ESTUDO DO REFORÇO DE CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND (WHITETOPPING) NA PISTA CIRCULAR EXPERIMENTAL DO INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS

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1 i ESTUDO DO REFORÇO DE CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND (WHITETOPPING) NA PISTA CIRCULAR EXPERIMENTAL DO INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS Prepredigna Delmiro Elga Almeida da Silva TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL. Aprovada por: Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc. Jacques de Medina, L.D. Lídia da Conceição Domingues Shehata, D.Sc. Salomão Pinto, D.Sc. Jorge Augusto Pereira Ceratti, D.Sc. Jorge Barbosa Soares, Ph.D. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL NOVEMBRO DE 2001

2 ii SILVA, PREPREDIGNA DELMIRO ELGA ALMEIDA DA Estudo do Reforço de Concreto de Cimento (Whitetopping) na Pista Circular Experimental do Instituto de Pesquisas Rodoviárias [Rio de Janeiro] 2001 XVIII, 358 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, D.Sc., Engenharia Civil, 2001) Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE 1. Whitetopping 2. Pista Circular Experimental I. COPPE/UFRJ II. Título ( série )

3 iii Aos meus pais Maria e Genésio. Aos meus irmãos Rosa e João e, a todos os trabalhadores, sem teto, sem terra, sem educação, sem saúde e sem oportunidades, que honestamente lutam apenas pelo pão de cada dia.

4 iv AGRADECIMENTOS Agradeço a todos que direta ou indiretamente contribuíram para a elaboração desta tese: À minha orientadora, Professora Laura Maria Goretti Motta pelo apoio amigo em todas as etapas e dificuldades desta tese. Ao professor Jacques de Medina, pela sua infinita vontade de sempre transmitir o saber e pelos comentários técnicos feitos principalmente na fase final dos estudos. Ao Professor Salomão Pinto, pelas sugestões e incentivo na elaboração desta tese. Ao Instituto de Pesquisas Rodoviárias do Departamento Nacional de Estradas de Rodagens pela oportunidade de realizar este estudo, em especial ao Diretor Eng. Chequer Jabour Chequer e a Engª Dilma Guarçoni. Meus agradecimentos aos colegas e amigos da COPPE e do IPR/DNER, em especial ao Eng. Fernando Medeiros e ao técnico Antônio Oliveira pela ajuda na aquisição dos levantamentos de dados na Pista Circular. Ao CNPq pelo seu Programa de Bolsas de Estudos, onde fui contemplada com a bolsa de doutorado. Aos amigos de sempre Esther, Cláudia, Bertinho e Alexandre. Finalmente a minha família, em especial ao Gabriel, pelo apoio cotidiano.

5 v Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.) ESTUDO DO REFORÇO DE CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND (WHITETOPPING) NA PISTA CIRCULAR EXPERIMENTAL DO INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS Prepredigna Delmiro Elga Almeida da Silva Novembro/2001 Orientadora: Laura Maria Goretti da Motta Programa: Engenharia Civil O objetivo desta tese é o estudo do desempenho estrutural e de serviço de um reforço de pavimento flexível (asfáltico) com placas de concreto (whitetopping). O estudo foi feito na Pista Circular Experimental do Departamento Nacional de Estradas de Rodagens, localizado no Instituto de Pesquisas Rodoviárias, no Rio de Janeiro. Durante este estudo foram realizados levantamentos na Pista Circular, tais como: deformações permanentes, deflexões, desgaste de pneus, ensaios de placa, e instrumentação com seis extensômetros e duas células de carga. Os resultados de deformação e tensão medidos na instrumentação foram comparados com os valores calculados com modelagens teóricas utilizando os seguintes programas: FEPAVE2, ELSYM5, DIPLOMAT, ILSL2 e KENSLABS. Propõe-se que no dimensionamento de reforço do tipo whitetopping seja feita uma análise estrutural com o programa ILSL2. Para verificar a influência da temperatura no comportamento dos pavimentos de concreto, foram instalados onze termopares na Pista Circular e analisados os resultados obtidos.

