asfalto-
borracha. Embora essa configuração seja tecnicamente discutível (camada com módulo menor
sobre camada – pouco espessa – com módulo maior e apenas camada superior executada com
ligante tendo característica de retorno elástico, sendo que o mais importante seria tal
característica estar na camada inferior, mais solicitada à tração), o fato de se estar trabalhando
com revestimento utilizando asfalto-borracha sobre revestimento com asfalto convencional
equipamento simulador de
tráfego sobre a rodovia
faixa e acostamento
bloqueados para os ensaios
com o simulador
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63
possibilita abranger os resultados obtidos na pesquisa para uma das condições mais cotidianas
da pavimentação da atualidade, de recapeamentos com asfalto-borracha sobre capas antigas,
com asfalto convencional. Detalhes da seção de ampliação no local do ensaio são
apresentados na figura 18, em que podem ser observados os encaixes da nova estrutura na
pista existente.
Figura 17: Fotos da execução da ampliação da rodovia BR-290/RS.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
64
Figura 18: Detalhe da seção transversal da ampliação da rodovia no
km 5 da BR-290/RS, pista sentido Osório – Porto Alegre.
3.1.4 Condições a serem ensaiadas
Os ensaios acelerados com o simulador de tráfego na estrutura de pavimento da rodovia
BR-290/RS foram inicialmente realizados sobre a faixa de tráfego que já estava desde outubro
de 2004 sob a ação do tráfego real da rodovia (com elevada concentração de veículos de
carga). O revestimento asfáltico desse primeiro ensaio – Seção Teste 1 – já apresentava o
processo de degradação iniciado, com trincas na superfície.
Tinha-se como objetivo, nesse primeiro ensaio, avaliar a evolução das condições de
desempenho da estrutura de pavimento em análise. O resultado dos ensaios acelerados
representou a vida residual da estrutura de pavimento analisada.
A concessionária que administra a rodovia realiza nas praças de pedágio a contagem
volumétrica e classificatória do tráfego. A contagem de tráfego é realizada através de sensores
automáticos instalados na pista junto das cabines de cobrança de pedágios. Para esta pesquisa,
foram adotados os dados de contagem da praça de pedágio de Santo Antônio da Patrulha, no
km 19 da rodovia. Em conjunto com a contagem de tráfego, é realizada, através da distância
dos eixos, a classificação dos veículos.
Na ausência de dados de pesagem, para estimar o volume de tráfego ocorrido entre o período
da construção do trecho em análise e o início dos ensaios acelerados, foi considerado que os
veículos trafegam pela rodovia com a carga legal permitida, de acordo com o tipo de eixo dos
veículos, que possibilitou obter um fator de equivalência de carga e, em seqüência, um fator
de veículo. Considerou-se ainda que 70% dos veículos comerciais trafegam na rodovia
BR-290/RS, trecho entre Osório e Porto Alegre, pela faixa externa. Desse modo, a partir dos
dados de contagem e classificação fornecidos pela concessionária, de outubro de 2004 até o
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
65
início dos ensaios acelerados, o local havia sido solicitado a um N
AASHTO
de aproximadamente
4 x10
6
. Considerando-se os últimos 5 anos, a rodovia apresentou, no trecho em que os ensaios
desta pesquisa foram efetuados, um N
AASHTO
anual de aproximadamente 1,5 x10
6
. Destaca-se
que ao longo da dissertação será sempre considerado o número equivalente de solicitações da
AASHTO por ser esse o adotado pela concessionária que administra a rodovia em seus
documentos e tratativas junto ao poder concedente. Os dados referentes ao volume de tráfego
considerado neste trabalho estão apresentados no apêndice C.
Após a simulação do primeiro ensaio, o simulador de tráfego foi deslocado para o
acostamento da rodovia, no mesmo local, que seria um trecho com idênticas características,
mesma idade e mesmo processo construtivo, mas sem ter sido solicitado pelo tráfego real, e,
por conseqüência, sem ter iniciado o processo de degradação – Seção Teste 2. Por ser uma
rodovia com três faixas de rolamento largas, a consideração de ser desprezível o tráfego sobre
o acostamento é razoável e, como verificado pela concessionária que administra a rodovia,
verídica.
Nesse segundo ensaio, tinha-se o objetivo de determinar o momento inicial do processo de
degradação do pavimento. Com o prosseguimento dos ensaios, com o período destinado a
esses sendo adequado, obteve-se a vida de serviço da estrutura de pavimento.
A figura 19 ilustra as duas condições ensaiadas pelo simulador de tráfego para a presente
pesquisa, com a identificação da Seção Teste 1 e da Seção Teste 2.
Figura 19: Ilustração da posição na pista da Seção Teste 1 e Seção
Teste 2 ensaiadas no km 5 da rodovia BR-290/RS.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
66
Com os ensaios realizados nas duas condições, foi possível acompanhar a evolução completa
da degradação do pavimento, garantindo, através do primeiro ensaio, a degradação final do
pavimento, e, com o segundo ensaio, o processo inicial de degradação, conforme
exemplificado na figura 20, com o gráfico de uma evolução típica da porcentagem de
trincamento.
Figura 20: Exemplo do processo de degradação esperado com os
ensaios na Seção Teste 1 e Seção Teste 2.
O fato de se estar trabalhando em uma estrutura já solicitada pelo tráfego real possibilitou
fazer relações entre a ação ocasionada pelo tráfego real e a simulada pelo equipamento
simulador de tráfego, permitindo, através de uma série de considerações, estimar um fator
simulador-tráfego real
Inicialmente, antes de serem ensaiadas, as duas seções simuladas possuíam as características
apresentada na tabela 7.
Tabela 7: Condições iniciais das duas seções-testes avaliadas.
característica / parâmetro Seção Teste 1 Seção Teste 2
N
AASHTO
4,0 x10
6
0
Densidade de trincamento [cm/m²] 148 0
Deflexões [10
-2
mm] (Viga Benkelman) 40 36
Deflexões [10
-2
mm] (Deflectógrafo Digital) 30 28
Afundamento de trilha de roda [mm] 14,6 0,9
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
67
Após os ensaios acelerados com o simulador de tráfego estarem concluídos, o trecho da
rodovia ensaiado apresentava as quatro condições ilustradas na figura 21.
Figura 21: Condições do trecho da rodovia após os ensaios acelerados.
Sobre a faixa já trafegada inicialmente pelo tráfego real (faixa externa da rodovia) – Seção
Teste 1, havia a condição sem a solicitação do simulador (apenas ciclos de tráfego real) e a
condição do pavimento solicitado pelo simulador de tráfego (ciclos de tráfego real somados
aos ciclos do equipamento). No acostamento – Seção Teste 2, também havia a condição
ensaiada pelo simulador (ciclos do equipamento) e a condição não ensaiada (não tendo sido
solicitada a nenhum ciclo – real ou do simulador).
Tendo, no término da pesquisa, as variadas condições de solicitação do pavimento expostas,
foi possível analisar não somente o comportamento da estrutura de pavimento avaliada
quando submetida a ensaios acelerados, com a elaboração das tendências de desempenho,
como compará-los com os resultados do pavimento quando submetido ao tráfego real da
rodovia.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
68
3.2 CARACTERÍSTICAS DO SIMULADOR DE TRÁFEGO EMPREGADO
NA PESQUISA
O simulador de tráfego linear móvel, do tipo HVS, utilizado nesta pesquisa foi desenvolvido e
construído pela empresa brasileira Cifali, baseando-se na experiência do Simulador de
Tráfego UFRGS-DAER/RS. Atualmente o equipamento pertence à empresa Simular. A figura
22 apresenta o equipamento simulador de tráfego posicionado sobre a rodovia BR-290/RS
para avaliação da estrutura analisada neste estudo.
O simulador de tráfego móvel utilizado na pesquisa (modelo HVS) possui resumidamente as
seguintes características na sua configuração:
− Comprimento total do equipamento: 19m;
− Largura total: 3m;
− Altura: 4,5m;
− Peso total: 50t;
− Velocidade: 8km/h;
− Comprimento de simulação máxima: 10,0m;
− Comprimento de simulação útil: 6,0m;
− Largura de simulação máxima: 1,0m;
− Ciclos: 350 ciclos p/h (Sentido Único) ou 700 ciclos p/h (Sentidos Opostos);
− Carga máxima aplicada (semi - eixo) 9tf;
− Possibilidades de Pneus a serem utilizados: 900 x 20, 1.000 x 20 ou super single.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
69
Figura 22: Simulador de tráfego tipo HVS empregado na pesquisa.
O equipamento possui ainda os seguintes componentes que merecem ser destacados:
a) Sistema de Guiamento do Rodado: O equipamento possui um conjunto de rodado duplo ou
simples que exerce pressão sobre o pavimento ensaiado. O carro possui rodas laterais que
promovem o seu guiamento sobre trilhos tracionados por um cabo de aço conforme figura 23.
Figura 23: Detalhe do guiamento do simulador de tráfego.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
70
b) Sistema de Aplicação de Cargas: A aplicação de carga se faz através de uma unidade
hidráulica (figura 24), comandada por um cilindro hidráulico e pode variar de 1,5tf até 9tf,
com uma velocidade média de 8km/h, no semi-eixo, o que permite acelerar os esforços
associados ao carregamento e simular, efetivamente, as sobrecargas.
Figura 24: Detalhe da unidade hidráulica do simulador de tráfego.
O sistema pode realizar o deslocamento em um único sentido (unidirecional) ou nos dois
sentidos (sentidos - opostos), conforme determinação do pesquisador ou objetivo do trabalho:
− Sentido Único: o carro desloca-se no sentido longitudinal do equipamento havendo
contato do pneu com o pavimento somente em um único sentido, o retorno se dá com
o rodado suspenso (recomendado para ensaios de fadiga);
− Sentido - Oposto: o carro desloca-se no sentido longitudinal do equipamento havendo
contato do pneu com o pavimento tanto na ida quanto na volta (recomendado para
estudos de afundamento de trilha de roda).
A aplicação da carga é controlada por manômetros, posicionados junto ao rodado do
equipamento (figura 25).
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
71
Figura 25: Detalhe do manômetro de aplicação de carga do simulador
de tráfego.
c) Sistema de Deslocamento Transversal: O deslocamento pode ser feito de duas maneiras:
− Deslocamento Lateral Transversal Estático: é quando o conjunto chega ao fim do
curso de um sentido e movimenta-se lateralmente fazendo que este, no próximo curso,
não passe sobre o percurso anterior;
− Deslocamento Lateral Transversal Contínuo: este movimento é similar ao estático,
porém o conjunto desloca-se transversalmente durante o trajeto do percurso.
Estes deslocamentos são ajustados no painel de controle do simulador podendo-se regular o
tempo de deslocamento conforme necessário. A figura 26 apresenta o mecanismo responsável
pelo deslocamento transversal. A figura 27, por sua vez, mostra os sensores que controlam
esse deslocamento transversal, guiando o rodado de um sentido ao outro transversalmente, de
acordo com o deslocamento pré-estabelecido.
O deslocamento transversal pode ser de até 1,0m.
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72
Figura 26: Detalhe do elemento mecânico responsável pelo
deslocamento transversal do simulador de tráfego.
Figura 27: Detalhe dos sensores que controlam o deslocamento
transversal do simulador de tráfego.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
73
d) Sistema de Amortecimento: O sistema de amortecimento é um dispositivo de segurança
composto por molas fixadas nas extremidades dos trilhos de guiamento e sua principal função
é a parada do carro com segurança prevenindo uma falha no sistema de controle (figura 28).
Figura 28: Detalhe do elemento de amortecimento do simulador de
tráfego.
e) Sistema de Acionamento: O sistema é acionado por um motor de indução tipo gaiola, de
60HP, 1770RPM, e pode operar tanto com 220/380/440V (figura 29).
Figura 29: Detalhe do sistema de acionamento do simulador de
tráfego.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
74
O sistema de acionamento é comandado pelo sistema de controle que através de sensores
indutivos instalados ao longo do trilho do carro transmite um sinal gerando a
desaceleração/aceleração do carro (figura 30).
Figura 30: Detalhe dos sensores indutivos do simulador de tráfego.
f) Sistema de Controle: O sistema de controle, localizado na parte traseira do equipamento, é
composto por um quadro de comando elétrico e de um microprocessador, que aciona todos os
sistemas integrantes do simulador de tráfego, conforme mostrado na figura 31.
Figura 31: Detalhe do painel de controle do simulador de tráfego.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
75
g) Sistema de Rodado: O sistema de rodado do carro se dá por um braço articulado que possui
um semi-eixo de caminhão na extremidade. São utilizados rodados comerciais de caminhões,
conforme mostra a figura 32.
Figura 32: Detalhe do sistema de rodado do simulador de tráfego.
h) Sistema de Aceleração e Desaceleração: O sistema de aceleração e desaceleração de
deslocamento do carro é comandado pelo sistema de controle, através do acionamento do
freio do motor elétrico, e segundo um sinal elétrico originário de sensores instalados ao longo
dos trilhos de guiamento do carro.
i) Sistema de Emergência: O sistema é composto por duas caixas de segurança instaladas nas
laterais do simulador conforme mostrado na figura 33. Também possui um sistema de
emergência no quadro de controle, dentro da cabine.
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76
Figura 33: Detalhe do sistema de emergência do simulador de tráfego.
j) Tanques de água: O equipamento possui 3 tanques de água, com capacidade de 8.850 litros
cada, que auxiliam na estabilidade do equipamento (figura 34). Esses tanques também
abastecem a água utilizada nos ensaios para simular as precipitações pluviométricas,
possibilidade complementar do equipamento. Tal simulação de precipitações ocorre por
espargidores de água posicionados ao longo do equipamento (figura 35).
Figura 34: Detalhe de um dos tanques de água do simulador de
tráfego.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
77
Figura 35: Detalhe de um dos espargidores de água que simulam as
precipitações pluviométricas no simulador de tráfego.
k) Deslocamento do equipamento: Este equipamento tem fácil mobilidade e pode ser
deslocado entre os locais de testes, bastando realizar o engate do simulador a um cavalo
mecânico (figura 36).
Figura 36: Detalhe do engate do simulador de tráfego a um cavalo
mecânico.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
78
Desse modo, o equipamento simulador de tráfego pode ser facilmente deslocado através de
um cavalo mecânico (figura 37) para o local de ensaio, sendo esse o grande diferencial em
relação a outros simuladores.
Figura 37: Detalhe do simulador de tráfego sendo deslocado pelo
cavalo mecânico.
3.2.1 Resumo das configurações do simulador de tráfego adotadas nesta
pesquisa
Tendo em vista as características do equipamento simulador de tráfego utilizado nesta
pesquisa, são apresentadas a seguir as configurações definidas que foram empregadas
particularmente para os ensaios do presente estudo.
3.2.1.1 Carregamento aplicado pelo simulador
Na pesquisa, o simulador de tráfego aplicou sobre o pavimento uma carga de 8tf em um semi-
eixo simples de roda dupla, ou seja, considerando-se um eixo padrão completo, o pavimento
seria solicitado a uma carga de 16tf, praticamente o dobro da carga padrão considerada em
projetos de pavimentação (8,2tf). Para verificação do carregamento aplicado, antes do início
dos ensaios calibrou-se o sistema hidráulico do equipamento, responsável pela aplicação da
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
79
carga, através de uma célula de pressão instalada sob o eixo do rodado, com a qual verificou-
se a pressão hidráulica necessária a ser exercida para ocorrer a aplicação pelo rodado da carga
definida. A figura 38 apresenta a calibração sendo realizada com o uso de célula de carga
cedida pelo Laboratório de Pavimentação da UFRGS.
