UTILIZAÇÃO DE GEOTÊXTIL IMPREGNADO COM ASFALTO NA RESTAURAÇÃO DE PAVIMENTOS AEROPORTUÁRIOS

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1 UTILIZAÇÃO DE GEOTÊXTIL IMPREGNADO COM ASFALTO NA RESTAURAÇÃO DE PAVIMENTOS AEROPORTUÁRIOS Fernando Wickert PG Divisão de Engenharia de Infra-Estrutura Aeronáutica RESUMO O presente trabalho tem como finalidade investigar a utilização de geotêxteis não tecidos em obras de restauração de pavimentos flexíveis. A vida útil de um pavimento, prevista em projeto, pode ser reduzida em decorrência do surgimento de trincas, que poderão ser originadas por tráfego pesado, variações de temperatura, condições pluviométricas e outros fatores. Como medida de restauração, geralmente é feita a aplicação de uma nova camada de concreto asfáltico sobre o pavimento trincado. O uso de geotêxtil como camada intermediária entre estas camadas tem a finalidade de aumentar a vida útil do pavimento. Este tipo de solução tem se mostrado eficiente, pois o geotêxtil provoca um redirecionamento da trinca com a repetição da carga, fazendo com que a concentração de tensões na extremidade da trinca, que é transferida para a camada superior, seja atenuada. Aborda-se, portanto, o fenômeno da reflexão de trincas em pavimentos flexíveis aeroportuários, as funções do geotêxtil como sistema anti-reflexão de trincas e a técnica para instalação do geotêxtil impregnado com asfalto. ABSTRACT The present work has as purpose to investigate the geotextile use in works of restoration of flexible pavements. The useful life of a pavement, foreseen in project, it can be reduced due to the appearance of cracks, that can be originated by heavy traffic, temperature variations, pluvial conditions and other factors. As restoration measure, it is usually made the application of a new layer of asphalt concrete on the cracking pavement. The geotextile use as intermediate layer among these layers has the purpose of increasing the useful life of the pavement. This solution type has been showing if efficient, because the geotextile provokes a change of course of the crack with the repetition of the load, doing with that the concentration of tensions in the extremity of the crack, that is transferred for the superior layer, be lessened. It is approached, therefore, the phenomenon of the reflection of cracks in recuperated flexible pavements in airports, the functions of the geotêxtil as system anti-reflection of cracks and the technique for installation of the geotextile impregnated with asphalt. 1. INTRODUÇÃO O presente trabalho visa discutir a aplicação de geotêxtil na restauração de pavimentos aeroportuários. A presença de trincas na superfície de um pavimento, além de causar um efeito estético desagradável aumenta os cuidados e os custos de manutenção nos pavimentos. O trincamento diminui a qualidade funcional do pavimento, acelerando a queda do nível de serventia deste. Este efeito invalida quaisquer previsões de desempenho convencionais e requer um modelo confiável para fins de dimensionamento (Rodrigues, 1998). A solução tradicional para estes problemas é a aplicação de uma camada nova de revestimento, mas esta solução pode não ser duradoura. Devido à superposição de camadas asfálticas, com o passar do tempo, as trincas das camadas antigas começam a reaparecer devido à reflexão ou a propagação destas pelas camadas. Este fenômeno pode ser amenizado pela aplicação de uma maior espessura de revestimento ou com a utilização de camadas anti-reflexão de trincas entre a camada antiga e a nova camada do pavimento. Destaca-se que a integridade do revestimento é fundamental para a segurança operacional das aeronaves. Na América do Sul, esta técnica vem sendo utilizada desde a década de 70. A partir da década de 80, entretanto, é que começaram a haver, de fato, grandes avanços técnico-científicos dessa aplicação em nosso continente, com a realização de diversas pesquisas de campo e laboratório. O início dessa tecnologia em grande escala ocorreu na década de 90. No Brasil o maior exemplo da aplicação desta técnica em pavimentos aeroportuários foi no Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro, em REFLEXÃO DE TRINCAS As misturas betuminosas são muito utilizadas nos pavimentos como camada de revestimento, devido