6 vi Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.) STUDY OF THE CONCRETE CEMENT PORTLAND OVERLAY (WHITETOPPING) IN THE EXPERIMENTAL CIRCULAR TRACK OF THE HIGHWAY RESEARCH INSTITUTE Prepredigna Delmiro Elga Almeida da Silva November/2001 Advisor: Laura Maria Goretti da Motta Department: Civil Engeneering This thesis presents the study of the structural and service performance of an overlay over an existing asphaltic pavement (whitetopping). This study was performed with the traffic simulator used on the Experimental Circular Track of Brazil s Federal Highway Department, located at the Highway Research Institute (Instituto de Pesquisas Rodoviárias-IPR), in Rio de Janeiro. During this study, many surveys were executed in the Circular Track, such as: permanent deformations, deflections, tire wear-off, plate tests, and instrumentation with six strain gauges and two load cells. The deformation and stress results obtained from instrumentation were then compared against values from theoretical models calculated using the following computer programs: ELSYM5, DIPLOMAT, ILSL2 and KENSLABS. It is proposed that a structural analysis of the whitetopping overlay be made with the program ILSL2. In order to verify the influence of the temperature in concrete pavement behavior, eleven thermocouples were installed on the Circular Track and the results obtained were analyzed.

7 vii ÍNDICE CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO... 1 CAPÍTULO 2 REFORÇO DE CONCRETO DO TIPO WHITETOPPING - WT E WHITETOPPING ULTRADELGADO - WTUD Whitetopping Métodos de dimensionamento de espessuras de pavimentos de concreto - método da PCA/84 e da AASHTO (1993) Construção de whitetopping Whitetopping ultradelgado Construção de pavimentos de whitetopping ultradelgados - WTUD Desenvolvimento de modelos e procedimentos de projeto para WTUD - procedimento da PCA/ACPA Estudo paramétrico usando o modelo bidimensional - ILSL O modelo USP/ABCP de cálculo de tensões em WTUD Considerações finais CAPÍTULO 3 ANÁLISE EXPERIMENTAL DE PAVIMENTOS E CONSIDERAÇÕES SOBRE O SIMULADOR DE TRÁFEGO DA PISTA CIRCULAR EXPERIMENTAL DO IPR/DNER NA PESQUISA DE WHITETOPPING Trechos rodoviários experimentais Pistas experimentais Simulador do tipo carrossel - Pista Circular Experimental do IPR/DNER Histórico da Pista Circular Experimental do IPR/DNER Características gerais da Pista Circular Pesquisa de whitetopping na Pista Circular Experimental do IPR/DNER Estrutura do pavimento da Pista Circular Experimental na pesquisa de whitetopping Aplicação do trem de prova na pesquisa de whitetopping...65

8 viii Considerações sobre o carregamento da Pista Circular Experimental do IPR/DNER Cálculo do fator de cobertura Cálculo de V t (número de giros) Cálculo fator de carga F c Considerações finais...71 CAPÍTULO 4 LEVANTAMENTOS REALIZADOS DURANTE A PESQUISA DE WHITETOPPING NA PISTA CIRCULAR EXPERIMENTAL DO IPR/DNER Evolução das deformações permanentes no revestimento de CBUQ Determinação do percentual de deformação permanente no revestimento betuminoso da Pista Circular Experimental Extração de corpos de prova no CBUQ e no WT Levantamento defletométrico com a Viga Benkelman Medições de irregularidade com nível e mira Desgaste dos pneus das treliças que compõem o simulador de tráfego da Pista Circular Experimental Impressão dos pneus em cartolina A relação pneu-pavimento - aderência e macrotextura Determinação do coeficiente de atrito através do Pêndulo Britânico Avaliação da macrotextura do revestimento através do ensaio da mancha de areia Controle das juntas de retração no whitetopping Módulo de reação - K Determinação do K composto pela técnica dos elementos finitos - metodologia desenvolvida por Figueroa (1983) para determinar o K do sistema (subleito/sub-base) Método do Guia da AASHTO (1993) para calcular o módulo de reação efetivo da fundação - K Retroanálise dos valores de K para projeto de reforço de pavimento rígido AASHTO (1993) Determinação do valor de K para o projeto de reforço de CCP sobre CA - AASHTO (1993) (caso whitetopping)