Figura 38: Calibração da carga a ser aplicada pelo rodado com o uso
de uma célula de carga (em detalhe a leitura da célula de carga).
Embora tecnicamente o equipamento pudesse aplicar uma carga superior à definida (limite é
de 9tf), adotou-se um carregamento de 8tf para os ensaios da pesquisa, pois um carregamento
muito próximo do limite poderia forçar os elementos hidráulicos e mecânicos do simulador, o
que acarretaria seguidas paralisações dos ensaios para conserto de tais elementos.
Utilizou-se a aplicação da carga em um sentido único, ou seja, o equipamento se deslocava,
em um sentido, solicitando o pavimento e retornava suspenso à posição inicial, se deslocando
no sentido oposto, sem exercer o carregamento. Tal definição visa o objetivo de considerar a
fadiga do pavimento em análise. Em experiências anteriores (Fritzen, 2005), tem se
recomendado o sentido oposto para estudos de afundamento de trilha de roda e o sentido
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
80
único para estudos de fadiga, devido ao fato de as tensões cisalhantes que se desenvolvem em
um sentido e depois no outro tenderem a “fechar” as trincas.
A carga do simulador foi aplicada a uma velocidade de 8km/h. Se for considerada que a
velocidade média dos veículos pesados que transitam pela rodovia é de 80km/h, o simulador
aplicou a carga de 8tf a uma velocidade 10 vezes inferior à real exercida pelos veículos sobre
o pavimento.
Foram utilizados na pesquisa pneus de dimensões 900 x 20, com pressão de inflação de
100psi, verificada semanalmente durante os ensaios.
Por ser uma pista que possui inclinações longitudinais (acompanhando o relevo) e transversais
(para escoamento da água superficial), foi necessário corrigir tais inclinações com ajustes nas
alturas dos apoios do equipamento simulador de tráfego, de modo que o mesmo
acompanhasse o nível da pista e a carga aplicada pelo simulador fosse mantida a mesma em
toda a área ensaiada.
3.2.1.2 Distribuição transversal das cargas
O deslocamento longitudinal do rodado do simulador é acompanhado por um deslocamento
gradativo, no sentido transversal, para evitar a atuação da carga dinâmica num mesmo eixo
longitudinal e a formação de uma trilha de roda “canalizada”, aproximando-se, assim, das
condições reais de tráfego de rodovias. Ao longo dos percursos do rodado, estabeleceu-se a
formação de uma trilha de roda de 70 cm para o estudo da estrutura da rodovia BR-290/RS,
que tem sido o deslocamento utilizado em outros estudos.
A distribuição transversal de cargas do rodado é mostrada na figura 39, relacionando pontos
na trilha de roda, segundo um eixo transversal de atuação, com a porcentagem de solicitações
nesses pontos.
Utilizou-se nos ensaios o Deslocamento Transversal Contínuo, ou seja, o deslocamento
transversal ocorria simultaneamente durante o deslocamento longitudinal do rodado do
simulador.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
81
0
20
40
60
80
100
0 10203040506070
Posição Trasnversal na Trilha de Roda
Distribuição Transversal de Cargas (%
)
Figura 39: Distribuição transversal de carga.
3.2.1.3 Simulação das precipitações pluviométricas
Conforme destacado, o simulador de tráfego utilizado nesta pesquisa possibilita a simulação
de precipitações pluviométricas. No estudo, para a Seção Teste 1, ensaiada primeiramente,
definiu-se acionar o simulador de precipitações durante 5 minutos a cada 1 hora. Durante os
ensaios, a precipitação real foi monitorada. Assim, para a Seção Teste 2, ensaiada
posteriormente, buscou-se acionar o simulador de precipitações de modo a equilibrar o regime
hidráulico exercido sobre o pavimento para os dois ensaios realizados. Ou seja, somando-se as
precipitações reais com as simuladas, os dois ensaios teriam o mesmo volume de água
exercido sobre o pavimento.
3.3 PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO EM CAMPO
Para medidas da variação dos parâmetros de desempenho de cada seção teste avaliada,
dividiu-se o segmento ensaiado pelo simulador de tráfego em 10 segmentos de 1m de
extensão cada (figura 40). Para a avaliação, foram excluídos os dois segmentos iniciais e os
dois segmentos finais, locais de aceleração e desaceleração do equipamento simulador de
tráfego. Assim, as medidas dos parâmetros do comportamento do pavimento foram realizadas
em cinco seções transversais da seção teste, como ilustrado na figura 40 (seções S1, S2, S3,
S4 e S5).
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
82
Figura 40: Seções levantadas no ensaio com o simulador.
3.3.1 Medidas deflectométricas
O acompanhamento das respostas estruturais foi realizado através de medidas das deflexões
do pavimento em cada seção teste ensaiada pelo simulador de tráfego.
Nos ensaios desta pesquisa, as medições deflectométricas foram realizadas através da Viga
Benkelman e do Deflectógrafo Digital (figura 41), sendo possível o acompanhamento das
deflexões do pavimento com a evolução do número de passadas do trem de cargas do
simulador. Ambos equipamentos utilizados pertencem à Concepa.
Figura 41: Viga Benkelman e Deflectógrafo Digital utilizados na
pesquisa com o simulador de tráfego.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
83
As medidas deflectométricas foram realizadas em levantamentos semanais em cada uma das
cinco seções transversais consideradas na seção teste analisada. Em cada seção transversal
foram realizadas 3 leituras, obtendo-se, a partir dessas, a média para cada seção transversal e,
com a média das cinco seções transversais, a média geral para a seção teste em cada
levantamento.
Nas medidas das deflexões, a carga aplicada pelo rodado do simulador era reduzida para a
carga padrão de levantamentos deflectométricos (DNER-ME 024/94), igual a 8,2tf por eixo
(ou 4,1tf por semi-eixo). A pressão dos pneus era mantida igual à aplicada durante os ensaios
acelerados (100psi) devido a dificuldades operacionais em variar seguidamente a pressão de
inflação dos pneus.
Nos levantamentos deflectométricos, também foram medidas as temperaturas do revestimento
asfáltico na superfície do pavimento. Fez-se, assim, a correção das deflexões em função das
temperaturas do pavimento no momento do levantamento. Tal correção foi realizada a partir
da consideração da variação do módulo de resiliência em função da temperatura da camada de
concreto asfáltico, obtida a partir de amostras extraídas do local do ensaio com o simulador,
conforme será melhor detalhado ainda neste capítulo.
Sobre as bacias de deflexões obtidas com o Deflectógrafo Digital realizou-se também uma
análise estatística, ajustando os pontos medidos nos levantamentos ao modelo da equação 2,
adotado em diversos estudos, como o realizado por Albernaz (1997).
1.
0
+
=
n
x
x
rk
D
D
(equação 2)
onde: D
x
= deflexão em um ponto situado a uma distância x (10
-2
mm);
D
0
= deflexão máxima da bacia (10
-2
mm);
r
x
= distância do ponto em relação à posição da ponteira do
deflectógrafo (cm);
k, n = parâmetros a serem obtidos na análise estatística;
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
84
Utilizou-se o software comercial STATISTICA para obter os parâmetros k e n.
3.3.2 Evolução do trincamento
A análise da evolução de trincas na superfície do pavimento foi efetuada através de inspeção
visual, realizada semanalmente em conjunto com as medições deflectométricas. Nas
inspeções foram demarcadas todas as trincas da superfície existentes nos 6m de extensão útil
do simulador (desconsiderando os 2m inicias e finais das seções testes). A figura 42 apresenta
um exemplo da demarcação de trincas sendo realizada. Para facilitar a visualização do
surgimento e evolução do trincamento, as trincas foram demarcadas com tinta utilizando em
cada semana diferentes cores. Cada cor representava, assim, um número de ciclos de carga
aplicados pelo simulador, seguindo a seguinte seqüência de cores: branca, amarela, vermelha,
azul e verde.
A cada inspeção, as trincas também foram desenhadas em papel milimetrado, com o auxílio
de uma grade metálica de 1,0 x 1,0m (figura 43), subdividida em quadrados de 10cm de lado,
colocada sobre o revestimento trincado, facilitando a transposição dos levantamentos.
Posteriormente, as trincas também foram repassadas para via digital, auxiliando na
representação da evolução das trincas.
Figura 42: Demarcação das trincas nas seções ensaiadas pelo
simulador de tráfego nesta pesquisa.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
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Figura 43: Grade metálica auxiliando na transposição das trincas para
papel milimetrado e, posteriormente, para via digital
Para quantificar a evolução das trincas, realizaram-se ainda as medidas do comprimento das
mesmas, adotando-se o Método da Gravidade, que consiste na medida de comprimento das
trincas por área trafegada. Desse modo, somando as extensões de todas as trincas (com o
auxílio de um barbante), estabeleceu-se a taxa de evolução das trincas da superfície do
pavimento. Na contagem do comprimento das trincas, considerou-se toda a abertura
verificada na camada de recapeamento, independentemente de sua severidade, por considerar
subjetivo este tipo de avaliação, sem equipamentos específicos.
3.3.3 Deformações permanentes
Acompanhou-se a evolução das deformações permanentes do pavimento com uma treliça
metálica (figura 44 e figura 45), que permitiu determinar o afundamento de trilha de roda das
seções analisadas.
As medidas das deformações permanentes foram realizadas semanalmente,
concomitantemente aos levantamentos deflectométricos e de trincamento, nas cinco seções
transversais consideradas efetivas em cada seção teste ensaiada. Foram determinados os
valores individuais para cada seção transversal e a média das cinco seções em cada
levantamento.
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Figura 44: Exemplo de medida do afundamento de trilha de roda
sendo realizada neste experimento.
Figura 45: Treliça metálica utilizada para determinação do
afundamento de trilha de roda (DNIT 006/2003-PRO).
3.3.4 Parâmetros ambientais
Para validar e auxiliar as análises da evolução das deflexões, do trincamento e das
deformações permanente do pavimento considerado no estudo, foi realizada a reunião de
dados de acompanhamento das temperaturas médias do ar e das precipitações pluviométricas
durante o período de ensaios.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
87
As informações da temperatura do ambiente durante os ensaios acelerados com o simulador
de tráfego foram obtidas através de dados do 8º Distrito Meteorológico, a partir de estação
meteorológica localizada na cidade de Porto Alegre. As cidades de Porto Alegre e Osório,
embora distantes quase 100km, apresentam condições de temperatura semelhantes,
principalmente por ambas situarem-se em baixas altitudes em relação ao nível do mar.
As informações a respeito das precipitações pluviométricas, por sua vez, foram obtidas
através de dados da Defesa Civil do Estado do Rio Grande do Sul, com os valores de
precipitações medidos em pluviômetro situado na cidade de Osório.
3.4 PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO EM LABORATÓRIO
3.4.1 Retiradas de amostras em campo e preparação para ensaios
Complementando a avaliação da estrutura de pavimento analisada neste estudo, foram
realizados ensaios laboratoriais sobre a camada asfáltica do local ensaiado pelo simulador de
tráfego. Para tanto, foram extraídos corpos-de-prova das quatro condições finais do pavimento
do local após os ensaios com o simulador em campo estarem concluídos (figura 46).
Figura 46: Extração de corpos-de-prova no trecho ensaiado pelo
simulador de tráfego na rodovia BR-290/RS.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
88
O esquema apresentado na figura 42 ilustra a localização dos 47 corpos-de-prova extraídos do
local, sendo definida a extração de 8 corpos-de-prova de cada condição final do pavimento
(totalizando 32 corpos-de-prova) e mais 15 corpos-de-prova adicionais da situação do
pavimento sem nenhuma solicitação (do tráfego real ou do simulador).
As amostras extraídas contemplavam toda a camada de revestimento asfáltico, possuindo 8cm
de espessura, sendo, como já observado, os 4cm inferiores de mistura asfáltica convencional e
os 4cm superiores de mistura asfáltica com ligante modificado (asfalto-borracha). Para os
ensaios laboratoriais programados é recomendado por questões técnicas dos equipamentos
que as amostras possuam espessuras mínimas de 4,5cm. Assim, as dimensões do pavimento
analisado não permitiam a avaliação independente dos dois tipos de revestimentos asfálticos,
segmentando os corpos-de-prova extraídos em duas amostras de 4cm. Até mesmo pelo fato de
ser necessário, em amostras extraídas de campo, regular (deixar plana) a parte inferior do
corpo-de-prova, diminuindo assim a espessura total da amostra.
Figura 47: Esquema da extração de corpos-de-prova no trecho
ensaiado pelo Simulador de Tráfego.
Dessa maneira, definiu-se considerar na análise laboratorial somente a camada inferior, por
ser essa a solicitada a maiores esforços de tração, que comanda a vida de serviço do
pavimento quanto à fadiga. Como havia a recomendação de ensaiar amostras com no mínimo
4,5cm de espessura, sobre os corpos-de-prova extraídos realizou-se a regula da parte inferior
e, a partir dessa regula, executou-se um corte segmentando a amostra, de modo a garantir
novos corpos-de-prova com aproximadamente 5cm de espessura, contemplando em sua quase
totalidade a camada de asfalto convencional (camada inferior), mas também uma parcela da
camada de asfalto-borracha (camada superior). A figura 48 ilustra esquematicamente essa
segmentação realizada previamente antes dos ensaios laboratoriais.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
89
Figura 48: Esquema da segmentação dos corpos-de-prova extraídos
para a realização de ensaios laboratoriais.
Ainda, antes dos ensaios laboratoriais serem realizados, foram efetuadas medidas da
densidade aparente e do volume de vazios dos corpos-de-prova do revestimento asfáltico
extraídos da pista. Para tanto, foi obtida a relação entre o peso da mistura asfáltica ao ar e a
diferença entre o peso ao ar e o peso da mistura em suspensão na água. O procedimento do
ensaio está descrito na norma DNER–ME 117/94. A partir da determinação do volume de
vazios das amostras, os corpos-de-prova foram divididos em grupos, de modo a distribuir as
amostras a serem ensaiadas em cada tipo de experimento em laboratório.
Complementarmente, também foram, após a extração dos corpos-de-prova, abertos poços de
inspeção no local dos ensaios acelerados, ultrapassando todas as camadas do pavimento até a
camada de subleito (figura 49).
Figura 49: Poços de inspeção abertos nos locais dos ensaios
acelerados.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
90
3.4.2 Resistência à tração por compressão diametral
O ensaio de compressão diametral, tração indireta ou tração por compressão diametral,
conhecido internacionalmente como “ensaio brasileiro”, foi desenvolvido pelo professor Lobo
Carneiro no Rio de Janeiro para concreto de cimento Portland (Carneiro, 1943) e tem se
mostrado um importante parâmetro para a caracterização de materiais como o concreto de
cimento Portland e misturas asfálticas.
Para os ensaios de resistência à tração por compressão diametral nas amostras de revestimento
asfáltico, realizados nos corpos-de-prova extraídos para esta pesquisa, utilizou-se uma prensa
com capacidade para 70kN, do Laboratório de Pavimentação, da UFRGS, apresentada na
figura 50, seguindo-se as prescrições da norma DNER-ME 138/94.