2 às suas diversas características; entretanto, com a solicitação imposta pelo tráfego e ou pela ação de fatores climáticos, com o passar do tempo atingem sua vida útil, cuja degradação normalmente é demonstrada pelo seu nível de trincamento. O trincamento de um pavimento é o maior responsável pela diminuição de sua vida útil, demonstrado pelo fato de que todas as medidas de manutenção ou restauração estrutural desses pavimentos são determinados em função da extensão e severidade dessas trincas. Desta forma, sempre que se elabora um projeto de restauração de um pavimento devemos levar em consideração a natureza das trincas, as características estruturais do pavimento, as condições climáticas e o tráfego. O tempo que a trinca leva para aparecer na superfície do pavimento aumenta com o aumento da espessura da camada de revestimento ou com o uso de camadas anti-reflexão de trincas. As principais forças dirigidas para o início e propagação das trincas são: Cargas do tráfego; Variações de temperatura; Variações hídricas do solo; Defeitos construtivos. De uma maneira geral, as origens do trincamento do pavimento estão ligadas a fadiga do revestimento asfáltico. Uma mistura betuminosa, por mais flexível que possa parecer, guarda algumas características de rigidez, especialmente quando o asfalto envelhece por oxidação ao longo do tempo. O fenômeno da fadiga tem sido descrito como um processo de deterioração estrutural que sofre um material quando submetido a um estado de tensões e de deformações repetidas, resultando em trincas ou fraturas completas, após um número suficiente de repetições do carregamento. O aparecimento de trincas na superfície de um pavimento traz conseqüências prejudiciais ao desempenho estrutural e funcional do pavimento, tais como: Perda da impermeabilidade da superfície, permitindo a infiltração de água na estrutura e causando uma perda na capacidade de suporte do solo e a abertura de panelas; Progressiva degradação do revestimento próximo à trinca, devido à concentração dos esforços nos bordos da trinca, o que leva ao aumento da irregularidade; Aumento nas tensões verticais que atuam nas camadas subjacentes, devido à queda na rigidez da camada. Qualquer que seja o tipo de estrutura de pavimento, quer seja flexível, rígido ou semi-rígido, mesmo bem projetados e bem construídos, esses se degradam com o passar do tempo, seja pela ação do trafego ou pela ação de fatores climáticos, ou desses dois fatores conjuntamente. A reflexão de trincas tem sido um dos problemas mais sérios de deterioração de pavimentos restaurados em todo o mundo, merecendo um cuidado especial nos projetos. 3. CAMADA INTERMEDIÁRIA DE GEOTÊXTIL A restauração de pavimentos trincados por meio do recapeamento simples por uma camada de concreto asfáltico convencional tende a ser ineficaz quando o potencial para a reflexão das trincas subjacentes é elevado. Este potencial cresce à medida que o tráfego se torna mais pesado, quando maior for à rigidez do revestimento antigo trincado e quanto maior for a severidade das trincas existentes. Neste contexto, surgiram e vêem sendo testadas diversas soluções, que se enquadram na categoria de Sistemas Anti-Reflexão de Trincas (SART), e que têm por objetivo levar o pavimento restaurado a vidas de serviço adequadas a custos menores que os resultantes do uso de espessas camadas asfálticas no recapeamento convencional. A aplicação de geotêxteis não-tecidos impregnados com asfalto como Camada Anti-Reflexão de Trincas tem o objetivo de retardar a reflexão das trincas subjacentes. Este fenômeno de retardamento da propagação das trincas ocorre, pois a estrutura geotêxtil/asfalto forma uma camada de descontinuidade visco-elástica que minimiza a intensidade das tensões sobre a trinca existente no momento de solicitação da carga de roda e/ou efeito térmico. O sistema composto pelo geotêxtil impregnado com asfalto tem um comportamento rígido sob tensões rápidas produzidas pelo tráfego, operações de pouso e decolagem, e quando sob tensões lentas de