9 ix Determinação do coeficiente de recalque através de ensaio de prova de carga (ASTM D 1196, 1993) na Pista Circular Experimental Execução do ensaio Considerações finais CAPÍTULO 5 INSTRUMENTAÇÃO DA PISTA CIRCULAR EXPERIMENTAL DO IPR/DNER DURANTE A PESQUISA DE WHITETOPPING Instrumentação da Pista do IPR/DNER - strain gages Instrumentação da Pista do IPR/DNER - células de carga Sistema de aquisição de dados Resultados obtidos de deformação específica Cálculo das deformações e tensões principais Medição de deformação específica Resultados obtidos de medição de tensão vertical Considerações finais CAPÍTULO 6 SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO COMPORTAMENTO DA PISTA CIRCULAR EXPERIMENTAL DO IPR/DNER NA PESQUISA DE WT - USO DE ALGUNS PROGRAMAS COMPUTACIONAIS NA AVALIAÇÃO ESTRUTURAL Descrição dos programas utilizados FEPAVE ELSYM DIPLOMAT ILLI-SLAB Descrição do modelo de elementos finitos KENSLABS Procedimento geral do programa Análise numérica da Pista Circular Experimental do IPR/DNER Comparação dos resultados da instrumentação e da análise numérica da Pista Circular Experimental do IPR/DNER Métodos da AASHTO/93 e da PCA/84 aplicados na Pista Circular

10 x Experimental Estudo paramétrico da resposta estrutural do pavimento da Pista Circular do IPR/DNER com WT Efeito de alguns parâmetros de projeto Estudo paramétrico de um pavimento de WTUD Cosiderações finais CAPÍTULO 7 TENSÕES CAUSADAS PELA TEMPERATURA EM PAVIMENTOS DE CONCRETO Comportamento dos pavimentos de concreto com a temperatura Medição de temperatura na Pista Circular Experimental do IPR/DNER Método de Barber (1957) para estimar as temperaturas no pavimento Aplicação do modelo de Barber (1957) para a Pista Circular do IPR/DNER Efeitos de temperatura não linear sobre pavimentos de concreto Componentes de uma distribuição de temperatura Formulação geral da teoria das placas Consideração do efeito da não linearidade da distribuição da temperatura do pavimento da Pista Circular Experimental Modelagem do pavimento da Pista Circular Experimental - considerando os gradientes de temperatura e a carga externa Considerações finais CAPÍTULO 8 CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO A - Planilhas com ensaios triaxiais dinâmicos argila amarela e da brita graduada e módulos resilientes e fadiga por compressão diametral do CBUQ Pista Circular Experimental ANEXO B - Histórico da evolução da operação do trem de prova Pista Circular Experimental

11 xi ANEXO C - Evolução das deformações permanentes das seções Pista Circular Experimental ANEXO D - Programa NIVELMIRA criado para calcular o QI através dos dados obtidos com nível e mira na Pista Circular Experimental ANEXO E - Evolução das medidas de bandas dos pneus interno e externo dos braços do trem de prova ANEXO F - Fichas com os resultados da resistência à derrapagem com o Pêndulo Britânico e da textura através do ensaio da mancha de areia ANEXO G - Fichas com os resultados das provas de carga para determinação de coeficiente de recalque - K ANEXO H - Comparação dos valores de temperatura medidos e calculados pela equação de Barber (1957) para a camada de whitetopping e para a superfície asfáltica da Pista Circular Experimental...340

