ANÁLISE DE PAVIMENTO FLEXÍVEL: ESTUDO DE UM TRECHO CRÍTICO NA RODOVIA ERS-421

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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE DE PAVIMENTO FLEXÍVEL: ESTUDO DE UM TRECHO CRÍTICO NA RODOVIA ERS-421 Gabriele Born Marques Lajeado, junho de 2014

2 Gabriele Born Marques ANÁLISE DE PAVIMENTO FLEXÍVEL: ESTUDO DE UM TRECHO CRÍTICO NA RODOVIA ERS-421 Trabalho apresentado na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso Etapa II, na linha de formação específica em Engenharia Civil, do Centro Universitário UNIVATES, como parte da exigência para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Dr. João Rodrigo Guerreiro Mattos Lajeado, junho de 2014

3 Gabriele Born Marques ANÁLISE DE PAVIMENTO FLEXÍVEL: ESTUDO DE UM TRECHO CRÍTICO NA RODOVIA ERS-421 A Banca examinadora abaixo aprova a Monografia apresentada na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso Etapa II, na linha de formação específica em Engenharia Civil, do Centro Universitário UNIVATES, como parte da exigência para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil: Prof. Dr. João Rodrigo Guerreiro Mattos orientador Centro Universitário UNIVATES Profª. M.Sc. Emanuele Amanda Gauer Centro Universitário UNIVATES Engº. Civil Luciano Faustino da Silva Superint. Regional Adjunto da 11ª S. R. DAER - Lajeado Lajeado, junho de 2014

4 Aos meus pais, Sadi e Carlote Marques, alicerces desta conquista.

5 2 AGRADECIMENTOS Estendo meus agradecimentos a todos aqueles que de alguma maneira contribuíram para a realização deste trabalho, dentre os quais destaco: Meu pai Sadi Marques e minha mãe Carlote H. Born Marques que sempre me incentivaram a estudar, ir em busca dos meus objetivos e que me proporcionaram esta escola. Meu professor orientador João Rodrigo, pelos seus ensinamentos e pela sua disponibilidade quando precisei. E por fim, não menos importante, agradeço ao engenheiro Luciano, pela confiança depositada, pela sua disposição em me ajudar no trabalho, sempre muito atencioso e disposto a transmitir suas experiências e conhecimentos.

6 3 RESUMO A maioria das cidades brasileiras, de médio e grande porte, atravessou nas décadas de 1960 e 1970, um período de extraordinário crescimento urbano, o que exigiu do Poder Público grandes investimentos em infraestrutura e, em especial, na expansão ou mesmo criação de um sistema viário. Foi necessário também proporcionar a estas vias condições para tráfego de veículos, circulação de pedestres, sua pavimentação e a utilização de um sistema de manutenção permanente. Entretanto, o que se observa hoje são rodovias esburacadas, repletas de problemas de execução, sem manutenção, praticamente abandonadas. Em vista disso, este trabalho visa analisar um trecho crítico de 300 metros da ERS-421, localizado entre os quilômetros e 4+100, no bairro Conventos, Lajeado/RS. A partir de visitas in loco, identificaram-se as principais patologias deste pavimento, bem como se tentou investigar as prováveis causas destes problemas e propor possíveis soluções a eles. É visível a necessidade de melhoria no sistema viário, e não apenas para quem exerce a atividade do transporte, porém, para todos os setores da economia e da sociedade em geral, que dele dependem para alcançar níveis satisfatórios de desenvolvimento. Palavras-chave: Infraestrutura viária. Rodovias. Pavimentos flexíveis. Patologias.

7 4 ABSTRACT The most Brazilian cities, medium and large, crossed in the 1960s and 1970s, a period of extraordinary urban growth, which required the Government large investments in infrastructure and in particular in the expansion or even creating a system road. It was also necessary to provide these roads, conditions for vehicle traffic, pedestrian circulation, their flooring and use a system of constant maintenance. However, what are observed today are roads with holes, full of problems of implementation, without maintenance and practically abandoned. In view of this, this work analyzes a critical stretch of 300 meter of the ERS-421, located between kilometers and 4+100, neighborhood Conventos, Lajeado/RS. From in situ visits, we are identified the main pathologies of the pave, as well as attempted to investigate the probable causes of these problems and propose possible solutions to them. It is visible the need for improvement in the road system, and not only to those engaged in transport activity, but for all sectors of the economy and society, that depend on it to achieve satisfactory levels of development. Keywords: Road infrastructure. Highways. Flexible pavement. Pathologies.

8 5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Estrutura de pavimento-tipo Figura 2 Distribuição de cargas nos pavimentos rígido e flexível Figura 3 Representação esquemática dos defeitos em pavimentos flexíveis Figura 4 Trinca isolada longitudinal curta Figura 5 Trinca isolada longitudinal longa Figura 6 Trinca de retração Figura 7 Trinca interligada couro de jacaré Figura 8 Trinca de bloco Figura 9 Afundamento de trilha de roda Figura 10 Afundamento local Figura 11 Ondulação ou Corrugação Figura 12 Escorregamento Figura 13 Exsudação Figura 14 Desgaste Figura 15 Panela ou Buraco Figura 16 Remendo mal executado Figura 17 Segregação Figura 18 Bombeamento de finos Figura 19 Falha de bico espargidor Figura 20 Período recomendável para a manutenção dos pavimentos Figura 21 Mapa rodoviário Figura 22 Estrutura do pavimento da ERS

