V JORNADAS LUSO-BRASILEIRAS DE PAVIMENTOS: POLÍTICAS E TECNOLOGIAS

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1 RELAÇÃO ENTRE DEFLEXÕES MEDIDAS COM VIGA BENKELMAN E FALLING WEIGHT DEFLECTOMETER: ESTUDO DE CASO DURANTE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE GERÊNCIA DE PAVIMENTOS DO DER-SP Dario Ramos Coordenador de Projetos Valéria Maria Sestini Gerente de Unidade Básica de Atendimento UBA Marlene dos Reis Araújo Diretora da Assessoria de Planejamento Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo São Paulo / Brasil Valter Prieto Assistente da Diretoria de Obras Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo São Paulo / Brasil FEI Faculdade de Engenharia Industrial São Bernardo do Campo / Brasil Escola de Engenharia Mauá São Caetano do Sul / Brasil Universidade Santa Cecília Santos / Brasil Carlos Yukio Suzuki Professor Doutor EPUSP Escola Politécnica da Universidade de São Paulo São Paulo / Brasil FEI Faculdade de Engenharia Industrial São Bernardo do Campo / Brasil Consórcio Enger Dynatest Planservi - São Paulo / Brasil Ernesto Simões Preussler Mestre e Doutor André Felipe Vale Engenheiro Civil Antonio Carlos Oquendo Pereira Engenheiro Civil Caio Rubens Gonçalves Santos Engenheiro Civil Consórcio Enger Dynatest Planservi - São Paulo / Brasil SUMÁRIO As deflexões recuperáveis podem ser medidas por diferentes tipos de equipamentos, avanços tecnológicos permitem a execução destas medidas com equipamentos cada vez mais sofisticados. Um exemplo é o Falling Weight Deflectometer (FWD), um equipamento tipo impacto para medição de deflexões recuperáveis. Visto isso, torna-se necessária a obtenção de correlações entre novos equipamentos e a Viga Benkelman, equipamento no qual se baseiam modelos de deterioração e normas. Neste trabalho apresentam-se resultados satisfatórios de correlações entre o FWD e a Viga Benkelman para trechos selecionados da malha do DER.

2 1. APRESENTAÇÃO Este trabalho visa apresentar os resultados de campanha de levantamentos deflectométricos em trechos de rodovia durante trabalhos de implantação do Sistema de Gerência de Pavimentos do DER no intuito de estabelecer uma correlação entre deflexões provenientes de levantamentos com a Viga Benkelman e com o FWD (Falling Weight Deflectometer). Devido à crescente utilização de equipamentos tipo FWD faz-se necessário estudo para a obtenção da correlação entre as medidas obtidas com equipamentos deste tipo e a Viga Benkelman, visto que modelos de deterioração de pavimentos desenvolvidos para programas de gerência, como o HDM, tem como base as deflexões medidas com Viga Benkelman. 2. LEVANTAMENTOS DEFLECTOMÉTRICOS 2.1. Trechos Selecionados Foram selecionados segmentos de 1.000m distribuídos ao longo da malha rodoviária do DER/SP que apresentassem as seguintes estruturas típicas: Revestimento em Concreto Asfáltico (CA): Com espessura h > 5 cm com base estabilizada granulometricamente Com espessura h < 5 cm com base estabilizada granulometricamente Com espessura h > 5 cm com base cimentada Com espessura h < 5 cm com base cimentada Revestimento em Tratamento Superficial (TS) com base cimentada; Revestimento em Tratamento Superficial com base de solo arenoso fino (SAFL). Utilizando-se o banco de dados do DER/SP foram selecionados trechos com as características procuradas. Com base nestes resultados foram selecionados os trechos para a execução dos levantamentos deflectométricos. A tabela 1 a seguir ilustra os segmentos utilizados nos levantamentos deflectométricos visando a correlação entre as medidas da Viga Benkelman e FWD.