12 xii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 3.1a - Vista da Pista Experimental Figura 3.1b - Vista superior do trem de prova Figura 3.1c - Detalhe do braço do trem de prova Figura Dimensões da roda dupla em centímetros...50 Figura Variação da faixa de rolamento com a distância do eixo ao centro - excentricidade (a) e esquema ilustrativo da excentricidade que permite o deslocamento transversal do carrossel (b) Figura Tempo de translação do eixo central em função da velocidade Figura Avanço do eixo central em função de sua excentricidade Figura Esquemas dos perfis do pavimento: com revestimento de CBUQ (a) e com reforço de whitetopping (b) Figura Localização das 25 placas de whitetopping na Pista Circular Experimental Figura Caracterização física: ensaios de granulometria, limite de liquidez e limite de plasticidade dos materiais da Pista Circular Figura Caracterização mecânica: ensaios de compactação, Índice de Suporte Califórnia e expansão Figura Preparação da Pista Circular Experimental para aplicação do whitetopping - (a) superfície limpa e caiada; (b) distribuição, espalhamento e adensamento do concreto; (c) acabamento superficial e aplicação do produto de cura e (d) à esquerda, coleta de cp's de concreto e visão da pista concretada...61 Figura Dimensões da fibra de aço BSF Figura Tomografias do corpo de prova de concreto com fibra...62 Figura (a) Radiografia do corpo de prova de concreto com fibra, (b) variação do coeficiente de atenuação ao longo da linha vertical mostrada na radiografia...62 Figura Representação da faixa de rolamento de 226cm da pista durante a degradação do pavimento flexível - medidas em centímetros Figura Esquema das seções transversais de controle da deformação permanente do CBUQ Figura Evolução da deformação permanente da seção 1 no CBUQ Figura Detalhe das medições de deformação permanente na Pista Circular...76 Figura Desempenho da deformação permanente na Pista Circular Experimental (etapa de revestimento de CBUQ - Seções 1, 3, 5 e 7) Figura Desempenho da deformação permanente na Pista Circular Experimental (etapa de revestimento de CBUQ - Seções 7, 9, 11 e 15) Figura Desempenho da deformação permanente na Pista Circular Experimental (etapa de revestimento de CBUQ - Seções 17,19, 21 e 23) Figura Desempenho da deformação permanente na Pista Circular Experimental (etapa de revestimento de CBUQ - Seções 25,27, 29 e 31) Figura Desempenho da deformação permanente na Pista Circular Experimental (etapa de revestimento de CBUQ - Seções 33, 35, 37 e 39)... 85

13 xiii Figura Corpos de prova extraídos da Pista com o WT aderido ao CBUQ Figura Poço de sondagem feito na seção Figura Determinação das deflexões com a viga Benkelman...90 Figura Localização do levantamento defletométrico no CBUQ da Pista e valores de D 0 medidos com a Viga Benkelman...91 Figura Deflexões medidas com a Viga Benkelman e calculadas pelo ELSYM5, (a) seções e (b) seções Figura Ficha de registro das medidas das bandas de rodagem dos pneus da Pista Circular Figura Evolução das alturas médias das bandas no CBUQ Figura Evolução das alturas médias das bandas no WT Figura Percentagem de desgaste do WT e do CBUQ Figura Comportamento das bandas de rodagem das rodas internas e externas Figura Impressão da área de contato pneu - pavimento Figura Controle de abertura de trincas sob as juntas no WT Figura Abertura da trinca sob a junta Figura Carreta utilizada para realização do ensaio de placa Figura Dispositivo de suporte dos defletômetros Figura Preparação da superfície da base para determinação do K (a) escolha do local; (b) nivelamento da superfície; (c) colocação do colchão de areia fina e (d) ajustamento da superfície de contato (placa versus areia fina) Figura Croqui de instalação dos sensores na pista de prova Figura Detalhe dos strain gages (em forma de roseta) antes da concretagem Figura Detalhe de ums strain gage instalado na direção longitudinal à pista Figura Instalação do strain gage no concreto Figura Preparação de canaletas na superfície de CBUQ para receber o eletroduto Figura Sugestão do posicionamento de extensômetros na Pista Circular Experimental Figura Células de carga utilizadas Figura Marcação da localização da célula de carga Figura Execução do buraco no concreto asfáltico e na base para embutir a célula de carga Figura Proteção de papelão em torno da célula para evitar que o concreto viesse a escorrer entre as suas "mesas" travando o seu funcionamento Figura Célula de carga instalada na pista, notando-se o eletroduto metálico e a sua proteção com plástico Figura Esquema da posição das rodas das treliças em relação à posição dos sensores (comprimento em centímetro) Figura (a) Deformação tempo - strain gages 1, 2 e 3 - (a) posição das rodas: interna interna, (b) posição das rodas: externa externa Figura (a) Deformação tempo - strain gages 1, 2 e 3 - (a) posição das rodas: interna central, (b) posição das rodas: externa central Figura (a) Deformação tempo - strain gages 1, 2 e 3 - (a) posição das rodas: interna