Figura 50: Equipamento utilizado para determinação de resistência a
tração por compressão diametral das amostras deste estudo.
A formulação utilizada para o cálculo da resistência à tração é a apresentada na equação 3.
hd
F
Rt
..
2
π
=
(equação 3)
onde: Rt = resistência à tração;
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
91
F = força aplicada;
h = altura do corpo-de-prova;
d = diâmetro do corpo-de-prova.
A configuração desse ensaio considera a aplicação de duas forças concentradas e
diametralmente opostas de compressão em um cilindro que geram, ao longo do diâmetro
solicitado, tensões de tração uniformes perpendiculares a esse diâmetro. O Estado de tensões
gerado na amostra durante o carregamento está esquematicamente apresentado na figura 51.
Figura 51: Estado de tensões gerado no ensaio de resistência a tração
por compressão diametral (Specht, 2004).
3.4.3 Ensaios de módulo de resiliência
Os módulos de resiliência nas amostras de revestimento asfáltico ensaiadas nesta pesquisa
foram determinados através das prescrições do método ME 133: Misturas betuminosas -
determinação do módulo de resiliência (DNER, 1994), complementadas conforme Brito
(2006)
O equipamento utilizado é composto por uma estrutura metálica, um pistão que proporciona
um carregamento repetido pulsante com auxílio de um dispositivo pneumático acoplado a um
regulador de tempo e freqüência de 1Hz. As deformações horizontais foram medidas através
de um transdutor tipo LVDT (Linear Variable Differential Transformer) conectado a um
microcomputador. A descrição detalhada do equipamento e de seu sistema de aquisição e
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
92
controle é apresentada por Brito (2006). O conjunto do equipamento utilizado nesta
dissertação é ilustrado na figura 52. A figura 53, por sua vez, apresenta um maior
detalhamento esquemático do sistema de carregamento.
Figura 52: Equipamento do Laboratório de Pavimentação da UFRGS
utilizado para determinação do módulo de resiliência (Brito, 2006).
Figura 53: Detalhe do sistema de carregamento do equipamento
utilizado para determinação do módulo de resiliência (Specht, 2004).
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
93
Para os ensaios de módulo de resiliência desta pesquisa, o carregamento aplicado foi de 15%
da resistência à tração das amostras ensaiadas. O coeficiente de Poisson foi fixado em 0,30,
valor típico adotado em misturas asfálticas.
A formulação utilizada para o cálculo do módulo de resiliência é a apresentada na equação 4.
).9976,02692,0.(
10.
6
µ
+
∆
=
h
P
Mr
(equação 4)
onde: Mr = módulo de resiliência dado em MPa;
P = carga aplicada, em N;
∆ = deformação elástica ou resiliente medida nos ciclos particulares de
repetição de carga;
h = altura do corpo-de-prova;
µ
= coeficiente de Poisson.
3.4.3.1 Variação do tempo de aplicação de carga nos ensaios
Barksdale (1971) propôs uma relação entre a velocidade do veículo e a profundidade de
análise com o tempo do pulso de tensão vertical. No estudo de Barksdale (1971), foi
considerada uma estrutura composta por um revestimento asfáltico de 100mm, base de brita
de 380mm e subleito de argila siltosa.
Medina e Motta (1995) também realizaram estudos com análises semelhantes para uma
estrutura de revestimento asfáltico de 100mm, base de brita de 300mm e 150mm de solo
granular como material de reforço. No estudo, foi considerado o pulso de carga com
distribuição triangular.
Na figura 54 são apresentados os resultados sobrepostos obtidos por Barksdale (1971) e
Medina e Motta (1995). Observa-se que as inclinações das curvas são iguais nos dois casos
estudados. Os tempos de pulso de carga obtidos também são similares, embora os
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
94
apresentados por Barksdale (1971) sejam levemente menores do que os analisados por
Medina e Motta (1995).
Figura 54: Tempo do pulso de carga em função da velocidade da
aplicação da carga obtidos por Barksdale (1971) e Medina e Motta
(1995) (resultados sobrepostos por Brito, 2006).
A partir dessas considerações, observa-se que o tempo de aplicação para a velocidade média
verificada em pavimentos rodoviários, de 80km/h, seria de aproximadamente 0,02s para uma
espessura de revestimento asfáltico de 8cm. Esse tempo, no entanto, é significativamente
inferior aos usualmente empregados em ensaios de módulo de resiliência devido
principalmente às limitações dos sistemas pneumáticos, que, em função do efeito de
compressibilidade do ar, torna muito difícil a aplicação de tempos menores do que 0,1s, que é
o valor de referência usualmente considerado nos ensaios, e que representa a aplicação de um
veiculo à velocidade aproximada de 25km/h.
Gonçalves (2002) e Azambuja (2004) estudaram o desempenho de pavimentos flexíveis em
ensaios acelerados com o simulador de tráfego linear UFRGS-DAER/RS. Em ambos os
estudos, as pistas ensaiadas foram instrumentadas, medindo-se os pulsos de tensão quando o
pavimento era solicitado pelo trem de carga do simulador, um semi-eixo de rodas duplas
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
95
trafegando a velocidade de 6km/h. Nessas medições, foi obtido o pulso de tensão apresentado
na figura 55 por Brito (2006) a partir dos resultados de Gonçalves (2002) e Azambuja (2004).
Figura 55: Pulso de tensão em ensaios com o simulador de tráfego
UFRGS-DAER/RS (Brito, 2006).
Observa-se que o pulso de carga registrado de 0,2s para as solicitações do simulador a 6km/h
estão de acordo com o tempo proposto por Barksdale (1971) e Medina e Motta (1995).
Nos ensaios desta pesquisa, como um dos objetivos é avaliar a influência da baixa velocidade
do simulador de tráfego empregado no estudo (aproximadamente igual a 8km/h) nos
resultados dos ensaios acelerados, realizaram-se ensaios de módulo de resiliência das misturas
asfálticas com diferentes tempos de aplicação de carga (0,1s e 0,2s).
3.4.3.2 Variação da forma do pulso de carga nos ensaios
A forma do pulso de carga em ensaios de módulo de resiliência deve ser similar ao
carregamento verificado em campo (Huang, 2004). Estando a carga distante a um certo ponto,
a tensão nesse ponto é nula. Por sua vez, no momento em que a carga está diretamente acima
desse ponto, a tensão será máxima. Desse modo, é razoável assumir que pulsos de carga
tenham a forma de um semi-seno-verso ou triangulares (Barksdale, 1971; Medina e Motta,
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
96
1995; Brito, 2006). A forma semi-seno-verso prevalece a pequenas profundidades e a forma
triangular a grandes profundidades (Medina e Motta, 1995). Salienta-se que a forma semi-
seno-verso (figura 56) tem sido a mais aplicada e recomendada em ensaios de módulo de
resiliência das misturas asfálticas (Barksdale et al., 1997).
Figura 56: Pulso de carga semi-seno-verso, típico em ensaios de
módulo de resiliência (adaptado de NCHRP-285).
Observa-se que a forma do pulso de tensão obtido nos ensaios com o simulador da UFRGS-
DAER/RS (figura 54) é similar a apresentada na figura 55, evidenciando que a forma semi-
seno-verso é a que melhor representa a ação de um carregamento sobre o pavimento.
Para ensaios com maior tempo de aplicação de carga, Brito (2006) observa que o equipamento
de ensaios de módulo de resiliência utilizado nesta pesquisa pode aplicar duas diferentes
formas de pulso: a forma semi-seno-verso e uma forma próxima de uma onda quadrada, mais
fácil de ser obtida operacionalmente, somente com a admissão de um maior volume de ar,
para um mesmo tempo de abertura da válvula solenóide (figura 57). Nos ensaios desta
pesquisa com tempo de carga de 0,2s, para alcançar a forma semi-seno-verso, se aproximando
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
97
ao máximo da forma real de aplicação de carga pelo tráfego, além de aumentar o volume de ar
do cilindro de aplicação, aumentou-se a abertura da válvula solenóide.
Figura 57: Formas de pulso de carga possíveis nos ensaios com
período de carregamento de 0,2s (Brito, 2006).
3.4.3.3 Variação do módulo de resiliência de misturas asfálticas com a temperatura
Complementarmente, foram realizados ensaios de módulo de resiliência das misturas
asfálticas a diferentes temperaturas. Esses ensaios somente foram efetuados para os corpos-
de-prova da condição em que não houve a ação do tráfego real e nem a do simulador,
denominada na pesquisa de “CONDIÇÃO C”.
Para esses corpos-de-prova, além dos ensaios de módulo de resiliência a temperatura de 25ºC
(temperatura de referência), foram realizados ensaios na temperatura média obtida durante o
período dos ensaios acelerados em campo com o simulador de tráfego.
Tal variação do módulo de resiliência das amostras em função da temperatura possibilitou
estimar a variação dos deslocamentos da camada de revestimento com o módulo, ingressando
os módulos obtidos para diferentes temperaturas em um programa computacional de análise
tensão-deformação. Utilizou-se, para essa análise, o programa EVERSTRESS 5.0, constituinte
do pacote de softwares para análises mecanísticas de pavimentos, EVERSERIES, com
domínio aberto, desenvolvido pelo Laboratório de Materiais do Departamento de Transportes
do Estado de Washington, nos Estados Unidos (EVERSERIES, 2005).
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
98
A partir dessa análise, foi possível realizar uma estimativa da correção das deflexões dos
pavimentos obtidas em campo em função da temperatura no momento dos levantamentos. A
figura 58 apresenta o procedimento considerado para efetuar tal correção.
Figura 58: Procedimento considerado para a correção das deflexões do
pavimento em função da temperatura.
3.4.4 Ensaios de fadiga
Os ensaios de fadiga nas amostras de revestimento asfáltico desta pesquisa foram realizados
seguindo o procedimento de compressão diametral ou tração indireta à tensão controlada. Este
tem sido o ensaio mais utilizado no Brasil devido à simplicidade na execução e na elaboração
das amostras, que podem ser preparadas em um compactador Marshall ou extraídas da pista,
como as ensaiadas neste estudo.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
99
Os ensaios de fadiga desta pesquisa também foram executados somente sobre os corpos-de-
prova da “CONDIÇÃO C”, que não haviam sido solicitados nem à ação do tráfego e nem a
ação do simulador, permitindo a determinação do ciclo de vida de fadiga completo da camada
de revestimento analisada (desde sua construção até o término da vida de serviço quanto à
fadiga).
Para a determinação da fadiga, foi utilizado o mesmo sistema de carregamento, aquisição e
controle do ensaio de módulo de resiliência, entretanto a amostra era submetida a diversos
níveis de tensão – variando de 10 a 60% da resistência de tração das amostras – e levadas à
ruptura por fadiga. A temperatura dos ensaios foi de 25ºC.
A figura 59 ilustra o equipamento utilizado na determinação da curva de fadiga das amostras
desta pesquisa.
Figura 59: Equipamento utilizado para os ensaios de fadiga desta
pesquisa.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
100
3.4.5 Matriz experimental dos ensaios laboratoriais
A matriz experimental dos ensaios laboratoriais desta pesquisa, apresentada no quadro da
figura 60, contou com diferentes configurações de ensaios para cada condição do corpo-de-
prova considerada, conforme descrito nos itens anteriores. Diferentes tempos de aplicação da
carga e temperaturas do ensaio foram considerados.
Ensaios de RT
25ºC
0,1s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
CONDIÇÃO A (sobre a
pista, sem a aplicação do
simulador)
Ensaios de MR
25ºC
0,2s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
Ensaios de RT
25ºC
0,1s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
CONDIÇÃO B (sobre a
pista, após a aplicação do
simulador)
Ensaios de MR
25ºC
0,2s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
25ºC
Ensaios de RT
__ºC (temperatura ambiente média do período dos ensaios em campo)
0,1s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
25ºC
0,2s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
Ensaios de MR
__ºC (temperatura ambiente
média do período dos
ensaios em campo)
0,1s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
CONDIÇÃO C (sobre o acostamento, sem
a aplicação do simulador)
Ensaios de fadiga
25ºC
Ensaios de RT
25ºC
0,1s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
CONDIÇÃO D (sobre o
acostamento, após a
aplicação do simulador)
Ensaios de MR
25ºC
0,2s de tempo de pulso de carga (forma semi-
seno-verso)
Figura 60: Quadro com a matriz experimental dos ensaios
laboratoriais desta pesquisa.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
101
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Com a realização dos ensaios acelerados em campo através do simulador de tráfego linear
móvel, modelo HVS, e, posteriormente, com a execução dos ensaios laboratoriais sobre a
camada de revestimento asfáltico do pavimento avaliado pelo simulador, foi possível a
obtenção de um conjunto de resultados que permitiram efetuar uma análise da estrutura de
pavimento da BR-290/RS considerada nesta pesquisa.
4.1 ENSAIOS DE CAMPO
Durante o período de operação do simulador de tráfego, foi monitorada a evolução da
degradação do pavimento com a atuação das cargas do equipamento. Foram determinadas as
evoluções das deflexões, do trincamento e das deformações permanentes para as duas
condições inicialmente definidas nos ensaios, sendo, para tanto, ensaiadas duas seções testes.
Medidas dos parâmetros ambientais também foram reunidas de modo a conferir o máximo de
informações referentes às medidas em campo.
A Seção Teste 1, ensaiada primeiramente, referia-se ao segmento de pista já solicitado desde
2004 pelo tráfego real da rodovia. Estima-se que esse trecho havia sido solicitado até o início
dos ensaios a um N
AASHTO
de aproximadamente 4,0x10
6
. A Seção Teste 2, ensaiada
posteriormente, referia-se ao acostamento do trecho da rodovia analisada no primeiro ensaio,
possuindo a mesma estrutura e mesma idade de construção, apenas sem ter sofrido o tráfego
de veículos, possuindo, antes do ensaio um N
AASHTO
próximo a zero.
4.1.1 Histórico de carregamento
A primeira etapa da fase experimental (Seção Teste 1) ocorreu entre os meses de maio e julho
de 2007. Ao longo do mês de junho, no entanto, o equipamento apresentou uma série de
problemas elétricos e mecânicos, permanecendo muitos dias sem funcionamento. Ao final dos
ensaios o simulador de tráfego havia solicitado o pavimento a 170 mil ciclos, com carga de
semi-eixo de 8tf (carga de eixo de 16tf) e inflação de pneus de 100psi. O equipamento, nesta
primeira etapa, ficou em funcionamento 725 horas (30 dias). Ao todo, foram realizados 5
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
102
levantamentos. Exceto entre o primeiro levantamento e o segundo, período em que o
equipamento permaneceu paralisado por problemas elétricos e mecânicos, realizou-se um
levantamento a cada semana de ensaio, ocorrendo variabilidades no intervalo de tempo do
equipamento funcionando devido
a períodos de manutenção do mesmo.
A segunda etapa da fase experimental de campo (Seção Teste 2), por sua vez, ocorreu entre os
meses de agosto e outubro de 2007. Ao término dos ensaios, o simulador havia solicitado o
pavimento a 255 mil ciclos, com a mesma carga (8tf no semi-eixo) e a mesma inflação de
pneus (100psi) aplicados na Seção Teste 1. O equipamento, nesta segunda etapa, ficou em
funcionamento 923 horas (38 dias). Ao todo, foram realizados 7 levantamentos nesta etapa da
pesquisa, buscando-se a realização um levantamento a cada semana de ensaio, ocorrendo
variabilidades no intervalo de tempo do equipamento funcionando devido a períodos de
manutenção do mesmo.