9 6 Figura 23 Trecho avaliado da ERS Figura 24 Províncias geomorfológicas do Rio Grande do Sul Figura 25 Menu principal do programa SisPav Figura 26 Tela de entrada de dados de caracterização da estrutura (SisPav) Figura 27 Tela de entrada de dados de caracterização do tráfego (SisPav) Figura 28 Tela clima do programa SisPav Figura 29 Tela modelos do SisPav Figura 30 Tela opções do SisPav Figura 31 Aba resultados do programa SisPav Figura 32 Trecho escolhido Figura 33 Trinca interligada couro de jacaré Figura 34 Afundamento local, ondulação, panela, trinca interligada couro de jacaré, escorregamento Figura 35 Afundamento local, trinca interligada couro de jacaré, trinca longitudinal longa Figura 36 Trinca interligada couro de jacaré associada a um afundamento local 58 Figura 37 Afundamento local Figura 38 Escorregamento Figura 39 Afundamento local, trinca interligada couro de jacaré, escorregamento, trinca interligada longa Figura 40 Desgaste Figura 41 Panela, trinca interligada couro de jacaré, remendo mal executado Figura 42 Remendo mal executado Figuras 43 e 44 Sentido Lajeado - Forquetinha e sentido Forquetinha - Lajeado, respectivamente Figura 45 Corte vertical do pavimento Figura 46 Problema com umidade nas camadas do pavimento Figura 47 Dreno antigo sendo preenchido com rachão Figura 48 Rolo compactador liso na compactação do rachão Figura 49 Camada de revestimento betuminoso Figuras 50 (a) e (b) Trecho na atual situação Figura 51 Temperaturas médias mensais de Lajeado Figura 52 Vida de projeto em função do nível de confiabilidade... 68

10 7 Figura 53 Bacia de deflexão para controle no campo Teste Figura 54 Variação da espessura da camada de revestimento em função do nível de confiabilidade Figura 55 Bacia de deflexão para controle no campo Teste Figura 56 Comportamento da espessura do revestimento com o Módulo de Resiliência da camada de base e sub-base Figura 57 Comportamento da espessura do revestimento com o Módulo de Resiliência do revestimento Figura 58 Bacia de deflexão para controle no campo Teste

11 8 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Termos aplicáveis a camadas de revestimento asfáltico Tabela 2 Defeitos nos pavimentos e códigos nas Normas do DNIT e 27 Tabela 3 Estrutura utilizada no Teste Tabela 4 Bacia de deflexão para controle no campo Teste e 73

12 9 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials - Associação Norte-Americana de Especialistas Rodoviários e de Transporte BGS - Brita Graduada Simples BGTC - Brita Graduada Tratada com Cimento CA - Concreto Asfáltico CBR - California Bearing Ratio - Índice de Suporte Califórnia CBUQ - Concreto Betuminoso Usinado a Quente CCP - Concreto de Cimento Portland CCR - Concreto Compactado a Rolo CNT - Confederação Nacional do Transporte DAER - Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes N - Número equivalente de eixos padrão = 8,2 tf NBR - Norma Brasileira PIB - Produto Interno Bruto PMF - Pré-Misturado a Frio PMQ - Pré-Misturado a Quente Sindipeças - Sindicato Nacional da Indústria de Componentes para Veículos Automotores SMA - Stone Mastique Asphalt Asfalto Betuminoso

13 10 SNV - TSD - UFPR - VSA - Sistema Nacional de Viação Tratamento Superficial Duplo Universidade Federal do Paraná Valor de Serventia Atual

14 11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Relevância da pesquisa Objetivos Objetivo principal Objetivos específicos Limitações da pesquisa Estrutura da pesquisa FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Situação atual da pavimentação no Brasil Aspectos gerais sobre pavimentação O que é um pavimento Camadas constituintes de um pavimento Principais tipos de pavimentos Misturas asfálticas Danos aos pavimentos Dimensionamento de pavimentos Manutenção de pavimentos MATERIAIS E MÉTODO Materiais Localização e características da rodovia ERS Caracterização e descrição do subleito... 46

15 3.1.3 Programa SisPav Método APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS Primeiros registros fotográficos Reconstrução do trecho Testes com o programa SisPav CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS... 79

16 15 1 INTRODUÇÃO Os meios de transporte são elementos de extrema importância para que ocorra o desenvolvimento socioeconômico 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, os meios de transporte tornam-se fundamentais à sociedade. Em vista disto, o setor de pavimentação, sendo tradicionalmente um setor gerenciado pela administração pública, deveria ter gestores com a responsabilidade de zelar por este patrimônio de valor inestimado, se considerado, além do valor financeiro dos pavimentos, a sua importância às pessoas. Infelizmente, não tem-se como prioridade a técnica e sim questões politicas. Segundo dados de 2013 do Sistema Nacional de Viação (SNV) existem, no Brasil, km de rodovias, dos quais apenas km são pavimentados, isto é, 11,8% da malha. Entre as rodovias pavimentadas, km são federais. Destes, apenas 8% são de pista dupla (5.203 km), e 2,1% (1.376 km) são vias em fase de duplicação; os demais 89,9% são de pista simples (BRASIL, 2013). Entre os anos de 2004 e 2013, a extensão da malha rodoviária federal pavimentada cresceu apenas 12,1%. Em termos de distribuição regional dessa malha, a região Nordeste é a que possui a maior participação, com 29,7% da