3 Tabela 1 Trechos selecionados para execução de levantamentos deflectométricos REVESTIMENTO BASE SUB-BASE SUBLEITO RODOVIA KM MATERIAL ESP.( cm ) MATERIAL ESP.( cm ) MCT MATERIAL ESP.( cm ) CBR (%) SP ,480 CA 13,00 BGS 10,00 - CASCALHO 17,00 13,0 SP ,080 CA 4,00 Solo Brita 16,00 NA SAFL 20,00 20,0 SP 261 5,520 CA 3,50 MH 17, ,0 SP ,300 CA 9,00 SC 11, ,0 SP ,000 CA 5,00 SC 10, ,0 SP ,350 TS 4,00 SC 12, ,0 SP 149/215 4,500 TS 2,50 SAFL 15,00 LA / LA SAFL 15,00 22,0 SP ,020 TS 2,00 SAFL 15,00 LA Solo 40,00 15,0 Para confirmação da estrutura foram executadas sondagens (cavas) nos segmentos, obtendo os resultados da tabela 2. Tabela 2 Estruturas dos segmentos selecionados determinadas através de cavas. Estrutura Trecho Data dos Sentido dos Rodovia Revestimento Base Km ini Km fim Levantamentos Levantamentos CA h > 5cm Granular SP ,000 85,000 19/10/05 Crescente CA h < 5cm Granular SP , ,000 21/10/05 Crescente SP 261 5,000 6,000 18/10/05 Crescente CA h > 5cm Cimentada SP ,800 23,800 20/10/05 Decrescente CA h < 5cm Cimentada SP ,500 95,500 20/10/05 Crescente TS Cimentada SP ,800 27,800 20/10/05 Decrescente TS SAFL SP 149/215 4,120 5,120 19/10/05 Crescente SP ,500 11,500 18/10/05 Crescente Nos mesmos trechos foi executada também uma análise estratigráfica do pavimento, com a utilização de um georradar, visando determinar a homogeneidade da estrutura no trecho de 1.000m. Observou-se que as estruturas determinadas no centro de cada segmento mantiveramse constantes durante o segmento de todos os trechos deste estudo. Os trechos onde foram executados os levantamentos deflectométricos correspondem aos mesmos trechos onde foi executada a análise estratigráfica. As cavas de inspeção foram locadas aproximadamente no centro do trecho Métodos de ensaios Foram executadas medidas de deflexão máxima com os equipamentos FWD e Viga Benkelman a cada 40 m. A fim de eliminar o maior número de variáveis que poderiam influenciar nos resultados, a execução das medidas dos dois equipamentos foi seqüencial. A figura 1 a seguir ilustra o levantamento executado no trecho do km 84 ao km 85 da rodovia SP 255.

4 Figura 1 Vista geral do levantamento deflectométrico SP 255. Inicialmente foi executada a medida de deflexão com o equipamento FWD, conforme ilustrado na figura 2 a seguir. O local onde foi posicionado o aplicador de carga foi demarcado no pavimento, possibilitando que a medida com a Viga Benkelman fosse executada no mesmo local (figura 3). Para a medição das deflexões, foram utilizados os métodos de ensaio DNER- ME 24/94 e DNER-ME 61/94 para as medições com a Viga Benkelman e o procedimento DNER-PRO 273/96 para as medições com o FWD. Figura 2 Levantamento deflectométrico com FWD Figura 3 Levantamento deflectométrico com Viga Benkelman

5 3. RESULTADOS OBTIDOS 3.1. Levantamentos Deflectométricos As medidas de deflexão obtidas com o FWD devem ser normalizadas para a carga padrão de kgf, visando eliminar a influência da variação do carregamento. Mesmo mantendo-se fixa a configuração do carregamento, variações na temperatura do pavimento alteram o valor da carga aplicada, fato este devido a variação da rigidez da camada asfáltica. Por exemplo, com decréscimo da temperatura ocorre um aumento na rigidez da camada asfáltica e conseqüentemente um aumento no valor da carga aplicada. A normalização da carga é executada segundo a expressão a seguir: c arg a padrão deflexão normalizad a = deflexão FWD x c arg a FWD Onde: Carga padrão: carga de 4.100kgf Correlações Inicialmente, as oito estruturas foram separadas de acordo com o tipo de base, sendo: Base Granular, Base de Solo-Arenoso-Fino-Laterítico e Base Cimentada. A tabela 3 apresenta a divisão dos trechos de acordo com o tipo de base. Estabeleceu-se então, uma correlação para cada grupo, visto que o comportamento deflectométrico entre os trechos com mesmo tipo de base é semelhante. Tabela 3 Trechos divididos pelo tipo de base. Base Granular Cimentada SAFL Rodovia Trecho Km ini Km fim SP ,000 85,000 SP , ,000 SP 261 5,000 6,000 SP ,800 23,800 SP ,500 95,500 SP ,800 27,800 SP 149/215 4,120 5,120 SP ,500 11,500 As figuras 4, 5 e 6, apresentam as correlações paras os trechos com base granular, solo arenoso fino laterítico e cimentada, respectivamente. Observa-se que para os trechos de base granular houve uma menor dispersão em torno da regressão, que aproxima-se de 1. Já para os trechos com base de SAFL, a relação entre as medidas com a Viga Benkelman e o FWD aproximou-se