3 origem térmica tem um comportamento dúctil Função do Geotêxtil Quando utilizamos geotêxtil impregnado com asfalto como camada intermediária no recapeamento de um pavimento, permite-se a aplicação de três a quatro vezes mais asfalto de imprimação sem risco de exsudação, em comparação com a taxa de imprimação que é requerida no caso de um recapeamento simples. Devido a este fato, obtém-se os seguintes benefícios (Rodrigues, 1998): Impermeabilização do pavimento contra a infiltração de águas pluviais, uma vez que os poros da manta são praticamente preenchidos e ela não se rasga, mesmo após a reflexão das trincas; Aderência mais regular entre a camada de recapeamento e o pavimento subjacente, em vista de uma distribuição mais uniforme de imprimação. Este fato leva a um melhor desempenho global da camada de recapeamento. Após o surgimento das trincas na superfície e seu posterior espalhamento, o pavimento permanecerá impermeável, sendo que o geotêxtil não é danificado pela formação e crescimento das trincas. Sendo assim, a formação de panelas e a geração de afundamentos de trilho de roda são evitadas ou inibidas, podendo assim, o pavimento permanecer em uma condição funcional adequada por um maior período de tempo. Segundo Vilchez, 1996 e Rodrigues, 1998, há várias evidências experimentais mostrando que o aumento da vida do pavimento sob a ação da reflexão de trincas quando é incluído o geotêxtil é conseqüência da suspensão do processo de trincamento, no qual a dissipação de energia é desviada a partir da formação de novas superfícies livres na zona crítica do recapeamento, fazendo com que a trinca se propague horizontalmente na interface Geotêxtil-Asfalto. Os geotêxteis são materiais cujo módulo de elasticidade é baixo e a deformação de ruptura é relativamente baixa, em face do nível de deformações a que estarão sujeitos no pavimento. Em face dessa baixa rigidez, o geotêxtil não tem qualquer contribuição como reforço estrutural contra deformações plásticas ou no sentido de redução das deflexões do pavimento. O geotêxtil é capaz, contudo, de bloquear a propagação e o crescimento de pequenas fissuras deixadas pela construção. Apenas quando a trinca do pavimento antigo atingir uma abertura considerável é que se dará a sua reflexão (Rodrigues, 1998) Restauração do Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro O sistema de pistas começou a apresentar sinais de fadiga na cabeceira 15, com o surgimento de fissuras na superfície, oriundas de reflexão das juntas e trincas do pavimento rígido subjacente. Como a integridade deste revestimento é fundamental para a segurança operacional das aeronaves, ficou clara a necessidade de uma solução rápida, econômica e segura, que também contemplasse a nova geração de aeronaves, com capacidade para 800 passageiros (Fernandes, 1994). Neste caso, optou-se por usar geotêxtil impregnado com asfalto sobre o revestimento asfáltico trincado, formando assim, uma camada de descontinuidade visco-elástica que inibe e retarda a propagação de trincas, que também forma uma membrana com as boas características de impermeabilidade. Estes fatores influem de maneira decisiva no aumento de vida útil do pavimento. Com a utilização desta solução, foi eliminada a fresagem e a recomposição do PMQ (camada anticracking) existente no pavimento flexível. Em comparação com a solução de projeto previamente estudado (PMQ), a utilização do geotêxtil como camada inibidora da propagação de trincas reduziu em 72% o custo e em 84% o tempo de execução desta camada, o que gerou uma redução de 16% no custo e 13% no tempo de execução global da obra. 4. TÉCNICAS PARA INSTALAÇÃO DO GEOTÊXTIL Com relação às restrições de temperatura e às características físicas e mecânicas necessárias para o uso de fibras em pavimentos, pode-se dizer que um geotêxtil não tecido que será utilizado como camada intermediária deve contar com propriedades que contribuem para as seguintes funções importantes: O geotêxtil deve absorver o ligante asfáltico, de maneira a se tornar uma membrana resistente