14 xiv externa, (b) posição das rodas: externa interna Figura (a) Deformação tempo - strain gages 1, 2 e 3 - (a) posição das rodas: central Figura (a) Deformação tempo - strain gage 1 (longitudinal) - posição das rodas: interna (a) velocidade de 40km/h (b) velocidade de 5km/h Figura (a) Deformação tempo - strain gage 2 (45 o ) - posição das rodas: interna (a) velocidade de 40km/h (b) velocidade de 5km/h Figura (a) Deformação tempo - strain gage 3 (transversal) - posição das rodas: interna (a) velocidade de 40km/h (b) velocidade de 5km/h Figura (a) Deformação tempo - strain gage 4 (longitudinal) - posição das rodas: interna (a) velocidade de 40km/h Figura (a) Deformação tempo - strain gage 5 (longitudinal) - posição das rodas: interna (a) velocidade de 40km/h (b) velocidade de 5km/h Figura (a) Deformação tempo - strain gage 6 (longitudinal) - posição das rodas: interna (a) velocidade de 40km/h (b) velocidade de 5km/h Figura Tensão vertical tempo - posição das rodas: (a) interna interna, (b) externa externa Figura Tensão vertical tempo - posição das rodas: (a) interna central, (b) externa central Figura Tensão vertical tempo - posição das rodas: (a) interna externa, (b) externa interna Figura Tensão vertical tempo - posição das rodas: central Figura Tensão vertical tempo - posição das rodas: (a) interna interna, (b) externa externa Figura Tensão vertical tempo - posição das rodas: (a) interna central, (b) externa central Figura Tensão vertical tempo - posição das rodas: (a) interna externa, (b) externa interna Figura Tensão vertical tempo - posição das rodas: central Figura Sistema de coordenadas utilizado pelo programa ELSYM Figura Modelo de elemento finito para o pavimento usado no programa ILLI-SLAB Figura Seção original e seção equivalente de um pavimento composto (Huang, 1993) Figura Elemento de placa retangular (Huang, 1993) Figura Transferência de carga através da junta por intertravamento de agregados (Huang, 1993) Figura Perfil da Pista Experimental Circular com os dados de entrada para o programa FEPAVE Figura Modelagem da Pista Circular Experimental, com o programa FEPAVE2, Perfil (a) e Perfil (b) - tensões localizadas no centro da carga aplicada Figura Modelagem do WT com o programa FEPAVE2 - Perfil (b)...182

15 xv Figura Modelagem da Pista Circular Experimental com o programa FEPAVE2 - (a) Malha dos deslocamentos radiais (cm); (b) Malha dos deslocamentos verticais (cm) Figura Modelagem da Pista Circular Experimental com o programa FEPAVE2 - (a) Malha das tensões radiais ( 10-1 MPa ); (b) Malha das tensões verticais ( 10-1 MPa ) Figura Modelagem da Pista Circular Experimental com o programa FEPAVE2 - Malha dos módulos resilientes ( 10-1 MPa ) Figura Dados de entrada para o programa ELSYM5 e DIPLOMAT Figura Modelagem da Pista Circular Experimental com WT utilizando o programa ELSYM5 - gráficos de tensões Figura Modelagem da Pista Circular com WT utilizando o programa ELSYM5 - deslocamentos verticais Figura Modelagem da Pista Circular Experimental com o programa DIPLOMAT, (I) Tensões normais na dir. x e (II) Tensões verticais Figura Modelagem da Pista Circular Experimental com o programa DIPLOMAT, (I) Deslocamentos normais na dir. x e (II) Deslocamentos verticais Figura Tensão normal na direção do eixo x (σ xx ) para o fundo da placa de concreto e topo e fundo da camada de CBUQ Figura Modelagem estrutural da Pista Experimental Circular para o programa ILSL Figura Configurações do semi-eixo utilizado como carregamento Figura Malhas de elementos finitos utilizadas para: (a) carregamento no interior da placa e (b) carregamento na borda Figura Modelagem com o programa ILSL2 - com aderência, (a) Malha dos deslocamentos verticais (cm), (b) Malha das tensões verticais ( 10-1 MPa) na fundação Figura Modelagem com o programa ILSL2 - sem aderência, (a) Malha dos deslocamentos verticais (cm), (b) Malha das tensões verticais ( 10-1 MPa) na fundação Figura Modelagem com o programa ILSL2 - com aderência, (a) Malha das tensões normais na dir. x ( 10-1 MPa) no fundo da camada de whitetopping, (b) Malha das tensões normais na dir. y ( 10-1 MPa) no fundo da camada de whitetopping Figura Modelagem com o programa ILSL2 - sem aderência, (a) Malha das tensões normais na dir. x ( 10-1 MPa) no fundo da camada de whitetopping, (b) Malha das tensões normais na dir. y ( 10-1 MPa) no fundo da camada de whitetopping Figura Modelagem com o programa ILSL2 - com aderência, (a) Malha das tensões normais na dir. x ( 10-1 MPa) no fundo da camada de CBUQ, (b) Malha das tensões normais na dir. y ( 10-1 MPa) no fundo da camada de CBUQ Figura Modelagem com o programa ILSL2 - sem aderência, (a) Malha das tensões normais na dir. x ( 10-1 MPa) no fundo da camada de CBUQ, (b) Malha das tensões normais na dir. y ( 10-1 MPa) no fundo da camada de CBUQ Figura Tensão de tração na flexão máxima no fundo da camada de WT - (a) para carregamento no interior da placa e (b) para carregamento na borda Figura Tensão de tração na flexão máxima no fundo da camada de CBUQ - (a) para