A tabela 8 apresenta um resumo dos levantamentos realizados na Seção Teste 1 e na Seção
Teste 2.
Tabela 8: Resumo dos levantamentos realizados.
data nº de ciclos horas trabalhadas
1º levantamento 28/5/2008 0 0
2º levantamento 5/7/2008 66.000 319
3º levantamento 12/7/2008 100.000 434
4º levantamento 17/7/2008 123.000 509
Seção Teste 1
5º levantamento 26/7/2008 170.000 725
1º levantamento 2/8/2008 0 0
2º levantamento 9/8/2008 50.000 195
3º levantamento 24/8/2008 80.000 310
4º levantamento 3/9/2008 125.000 474
5º levantamento 19/9/2008 187.000 692
6º levantamento 26/9/2008 214.000 811
Seção Teste 2
7º levantamento 2/10/2008 255.000 923
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
103
4.1.2 Medidas deflectométricas
A medida da deflexão é uma maneira comumente utilizada para a avaliação estrutural de um
pavimento, fornecendo um indicativo da elasticidade da estrutura. A atuação de uma carga
dinâmica impõe um estado de tensões, gerando deformações transitórias em todas as camadas.
No momento dos levantamentos, a temperatura da superfície do pavimento era medida com
um termômetro digital. Como o objetivo era verificar a temperatura média da camada de
revestimento asfáltico, utilizou-se a equação 5 para estimar a temperatura da camada de
revestimento a 5cm de profundidade, próximo do centro da camada. Essa equação (Specht,
2005) é válida para regiões de clima subtropical, como a da pesquisa.
61,1.11,1
sup5
−
= TT
cm
(equação 5)
onde: T
5cm
= temperatura do pavimento a 5cm de profundidade (ºC);
T
sup
= temperatura da superfície do pavimento (ºC).
Com a medida das temperaturas realizada, efetuou-se a correção das deflexões, dividindo-se a
deflexão medida por um fator de correção. Todas as deflexões obtidas foram corrigidas para a
deflexão a 25ºC, considerada, nesta pesquisa, a temperatura padrão de ensaio, permitindo
comparar os resultados medidos a diferentes temperaturas. A correção utilizada na pesquisa
(figura 61) foi obtida a partir de ensaios de módulo de resiliência a diferentes temperaturas de
amostras extraídas do local, seguindo o procedimento descrito no item 3.3.3.3. Os resultados
desses módulos (a diferentes temperaturas) serão apresentados ainda neste capítulo.
Figura 61: Correção das deflexões em função da temperatura.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
104
É válido observar que não houve uma grande variação da temperatura durante os
levantamentos de deflexão (temperatura permaneceu entre 15 e 30 ºC), não havendo, assim,
diferenças significativas entre a deflexão medida e a corrigida.
As evoluções das deflexões máximas do pavimento flexível obtidas com a Viga Benkelman e
com o Deflectógrafo Digital em função do número de solicitações do simulador para as duas
seções testes ensaiadas são as apresentadas na figura 62 e figura 63, respectivamente, já
efetuadas as correções da temperatura.
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250 300
n
simulador
[x10
3
ciclos]
Def. máx.
VB
[x 10
-2
mm]
SEÇÃO TESTE 1
SEÇÃO TESTE 2
Figura 62: Evolução das deflexões máximas obtidas com a Viga
Benkelman
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250 300
n
simulador
[x10
3
ciclos]
Def. máx.
DD
[x 10
-2
mm]
SEÇÃO TESTE 1
SEÇÃO TESTE 2
Figura 63: Evolução das deflexões máximas obtidas com o
Deflectógrafo Digital
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
105
Em todos os resultados verifica-se uma tendência de crescimento das deflexões do pavimento
quando submetido ao número de ciclos do simulador de tráfego.
Nos ensaios da Seção Teste 1, houve um significativo aumento das deflexões entre o primeiro
e o segundo levantamento tanto nas medidas com a Viga Benkelman como nas com o
Deflectógrafo Digital, acrescendo, respectivamente, 30% e 55% os níveis deflectométricos em
relação às deflexões medidas no início dos ensaios com o simulador. Após, verificou-se uma
estabilização dos valores de deflexões até o término do ensaio, com 170.000 ciclos.
Para a Seção Teste 2, embora tenha havido também um aumento das deflexões, mesmo após
250.000 ciclos, o nível deflectométrico permaneceu inferior a 50
x10
-2
mm para a Viga
Benkelman e a 40
x10
-2
mm para o Deflectógrafo Digital, valores inferiores aos obtidos na
Seção Teste 1, exceto no levantamento inicial dessa seção. Para as medidas com o
Deflectógrafo Digital, não foi possível a realização dos ensaios no segundo e sexto
levantamento em virtude de problemas com o deflectógrafo.
Observa-se ainda que os níveis deflectométricos no início dos ensaios nas duas seções testes
foram bastante próximos. No entanto, para o trecho já solicitado pelo tráfego real antes dos
ensaios (Seção Teste 1), de imediato as deflexões passaram para um outro patamar, enquanto
que no trecho do acostamento (Seção Teste 2), não solicitado anteriormente, as deflexões
finais, embora superiores, permaneceram próximas às obtidas no início do ensaio acelerado.
A diferença dos valores de deflexões verificada entre as medidas com os diferentes
equipamentos – Viga Benkelman e Deflectógrafo Digital – é aceitável visto que o mais
importante, no estudo, é avaliar a evolução das deflexões com o acréscimo de solicitações
pelo simulador. Outros estudos já identificaram e avaliaram diferenças em valores de
deflexões obtidos a partir de diferentes equipamentos (Borges, 2001).
Com o Deflectógrafo Digital também foi possível verificar a distribuição das deflexões do
pavimento com a determinação das bacias de deslocamentos. Sobre os dados levantados,
realizou-se um ajuste estatístico e a correção das deflexões em função da temperatura. A
figura 64 apresenta a evolução das bacias de deflexões com o aumento do número de ciclos
exercidos sobre o pavimento para a Seção Teste 1 ensaiada pelo simulador.
Enfatiza-se mais claramente, a partir da apresentação das bacias de deflexões, o acréscimo
elevado entre o primeiro e segundo levantamento, já observado nos valores das deflexões
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
106
máximas apresentadas anteriormente. Após, as bacias de deflexões passam a apresentar um
comportamento semelhante, com o mesmo formato de curva, desenvolvendo praticamente um
único feixe.
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250 300
Distância [cm]
Deflexão [10
-2
mm]
n=0
n=66mil
n=100mil
n=123mil
n=170mil
Figura 64: Evolução das bacias de deflexões obtidas com o
Deflectógrafo Digital para a Seção Teste 1.
As pequenas variações verificadas nos quatro levantamentos realizados após o início dos
ensaios acelerados podem ser consideradas desprezíveis até mesmo pela falta de preciosismo
dos equipamentos e pelas vários fatores que influenciam as medidas de deflexões, tais como
temperatura do pavimento – influência diminuída com a correção das deflexões em função da
temperatura – e umidade das camadas inferiores.
As bacias de deflexões para a Seção Teste 2, por sua vez, são apresentadas na figura 65.
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250 300
Distância [cm]
Deflexão [10
-2
mm]
n=0
n=50mil
n=125mil
n=187mil
n=255mil
Figura 65: Evolução das bacias de deflexões obtidas com o
Deflectógrafo Digital para a Seção Teste 2.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
107
Observa-se que a forma das curvas permanece semelhante ao longo de todo o ensaio
acelerado, apenas aumentando-se gradativamente o nível das deflexões.
4.1.3 Evolução do trincamento
Foram realizadas as marcações das trincas do pavimento a fim de avaliar a taxa de
crescimento e de propagação das trincas. As marcações sobre a superfície do pavimento
foram realizadas semanalmente com tinta. Na marcação adotou-se o critério das cores para
identificar as trincas surgidas em cada uma das etapas do ensaio, seguindo a convenção
apresentada na tabela 9 para as duas seções testes.
Para a Seção Teste 1, o primeiro levantamento, efetuado antes do simulador iniciar a
operação, representava a condição inicial do trecho ensaiado. Assim, as trincas marcadas com
a cor branca referem-se às trincas já existentes no pavimento no início dos ensaios acelerados,
originadas pelo tráfego real da rodovia em quase 3 anos de solicitações.
Tabela 9: Convenção de cores da marcação das trincas no pavimento
para a Seção Teste 1 e Seção Teste 2.
Cor da tinta de demarcação das trincas
Seção Teste 1 Seção Teste 2
1º levantamento branca -
2º levantamento amarela -
3º levantamento vermelha branca
4º levantamento azul amarela
5º levantamento verde vermelha
6º levantamento
x
azul
7º levantamento
x
verde
Para o acompanhamento da evolução das trincas, também foram realizados os desenhos das
mesmas. Com o auxílio de um gabarito quadriculado, passaram-se as trincas reais para um
papel milimetrado e, após, para o computador. Os resultados visuais da evolução de
trincamento para a Seção Teste 1 estão apresentados na figura 66. Para possibilitar a
visualização das trincas do primeiro levantamento, as mesmas são apresentadas na figura 66
na cor preta. As cores dos demais levantamentos seguem a convenção da tabela 9.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
108
Figura 66: Evolução das trincas no pavimento da Seção Teste 1 do 1º
ao 5º levantamento.
Observa-se que inicialmente as trincas eram transversais apenas e não interligadas. Com a
evolução dos ensaios, a maioria das trincas passaram a se estender em comprimento. Outras
trincas surgiram, a princípio sem ligação com as já existentes, mas a maioria se origina das
trincas que já haviam no trecho antes dos ensaios iniciarem. A partir do quarto levantamento
pode-se assumir que a maioria das trincas já estão interligadas.
5º levantamento
–
170.000 ciclos
4º levantamento
–
123.000 ciclos
3º levantamento
–
100.000 ciclos
2º levantamento
–
66.000 ciclos
1º levantamento
–
0 ciclos
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
109
O resultado da evolução das trincas da Seção teste 2 pode ser conferido na figura 67, com a
representação visual da pista ensaiada. Novamente para possibilitar a visualização das
primeiras trincas identificadas (no terceiro levantamento), as mesmas são apresentadas na
figura 67 na cor preta. As cores dos demais levantamentos seguem a convenção da tabela 9.
Figura 67: Evolução das trincas no pavimento da Seção Teste 2 do 3º
ao 7º levantamento
7º levantamento
–
255.000 ciclos
6º levantamento
–
214.000 ciclos
5º levantamento
–
187.000 ciclos
4º levantamento
–
125.000 ciclos
3º levantamento
–
50.000 ciclos
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
110
Na Seção Teste 2, inicialmente não havia trincas no pavimento (ao menos aparentes na
superfície), visto que, embora construído em 2004, o trecho encontrava-se no acostamento da
rodovia, sem sofrer a solicitação do tráfego real. Também é válido ressaltar que as trincas
somente surgiram no pavimento a partir do terceiro levantamento. Desse modo, as trincas
marcadas com a cor branca referem-se, nesse segundo trecho, às trincas surgidas após 80mil
ciclos (3º levantamento), como mostrado na tabela 9.
Observa-se que o surgimento de várias trincas com a evolução dos ensaios. No entanto,
muitas trincas surgiram isoladas, sem uma forma muito clara de entrelaçamento.
A figura 68 apresenta a foto da pista ensaiada com a condição final de trincamentos da Seção
Teste 2.
Figura 68: Seção Teste 2, com a demarcação das trincas, após os
ensaios com o simulador de tráfego estarem encerrados.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
111
Para quantificar a evolução das trincas realizaram-se as medidas do comprimento das
mesmas. Desse modo, somando as extensões de todas as trincas e dividindo essa soma pela
área solicitada pelo simulador, estabeleceu-se a taxa de evolução das trincas do pavimento
para as duas seções testes. Os resultados da evolução das trincas da superfície do pavimento,
com a visualização gráfica das respectivas taxas de crescimento, são apresentados na
figura 69.
0
100
200
300
400
500
600
0 50 100 150 200 250 300
n
simulador
[x10
3
ciclos]
Desnidade de trincament
o
[cm/m²]
SEÇÃO TESTE 1
SEÇÃO TESTE 2
Figura 69: Evolução das trincas superficiais nos ensaios da Seção
Teste 1 e 2.
Salienta-se que na Seção Teste 1 já havia uma densidade de trincamento de 148cm/m², uma
vez que esse trecho ficou sob ação do tráfego real da rodovia desde novembro de 2004 até
maio de 2007, início dos ensaios, com um N
AASHTO
aproximado de 4,0 x10
6
. Após 170.000
ciclos, no término dos ensaios nesse trecho, a superfície estava com uma densidade de
trincamento de 523cm/m², tendo ocorrido uma evolução de aproximadamente 2,3cm/m² a
cada mil ciclos do simulador de tráfego.
A Seção Teste 2, por sua vez, inicialmente não apresentava trincas na superfície, pois, embora
tivesse a mesma idade do primeiro trecho, não havia sido submetido ao tráfego anteriormente,
uma vez que se situa no acostamento da rodovia. Nesse segundo trecho ensaiado, as trincas
somente surgiram à superfície após 50.000 ciclos. Após, a evolução das trincas acompanhou a
tendência do primeiro trecho, e, com uma taxa de crescimento de aproximadamente 2,0cm/m²
a cada mil ciclos, encerrou os ensaios com 415cm/m² de densidade de trincamento, após 255
mil ciclos do equipamento simulador. Nota-se uma semelhança entre as taxas de crescimento
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
112
da densidade de trincamento para os ensaios das seções testes 1 e 2, embora tivessem com
condições inicias de trincamento bem diferentes.
A partir dos resultados nos dois ensaios, pode-se transladar a curva obtida na Seção Teste 1,
na qual já havia trincas originadas do tráfego real da rodovia, obtendo-se o resultado da figura
70, semelhante ao formato de modelo de desempenho esperado, pela bibliografia, para o
trincamento. Para obter o resultado apresentado na figura 70, ocorreu um deslocamento da
curva de evolução do trincamento da Seção Teste 1 em 120mil ciclos do simulador (definidos
visualmente), que representaria o tráfego exercido sobre a Seção Teste 1 desde a sua
construção, em 2004, até o início dos ensaios. Comparando o número de solicitações do
simulador, de 120mil ciclos, com o estimado para o tráfego real, de 4
x10
6
ciclos (N
AASHTO
),
obteve-se, pela avaliação visual em campo, uma relação da ação do simulador igual a 33
vezes à do tráfego real.
Figura 70: Comparativo da evolução das trincas superficiais nos
ensaios da Seção Teste 1 e Seção Teste 2.
É válido também ressaltar que a Seção Teste 2 quase superou a densidade de trincamento final
obtida no término do ensaio da Seção Teste 1. No início da pesquisa, temia-se que ao realizar
os ensaios com um trecho sem ter iniciado o processo de degradação, não se atingiria níveis
de trincamento suficientes para uma análise do comportamento do pavimento. No entanto, tal
premissa não foi confirmada, como elucidado nos resultados. Também é importante destacar
que as trincas foram avaliadas apenas em comprimento. Destaca-se que a Seção Teste 1 já
possuía trincas, que, no decorrer do ensaio, tiveram suas larguras significativamente elevadas.