4 e impermeável, que impeça a penetração de água nas camadas subjacentes; Deve ser durável e resiliente sob a ação das cargas do tráfego; Durante a instalação, o geotêxtil deve ser capaz de resistir à temperatura de aplicação do concreto asfáltico (150 C) e as solicitações mecânicas da instalação (sobrevivência). A prática tem demonstrado que existem três aspectos decisivos para a obtenção de bons resultados em restauração de pavimentos, utilizando geotêxtil como solução para inibição da propagação de trincas e aumento de vida de fadiga de misturas asfálticas: Um projeto de restauração de pavimento adequado para a obra; A escolha do geotêxtil adequado; A correta instalação do geotêxtil Etapas de execução da obra Levantamento planialtimétrico No caso de pavimentos aeroportuários, deve-se reconstituir o graide, com o nível de regularidade requerido para a operação aeroportuária, desenvolvendo-se a fresagem de acordo com a topografia. Esta preocupação com o nivelamento e regularidade superficial, reside principalmente no fato de que, o grau de abatimento de uma mistura asfáltica é um percentual em relação a sua espessura, portanto se permitíssemos variações desta magnitude estaríamos transportando para a superfície tais defeitos, o que conseqüentemente se refletiria na capa de rolamento. Podemos imaginar o que aconteceria com a manta de geotêxtil aplicada sobre uma superfície com macro-irregularidades podendo introduzir tensões de puncionamento ou regiões não aderidas nesta interface Fresagem da camada antiga A operação de fresagem além dos cuidados planialtimétricos, requer cuidados com o desgaste dos bits das fresadoras, onde é de vital importância para a regularidade do pavimento fresado. A fresagem tem o objetivo, além de manter o graide, de reduzir as trincas que estão no pavimento antigo. Em pavimentos aeroportuários, principalmente nas áreas próximas as cabeceiras há uma grande impregnação de borracha, proveniente dos pneus das aeronaves. Nesta camada, deve-se ter um cuidado maior com a fresadora, pois durante a fresagem é promovida uma vulcanização nos encaixes dos bits, travando-os ou impedindo-os desta movimentação, gerando deste modo, um grande desgaste progressivo, acelerado e heterogêneo, causando assim heterogeneidade na fresagem do pavimento Limpeza da superfície fresada Na atividade de fresagem, cerca de 5% do material não é retirado do local imediatamente, impondo um complemento na limpeza. Este material fresado e não removido apresenta um comportamento interessante, por se tratar de mistura betuminosa fragmentada ativada. O atrito bit s-pavimento gera calor, por conseguinte, ativa os glóbulos de betume, proporcionando assim, pequena coesão visco-elástica. Deste modo, é imprescindível que sua retirada se processe o mais rápido possível. Cabe lembrar que a varredura manual por mais eficiente e eficaz que possa ser realizada tem baixa energia de remoção, sendo necessário em alguns casos uma varredura mecânica. Todo o esforço com relação a limpeza tem como objetivo garantir uma perfeita aderência do geotêxtil na superfície fresada, proporcionando uma interface ativa e eficaz. Para garantir uma resistência aos esforços tangenciais impostos pelas aeronaves no toque, na desaceleração e frenagem deve-se ter uma boa interação do sistema de camadas com a superfície fresada, garantida pela boa limpeza da camada antiga Aplicação do ligante asfáltico Primeira pintura A execução da pintura de ligação pode ser feita através do caminhão espargidor ou de caneta espargidora, dependendo da extensão do recapeamento. Os equipamentos devem estar em boas condições para garantira uma perfeita taxa de aplicação do ligante. O primeiro banho da pintura de ligação sobre a superfície, fresada e limpa, deve ser necessário para untar a superfície fresada e

5 promover condições de semi-saturação e aderência do geotêxtil Instalação do geotêxtil O geotêxtil pode ser instalado manualmente ou mecanicamente, dependendo da extensão da restauração. Ele deve ser bem esticado para evitar rugas. Após a aplicação do geotêxtil deve-se fazer uma compactação, que pode ser feita com rolo de pneus, para eliminar as possíveis rugas remanescentes do processo. No caso aeroportuário deve-se ter um cuidado especial com a largura do geotêxtil, que deve ser escolhida em função dos trens tipo médio das aeronaves, evitando que os transpasses não coincidam com a biquilha e nem com as rodas mais atuantes das aeronaves. O comprimento das bobinas também merece um cuidado especial, de modo a se evitar o alinhamento entre faixas, ocasionando assim um ponto frágil Compactação sobre o geotêxtil Esta compactação é feita para que haja uma penetração