17 16 extensão federal pavimentada. Já a região Sul, que em 2004 possuía uma extensão de km, cresceu em 2013, apenas km (CNT, 2013). Além da reduzida extensão da malha rodoviária, a carência de recursos a serem investidos na atividade de manutenção e reabilitação de pavimentos reflete-se na condição superficial dos pavimentos: severos trincamentos, buracos, grandes deformações permanentes, entre outros defeitos. Ademais, o problema da pouca atenção dada nas últimas décadas para a infraestrutura rodoviária é acentuado pelo fato de grande parte das rodovias pavimentadas existentes terem sido construídas em uma época em que pouca atenção e estudos eram dados à qualidade dos materiais constituintes do pavimento, bem como à estrutura projetada. Tal fato contribui para as péssimas condições de conservação das rodovias na atualidade. Colaborando com a degradação precoce das rodovias do Brasil também está o grande crescimento do tráfego verificado nos últimos anos. Segundo o levantamento do Sindicato Nacional da Indústria de Componentes para Veículos Automotores (Sindipeças), cerca de 38 milhões de automóveis, comerciais leves, caminhões e ônibus circularam por ruas e estradas brasileiras em O aumento em relação ao ano anterior foi de 8,1%. O estudo mostra também a quantidade de tratores e motocicletas em circulação: respectivamente 618 mil e 12,4 milhões em 2012, com crescimentos de 5,4% e 6,4% sobre Esta expansão no volume de tráfego e veículos de carga extrapola os índices de crescimento previstos no momento do dimensionamento das estruturas, o que acarreta em diversas patologias no pavimento Relevância da pesquisa Diante do cenário descrito, os administradores rodoviários, governos ou concessionárias precisam realizar investimentos cada vez maiores, tanto na construção de pavimentos novos, como na recuperação de trechos que necessitem de uma imediata intervenção, com o objetivo de encontrar soluções que contemplem pavimentos mais resistentes, mais duráveis e que demandem pequenas manutenções ao longo do período para o qual foram projetados. Desta forma, será assegurado, durante a vida de serviço do pavimento, conforto e segurança aos

18 17 usuários. Em vista disto, este trabalho visa descrever, através de análises em campo, as principais patologias encontradas no pavimento de um trecho de 300 metros da ERS-421, localizado entre os quilômetros e 4+100, em Conventos (Bairro de Lajeado). Além disto, também pretende analisar as causas destes problemas, acompanhar a evolução dos mesmos e prever possíveis soluções para eles, a partir de testes no programa SisPav. A ERS-421 é uma rodovia brasileira do estado do Rio Grande do Sul. Pela localização geográfica e funcionalidade, é considerada uma rodovia de ligação da BR-386 Lajeado (Rio Grande do Sul) até Boqueirão do Leão, passando por Forquetinha e Sério. O projeto final de engenharia foi elaborado e executado pelo Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem (DAER). 1.2 Objetivos Objetivo principal Este trabalho tem como objetivo principal realizar uma análise de um trecho crítico da ERS-421 (trecho entre Lajeado e Forquetinha) Objetivos específicos O objetivo geral será alcançado através do desenvolvimento dos objetivos específicos elencados a seguir: Delimitar o trecho mais crítico da ERS-421; Conhecer a estrutura do pavimento desta rodovia; Identificar os principais defeitos/patologias existentes neste trecho; Observar a evolução dos problemas identificados; Investigar as causas dos problemas apontados em campo; Propor possíveis reparos/soluções para as patologias deste trecho.

19 Limitações da pesquisa Este trabalho estará limitado a informações e dados mais específicos da rodovia ERS-421, devido à dificuldade de acesso e até mesmo a inexistência deles. 1.4 Estrutura da pesquisa Após a Introdução, o Capítulo 2 discorre sobre a atual situação dos pavimentos no Brasil, definições de pavimento, as camadas e os principais tipos de pavimentos. Traz ainda uma abordagem detalhada e ilustrada dos danos causados a estas estruturas. Para finalizar o capítulo, faz-se uma crítica ao método de dimensionamento de pavimentos e são exibidos os dois tipos de manutenção que devem ser realizados. No Capítulo 3 são apresentadas a localização, as características da ERS-421, a descrição do subleito, além do critério de restrição do projeto e uma abordagem geral sobre o Programa SisPav. No final deste capítulo é exposto o procedimento metodológico. O Quarto Capítulo mostra alguns registros fotográficos de como era o trecho compreendido entre os quilômetros e da ERS-421 quando se iniciou este trabalho; outros durante a reconstrução do trecho e por fim, a atual situação da rodovia. Este capítulo também traz quatro testes realizados no programa SisPav para avaliar a vida de projeto e dimensionar as camadas do pavimento. As conclusões obtidas e proposições para estudos futuros seguem apresentadas no Capítulo 5 deste trabalho.

20 19 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 Situação atual da pavimentação no Brasil Segundo dados da Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2006), aproximadamente 61% do transporte de cargas realizado no Brasil é rodoviário. Já o modal ferroviário responde por 24%, o aquaviário por 12%, o dutoviário por 3% e o aéreo por menos de 1%. O modal de transporte rodoviário encontra-se em estado deficiente, sendo os investimentos nas rodovias prioritários neste momento, não apenas por ser o modal mais utilizado, mas por exigir menor investimento quando comparado aos demais. Importante destacar ainda que pelo modal rodoviário circulam 96% dos passageiros (BERNUCCI et al., 2006). Uma pesquisa realizada em 2013, pela CNT, sobre a qualidade das rodovias brasileiras, revelou um dado preocupante: 63,8% das rodovias federais e estaduais pavimentadas apresentaram algum tipo de comprometimento no pavimento, na sinalização ou na geometria da via (CNT, 2013). De acordo com Colares (2011) a depreciação da malha rodoviária é resultado da falta de ações voltadas para a manutenção e para a expansão da infraestrutura de transportes, decorrente da diminuição do fluxo de recursos destinado ao setor de transportes. A redução nos subsídios para as obras de transporte foi provocada, entre outros fatores, pela crise econômica pela qual passou o Brasil nos anos oitenta e também pela desvinculação dos recursos orçamentários destinados ao setor, a partir da promulgação da Constituição de Enquanto que na década de setenta os investimentos chegaram a 1,8% do Produto Interno Bruto (PIB), na última década foi