16 xvi carregamento no interior da placa e (b) para carregamento na borda Figura Deslocamento máximo na superfície do pavimento e tensão vertical máxima na fundação - (a) para carregamento no interior da placa e (b) para carregamento na borda Figura Resultados da modelagem da Pista Circular Experimental com o programa KENSLABS - carregamento no interior da placa Figura Número de eixos equivalentes com a espessura do WT Figura Modelagem do pavimento de WT Figura Tensões e deslocamentos máximos obtidos do projeto fatorial do WT Figura Modelagem do pavimento de WTUD Figura Tensões máximas de tração no fundo do WTUD (WTUD/CA com e sem aderência); carregamento na borda Figura Tensões máximas de tração no WTUD (WTUD/CA com e sem aderência); carregamento no canto Figura Tensões máximas de tração no fundo do CA (WTUD/CA com e sem aderência); carregamento na borda Figura Tensões máximas de tração no CA (WTUD/CA com e sem aderência); carregamento no canto Figura Forças na placa que se contrai por queda de temperatura T Figura Encurvamento das Placas de Pavimento de CCP (Armaghani et al., 1997) Figura Abrigo de meteorologia Figura Instalação dos termopares na Pista Circular Experimental Figura Medição dos deslocamentos verticais com dois LVDT s Figura Variação típica da distribuição de temperatura na Pista Figura Distribuição da temperatura ao longo de um ciclo diário Figura Distribuição do gradiente ao longo de um ciclo diário Figura Gradientes de temperatura com a profundidade Figura Análise dos deslocamentos verticais da placa Figura Esquema da instalação do LVDT Figura Variações dos coeficientes A, B e C da tensão máxima no fundo da placa durante um período de 24 horas (tração é positiva) Figura Placa sujeita as tensões do tráfego na borda e da temperatura. Distribuição da temperatura (a); Tensões calculadas com o programa ILSL2 (b); Tensões devido a componente não linear da temperatura (c); Resultantes das tensões (d) Figura Tensões máximas de tração no fundo da placa causadas por um semi-eixo de roda dupla com 57,6kN e uma distribuição de temperatura linear ou não linear ao longo de um ciclo diário - dia 13 de dezembro de Figura A transferência de carga através da junta Figura Método para converter duas rodas em uma área circular Figura Simetria da placa Figura Diferentes posições da carga considerada no estudo (Farragi et al., 1987)