Já a Seção Teste 2, embora possuísse no final dos ensaios uma significativa extensão de
trincas (comprimento), todas elas possuíam larguras mínimas (da ordem de 1mm).
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
113
4.1.4 Deformações permanentes
Os afundamentos de trilha de roda, percebidos na superfície do revestimento, são decorrentes
das deformações plásticas e das consolidações que ocorrem na estrutura de todas as camadas
do pavimento e subleito.
A figura 71 apresenta os resultados da deformação permanente obtidos nos ensaios com o
simulador. Observa-se um elevado e surpreendente afundamento de trilha de roda inicial
existente na Seção Teste 1, possivelmente relacionado às camadas inferiores e decorrente de
processos executivas na construção da estrutura, pois após os ensaios, ao abrir um poço de
inspeção no local, verificou-se que essa deformação era acompanhada por todas as camadas
do pavimento. Também é um fato a ser observado a posição transversal que situa-se a Seção
Teste 1, na emenda do pavimento antigo com o novo (ampliação), local que,
operacionalmente, pode ser prejudicado quanto à compactação, uma vez que a ação dos rolos
de compactação, se não bem controlada, pode não ser eficaz. O afundamento inicial da Seção
Teste 2, que não havia sido antes dos ensaios solicitada ao tráfego, foi mínimo, desprezível, e
deve-se a irregularidades construtivas. Diferentemente da Seção Teste 1, a estrutura da Seção
Teste 2 situava-se no centro da largura de ampliação, não ocorrendo, portanto, dificuldades
quanto à compactação na construção, justificando inclusive, assim, o diferente
comportamento dessa seção (não houve elevadas deformações).
0
5
10
15
20
25
0 50 100 150 200 250 300
n
simulador
[x10
3
ciclos]
ATR [mm]
SEÇÃO TESTE 1
SEÇÃO TESTE 2
Figura 71: Evolução dos afundamentos de trilha de roda nos ensaios
da Seção Teste 1 e 2.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
114
Embora apresentem níveis de deformação diferenciados, a taxa de evolução do afundamento
de trilha de roda medido para os dois trechos ensaiados foi bastante semelhante, sendo de
aproximadamente 1mm a cada 100 mil ciclos.
Para esse parâmetro, não foi possível comparar os valores dos dois trechos, visto a diferença
de magnitude. No entanto, ambos apresentaram uma taxa de crescimento semelhante.
4.1.5 Parâmetros ambientais
4.1.5.1 Temperatura do ambiente
A temperatura do ar no período dos ensaios acelerados com o simulador de tráfego foi obtida
a partir de dados de estação meteorológica de Porto Alegre, com as temperaturas médias
diárias. A figura 72 apresenta os dados de temperatura verificados no período.
Figura 72: Temperatura média do ar durante o período de ensaios.
Para a Seção Teste 1, as temperaturas mínima, média e máxima do período de ensaios, entre
28 de maio e 26 de julho, foram, respectivamente, 10, 13 e 18 ºC. Na Seção Teste 2, por sua
vez, com os ensaios ocorrendo entre os dias 2 de agosto e 2 de outubro, as temperaturas
mínima, média e máxima do período de ensaios foram 13, 17 e 22ºC.
Considerando todo o período dos ensaios, nas duas seções testes, a temperatura média ficou
igual a 15ºC. Essa temperatura média geral dos dois ensaios é a que foi considerada para a
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
115
realização de ensaios de módulo de resiliência e de resistência à tração a diferentes
temperaturas, com o objetivo de desenvolver a equação de correção das deflexões em função
da temperatura.
Destaca-se que, embora o período da Seção Teste 2 tenha apresentado, de modo geral,
temperaturas um pouco mais elevadas quando comparadas às verificadas no período dos
ensaios da Seção Teste 1, não foi constatada significativas variabilidades relacionadas à
temperatura entre os dois trechos ensaiados que pudessem influenciar diretamente nos
resultados dos ensaios acelerados.
4.1.5.2 Precipitação pluviométrica
As medidas das precipitações pluviométricas obtidas a partir de pluviômetro instalado na
cidade de Osório, local dos ensaios, também foram consideradas na análise. A figura 73
apresenta os dados de precipitações verificados no período dos ensaios. Ocorreu, durante os
ensaios, a precipitação de 415mm para o período da Seção Teste 1 e de 324 para o período da
Seção Teste 2.
Figura 73: Precipitação pluviométrica durante o período de ensaios.
A diferença de 91mm verificada entre os dois ensaios foi ajustada a partir de chuva artificial,
proporcionada pelo próprio equipamento simulador de tráfego. Conforme descrito no capítulo
3, o simulador empregado nesta pesquisa tem como ferramenta adicional um simulador de
chuvas. Assim, no intuito de permitir que nas análises dos ensaios acelerados seja minimizado
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
116
o efeito das precipitações, realizou-se um “equilíbrio hídrico” de modo que ambos os ensaios
possuíssem, somando-se a precipitação real e a simulada, a mesma solicitação hídrica. Para
tanto, nos ensaios da Seção Teste 2, aumentou-se o tempo de simulação de chuva artificial, de
modo a equilibrar as precipitações verificadas anteriormente nos ensaios da Seção Teste 1.
Nos ensaios da Seção Teste 1, definiu-se acionar o simulador de precipitações durante 5
minutos a cada 1 hora, enquanto para a Seção Teste 2 esse tempo foi gradativamente
aumentando quando verificado, durante os ensaios, que as precipitações no período desse
segundo ensaio estavam inferiores às ocorridas no primeiro.
4.1.6 Resumo dos resultados dos ensaios de campo
Os ensaios de campo com o simulador de tráfego foram realizados entre os meses de maio e
outubro de 2007, solicitando a estrutura de pavimento flexível da faixa externa e do
acostamento externo do km 5 da rodovia BR-290/RS, pista sentido Osório – Porto Alegre.
Nesse período, duas seções testes foram ensaiadas, ocorrendo um total de 12 levantamentos, 5
para a Seção Teste 1 e 7 para a Seção Teste 2. No apêndice A são apresentados todos os
resultados obtidos em cada levantamento da avaliação em campo.
No quadro da figura 74 são apresentados os resumos dos resultados obtidos nos ensaios com o
simulador, destacando as quatro condições finais de pavimento verificadas no local.
Figura 74: Quadro resumo das quatro condições finais do local da
rodovia em que foi ensaiado o pavimento com o simulador de tráfego.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
117
Observa-se que os valores de deflexões e trincamento no acostamento (CONDIÇÃO D) foram
superiores aos da condição inicial da pista já solicitada pelo tráfego real (CONDIÇÃO A),
atingindo, assim, todo o intervalo da vida de serviço do pavimento, cumprindo um dos
objetivos da pesquisa com o simulador, com os ensaios nas duas seções testes. Assim, após os
ensaios acelerados, é possível considerar a determinação dos parâmetros de deflexões,
afundamento de trilha de roda e densidade de trincamento em quatro diferentes momentos da
vida de serviço do pavimento, conforme apresentado na figura 75, com o exemplo das
condições quanto ao trincamento do pavimento. Para as deflexões, também pode ser
considerada essa linha de entendimento exemplificada para a densidade de trincamento.
Como observado na figura, a seqüência final das condições do pavimento poder ser ordenada
da seguinte maneira: CONDIÇÃO C; CONDIÇÃO A; CONDIÇÃO D; CONDIÇÃO B.
Figura 75: Seqüência das condições do pavimento após os ensaios
acelerados considerando os resultados obtidos.
Outro resultado importante é a visualização das condições do trincamento antes e após cada
um dos ensaios acelerados realizados (figura 76).
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
118
Figura 76: A superfície dos pavimentos da Seção Teste 1 e 2 antes e
após os ensaios com o simulador.
4.2 ENSAIOS DE LABORATÓRIO
Com a conclusão dos ensaios acelerados com o simulador de tráfego, o trecho da rodovia
ensaiado apresentava quatro diferentes condições:
CONDIÇÃO A: trecho da pista já solicitado pelo tráfego real da rodovia desde a sua
construção, em novembro de 2004, apresentando um N
AASHTO
aproximado de 4,0 x10
6
-
N
tráfego + simulador
= (4,00) x10
6
;
CONDIÇÃO B: trecho da pista com a CONDIÇÃO A ensaiada pelo simulador de tráfego,
com um n
simulador
de 170mil ciclos (0,170 x10
6
) – N
tráfego + simulador
= (4,00 + 0,170) x10
6
;
CONDIÇÃO C: acostamento da pista, construído em novembro de 2004, mas não solicitado
pelo tráfego – N
tráfego + simulador
= (0,00) x10
6
;
CONDIÇÃO D: trecho da pista com a CONDIÇÃO C ensaiada pelo simulador de tráfego,
com um n
simulador
de 255mil ciclos (0,255 x10
6
) – N
tráfego + simulador
= (0,00 + 0,255) x10
6
.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
119
Para oferecer maiores ferramentas na análise da estrutura de pavimento avaliada nesta
pesquisa, executou-se a extração em pista de corpos-de-prova de amostras do revestimento
asfáltico dessas quatro condições, no intuito de realizar ensaios laboratoriais de resistência à
tração, módulo de resiliência e de fadiga. No apêndice B são apresentados todos os resultados
dos ensaios de laboratório realizados nesta pesquisa..
O pavimento analisado possui espessura de revestimento asfáltico igual a 8cm, com os 4cm
inferiores sendo de asfalto convencional e os 4cm superiores de asfalto-borracha. Como para
a execução dos ensaios laboratoriais propostos é necessário que os corpos-de-prova tenham
altura aproximada de 5cm, desprezou-se, nos ensaios de laboratório, a parte superior da
amostra extraída (cortando-a), ensaiando corpos-de-prova com os 5cm inferiores da camada
asfáltica do pavimento, regulando também a face inferior, permanecendo com uma amostra
com o comportamento regido pela mistura asfáltica convencional.
Com os corpos-de-prova cortados, com altura média próxima a 5cm, efetuou-se a
determinação do volume de vazios. A partir dos resultados dos vazios das amostras, para cada
condição dividiu-se os corpos-de-prova a serem utilizados em cada ensaio laboratorial de
maneira homogênea. A tabela 10 apresenta em ordem crescente, para cada condição, os
resultados do volume de vazios e o ensaio para o qual o corpo-de-prova foi designado.
Nota-se que, de modo geral, o volume de vazios é bastante variável. Caso seja considerada a
média dos valores medidos, os corpos-de-prova da CONDIÇÃO C são os que apresentam o
maior volume de vazios (8,06%). Isto é razoável, pois são justamente esses corpos-de-prova
que não foram solicitados a nenhum carregamento, não sofrendo, portanto, nenhum aumento
do grau de compactação em virtude do tráfego. Para o acostamento, inclusive não ocorreram
grandes modificações nos vazios após os ensaios, conforme a média dos valores dos corpos-
de-prova extraídos da CONDIÇÃO D (8,02%). A condição, no entanto, solicitada pelo
tráfego real e pelo simulador (CONDIÇÃO B) foi a que apresentou, na média, os menores
valores de vazios (5,19%), ocorrendo uma redução quando comparada com a condição inicial
da pista (CONDIÇÃO A), submetida somente a ação do tráfego real, que apresentou na média
um volume de vazios de 7,18%, valor este já inferior aos obtidos para o acostamento (sem
tráfego real).
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
120
Tabela 10: Resultado dos volumes de vazios das amostras extraídas e
os ensaios para as quais foram designadas.
Nº CP VV [%] ensaio
21 6,50% MR (0,1 - 15ºC) e RT
22 6,67% MR (0,1 - 15ºC) e RT
14 7,35%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
18 7,43%
MR (0,2 - 25ºC) e RT
16 7,50%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
2 7,88%
fadiga
3 7,91%
fadiga
1 7,99%
fadiga
13 8,09%
apenas RT (25ºC)
12 8,09%
fadiga
6 8,13%
fadiga
20 8,15%
apenas RT (15ºC)
5 8,15%
fadiga
9 8,19%
fadiga
10 8,29%
fadiga
11 8,31%
fadiga
4 8,40%
fadiga
8 8,45%
fadiga
7 8,53%
fadiga
17 8,58%
MR (0,2 - 25ºC) e RT
15 8,77%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
19 8,98%
MR (0,2 - 25ºC) e RT
CONDIÇÃO C
23 9,05% MR (0,1 - 15ºC) e RT
24 7,24%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
25 7,21% MR (0,2 - 25ºC) e RT
26 6,48%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
27 7,37%
apenas RT
28 7,67% reserva
29 7,31%
MR (0,2 - 25ºC) e RT
30 6,90%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
CONDIÇAÕ A
31 7,25% MR (0,2 - 25ºC) e RT
32 8,00%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
33 7,95% MR (0,2 - 25ºC) e RT
34 7,71%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
35 8,10%
apenas RT
36 7,95% reserva
37 8,06%
MR (0,2 - 25ºC) e RT
38 8,40%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
CONDIÇÃO D
39 8,01% MR (0,2 - 25ºC) e RT
40 4,93%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
41 4,86% MR (0,2 - 25ºC) e RT
42 5,84%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
43 4,17%
apenas RT
44 6,18% reserva
45 5,47%
MR (0,2 - 25ºC) e RT
46 4,86%
MR (0,1 - 25ºC) e RT
CONDIÇÃO B
47 5,25% MR (0,2 - 25ºC) e RT
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
121
Para os ensaios de resistência à tração, realizados sobre corpos-de-prova das quatro condições
da pista, procurou-se ensaiar amostras com o volume de vazios próximo da média dos valores
encontrados para todos os corpos-de-prova de cada condição. Nos ensaios de módulo de
resiliência, também executados para todas as condições da pista, selecionaram-se amostras de
maneira que permanecessem, para o mesmo ensaio, corpos-de-prova com volumes de vazios
superiores e inferiores à média verificada para o conjunto de amostras. Para os ensaios de
fadiga, realizados somente para corpos-de-prova da CONDIÇÃO C, procurou-se ensaiar as
amostras com o volume de vazios com a menor variação (próximo ao centro do intervalo de
variação do volume de vazios verificado para todos os corpos-de-prova da condição
considerada). No apêndice B é apresentado um maior detalhamento da divisão dos corpos-de-
prova para cada ensaio laboratorial.
A partir dos resultados gerais dos ensaios em campo, verificou-se que, para o trincamento e as
deflexões, a situação final dos ensaios no acostamento (CONDIÇÃO D) superou a situação
inicial sobre a pista já trafegada antes dos ensaios (CONDIÇÃO A). Assim, os resultados dos
ensaios de laboratório serão apresentados de acordo com a seguinte seqüência, em relação à
vida de serviço do pavimento: CONDIÇÃO C; CONDIÇÃO A; CONDIÇÃO D;
CONDIÇÃO B.
4.2.1 Ensaios de resistência à tração
Os resultados médios da resistência à tração nas amostras de revestimento asfáltico obtidos
para as quatro condições consideradas são apresentados na figura 77.
Nesses resultados de resistência à tração, definiu-se não desconsiderar nenhuma das amostras,
visto que, mesmo realizando um processo estatístico de exclusão, a média dos resultados
permanecia sem significativas alterações. Os resultados apresentados foram todos realizados à
temperatura de 25ºC (temperatura padrão para os ensaios desta pesquisa).