21 20 investido apenas 0,2% do PIB em infraestrutura de transportes (CNT, 2011). A Associação Norte-Americana de Especialistas Rodoviários e de Transporte (AASHTO) afirma que a manutenção de uma rodovia em boas condições é mais barata do que a recuperação de uma rodovia em más condições (AASHTO, 2009). Por sua vez, Colares (2011) diz que: Rodovias em situação de boa qualidade custam menos aos cofres públicos e, por isso, deve-se buscar a reabilitação das condições do revestimento do pavimento antes que os danos se propaguem para além da camada de revestimento e sejam necessários trabalhos de recuperação estrutural. Em 1997, indicações gerais da pesquisa CNT apontava que 92,3% das estradas brasileiras avaliadas na pesquisa eram classificadas como deficientes/ruins/péssimas. Em 2004, esse índice era de 74,7%, em 2009 de 69% e em 2013 este número passou para 46,9%. Observa-se uma melhoria nas condições dos pavimentos, uma vez que em 10 anos o percentual recuou, aproximadamente, 28% (CNT, 2013). O levantamento recorrente da Confederação Nacional do Transporte, realizado em 2012, revelou que seria necessário um investimento total para a modernização da infraestrutura rodoviária no Brasil de R$177,5 bilhões. Incluído neste valor estaria a construção e a duplicação de rodovias, pavimentação, recuperação de pavimento, entre outras intervenções. Resultados desta mesma pesquisa indicaram que em 2011 foram registrados 188,9 mil acidentes em rodovias federais policiadas, cerca de 6 mil acidentes a mais do que em O custo com acidentes em rodovias federais foi de R$15,7 bilhões em Desses, R$4,4 bilhões são referentes a acidentes com vitimas fatais (CNT, 2012). Diante deste cenário pode-se inferir que rodovias de boa qualidade proporcionam retorno econômico para a sociedade, seja na operação dos veículos, na economia dos recursos públicos empregados na recuperação e na manutenção da malha, ou, ainda, na redução do número de acidentes (COLARES, 2011).

22 Aspectos gerais sobre pavimentação O que é um pavimento Segundo Bernucci et al. (2006) pavimento é: [...] uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança. Já Balbo (2007) afirma que o pavimento é uma estrutura composta por camadas sobrepostas de diferentes materiais compactados, adequada para atender estrutural e operacionalmente ao tráfego, de maneira durável e ao mínimo custo. Por fim, Danieleski (2004) citando a atual Norma Brasileira de Pavimentação, NBR 72/1982, define pavimento como: [...] uma estrutura construída após terraplanagem e destinada, econômica e simultaneamente, em seu conjunto, a: a) resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego; b) melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança; c) resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento Camadas constituintes de um pavimento A estrutura do pavimento é compreendida, em seu sentido estrutural, para receber e transmitir os esforços de maneira a aliviar pressões sobre as camadas inferiores. De acordo com Balbo (2007), cada camada do pavimento possui uma ou mais funções específicas, que devem proporcionar aos veículos, em qualquer ação climática, condições adequadas de rolamento e suporte. A NBR 7207/82 assegura que o pavimento é constituído por quatro camadas: subleito, sub-base, base e revestimento, cujas definições são: Subleito é o terreno de fundação do pavimento ou do revestimento. Quando necessário, faz-se um reforço do subleito; Sub-base é a camada corretiva do subleito, ou complementar à base,

23 22 quando por qualquer circunstância não seja aconselhável construir o pavimento diretamente sobre o leito obtido na terraplenagem. Os materiais que podem ser empregados como sub-base são o Cascalho, Solo-Cal, Solo-Cimento (SILVA, 2008); Base é a camada que tem por função aliviar a tensão nas camadas inferiores, permitir a drenagem das águas que se infiltram no pavimento (por meio de drenos) e resistir às tensões e deformações atuantes. A tensão máxima de cisalhamento ocorre na base, logo ela deverá ser constituída de material de excelente qualidade e ser muito bem construída. Conforme Silva (2008), os materiais que podem ser empregados como base são Brita Graduada Simples (BGS), Concreto Compactado a Rolo (CCR), Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC), Macadames Hidráulico e Seco, Solo-Cal, Solo-Cimento e Solo-Brita; Revestimento é a camada que recebe diretamente a ação do rolamento dos veículos, destinada econômica e simultaneamente a melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança; e resistir aos esforços que nele atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento. Bernucci et al. (2006) acrescentam que [...] essa camada deve ser tanto quanto impermeável e resistente aos esforços de contato pneu-pavimento em movimento, que são variados conforme a carga e a velocidade dos veículos. A Figura 1 mostra uma estrutura-tipo de pavimento, com as camadas anteriormente descritas. Figura 1 Estrutura de pavimento-tipo Fonte: Bernucci et al. (2006).

24 23 Para a camada de revestimento podem ser usados o Concreto de Cimento Portland (CCP) ou Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) ou Stone Mastique Asphalt (SMA), para tráfego pesado, e o PMQ (Pré-Misturado a Quente), para tráfego leve. Além destes revestimentos a quente, pode-se usar o PMF (Pré- Misturado a Frio) e ainda se utiliza em certos casos, o TSD (Tratamento Superficial Duplo) por penetração invertida. Os revestimentos asfálticos são, normalmente, subdivididos em duas ou até mais camadas por razões técnicas, construtivas e de custo (BALBO, 2007). As distinções entre possíveis camadas de revestimento asfáltico, de acordo com as terminologias empregada no meio rodoviário, são apresentadas na Tabela 1. Tabela 1 - Termos aplicáveis a camadas de revestimento asfáltico Designação do revestimento Definição Associações Camada de rolamento Camada de ligação Camada de nivelamento Camada de reforço É a camada superficial do pavimento, diretamente em contato com as cargas e com as ações ambientais É a camada intermediária, também em mistura asfáltica, entre a camada de rolamento e a base do pavimento Em geral, é a primeira camada de mistura asfáltica empregada na execução de reforços (recapeamento), cuja função é corrigir os desníveis em pista, afundamentos localizados, enfim, nivelar o perfil do greide para posterior execução da nova camada de rolamento Nova camada de rolamento, após anos de uso do pavimento existente, executada por razões funcionais, estruturais ou ambas Fonte: Adaptada pela autora com base em Balbo (2007) Principais tipos de pavimentos Camada de desgaste, capa de rolamento, revestimento Camada de binder ou simplesmente binder Camada de reperfilagem ou simplesmente reperfilagem Recape e recapeamento são termos populares (usa-se também a expressão pano asfáltico, que muitas vezes parece comprometer menos) Quanto à classificação do pavimento rodoviário, Bernucci et al. (2006) divide-o em dois tipos básicos: rígidos e flexíveis. Atualmente há uma tendência de usaremse as nomenclaturas pavimentos de Concreto de Cimento Portland e pavimentos asfálticos, respectivamente, para indicar a classe de revestimento do pavimento. Nestes tipos de pavimento, a distribuição da carga para o subleito ocorre