17 xvii Figura Influência do comprimento e da largura da placa e do módulo de reação do subleito nas tensões combinadas (do tráfego e do gradiente térmico) ÍNDICE DE TABELAS Tabela Tipos de defeitos e preparos prévios (Pitta, 1997) Tabela Recomendações de diâmetro, comprimento e espaçamento de barras de transferência para juntas no reforço de concreto do tipo whitetopping -(DNER, 1999) Tabela Exemplo do procedimento de projeto de WTUD (Mack et al., 1997) Tabela Continuação do exemplo de projeto de WTUD (Mack et al., 1997) Tabela Coeficientes da Equação 2.20 para o cálculo da tensões em WTUD com 1,20m (Balbo et al.,2000) Tabela Comparação entre o modelo da PCA/ACPA e o modelo da USP/ABCP Tabela Características do HVS Tabela Resumo das atividades desenvolvidas na pista experimental do IPR/DNER desde sua concepção Tabela Número de giros por hora do simulador de tráfego Tabela Traço indicado para concreto sem fibras (DNER, 1999) Tabela Traço indicado para concreto com fibras (DNER, 1999) Tabela Resultados de ruptura dos corpos de prova de 7 e 8 dias de idade (DNER, 1999) Tabela Resultados de ruptura dos corpos de prova de 28 dias de idade (DNER, 1999) Tabela Abatimento do tronco de cone do concreto (DNER, 1999) Tabela Histórico de funcionamento da Pista durante a etapa de revestimento de CBUQ Tabela Histórico de funcionamento da Pista durante a etapa de reforço com whitetopping Tabela Tráfego equivalente para Pista Circular sem considerar o fator de cobertura Tabela Tráfego equivalente para Pista Circular com fator de cobertura Tabela Fatores de equivalência de carga em termos de diferença de tensões - σ para o pavimento de CA da pista Tabela Desempenho da deformação permanente através da flecha máxima Tabela Controle estatístico do nivelamento topográfico Tabela Resultados de módulo resiliente do CBUQ por compressão diametral de amostras extraídas na Pista Tabela Resultados de ruptura dos corpos de prova de WT extraídos da Pista Tabela Evolução da deflexão em função do número N - Pesquisa realizada na Pista Circular (DNER, 1983a) Tabela Determinação do QI no revestimento de CBUQ da Pista Circular...96 Tabela Determinação do QI no reforço de WT da Pista Circular...97 Tabela Área determinada através da impressão dos pneus em cartolina Tabela Valores da resistência à derrapagem - pêndulo britânico

18 xviii da Pista Circular com WT Tabela Macrotextura do WT - método da mancha de areia Tabela Classificação das texturas superficiais (LCPC, 1971) Tabela Controle de abertura e fechamento de trincas sob as juntas no WT Tabela Correlação entre CBR e K do subleito (Silva, 1985) Tabela Resumo dos resultados dos ensaios de placa na Pista Circular Tabela Deformações específicas máximas, para velocidade de 40km/h e 5km/h, das rodas na posição interna da faixa de cobertura de 1,05m Tabela Valores de tensão de tração Tabela Comparação entre os programas ELSYM5 e DIPLOMAT Tabela Resultados da Instrumentação e das análises numéricas Tabela Análise das tensões máximas de tração - σxx no fundo da camada de WT (carregamento na borda) Tabela Análise de tensões máximas de tração - σ xx no fundo da camada de CA (carregamento na borda) Tabela Análise dos deslocamentos verticais máximos (carregamento no canto) Tabela Temperaturas médias do pavimento sem e com fibra Tabela Temperaturas máxima e mínima durante o período de monitoramento Tabela Radiação solar diária em uma superfície horizontal no topo da atmosfera (cal/cm2 dia) (Tubelis e Nascimento, 1980) Tabela Número possível de horas de brilho de sol no 15 o dia do mês (Tubelis e Nascimento, 1980) Tabela Observações meteorológicas da cidade do Rio de Janeiro no período de 73/90 (DNM, 1992) Tabela Radiação solar na superfície da terra para a cidade do Rio de Janeiro Tabela Temperaturas medidas e calculadas pela equação de Barber (1957) para as horas 1 e Tabela Valores de A, B, C e R2 obtidos no dia 14 de agosto de 1984 (Richardson e Armaghani, 1987) Tabela Tensões de tração numa placa, causadas pelo tráfego na borda e pela distribuição não linear de temperatura ao longo de um ciclo diário - Tensão de tração é positiva Tabela Análise das tensões máximas induzidas pelas cargas externa e térmica no WT formado por três placas Tabela Análise das tensões máximas induzidas pelas cargas externa e térmica numa placa simples do WT Tabela Resultados das tensões obtidas por superposição e pelo ILSL Tabela Comparação das tensões obtidas em diferentes casos (Faraggi et al., 1987)