6 de 0,7; apresentado a maior dispersão entre os três grupos. Os trechos com base cimentada apresentaram comportamento intermediário. Correlação Viga x FWD - SP 253, SP 255, SP 261 (BASE GRANULAR) Deflexão Viga (x0,01mm) D VB = 0,9786 D FWD R 2 = 0, ,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 Deflexão FWD (x0,01mm) Figura 4 Correlação entre deflexões Viga Benkelman e FWD - trechos com base granular Correlação Viga x FWD - SP 303, SP 149/215 (BASE SAFL) Deflexão Viga (x0,01mm) D VB = 0,6759 D FWD R 2 = 0, ,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 Deflexão FWD (x0,01mm) Figura 5 Correlação entre deflexões Viga Benkelman e FWD - base de SAFL

7 Correlação Viga x FWD - SP 331, SP 315, SP 293 (BASE CIMENTADA) Deflexão Viga (x0,01mm) D VB = 0,8685 D FWD R 2 = 0, ,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 Deflexão FWD (x0,01mm) Figura 6 Correlação entre deflexões Viga Benkelman e FWD trechos com base cimentada Para se estabelecer uma única equação de correlação entre as medidas da Viga Benkelman e do FWD, os dados foram submetidos a uma regressão, onde as características da base do pavimento foram consideradas através das variáveis dummy (I 1 e I 2 ), conforme apresentado o modelo a seguir: D VB = A + B.D FWD + C.I 1 + D.I 2 Base I 1 I 2 Granular 0 0 SAFL 0 1 Solo-Cimento 1 0 Depois de tratados através de regressão múltipla, a equação e os parâmetros resultantes são apresentados a seguir:

8 D VB = 3,27 + 0,88.D FWD 3,68.I 1 18,03.I 2 Estatística de regressão R 2 ajustado 0, Erro padrão 10, Observações 196 graus de liberdade Soma dos Médios F Nível de significância ( a ) Regressão , , , ,8537E-100 Resíduo , , Total ,0452 Coeficientes Erro padrão Estatística t Nível de significância ( a ) Interseção 3, , , , D FWD 0, , , ,00661E-98 I 1-3, , , , I 2-18, , , ,54479E-17 Efetuando a regressão com interseção na origem, resulta: D VB = 0,91.D FWD 2,73.I 1 17,00.I 2 Estatística de regressão R 2 ajustado 0, Erro padrão 10, Observações 196 graus de liberdade Soma dos Médios F Nível de significância ( a ) Regressão , , , ,6608E-99 Resíduo , , Total ,0452 Coeficientes Erro padrão Estatística t Nível de significância ( a ) Interseção 0 D FWD 0, , , ,1891E-123 I 1-2, , , , I 2-17, , , ,13779E-16 Ainda procurando uma correlação entre as medidas de deflexão entre Viga Benkelman e FWD, foi efetuada uma regressão linear entre os valores de deflexão medidos ignorando o tipo de base e passando pela origem. A seguir são apresentados os parâmetros e a equação da regressão:

9 D VB = 0,84.D FWD Estatística de regressão R 2 ajustado 0, Erro padrão 12, Observações 196 Coeficientes Erro padrão Estatística t Nível de significância ( a ) Interseção 0 D FWD 0, , , ,0898E CONCLUSÕES Figura 7 Correlação entre deflexões Viga Benkelman e FWD Dentre os três grupos de estruturas estudados, os segmentos com base granular apresentaram a menor dispersão, seguidos pelos trechos com base de SAFL e por último os trechos com base cimentada. Apesar destes resultados, a análise de todos os segmentos juntos, independente do material da base, mostrou-se satisfatótiria, com R 2 igual a 0,86. Para estes trechos estudados, as deflexões medidas com o equipamento FWD representam, portanto, aproximadamente 84% das medidas obtidas com a Viga Benkelman. graus de liberdade Soma dos Médios F Nível de significância ( a ) Regressão , , , ,84617E-86 Resíduo , , Total ,0452 Correlação Viga x FWD Deflexão Viga (x0,01mm) D VB = 0,84 D FWD R 2 = 0, ,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 Deflexão FWD (x0,01mm)

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM (1998). Manual de Reabilitação de Pavimentos Asfálticos. Rio de Janeiro. [2] SESTINI, V.M. et al (1998). Correlação dos resultados de equipamentos tipo FWD com os da Viga Benkelman. In: 31 a. Reunião Anual de Pavimentação da ABPv. São Paulo. [3] PINTO, S. & PREUSSLER, E.S. (2002). Pavimentação Rodoviária: conceitos fundamentais sobre pavimentos flexíveis. Rio de Janeiro. ISBN

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