25 24 distintamente. Segundo o Departamento de Transportes da Universidade Federal do Paraná (DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES DA UFPR, 2009), o pavimento rígido distribui a carga em uma área maior do subleito, em virtude do alto Módulo de Elasticidade do CCP (FIGURA 2). A própria placa de concreto disponibiliza grande parte da capacidade estrutural do pavimento rígido. É usual designar a subcamada desse pavimento como sub-base, uma vez que a qualidade do material dessa camada equivale à sub-base de pavimentos asfálticos (BERNUCCI et al., 2006). Já o pavimento flexível utiliza um maior número de camadas e distribui as cargas para uma seção mais concentrada do subleito, conforme Figura 2 (DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES DA UFPR, 2009). Bernucci et al. (2006) ressaltam que os pavimentos asfálticos são aqueles em que o revestimento é composto por uma mistura constituída de agregados e ligantes asfálticos, basicamente. Figura 2 - Distribuição de cargas nos pavimentos rígido e flexível Fonte: Departamento de Transportes da UFPR (2009). Segundo Pereira (2010), engenheiros encarregados da pavimentação de ruas, avenidas ou rodovias escolherão o tipo de pavimento mais adequado para determinada situação por aspectos técnicos e econômicos. No Brasil, os pavimentos flexíveis necessitam de alguma medida de manutenção a cada 3 a 5 anos. Em contra partida, os pavimentos rígidos alcançam uma durabilidade de 20 a 40 anos. A utilização de cada um dos tipos de pavimento varia de acordo com uma série de fatores. Os pavimentos rígidos são mais apropriados para áreas de tráfego urbano e de maior intensidade, mas os pavimentos flexíveis possuem menor custo de construção e os prazos de execução são bem mais rápidos (DEPARTAMENTO DE

26 25 TRANSPORTES DA UFPR, 2009) Misturas asfálticas Bernucci et al. (2006) comentam que: Na maioria dos pavimentos brasileiros usa-se como revestimento uma mistura de agregados minerais, de vários tamanhos, podendo também variar quanto à fonte, com ligantes asfálticos que, de forma adequadamente proporcionada e processada, garanta ao serviço executado os requisitos de impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento de acordo com o clima e o tráfego previstos no local. Ceratti e Núñez, (2011) afirmam que as misturas asfálticas são materiais viscoelásticos e sob carregamento repetido podem romper por trincamento, fadiga ou deformação permanente ou por uma combinação desses mecanismos de degradação. A mistura mais utilizada no Brasil é o Concreto Asfáltico (CA), também conhecido como Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). Esta mistura é composta por agregados de diversos tamanhos e cimento asfáltico dosados e aquecidos em função da viscosidade desejada (BERNUCCI et al., 2006). De acordo com Senço (1997), a granulometria do agregado pode ser classificada em três frações: agregado graúdo, agregado fino e filler. O agregado graúdo, normalmente, é constituído de pedra britada ou seixo rolado, com uma superfície rugosa e forma angular. Já o agregado miúdo pode ser composto de areia, pó de pedra ou mistura de ambos. Quanto ao filler pode ser constituído de cimento, pó de pedra, pó de calcário e similares. Para Senço (1997), o CBUQ é preferido para vias expressas pois: É o mais nobre dos revestimentos flexíveis. Consiste na mistura íntima de agregado, satisfazendo rigorosas especificações, e betume devidamente dosado. A mistura é feita em usina, com rigoroso controle de granulometria, teor de betume, temperaturas do agregado e do betume, transporte, aplicação e compressão [...] Danos aos pavimentos Nas rodovias circulam veículos de passeio e comerciais. Os veículos

27 26 comerciais são os ônibus e os caminhões, cujo efeito sobre os pavimentos é mais acentuado devido ao maior efeito das cargas deslocadas. Estas cargas, de acordo com Albano (2005), são transmitidas aos pavimentos por rodas pneumáticas simples ou duplas dispostas em eixos simples e tandem, duplos ou triplos. A ação do tráfego, não só pelo peso transportado e pela frequência com que solicita o pavimento, provoca a deterioração e o consumo da estrutura (ALBANO, 2005). No decorrer da vida útil dos pavimentos, estas estruturas podem apresentar defeitos causados por diversos motivos. Segundo Link (2009), as patologias estão ligadas aos materiais empregados e ao comportamento mecânico que é particular de cada estrutura. Desta forma, o conhecimento destas causas constitui: [...] informações muito úteis ao engenheiro na tentativa de entender os problemas que se manifestam em pavimentos e terão bastante influência nas técnicas que serão empregadas para serviços de manutenção. (BALBO, 1997). Com relação aos tipos de defeitos que ocorrem nos pavimentos flexíveis, o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT, 2003) traz uma listagem com a nomenclatura dos defeitos, empregada em métodos de avaliação de qualidade de pavimentos no Brasil. Reproduz-se na Tabela 2, a relação dos defeitos e o código utilizado pelo DNIT. Tabela 2 (continua) - Defeitos nos pavimentos e códigos nas Normas do DNIT Tipo de defeito Código DNIT Fissura FI Trinca isolada transversal curta TTC Trinca isolada transversal longa TTL Trinca isolada longitudinal curta TLC Trinca isolada longitudinal longa TLL Fendas Trinca de retração TRR Trinca interligada couro de jacaré sem erosão J Trinca interligada couro de jacaré com erosão JE Trinca interligada de bloco sem erosão TB Trinca interligada de bloco com erosão TBE Afundamento plástico local ALP Afundamento de consolidação local ALC Afundamentos Afundamento plástico em trilha de roda ATP Afundamento de consolidação em trilha de roda ATC