invertida da pintura de ligação no geotêxtil e uma perfeita aderência do geotêxtil à capa asfáltica. A operação de rolagem deve ser feita de forma que o asfalto não suba muito na superfície provocando aderências nos pneus do rolo compactador. Após a rolagem deve ser feita uma inspeção visual para verificar possíveis rasgamentos ou puncionamento acentuado no geotêxtil Aplicação do ligante asfáltico Segunda aplicação A segunda aplicação de ligante asfáltico é feita para se corrigir a taxa de asfalto residual final, que deve ficar em torno de 1 a 1,2 L/m². No caso de excesso de aplicação nesta etapa, o geotêxtil deve ser retirado, pois a extrapolação de ligante pode ocasionar uma lubrificação na interface, e não a cimentação. Decorrido o prazo de ruptura e cura da emulsão, a pista está pronta para receber as misturas asfálticas subjacentes Salgamento da superfície Após a aplicação da pintura de ligação, é recomendado o salgamento da superfície, que pode ser efetuado com a própria mistura retirada da vibro-acabadora, executando-se apenas nas regiões de passagens das rodas dos caminhões e esteiras da vibro-acabadora. Esta prática evita a aderência do geotêxtil aos pneus do caminhão e à esteira da vibro-acabadora. O salgamento deverá interagir com a massa asfáltica sobrejacente sem criar nenhum tipo de efeito danoso Aplicação e compactação das camadas de misturas asfálticas Depois de realizadas todas as etapas mencionadas acima, faz-se a aplicação e compactação do CBUQ executando-se com os procedimentos tradicionais. As juntas transversais e longitudinais devem ser previamente projetadas para não coincidirem com as da manta do geotêxtil. 5. CONIDERAÇÕES FINAIS Através da bibliografia estudada, chega-se a conclusão que a inclusão de um geotêxtil impregnado com asfalto como camada intermediária no recapeamento de pavimentos asfálticas trincados tem o efeito de retardar a reflexão de trincas, por meio de um processo conjunto de redução da deformação máxima de tração devido à ação e redistribuição das tensões e pelo redirecionamento horizontal da trinca. Este retardo da reflexão das trincas propicia um aumento considerável na sua vida de fadiga, sendo que o pavimento mantém uma condição funcional adequada por um período maior de tempo. Agradecimentos O autor gostaria de agradecer a CAPES pelo apoio financeiro dado para a pesquisa através da bolsa de

6 mestrado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alexander, W. S. (1996) Geogrid Reinforced of Asphalt Overlays on Australian Airport Pavements Reflective Cracking in Pavements (RILEM). London. Carmo, C. A. T., Lascale, D., Toyama, J. (2000) Análise do desempenho do geotêxtil na repavimentação da rodovia sp-334 (rodovia Candido Portinari). Simpósio internacional de manutenção e restauração de pavimentos e controle tecnológico, São Paulo, São Paulo, pp Cunha, G. D. da e Dantas, E. S. Restauração de Pavimento Aeroportuário. Informativo técnico Bidim Informa nº 25. Fernandes, S. M.; Maroni, L. G. e Rodrigues, P.E. (1994) Restauração do Pavimento da Pista de Pouso e Decolagem do Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro (AIRJ) com a Utilização de Geotêxtil Não-Tecido. 28ª Reunião Anual de Pavimentação. Anais, Belo Horizonte, MG. Palma, S.L., Vieira, C.S., Ceratti, J.A., Nunez, W.P. (2000) Aplicação de geotêxteis em restauração de pavimentos. Simpósio internacional de manutenção e restauração de pavimentos e controle tecnológico, São Paulo, São Paulo, pp Rodrigues, L. G., Preussler, E. S., Rodrigues, R. M., Maroni, L. G., Marcon, A. F. (1991) Análise do efeito de geotêxteis no recapeamento da rodovia DF a Reunião Anual de Pavimentação, São Paulo, São Paulo, pp Rodrigues, R. M. (1998) Engenharia de Pavimentos. Divisão de Engenharia de Infra-Estrutura Aeronáutica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica. São José dos Campos, São Paulo Rodrigues, R. M. (1996) Metodologia para projeto de restauração de pavimentos por meio de sistemas anti-reflexão de trincas. 30 a Reunião Anual de Pavimentação, Salvador, Bahia, Vol. 3 pp Rodrigues, R. M. (1998) Performance prediction model for asphalt overlays with geotextile interlays on cracked pavements. Sixth International Conference on Geosynthetics. Atlanta, Georgia, USA, pp