Observa-se, pelos resultados, que não houve uma variação contínua da resistência à tração das
amostras em função da vida de serviço do pavimento, considerando a seqüência verificada
nos ensaios de campo. Destaca-se, no entanto, que tanto para a Seção Teste 1 (CONDIÇÃO A
e CONDIÇÃO B) como para a Seção Teste 2 (CONDIÇÃO C e CONDIÇÃO D) houve um
pequeno decréscimo da resistência à tração, de 9 e 7%, respectivamente, após os ensaios
acelerados serem realizados. Ou seja, há uma diferença entre os valores de cada seção teste,
mas o comportamento isolado, entre cada seção teste, é semelhante. Como não há diferença
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
122
das misturas asfálticas das duas seções testes, não houve uma identificação clara dos motivos
para os diferentes valores de resistência à tração verificados entre as duas seções ensaiadas.
0
0,5
1
1,5
2
CONDIÇÃO C CONDIÇÃO A CONDIÇÃO D CONDIÇÃO B
RT [MPa]
Figura 77: Resultados dos ensaios de resistência à tração dos corpos-
de-prova extraídos das quatro condições finais da pista ensaiada.
4.2.2 Ensaios de módulo de resiliência
4.2.2.1 Tempo do pulso de carga de 0,1s
Os resultados do módulo de resiliência nas amostras de revestimento asfáltico obtidos
considerando um pulso de forma semi-seno-verso com tempo de carga de 0,1s são
apresentados na figura 78.
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
CONDIÇÃO C CONDIÇÃO A CONDIÇÃO D CONDIÇÃO B
MR [MPa]
Figura 78: Resultados dos ensaios de módulo de resiliência com pulso
de carga de 0,1s dos corpos-de-prova extraídos das quatro condições
finais da pista ensaiada.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
123
Na execução dos ensaios, realizados com a freqüência de 1Hz e na temperatura de 25ºC,
verificou-se que algumas amostras não apresentavam comportamento satisfatório, variando
significativamente os valores de módulo com o número de solicitações ou apresentando
formas de curva não ideais (se afastando do formato semi-seno-verso desejado). Assim, na
análise dos resultados, definiu-se considerar apenas àquelas amostras com bom
comportamento durante os ensaios.
Diferentemente do verificado na análise da resistência à tração, para o módulo de resiliência
observa-se uma nítida variação dos valores de módulo com a vida de serviço do pavimento. O
valor obtido para a condição em que não havia, antes dos ensaios, sido submetida a nenhuma
solicitação, 11.683MPa, foi de certo modo elevado, mas justificado pelo fato de o
revestimento estar exposto às ações do clima (envelhecimento) por quase três anos. A
evolução dos módulos em função do envelhecimento foi estudada em outras pesquisas
(Tonial, 2000; Fonseca 1995). Para os ensaios desta pesquisa, a ação do clima não foi
considerada, uma vez que todas as amostras foram construídas, em outubro de 2004, e
extraídas de campo, em outubro de 2007, no mesmo período, sendo submetidas às mesmas
ações de intempéries, como chuvas e variações de temperaturas.
4.2.2.2 Tempo do pulso de carga de 0,2s
Para auxiliar na análise da influência da velocidade da aplicação de carga nos resultados desta
pesquisa, realizaram-se, para as quatro condições da pista, ensaios de módulo de resiliência
nas amostras de revestimento asfáltico com tempo de aplicação de caga igual a 0,2s, se
aproximando do tempo de aplicação empregado pelo simulador (com velocidade de 8km/h) e
considerando os resultados obtidos por Barksdale (1971).
Nos ensaios com tempo do pulso de carga de 0,2s (freqüência de 1Hz e temperatura de ensaio
igual a 25ºC), para manter a forma semi-seno-verso, empregou-se uma maior abertura da
válvula solenóide, bem como aumentou-se o volume de ar do cilindro de aplicação da carga.
Os resultados dos ensaios de módulo de resiliência com tempo pulso de carga de 0,2s são os
apresentados na figura 79.
Assim como nos ensaios com tempo de aplicação igual a 0,1s, definiu-se utilizar apenas os
resultados das amostras que apresentaram comportamento satisfatório, desconsiderando
alguns resultados de ensaios obtidos.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
124
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
CONDIÇÃO C CONDIÇÃO A CONDIÇÃO D CONDIÇÃO B
MR [MPa]
Figura 79: Resultados dos ensaios de módulo de resiliência com pulso
de carga de 0,2s dos corpos-de-prova extraídos das quatro condições
finais da pista ensaiada com o simulador de tráfego.
Observa-se que também para o tempo do pulso de carga de 0,2s o módulo de resiliência
decresceu com o aumento da vida de serviço seguindo a definição de seqüência de condições
estabelecida a partir dos ensaios de campo.
A figura 80 apresenta a variação do módulo de resiliência verificada entre os ensaios com
tempo do pulso de carga.
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
0,1 0,2
Tempo do pulso de carga [s]
MR [MPa]
CONDIÇÃO A
CONDIÇÃO B
CONDIÇÃO C
CONDIÇÃO D
Figura 80: Variação do módulo de resiliência em função do tempo do
pulso de carga para as quatro condições finais da pista ensaiada com o
simulador de tráfego.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
125
Observa-se que para todas as condições ensaiadas houve uma redução do módulo de
resiliência. Para avaliar o comportamento global, determinou-se para a média dos valores de
módulo das quatro condições, e a partir dessa média verificou-se que houve um decréscimo de
26% dos valores entre os tempos de aplicação de 0,1 e 0,2s.
Como discutido no capítulo 3, o tempo de aplicação de 0,1s representa, pelo estudo proposto
por Barksdale (1971), a aplicação de carga de um veículo à velocidade de 25km/h
(considerando camadas de revestimento com 8cm de espessura – e, portanto, a ação do
tráfego a essa profundidade). Como se sabe, os veículos transitam pelas rodovias a
velocidades superiores a essa. Para esta pesquisa, considerou-se que a velocidade do tráfego
real é de 80km/h. Assim, assumindo também que o tempo de pulso de 0,2s representa a
aplicação à velocidade de 8km/h, obteve-se, apenas como caráter ilustrativo, pois certamente
o comportamento não é linear, a estimativa da variação do módulo de resiliência em função
da velocidade do veículo responsável pela aplicação de carga, apresentada na figura 81.
0
5.000
10.000
15.000
20.000
0 102030405060708090100
Velocidade do veículo [km/h]
MR [MPa]
Figura 81: Estimativa da variação do módulo de resiliência em função
da velocidade do veículo que exerce as cargas sobre o pavimento.
A partir dessa estimativa simplificada, verificou-se que o módulo de resiliência quando
submetido à ação do simulador é da ordem de 2,5 vezes inferior ao módulo quando submetido
à ação do tráfego real (80km/h).
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
126
4.2.2.3 Variação do MR com a temperatura
Complementarmente, realizaram-se ensaios de módulo de resiliência nas amostras de
revestimento asfáltico a diferentes temperaturas, de modo a possibilitar estimar a variação do
módulo em função da temperatura, e, a partir dessa, também verificar a variação das deflexões
com a temperatura, utilizando software de análises mecanísticas.
Essa avaliação foi realizada somente para as amostras da CONDIÇÃO C, por ser a condição
em que o pavimento não havia sido submetido a nenhuma solicitação, não havendo, portanto,
influência de ações anteriores sobre as amostras. No entanto, os resultados obtidos foram
abrangidos para todas as demais condições.
Além dos ensaios com a temperatura padrão de 25ºC, efetuou-se, para tanto, os ensaios à
temperatura média do ambiente verificada durante os ensaios acelerados em campo, que foi
de 15ºC. Os ensaios foram realizados com tempo de aplicação de carga de 0,1s e freqüência
de 1Hz.
Os resultados dos ensaios a 15ºC são apresentados na figura 82, em conjunto com os já
obtidos para a temperatura de 25ºC. Para esses resultados, também foram excluídos os valores
das amostras que, durante os ensaios, não se comportaram adequadamente (sem repetibilidade
dos resultados ou com formato de curvas não coerentes).
0
5.000
10.000
15.000
20.000
0 10203040
Temperatura [ºC]
MR [MPa]
Figura 82: Variação do módulo de resiliência em função da
temperatura dos ensaios.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
127
Ingressando-se com os diferentes módulos no software EVERSTRESS 5.0, obteve-se a
variação do deslocamento (deflexão) no topo do pavimento. Para o módulo a 15ºC,
14.084MPa, calculou-se o deslocamento de 28,8
x10
-2
mm, enquanto que para o módulo a
25ºC, 11.683MPa, obteve-se o valor de 29,7
x10
-2
mm para a deflexão. Considerando-se a
temperatura padrão para as deflexões igual a 25ºC, chegou-se aos fatores de correção das
deflexões apresentado na figura 53. Nota-se que a influência da temperatura, considerando-se
apenas a resposta da mistura asfáltica ensaiada, não é muito significante. Um maior
detalhamento do uso do software EVERSTRESS 5.0 será descrito no capítulo seguinte, quando
comentada a influência da velocidade de aplicação de carga na degradação dos pavimentos
asfálticos, apresentando as características de todas as camadas do pavimento consideradas na
análise e inseridas no software.
4.2.3 Ensaios de fadiga
O trincamento pelo fenômeno da fadiga é uma das mais comuns manifestações de mau
desempenho ou ruptura de um pavimento, manifesta-se através do aparecimento de trincas
longitudinais nas trilhas de roda e propaga-se pela superfície do pavimento na forma de
trincas interligadas tipo “couro de jacaré”. As trincas podem ter seu início, através de forças
cisalhantes, na superfície do pavimento ou de tensões de tração, na fibra inferior da camada
asfáltica (Specht, 2004).
Os ensaios de fadiga nas amostras de revestimento asfáltico nesta dissertação também foram
realizados somente para a denominada CONDIÇÃO C, visto que o objetivo era estimar toda a
vida do pavimento quanto à fadiga, partindo-se da situação sem nenhum carregamento sobre
as amostras antes dos ensaios (sem carregamentos do tráfego real ou do simulador de tráfego).
Os modelos de fadiga desta pesquisa obtidos a partir de amostras de revestimento asfáltico
extraídas da pista estão ilustrados na figura 83, obtido em função da tensão de tração, e na
figura 84, em função da diferença de tensões.
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
128
Nf = 6,347
σ
t
-5,382
R
2
= 0,962
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+06
0,10 1,00 10,00
Tensão de tração [MPa]
Vida de fadiga (Nf)
Figura 83: Modelos de fadiga em função da tensão de tração.
Nf = 11.032,450
∆σ
-5,382
R
2
= 0,962
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+06
0,10 1,00 10,00
Diferenção de tensões [MPa]
Vida de fadiga (Nf)
Figura 84: Modelos de fadiga em função da diferença de tensões.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
129
A curva que representa a vida de fadiga de um material em função das solicitações aplicadas é
comumente representada pelo modelo da equação 6.
b
Sa ×=
f
N
(equação 6)
onde: N
f
= vida de fadiga;
S = solicitação;
a e b = constantes do modelo.
Tayebali et al., 1994, apud Specht, 2004, apresentam maiores detalhes sobre a modelagem
matemática do fenômeno da fadiga em laboratório, bem como, modelos desenvolvidos pelo
Instituto de Transportes da Universidade da Califórnia.
Observa-se que as curvas de fadiga apresentadas neste trabalho possuem forte correlação,
(R²=0,96), sugerindo se tratar de bons modelos. No entanto, para elevados valores de tensão
de tração (0,8MPa), o número de ciclos até a ruptura é bastante baixo (10 repetições somente).
Esses resultados são consistentes com os obtidos em outras misturas asfálticas estudadas na
região sul do Brasil (Specht, 2004; Rohde, 2007). Como tensões de tração dessa magnitude
(próximas a 1MPa) não são incomuns de ocorrer nos pavimentos rodoviários, sugere-se que
haja um elevado fator de correção campo-laboratório.
O elevado valor de b (-5,38) obtido nos modelos dos corpos-de-prova extraídos da pista em
que foram efetuados os ensaios acelerados com o simulador de tráfego representa que a
mistura considerada possui alta suscetibilidade ao estado de tensões, podendo resultar em
trincamento prematuro em caso de pavimentos com espessura de camada asfáltica
subdimensionada.
Na tabela 11 estão apresentadas as constantes dos modelos gerados neste trabalho, a partir de
corpos-de-prova extraídos da pista em que foram efetuados os ensaios acelerados com o
simulador de tráfego, em conjunto com modelos determinados em estudos anteriores (Specht,
2004; Rohde, 2007).
Daniel Ramos Victorino (danielvic[email protected]) - Dissertação de Mestrado – PPGEC/UFRGS – 2008
130
Tabela 11: Constantes dos modelos de fadiga gerados neste trabalho e
em estudos anteriores (Specht, 2004; Rohde, 2007).
Tensão de tração (MPa) Dif. de tensões (MPa)
mistura
a b R² a b R²
referência
corpos-de-prova extraídos
da pista em que foram
efetuados os ensaios
acelerados desta pesquisa
6,35 -5,38 0,96 11.032 -5,38 0,96 -
Referência
28,22 -2,93 0,98 1.640 -2,93 0,98
AB 14
52,91 -3,04 0,99 3.565 -3,04 0,99
AB 41
87,78 -2,82 0,99 4.378 -2,82 0,99
AB 68
94,00 -2,81 0,94 4.610 -2,81 0,94
Specht
(2004)
AMPEVA
63,41 -5,02 0,94 66.801 -5,02 0,94
RASF
3.481 -4,03 0,89 926.131 -4,03 0,89
PPA 30/45
139,28 -5,11 0,96 16.586 -5,11 0,96
CAP 50/70
8,91 -4,09 0,93 2.573 -4,09 0,93
Rohde
(2007)
No entanto, maiores comparações, quanto à fadiga, das misturas apresentadas na tabela 12
somente podem ser realizadas considerando os módulos de resiliência das misturas, uma vez
que, de acordo com os valores dos módulos, a distribuição de tensões ocorre de diferentes
maneiras. Misturas mais rígidas, ao absorverem tensões mais elevadas, geram tensões de
tração superiores às de misturas menos rígidas.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
131
5 UMA TENTATIVA DE EXTRAPOLAR OS RESULTADOS DOS
ENSAIOS ACELERADOS PARA O DESEMPENHO DO PAVIMENTO
SOLICITADO PELO TRÁFEGO REAL
De posse de todos os resultados dos ensaios de campo, com o simulador de tráfego, e dos
ensaios de laboratório, reuniram-se dados para atingir um dos objetivos deste trabalho, que é o
de propor, teoricamente, fatores relacionando a ação do simulador com a do tráfego real.
Antes, no entanto, é importante apresentar as considerações quanto à determinação do término
da vida de serviço do pavimento analisado, considerando-se apenas os resultados do
simulador.
5.1 TÉRMINO DE VIDA DE SERVIÇO DOS PAVIMENTOS ENSAIADOS
Para realizar a análise da vida de serviço dos pavimentos ensaiados pelo simulador de tráfego
nesta pesquisa, foi necessário estabelecer um critério de término de vida para os pavimentos
estudados. Nesse critério, teria que ser considerada ponderações referentes ao processo de
tomada de decisões de intervenções no pavimento estabelecidas pelo administrador da
rodovia, no caso a concessionária Concepa, em seu sistema de gerência de pavimentos.