28 27 Tabela 2 (conclusão) - Defeitos nos pavimentos e códigos nas Normas do DNIT Tipo de defeito Código DNIT Corrugação ou ondulação Corrugação O Desgaste Desgaste D Escorregamento Escorregamento E Exsudação Exsudação EX Panela P Remendo superficial Panelas RS Remendo profundo RP Fonte: Adaptada pela autora com base em DNIT 005/2003 TER. Na Figura 3 é possível ver uma representação esquemática dos defeitos ocorrentes na superfície dos pavimentos flexíveis. Figura 3 Representação esquemática dos defeitos em pavimentos flexíveis Fonte: DNIT 005/2003 TER.

29 28 A norma DNIT 005/2003 TER também fornece definições para estas patologias encontradas em revestimentos asfálticos, que seguem abaixo (BRASIL, 2003): a) fenda: qualquer descontinuidade na superfície do pavimento, que conduza a aberturas de menor ou maior porte, apresentando-se sob diversas formas. Subdivide-se em fissura e trinca: - fissura: fenda de largura capilar existente no revestimento, posicionada longitudinal, transversal ou obliquamente ao eixo da via, somente perceptível à vista desarmada de uma distância inferior a 1,50 m; - trinca: fenda existente no revestimento, facilmente visível à vista desarmada, com abertura superior à da fissura, podendo apresentar-se sob a forma de trinca isolada ou trinca interligada. As trincas ditas interligadas são divididas em duas categorias: trinca couro de jacaré, com contornos erráticos, e trinca de bloco, com lados bem definidos aparentando blocos. Enquanto que as trincas couro de jacaré estão associadas à repetição das cargas de tráfego (concentram-se nas trilhas de roda), as de bloco não estão relacionadas com tráfego; logo, elas aparecem em qualquer lugar, até em locais de pouco tráfego. As trincas no revestimento podem ser devido à fadiga ou não. A fadiga está relacionada com a repetição da passagem de carga de veículo comercial; b) afundamento: deformação permanente caracterizada por depressão da superfície do pavimento podendo apresentar-se sob a forma de afundamento plástico ou de consolidação, - afundamento plástico: afundamento causado pela fluência plástica de uma ou mais camadas do pavimento ou do subleito; - afundamento de consolidação: é causado pela consolidação diferencial de uma ou mais camadas do pavimento ou subleito; c) corrugação ou ondulação: deformação caracterizada por ondulações ou corrugações transversais na superfície do pavimento; d) escorregamento: deslocamento do revestimento em relação à camada subjacente do pavimento, com aparecimento de fendas em

30 29 forma de meia-lua. Ocorre principalmente em áreas de frenagem e de interseções, quando o veiculo causa o deslizamento da massa asfáltica (baixa aderência) ou sua deformação (baixa resistência); e) exsudação: excesso de ligante betuminoso na superfície do pavimento, causado pela migração do ligante através do revestimento; f) desgaste: efeito de arrancamento progressivo do agregado do pavimento, caracterizado por aspereza superficial do revestimento e provocado por esforços tangenciais causados pelo tráfego; g) panela ou buraco: cavidade que se forma no revestimento por diversas causas (inclusive por falta de aderência entre camadas superpostas, causando o desplacamento das camadas), podendo alcançar as camadas inferiores do pavimento, provocando a desagregação dessas camadas; h) remendo: panela preenchida com uma ou mais camadas de pavimento na operação denominada de tapa-buraco. Outros defeitos, que não constam na Norma DNIT 005/2003 TER, são importantes e também devem ser considerados para uma análise da solução de restauração: segregação, bombeamento de finos, falha de bico em tratamentos superficiais, entre outros (BERNUCCI et al., 2006). São ilustrados nas Figuras 4 a 19 alguns tipos dos defeitos de superfície de pavimentos flexíveis citados, além de exemplos de defeitos não considerados pela especificação brasileira, mas que a observação de sua ocorrência auxiliará na solução ou minimização de problemas futuros. A cada tipo de defeito são associadas algumas causas prováveis para seu aparecimento na superfície. Segundo Bernucci et al. (2006): O importante a ser ressaltado é que o diagnóstico da situação geral, envolvendo a compreensão das causas dos defeitos é a etapa mais importante do levantamento da condição funcional para fins de projeto de restauração ou de gerência de manutenção.

31 30 Figura 4 Trinca isolada longitudinal curta Fonte: Bernucci et al. (2006). Causas prováveis: falha na execução, na temperatura de compactação ou mesmo na dosagem da mistura asfáltica. Envelhecimento de ligante asfáltico. Figura 5 Trinca isolada longitudinal longa Fonte: DNIT 005/2003 TER. Causas prováveis: falhas executivas, recalques diferenciais. Podem também aparecer junto à trilha de roda ou como falha de juntas longitudinais de diferentes frentes de compactação. Envelhecimento do ligante asfáltico.