19 1 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO A última avaliação gerencial de pavimentos do Departamento Nacional de Estradas de Rodagens - DNER, realizada em 2001, levantou ,7km dos ,5km da rede federal pavimentada (excluídos os trechos concessionados). Desta extensão levantada, 42,4% estão em estado mau, 42,5% estão em estado regular e apenas 15,1% estão em bom estado. Este contexto evidencia que atualmente cerca de km necessitam de obras imediatas de restauração e aproximadamente km estão na eminência de um estado crítico. Este quadro vem se agravando, uma vez que o relatório de gerência de pavimentos do DNER de 1995 indicava que 23,7% da malha federal pavimentada estavam em estado mau e 31,8% em estado regular. Por outro lado, a falta de recursos financeiros para a aplicação de novas tecnologias de restauração da rede rodoviária obriga a soluções geralmente emergenciais de baixo custo inicial que não garantem os investimentos públicos aplicados e, conseqüentemente, nem sempre oferecem os requeridos benefícios econômicos, a segurança e o conforto para os usuários. Desta forma, estas dificuldades financeiras e técnicas existentes no País, para se restaurar pavimentos rodoviários, justifica, entre outras, esta proposta de pesquisa tecnológica, no sentido de se buscar conhecimentos técnicos e mais uma alternativa de restauração de pavimentos. Esta nova alternativa destina-se principalmente para segmentos rodoviários de alto volume de tráfego comercial, bem como em regiões serranas e em vias urbanas de tráfego canalizado, desde que se proceda uma análise de viabilidade econômica, em termos de custo total de transporte. A utilização de uma espessa camada de concreto de cimento portland na restauração de pavimentos asfálticos degradados (whitetopping - WT convencional) é usada nos Estados Unidos desde 1918 e como solução de rotina, desde a metade da década de setenta. No início da década de noventa foi desenvolvida uma nova técnica que implica no lançamento de uma camada fina de concreto sobre o pavimento asfáltico existente, formando uma estrutura composta (concreto aderido ao concreto asfáltico) e com juntas pouco espaçadas. Esta técnica é chamada de whitetopping ultradelgado - WTUD e ainda

20 2 está em desenvolvimento, sendo mais indicada para rodovias de baixo volume de tráfego e para aplicações municipais (paradas de ônibus, áreas de estacionamento, cruzamentos, etc.). A experiência atual no Brasil com WT convencional limita-se a sua utilização na Pista Circular Experimental do IPR/DNER, na rodovia SP-79, na cidade de Votorantim, noroeste de São Paulo, numa extensão de 4,5km e na rodovia BR290, Osório - Porto Alegre - RS, conhecida como Free-way, entre os quilômetros 32 e 35 numa extensão de 3km, construída em dezembro de Atualmente a técnica de whitetopping está novamente sendo empregada na citada Free-way do Rio Grande do Sul, entre os quilômetros 35 e 40, com previsão para conclusão dos trabalhos em novembro de Com relação ao whitetopping ultradelgado, o primeiro e único experimento no Brasil foi realizado num trecho experimental na rodovia Castelo Branco (SP-280), no Estado de São Paulo, em outubro de Tal experimento não teve sucesso, acreditando-se que o fracasso foi decorrente da utilização da solução de WTUD numa rodovia de tráfego intenso e pesado, quando a literatura estrangeira relata experimentos apenas em rodovias de baixo volume de tráfego comercial. Em 1997, o DNER em convênio com a Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP, iniciaram a pesquisa sobre whitetopping na Pista Circular Experimental do IPR/DNER. Esta pesquisa foi planejada para ser executada em duas etapas. A primeira etapa consistiu na aplicação do simulador de tráfego para degradação do pavimento asfáltico da pista, composto de 20cm de brita graduada na camada de base e 5cm de CBUQ no revestimento. Na segunda etapa executou-se o whitetopping de 15cm de espessura e observou-se o comportamento do pavimento sob a passagem do trem de prova. Inicialmente o objetivo da pesquisa consistia na análise funcional e estrutural de reforço de pavimento asfáltico utilizando as técnicas de whitetopping - WT convencional e whitetopping ultradelgado - WTUD na Pista Circular Experimental do IPR/DNER graças ao convênio entre o DNER e a Coordenação dos Programas de Pós- Graduação em Engenharia - COPPE e contando com o financiamento total da pesquisa pela ABCP. Contudo, a ABCP, por decisão interna, desistiu da pesquisa de WTUD na Pista Circular Experimental, implicando na reprogramação da pesquisa para somente o whitetopping.