Como os resultados de deflexões ao término dos ensaios tanto para o primeiro como para o
segundo trecho ainda não estavam apresentando valores muito elevados, embora houvesse
ocorrido uma evolução quando comparados com os iniciais, eliminou-se a hipótese de adotar
as deflexões como critério de término de vida dos pavimentos. As deformações permanentes,
conforme já destacado, apresentaram valores bastante diferenciados para os dois ensaios,
principalmente em virtude do afundamento de trilha de roda inicial verificado na Seção Teste
1, não sendo, também, uma opção de critério a ser adotada. A evolução das trincas
superficiais no pavimento, por sua vez, foi significativamente acentuada nos dois ensaios
realizados, chegando, em ambos, a condições que, de acordo com o sistema de gerência do
administrador, demandariam intervenções no pavimento. Assim, avaliando os resultados
encontrados para ambos os trechos, definiu-se adotar como critério de término de vida de
serviço dos pavimentos ensaiados o valor de 400cm/m², instante em que as trincas superficiais
132
passaram a se interligar, necessitando programar uma intervenção sobre o revestimento
asfáltico.
5.2 RELAÇÃO DOS ENSAIOS ACELERADOS COM O TRÁFEGO REAL
De acordo com o critério de término de vida de serviço estabelecido e a partir dos resultados
da densidade de trincamento obtidos para os dois ensaios, o término de vida dos pavimentos
foi atingido, pelo simulador, com aproximadamente 120.000 ciclos para a Seção Teste 1,
conforme figura 85. Na mesma figura, observa-se que para a Seção Teste 2, o término da vida
de serviço foi verificado com aproximadamente 240.000 ciclos de solicitação do simulador.
Essa diferença de 120.000 ciclos (1,2
x10
5
) representaria o tráfego real exercido sobre o
pavimento do primeiro trecho desde novembro 2004 até o início dos ensaios. Nota-se que esse
número de ciclos (120.000) é o mesmo que foi obtido com a translação gráfica da densidade
de trincamento, realizada no capítulo anterior. No entanto, é sabido pela contagem de tráfego
que nesse período houve um volume de tráfego de aproximadamente 4,0
x10
6
ciclos de carga.
Essa diferença de 33 vezes é explicada pela ação rigorosa, quanto à degradação, dos
simuladores quando comparados com a ação real dos veículos, visto que os simuladores de
tráfego têm como objetivo acelerar a degradação dos pavimentos, possuindo, para tanto,
características específicas que aumentam significativamente a ação de carga exercida sobre a
estrutura.
Figura 85: Verificação do número de ciclos do simulador no término
da vida de serviço do pavimento para a Seção Teste 1 e 2 dos ensaios
acelerados
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
133
5.2.1 Velocidade da aplicação da carga
As velocidades dos veículos que transitam sobre os pavimentos afetam diretamente a
deformação das camadas asfálticas (Siddharthan et al., 2002). E as deformações, por sua vez,
são determinantes na vida de fadiga das misturas. Os simuladores de tráfego normalmente
possuem velocidades do rodado significativamente inferiores às empregadas pelos veículos
comerciais que trafegam pelas rodovias. Os veículos comerciais que trafegam pelas rodovias
brasileiras transitam com uma velocidade próxima de 80km/h, enquanto o simulador de
tráfego empregado nesta pesquisa atingia uma velocidade de aproximadamente 8km/h, 10
vezes inferior a do tráfego real.
Assim para avaliar teoricamente o efeito da baixa velocidade do simulador, seguiram-se os
seguintes procedimentos:
a) Determinação da variação do módulo de resiliência da camada asfáltica em função da
velocidade de aplicação da carga:
a.1) Relação do módulo do ligante
A partir do tradicional ábaco de Van der Poel (1954), entrando-se com essas diferentes
velocidades de aplicação de carga do tráfego real (80km/h) e do simulador (8km/h) e com as
características médias do ligante asfáltico empregado na mistura estudada (penetração de
60
x0,1mm e ponto de amolecimento de 50ºC), obteve-se um módulo de rigidez do ligante
para a velocidade do simulador 6 vezes inferior ao obtido para a velocidade de tráfego.
a.2) Relação do módulo da mistura
Para chegar à variação do módulo de resiliência da mistura, a partir dessa diferença dos
valores do módulo do ligante, fez-se uso do modelo da equação 7. Esse modelo, relacionando
os módulos do ligante com os da mistura asfáltica, foi desenvolvido por Pinto (1991), a partir
de estudo com diversas misturas asfálticas produzidas no Brasil, ensaiadas a diferentes
velocidades de carregamento.
134
63,0
m
632.67S
b
S×=
(equação 7)
onde: S
m
= módulo de resiliência da mistura asfáltica (MPa);
S
b
= módulo de resiliência do ligante (N/m²);
De acordo com o modelo da equação 7, considerando uma diferença de 6 vezes entre os
módulos do ligante, o módulo da mistura asfáltica solicitada pela velocidade do tráfego real
(80km/h) foi de 3 vezes superior ao do módulo quando solicitada à velocidade do simulador
(8km/h). Esse fator de relação modular ficou de certo modo próximo do estimado no capítulo
anterior, igual a 2,5 vezes, ou seja, embora, como destacado na oportunidade, a relação
efetuada tenha sido meramente ilustrativa, considerando uma série de suposições, o resultado
experimental sugerido e o estimado teoricamente foram coerentes. Na continuidade da
análise, definiu-se adotar a relação modular obtida pela análise teórica, igual a 3. Quando se
está denominando esta análise como teórica, apenas se tem como objetivo destacar que a
análise não é realizada a partir de resultados experimentais deste estudo. No entanto, muitas
das considerações assumidas são baseadas em pesquisas empíricas anteriores, ou seja, em
pesquisas não puramente teóricas.
b) Variação das tensões-deformações com o módulo de resiliência da mistura asfáltica:
Ingressando-se, em um programa computacional de análise tensão-deformação, com a
variação no módulo da mistura asfáltica para as duas velocidades de solicitações, foi possível
obter a variação, em função do módulo, das tensões e deformações da face inferior da camada
asfáltica, região da camada de revestimento mais solicitada e que rege a ruptura por fadiga.
Para esta pesquisa, adotou-se o software EVERSTRESS 5.0, elaborado pelo Departamento de
Transporte do Estado de Washington nos EUA (EVERSERIES, 2005), o qual, a partir das
informações das cargas e das camadas constituintes do pavimento, apresenta a distribuição
tensão-deformação para o pavimento analisado.
Com o objetivo exclusivo de avaliar a variabilidade das respostas quanto à deformação do
pavimento – e não analisar os valores numéricos de resposta obtidos – adotou-se, como
referência, o valor de 2.000MPa para o módulo da camada de revestimento asfáltico quando
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
135
solicitada pelo simulador de tráfego por ser esse um valor típico de módulo de resiliência de
misturas asfálticas atualmente empregadas na rodovia BR-290/RS. Assim, por sua vez, o
módulo da mistura nesta análise quando solicitada à velocidade do tráfego real foi,
ingressando-se com o fator de 3 vezes, de 6.000MPa. Não se utilizou os valores de módulo
medidos nos ensaios desta pesquisa pois eram relativamente elevados, possivelmente em
virtude do tempo da ação do clima no envelhecimento das misturas.
As demais características da estrutura de pavimento considerada nessa análise mecanística
estão apresentadas na tabela 12. Como o subleito local está situado a uma profundidade
superior a 1m (somando as espessuras das camadas de revestimento, base, sub-base e
reforço), desconsiderou-se, nesta análise mecanística, o subleito local na análise, assumindo o
reforço de areia como sendo a camada mais abaixo da estrutura. Essas características foram as
mesmas empregadas na análise realizada para definir a correção das deflexões a partir da
temperatura da camada asfáltica.
Tabela 12: Características das camadas do pavimento consideradas na
análise mecanística de tensão-deformação.
camada material
coeficiente de
Poisson
espessura [cm] Módulo [MPa]
revestimento asfáltico CBUQ 0,30 8 var
base brita graduada 0,35 15 260
sub-base “material primário” 0,35 30 300
subleito areia 0,40 120
Os valores de módulo adotados na análise mecanística foram definidos a partir de estudos
anteriores efetuados sobre o esse material (Casagrande, 2003) e seguindo valores de
referência considerados para materiais de semelhantes características.
A partir do software EVERSTRESS, obteve-se os resultados de tensão e deformação para a
face inferior da camada asfáltica (a 8cm de profundidade) apresentados na tabela 13.
Tabela 13: Resultados da análise mecanística de tensão-deformação.
velocidade de aplicação
da carga [km/h]
Módulo [MPa]
Deformação
[µ strain]
simulador de tráfego
8 2.000 245
tráfego real
80 6.000 194
136
c) Definição da vida de fadiga a partir das deformações:
Por fim, através dos diferentes valores de deformação (ε) obtidos para a fibra inferior da
camada asfáltica, obteve-se a vida de serviço estimada a partir de curvas de fadiga de
laboratório. Novamente destaca-se que o objetivo não seria obter o número de ciclos até a
ruptura por fadiga para cada situação, e sim comparar a relação de número de ciclos das duas
situações consideradas.
Considerando, para as deformações, um modelo de fadiga típico das misturas asfálticas
brasileiras (Pinto e Preussler, 2001), apresentado na equação 8, obteve-se um N de 49 ciclos
para as deformações na velocidade do simulador e de 91 ciclos para as deformações a partir
da velocidade do tráfego real.
662
8
1
10211
,
L
ε
x ,N
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
−
(equação 8)
onde: N
L
= vida de fadiga em laboratório;
ε
= deformações na face inferior da mistura asfáltica.
d) Determinação do fator do efeito da velocidade de aplicação da carga:
Com a relação da vida de fadiga obtida para diferentes velocidades de aplicação de carga
(velocidade do simulador empregado na pesquisa e velocidade estimada do tráfego real da
rodovia analisada), estabeleceu-se o fator do efeito da velocidade (F
velocidade
) apresentado na
equação 9.
simulador
v
real tráfego
v
velocidade
n
N
F =
(equação 9)
onde: F
velocidade
= fator do efeito da velocidade na vida de serviço das misturas
asfálticas;
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
137
N
v
tráfego real
= vida de fadiga para solicitações à velocidade do tráfego
real (80km/h);
n
v
simulador
= vida de fadiga para solicitações à velocidade do simulador
de tráfego desta pesquisa (8km/h).
Considerando a vida de fadiga para deformações (utilizando-se a equação 9), o F
velocidade
obtido nesta análise é de 1,86. Mais uma vez ressalta-se que este valor é considerado apenas
aproximado, pois muitas estimativas e suposições foram adotas para a sua obtenção, como já
destacado.
5.2.2 Carga de solicitação empregada
As solicitações empregadas pelo simulador de tráfego também são mais severas que as cargas
usualmente exercidas pelos veículos comerciais do tráfego real, ou, ao menos, as legalmente
permitidas. Assim, também é necessário inserir na análise os fatores de equivalência de carga.
O simulador desta pesquisa exerceu em ambos os ensaios uma carga de 8tf em um semi-eixo
simples de rodado duplo, ou seja, 16tf em um eixo. Adotando-se os fatores de equivalência
(FEC) da AASHTO (1993) para eixos simples de roda dupla, reapresentado na equação 10,
obteve-se, para 16tf, um fator de 18,239. Definiu-se adotar, nesta análise, os fatores de
equivalência da AASHTO por serem esses os comumente empregados em considerações
semelhantes a essa.
32,4
17,8
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
P
FEC
(equação 10)
onde: FEC = fator de equivalência de carga da AASHTO;
P = carga do eixo (tf);
138
5.2.3 Efeito em conjunto da velocidade e da carga de solicitação empregada pelo
simulador
Considerando o efeito em conjunto da baixa velocidade do simulador (1,86) e da elevada
carga de solicitação empregada (18,239), é obtido o fator de relação simulador-tráfego real
apresentada na equação 11.
simuladorreal tráfego
n 34N x
=
(equação 11)
Assim, considerando-se o tráfego real, chegou-se, para a Seção Teste 1, que o término da vida
de serviço da camada asfáltica seria com um N
AASHTO
próximo a 4,1 x10
6
e, para Seção Teste
2, com um N
AASHTO
aproximadamente igual a 8,2 x10
6
. Nota-se que a diferença de tráfego
entre as duas seções testes avaliadas (3,4x10
6
) representaria o tráfego real exercido sobre o
pavimento do primeiro trecho desde novembro 2004 até o início dos ensaios, valor este
próximo do tráfego estimado de N
AASHTO
≈ 4,0 x 10
6
.
5.3 REAPRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS CONSIDERANDO O FATOR
SIMULADOR-TRÁFEGO REAL
Conforme visto, o efeito da ação do simulador de tráfego na degradação do pavimento é
superior ao empregado pelo tráfego dos veículos comerciais. Um ciclo do simulador de
tráfego representa a solicitação superior a de 30 rodados do tráfego real. Por esse motivo,
recomenda-se o uso de simuladores na avaliação de estruturas de pavimentos, uma vez que,
em um curto espaço de tempo, consegue-se submeter o pavimento até o término de usa vida
de serviço.
No entanto, tão importante quanto o uso do simulador é considerar essa ação acelerada,
utilizando fatores de relação como o proposto neste trabalho. Por isso, a seguir são
apresentados os principais resultados obtidos nos ensaios desta pesquisa considerando-se,
nesse momento, não mais o número de ciclos do simulador, mas sim o número de operações
solicitadas pelo tráfego real (N
tráfego real
ou simplesmente N
AASHTO
), multiplicando o número de
ciclos do simulador pelo fator 34, conforme equação 11. É válido também ressaltar que os
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
139
ensaios da condição inicial da Seção Teste 1 serão deslocados para o N
AASHTO
correspondente
ao período entre a construção do pavimento e o início dos ensaios acelerado
(N
AASHTO
≈ 4,0 x10
6
), uma vez que todos os parâmetros estarão, nessa nova apresentação,
sendo relacionados ao tráfego real.
5.3.1 Medidas deflectométricas
Para as deflexões, considerando-se o fator de relação simulador-tráfego real, obteve-se os
resultados apresentados na figura 86, para os valores de deflexões obtidos com a Viga
Benkelman, e na figura 87, para os resultados a partir do Deflectógrafo Digital.
As evoluções das deflexões apresentadas nada mais são do que curvas de tendência de
desempenho do pavimento flexível analisado. Essas curvas, ajustadas a uma equação, podem
ser empregadas pelo gestor da rodovia em seu sistema de gerência de pavimentos, prevendo
ações de intervenções e auxiliando-o na tomada de decisões.
0
10
20
30
40
50
60
024681012
N
AASHTO
(x10
6
)
Def. máx.
VB
[x 10
-2
mm]
Seção Teste 1
Seção Teste 2
Figura 86: Evolução das deflexões do pavimento obtidas com a Viga
Benkelman em função do tráfego real, a partir dos resultados dos
ensaios acelerados.
140
0
10
20
30
40
50
60
024681012
N
AASHTO
(x10
6
)
Def. máx.
VB
[x 10
-2
mm]
Seção Teste 1
Seção Teste 2
Figura 87: Evolução das deflexões do pavimento obtidas com o
Deflectógrafo Digital em função do tráfego real, a partir dos
resultados dos ensaios acelerados.