32 31 Figura 6 Trinca de retração FONTE: Bernucci et al. (2006). Causas prováveis: trincas decorrentes da reflexão de trincas de placas de concreto de cimento Portland ou de trincas pré-existentes. Figura 7 Trinca interligada couro de jacaré Fonte: DNIT 005/2003 TER. Causas prováveis: várias causas podem gerar o trincamento jacaré, entre elas: ação da repetição de cargas do tráfego; ação climática gradientes térmicos; envelhecimento do ligante e perda de flexibilidade seja pelo tempo de exposição seja pelo excesso de temperatura na usinagem; compactação deficiente do revestimento; deficiência no teor de ligante asfáltico; sub-dimensionamento; rigidez excessiva do revestimento em estrutura com elevada deflexão; reflexão de trincas de

33 32 mesma natureza; recalques diferenciais; entre outros. As trincas couro de jacaré representam o estágio atual avançado de fadiga. Figura 8 Trinca de bloco Fonte: DNIT 005/2003 TER. Causas prováveis: decorrentes da retração do revestimento asfáltico e por variações diárias de temperatura (que resultam em ciclos diários de tensões e deformações). As trincas de bloco indicam que o asfalto sofreu endurecimento significativo, tornando-o menos flexível. As trincas de bloco caracterizam-se por ter uma configuração aproximada de um retângulo, com áreas variando de 0,1 m² a 10 m². Figura 9 Afundamento de trilha de roda Fonte: DNIT 005/2003 TER.

34 33 Causas prováveis: falha na dosagem de mistura asfáltica excesso de ligante asfáltico; falha na seleção de tipo de revestimento asfáltico para a carga solicitante; em geral com solevamento lateral. Figura 10 Afundamento local Fonte: DNIT 005/2003 TER. Causas prováveis: problemas ou deficiências construtivas, falhas de compactação, presença de solo borrachudo ; problemas de drenagem; rupturas por cisalhamento localizadas. Figura 11 Ondulação ou Corrugação Fonte: DNIT 005/2003 TER.

35 34 Causas prováveis: as corrugações são ondulações transversais ao eixo da via, devido à má execução (base instável), excesso de asfalto (baixa resistência da massa asfáltica) ou finos. As corrugações estão associadas às tensões cisalhantes horizontais geradas pelos veículos em áreas submetidas à aceleração ou frenagem. São comuns em subidas, rampas, curvas e interseções. Figura 12 Escorregamento Fonte: DNIT 005/2003 TER. Causas prováveis: escorregamento do revestimento asfáltico por falhas construtivas e de pintura de ligação.

36 35 Figura 13 Exsudação Fonte: DNIT 005/2003 TER. Causas prováveis: falhas de dosagem provocando excesso de ligante em alguns pontos ou de maneira generalizada; pode ocorrer por segregação de massa, com concentração de ligante em alguns pontos e falta em outros; ou ainda por cravamento de agregados em base e ascensão de ligante à superfície. Figura 14 Desgaste Fonte: DNIT 005/2003 TER. Causas prováveis: falhas de adesividade ligante-agregado; presença de

37 36 água aprisionada e sobre pressão em vazios da camada de revestimento gerando descolamento de ligante; problemas de dosagem deficiência no teor de ligante; falhas de bico em tratamentos superficiais; problemas executivos ou de projeto de misturas segregação de massa asfáltica. Figura 15 Panela ou Buraco Fonte: DNIT 005/2003 TER. Causas prováveis: local onde havia trincas interligadas e com a ação do tráfego e intempéries houve remoção do revestimento ou mesmo de parte da base; falha construtiva deficiência na compactação, umidade excessiva em camadas de solo, falha na imprimação; desagregação por falha na dosagem ou ainda segregação. Figura 16 Remendo mal executado Fonte: Bernucci et al. (2006).

38 37 Causas prováveis: preenchimento de depressões ou panelas com massa asfáltica; apesar de ser uma atividade de conservação é considerado um defeito por apontar um local de fragilidade do revestimento e por provocar danos ao conforto ao rolamento. Figura 17 Segregação Fonte: Bernucci et al. (2006). Causas prováveis: concentração de agregados em uma área e de mástique em outras, resultado da deficiência de ligante em alguns locais e excesso em outros; problemas na definição de faixa granulométrica da mistura, problemas de usinagem, problemas diferenciais de temperatura de distribuição e compactação. Figura 18 Bombeamento de finos Fonte: Bernucci et al. (2006).

39 38 Causas prováveis: subida à superfície por meio de fendas de material fino devido à presença de água sob pressão causada pela ação do tráfego e rapidamente aliviada após solicitação provocando a ascensão dos finos. Figura 19 Falha de bico espargidor Fonte: Bernucci et al. (2006). Causas prováveis: falha nos bicos espargidores em tratamentos superficiais, em geral com falta de ligante asfáltico provocando deficiência de cobertura e envolvimento dos agregados e seu consequente desprendimento pela ação do tráfego. Ainda em relação às patologias que podem ocorrer em pavimentos, Albano (2005) escreve que o desgaste e as panelas ocasionam incômodos aos usuários, contudo, por estarem localizados na superfície, são facilmente diagnosticados e recuperados e com custos relativamente baixos. Já os defeitos internos necessitam de mais atenção, pois são mais difíceis de serem detectados e são mais abrangentes em termos de efeito por afetarem a estrutura do pavimento. Ambos, o trincamento da superfície de Concreto Asfáltico, provocado pela fadiga do material e o afundamento da trilha de roda que, além da irregularidade superficial, possibilitam a infiltração e o acúmulo de água da chuva, exigem ações mais radicais e de maior custo para correção. Estes defeitos, ocasionados por veículos pesados, ocorrem