Vitorello (2008) realizou um estudo para a mesma estrutura de pavimento analisada nesta
pesquisa (ampliação da pista da rodovia BR-290/RS no trecho entre as cidades de Osório e
Porto Alegre), propondo tendências de desempenho para deflexões, irregularidade
longitudinal e afundamento de trilha de roda. No desenvolvimento desse estudo, foram
considerados os resultados de levantamentos obtidos para 60km de extensão da estrutura de
pavimento analisada. Desse modo, adicionalmente, verificou-se como a evolução das
deflexões a partir dos ensaios acelerados com o simulador de tráfego, considerando o fator
simulador-tráfego real, se comporta em relação à linha de tendência para deflexões proposta
por Vitorello (2008). Essa comparação é apresentada na figura 88. Ressalta-se haver uma
série de ressalvas em relação a essa comparação, uma vez que os dados obtidos por Vitorello
(2008) foram medidos com o equipamento FWD, entre os meses de setembro e dezembro
(temperaturas elevadas), não havendo nenhuma correção sobre a temperatura. No entanto,
observa-se, na comparação, que os dados obtidos com o simulador e os apresentados por
Vitorello (2008) seguem uma similar taxa de crescimento.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
141
Comparação com modelos de deflexões
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
02468101214
N
AASHTO
[x10
6
]
Deflexão [10
-2
mm]
dados lev antados - Vitor ello, 2008 dados simulador -Deflectógrafo Digita
l
dados simulador - Viga Benkelman tendência proposta (Vitorello, 2008)
Figura 88: Comparação da curva de tendência para deflexões
desenvolvida a partir dos ensaios acelerados com a proposta, para a
mesma estrutura, por Vitorello (2008).
5.3.2 Evolução do trincamento
Para a evolução do trincamento também são apresentados, na figura 89, os resultados obtidos
com o simulador corrigindo-se o número de solicitações para a ação do tráfego real.
0
100
200
300
400
500
600
0 2 4 6 8 10 12
N
AASHTO
(x10
6
)
Densidade de trincamento
[cm/m²]
Seção Teste 1
Seção Teste 2
Figura 89: Evolução do trincamento em função do tráfego real, a partir
dos resultados dos ensaios acelerados.
142
Para o trincamento, a utilização dos resultados apresentados como tendências de desempenho
na gerência de pavimentos é complexa, visto que a quantificação de trincas utilizada nos
ensaios (somando-se a extensão por área solicitada) não segue o procedimento de
levantamentos em campo das áreas trincadas usualmente empregado e normatizado para
avaliações objetivas. Por esse motivo, também não foi possível comparar os resultados
obtidos com os ensaios acelerados com modelos de previsão de desempenho para área
trincada encontrados na bibliografia técnica.
5.3.3 Deformações permanentes
Como as deformações permanentes, verificadas através da medida dos afundamentos de trilha
de roda, apresentaram valores significativamente diferenciados nas duas seções testes
ensaiadas, a reunião dos dados dos dois testes não foi possível de ser realizada.
Da mesma maneira, a comparação da evolução do afundamento de trilha de roda obtida a
partir dos ensaios acelerados com a linha de tendência proposta para a mesma estrutura por
Vitorello (2008) ficou inviabilizada.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
143
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A análise com a máxima eficácia do desempenho de um pavimento flexível passa pela correta
estimativa do comportamento futuro da estrutura. Esse tem sido um dos grandes desafios do
engenheiro rodoviário, pois para realizar esta correta estimativa se faz necessária a execução
de ensaios que simulem o mais fielmente possível as condições às quais as estruturas serão
submetidas. Ensaios de laboratório podem ser utilizados, mas não representam a estrutura em
verdadeira grandeza, o que dificulta a relação com o real comportamento. Assim, tem se
empregado, ultimamente, ensaios acelerados com simuladores de tráfego, que simulam a ação
do tráfego real sobre a estrutura em verdadeira grandeza, aproximando ao máximo os
resultados obtidos com o real comportamento futuro do pavimento. No entanto, mesmo com o
uso de simuladores, é importante haver cautela na interpretação dos resultados, visto que
ainda não representam por completo a ação real, devendo, para tanto, ser consideradas
relações entre as duas ações – do tráfego real e do simulador.
Para esta pesquisa, na análise da estrutura da rodovia BR-290/RS, empregou-se, para avaliar o
comportamento do pavimento, um simulador de tráfego móvel, modelo HVS. Foram
ensaiadas duas seções testes, uma já solicitada pelo tráfego real desde 2004 e outra, construída
na mesma época, sem a ação do tráfego, situada no acostamento da rodovia. Foram efetuados
ensaios em campo (deflexões, trincamento e afundamento de trilha de roda) e,
complementarmente, em laboratório (resistência à tração, módulo de resiliência e fadiga).
A partir da análise dos resultados de campo e de laboratório, foi possível identificar algumas
conclusões, levando em consideração os objetivos principais deste trabalho. As mesmas estão
descritas neste capítulo, e, após, são apresentadas algumas sugestões para futuras pesquisas
relacionadas ao tema proposto.
6.1 CONCLUSÕES
Os resultados desta dissertação permitiram a avaliação do real comportamento de um
pavimento flexível da rodovia BR-290/RS, possibilitando, através de medições em campo e
em laboratório, juntamente com considerações baseadas em estudos anteriores a este,
144
estabelecer também uma relação entre a ação do simulador com a do tráfego real. A seguir,
estão descritas as principais conclusões obtidas no estudo:
a) A técnica de ensaios acelerados, através da utilização do simulador de tráfego móvel,
modelo HVS, mostrou-se adequada para a avaliação do futuro comportamento da estrutura de
pavimento em um curto espaço de tempo; os níveis de degradação obtidos em 2 meses de
ensaios em cada seção teste analisada foram suficientes para a avaliação das condições do
pavimento estudado ao longo de toda a sua vida de serviço; o simulador solicitou o pavimento
a 170 mil ciclos na Seção Teste 1 e a 255 mil ciclos na Seção Teste 2, que equivaleria ao
tráfego de aproximadamente 4 e 6 anos, respectivamente, considerando um N
AASHTO
anual
igual a 1,5
x10
6
(valor médio do trecho da rodovia em estudo) e aplicando o fator simulador-
tráfego real sugerido nesta pesquisa.
b) Para os resultados das medidas deflectométricas, obteve-se, para as duas seções testes
ensaiadas, uma nítida tendência de crescimento das deflexões do pavimento quando
submetido à ação do simulador, sendo esse um parâmetro indicador da redução da capacidade
estrutural do pavimento;
c) Embora o nível deflectométrico de ambas as seções no início dos ensaios fosse semelhante,
na Seção Teste 1, já solicitada pelo tráfego real desde 2004, as deflexões de imediato
cresceram significativamente (entre o 1º e o 2º levantamento), aumentando, tanto no
levantamento com a Viga Benkelman como no com o Deflectógrafo Digital, e, após,
permaneceram no mesmo patamar; na Seção Teste 2, por sua vez, a evolução com o
acréscimo do nível deflectométrico foi verificada de modo gradativo ao longo dos
levantamentos;
d) Foi identificada uma rápida evolução da densidade de trincamento tanto na Seção Teste 1,
que já apresentava um nível de trincamento inicial de 148cm/m², como na Seção Teste 2, sem
nenhuma trinca no início dos ensaios, evidenciando a ação do simulador de tráfego; em ambas
as seções, a taxa de crescimento da densidade de trincamento foi semelhante. No término dos
ensaios, a Seção Teste 1 e a Seção Teste 2 apresentavam uma densidade de trincamento de
523cm/m² e 415cm/m²;
e) Na Seção Teste 1, já solicitada pelo tráfego real antes dos ensaios, observou-se que
inicialmente as trincas eram somente transversais e não estavam interligadas; com a evolução
dos ensaios, a maioria das trincas passaram a se estender em comprimento até ocorrer a
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
145
interligação dessas (comportamento já esperado); as trincas da Seção Teste 2, não solicitada
pelo tráfego antes dos ensaios acelerados, surgiram, por sua vez, isoladas, sem uma forma
muito clara de entrelaçamento;
f) As trincas somente surgiram no pavimento da Seção Teste 2 a partir dos 50mil ciclos do
simulador, que representaria, adotando o fator sugerido no estudo, um N
AASHTO
próximo de
1,7
x10
6
(alcançado, no trecho da rodovia em estudo, em um pouco mais de 1 ano de tráfego);
o nível de trincamento inicial da Seção Teste 1 (já solicitada anteriormente pelo tráfego real)
somente foi atingido na Seção Teste 2 após 120mil ciclos, que representaria o período de
tráfego entre a construção do pavimento até o início dos ensaios acelerados. Como estima-se
que nesse período o pavimento tenha sido solicitado por 4
x10
6
ciclos (N
AASHTO
), de acordo
com essa avaliação visual, a relação entre o número de ciclos do tráfego real com a do
simulador é igual a 33;
g) O elevado afundamento de trilha de roda inicial verificado na Seção Teste 1, possivelmente
devido a questões executivas de construção do pavimento, impossibilitou realizar análises
comparativas aprofundadas entre os dois ensaios acelerados efetuados, apenas observou-se
que, embora defasadas por esse elevado afundamento inicial da Seção Teste 1, em ambas as
seções testes os afundamentos de trilha de roda evoluíram com uma similar taxa de
crescimento (1mm a cada 100mil ciclos do simulador);
h) Os resultados dos ensaios de resistência à tração nas amostras de revestimento asfáltico
realizados em corpos-de-prova extraídos da pista no local dos ensaios acelerados mostraram
que não houve uma variação significativa desse parâmetro quando submetido a diferentes
níveis de solicitações (do tráfego real e do simulador);
i) Para os ensaios de módulos de resiliência nas amostras de revestimento asfáltico, por sua
vez, foi identificado nos dois procedimentos de ensaios realizados (tempo de pulso de carga
de 0,1s e de 0,2s) um decréscimo dos valores de módulo com o acréscimo das solicitações
(tráfego real e simulador), evidenciando a degradação com a ação de cargas; tal resultado é
extremamente coerente, visto que, em campo, foi verificada uma acentuada densidade de
trincamento em ambas as seções ensaiadas, bem como um crescente nível de deflexões;
j) Na comparação dos ensaios de módulo de resiliência nas amostras de revestimento asfáltico
com diferentes tempos de aplicação de carga, observou-se um pequeno decréscimo do módulo
com o aumento do tempo de solicitação, que representa, também, um acréscimo dos valores
146
de módulo com o aumento da velocidade de aplicação de carga (velocidade do veículo ou
simulador);
l) A partir de considerações e resultados estabelecidos em estudos anteriores, avaliou-se a
influência da velocidade da carga (e o conseqüente tempo de aplicação) na degradação do
pavimento; considerando que o simulador trabalhou com uma velocidade de 8km/h e o
tráfego real transita a uma velocidade próxima a 80km/h, estimou-se que, somente pela
diferença da velocidade, a ação do simulador é da ordem de 1,86 vezes superior a da ação do
tráfego real;
m) Com o efeito da velocidade nos resultados estabelecido e considerando-se também o efeito
da carga empregada pelo simulador, superior a da maioria dos veículos que trafegam pela
rodovia (adotando fatores de equivalência (FEC) da AASHTO (1993)), foi obtida a seguinte
relação entre a solicitação do simulador de tráfego e a do tráfego real para os ensaios desta
pesquisa:
simuladorreal tráfego
n 34N x
=
; essa relação ficou próxima da identificada visualmente em
campo a partir do trincamento (33 vezes). Devido a incertezas em algumas considerações
realizadas, pode-se estimar que a ação do simulador seja da ordem de 30 a 40 vezes mais
severa que a ação do tráfego real;
n) Adotando como critério de término de vida de serviço a condição do pavimento que
apresente densidade de trincamento de 400cm/m², chegou-se, para a Seção Teste 1, a uma
vida residual de 4,1
x10
6
veículos comerciais (N
AASHTO
), e, para Seção Teste 2, a uma vida de
serviço igual a 8,2
x10
6
(N
AASHTO
); a diferença de tráfego entre as duas seções testes avaliadas
(4,1
x10
6
) representaria o tráfego real exercido sobre o pavimento da Seção Teste 1 desde
novembro 2004 até o início dos ensaios, muito próximo do estimado pela contagem de tráfego
existente na rodovia (4,0
x10
6
);
o) O N
AASHTO
para o término da vida de serviço obtido no local dos ensaios para a estrutura
avaliada (8,2
x10
6
) é inferior a 50% do previsto em projeto (1,8 x10
7
), condizente com a real
condição do pavimento do local, em que, com menos de 3 anos de tráfego, está próximo de
necessitar de uma intervenção; tal resultado reforça a necessidade de se reavaliar os métodos
de projetos adotados nos pavimentos brasileiros e a importância de se utilizar de ferramentas
eficazes na avaliação do real futuro comportamento dos pavimentos, com o uso, por exemplo,
de simuladores de tráfego.
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
147
6.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Como sugestões para a continuidade das análises elaboradas e discutidas nesta pesquisa,
pode-se indicar:
a) Comparar a ação do simulador com a do tráfego real em outras estruturas, até mesmo
retornando aos locais ensaiados anteriormente (em outros estudos) pelo simulador móvel
desta pesquisa, avaliando se o comportamento real está seguindo os estimados pelos ensaios
acelerados, levando em consideração a ação da velocidade e da carga aplicada, como proposto
neste trabalho;
b) Extrair corpos-de-prova de locais da rodovia submetidos ao tráfego real com diferentes
idades (e, conseqüentemente, diferentes solicitações), verificando como os módulos de
resiliência se comportam com a ação do tráfego (validando os resultados obtidos neste
trabalho) e ressaltando também o efeito do envelhecimento (causado pela ação climática), não
considerada na análise desta pesquisa;
c) Realizar sobre a mistura asfáltica analisada ensaios de módulo de resiliência a outros
tempos de pulsos de carga, avaliando se os resultados obtidos para outros tempos seguem a
tendência identificada para os tempos de 0,1s e 0,2s;
d) Dar continuidade à comparação dos ensaios obtidos com o simulador de tráfego com o
desempenho real identificado em campo para a mesma estrutura avaliada, a partir de
levantamentos periódicos de monitoração, auxiliando, assim, as tomadas de decisões do
sistema de gerência do gestor da rodovia;
e) Estudar e desenvolver fatores relacionando os resultados de ensaios de laboratório – como
o de fadiga – com os obtidos em ensaios acelerados com simuladores, integrando-os ao
estimado e proposto neste estudo, relacionando o comportamento do pavimento nos ensaios
acelerados com o verificado quando solicitado pela ação do tráfego real.
148
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154
APÊNDICE A – RESULTADOS DA AVALIAÇÃO EM CAMPO
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
155
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
157
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
159
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
161
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
163
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
165
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
167
APÊNDICE B – RESULTADOS DA AVALIAÇÃO EM LABORATÓRIO
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
169
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
171
172
APÊNDICE C – INFORMAÇÕES DO TRÁFEGO DA RODOVIA
BR-290/RS
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
173
174
APÊNDICE D – REGISTROS FOTOGRÁFICOS DOS ENSAIOS
ACELERADOS
Análise de Desempenho de um Pavimento Flexível da Rodovia BR-290/RS Solicitado por um Simulador de Tráfego Móvel
175
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