40 muitas vezes prematuramente devido ao excesso de peso destes veículos (ALBANO, 2005). 39 A deterioração de um pavimento por fadiga caracteriza-se pelo rompimento da camada de Concreto Asfáltico quando esta é solicitada continuamente por cargas que provocam tensões menores do que a resistência à tração do revestimento. As trincas surgem, inicialmente, na fibra inferior da camada de CA e propagam-se progressivamente para a superfície, dando a impressão, em um estágio final de evolução, semelhantes ao couro de crocodilo (ALBANO, 2005). A publicação Truck Weight Limits, da National Research Council (1990), traz uma análise do efeito de veículos pesados sobre a durabilidade dos pavimentos. Esse trabalho destaca que as condições e o desempenho dos pavimentos não dependem unicamente do número de veículos pesados e da carga por eixo que os pavimentos estão sujeitos. Outros fatores também devem ser considerados: adequação das espessuras das camadas que compõem o pavimento; qualidade dos materiais empregados na construção; procedimentos construtivos adotados; condições de manutenção da rodovia; propriedades do subleito existente e, condições ambientais (precipitação, umidade do ar e valor e variação da temperatura) Dimensionamento de pavimentos O dimensionamento de um pavimento, basicamente, consiste em determinar as espessuras de cada camada do pavimento de modo a resistir e transmitir ao subleito às cargas aplicadas pelo tráfego, sem que ocorra a ruptura da estrutura ou deformações plásticas (afundamentos em trilhas de roda) e deterioração excessiva do revestimento (trincamentos). Entretanto, o método brasileiro em vigor para

41 dimensionar pavimentos está ultrapassado e, sabidamente, não contempla os conhecimentos modernos da mecânica dos pavimentos. 40 O Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis, desenvolvido em 1966 pelo extinto Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), consiste em uma abordagem empírica, com base em dois parâmetros de entrada: o Índice de Suporte Califórnia (CBR) e o volume de tráfego, representado pelo número equivalente de eixos padrão durante o período de projeto (Número N = 8,2 tf). Este método foi concebido para garantir a proteção do subleito e pode ser considerado a favor da segurança em termos de acúmulo de deformações permanentes. No entanto, a fragilidade deste método está nas espessuras mínimas recomendadas para o revestimento asfáltico apenas em função do Número N, sem levar em consideração aspectos do material constituinte do revestimento e a sua interação com as demais camadas. Portanto, a metodologia empregada atualmente em projetos brasileiros seguindo a norma em vigor desconsidera as deformações elásticas que podem ocorrer no pavimento, e, por consequência, o fenômeno da fadiga do revestimento asfáltico. Devido ao demasiado período sem importantes projetos de obras rodoviárias, apesar do nível brasileiro de pesquisa em pavimentação ser avançado, as normas não acompanharam as pesquisas e muitas delas foram publicadas entre as décadas de 1960 à de 1980 e não sofreram revisões significativas. Com o novo cenário nacional em termos de obras de infraestrutura, devem-se rever alguns métodos de dimensionamento de pavimentos de tal modo a incluir os conhecimentos atuais nessa área, inclusive a experiência internacional Manutenção de pavimentos Segundo Silva (2008), a regra básica da manutenção de um pavimento consiste em, primeiramente, determinar a causa do defeito. A manutenção de pavimentos é um trabalho rotineiro efetuado com o objetivo de manter o pavimento próximo de sua condição original, quando da construção, sob condições normais de tráfego e temperatura.

42 No caso de um pavimento flexível há dois tipos de manutenção, de acordo com Silva (2008): 41 Manutenção preventiva como exemplo de manutenção preventiva pode-se citar a Selagem de Trinca, Manutenção da Drenagem e Camadas de Selamento (Micro revestimento a Frio, Lama Asfáltica, Tratamentos Superficiais, Selamento com areia ou com emulsão); Manutenção corretiva como exemplo de manutenção corretiva pode-se citar o Remendo e os Tratamentos Superficiais. A presença anormal de água na superfície do pavimento pode indicar problema com a drenagem (quer seja drenagem mal projetada, locada ou com sua superfície bloqueada). Na Figura 20 é possível ver o desempenho dos pavimentos em termos de serventia ao longo do tempo. Quando um pavimento atinge um valor mínimo de qualidade é necessário realizar uma atividade de manutenção preventiva e corretiva para desta forma, aumentar o Valor de Serventia Atual (VSA). Assim, o pavimento terá um prolongamento na sua vida útil. Figura 20 Período recomendável para a manutenção dos pavimentos Fonte: Bernucci et al. (2006).

43 42 O guia de dimensionamento de pavimentos norte-americano da AASHTO introduziu, pioneiramente, além do critério de resistência, também o critério de serventia do pavimento. Atribui-se como limite da aceitabilidade a nota 2,5 para vias de alto volume de tráfego e 2,0 para as demais. Na prática, sempre que o Valor de Serventia Atual atinge este patamar, uma intervenção de manutenção corretiva deve ser realizada de modo a repor o índice a um valor superior. No período em que o pavimento apresenta VSA acima deste valor, deve-se realizar manutenção preventiva periódica de modo a prolongar o tempo em que ele permanece em condição aceitável quanto ao rolamento (BERNUCCI et al., 2006). Caso não haja manutenção ou esta seja inadequada, o pavimento pode atingir o limite de trafegabilidade, situação na qual se torna necessária sua reconstrução. Após a manutenção corretiva, o valor de serventia eleva-se novamente podendo atingir valores menores, iguais ou maiores à serventia inicial do pavimento (BERNUCCI et al., 2006).

44 43 3 MATERIAIS E MÉTODO 3.1 Materiais Localização e características da rodovia ERS-421 A ERS-421 é uma rodovia de pista simples e de Classe IV-B do Estado do Rio Grande do Sul. Pela sua localização geográfica e funcionalidade é considerada uma rodovia de ligação da BR-386 (Lajeado até Boqueirão do Leão, passando por Forquetinha) que atinge uma extensão aproximada de 57 km. É uma rodovia recente, executada pelo Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem (DAER), que em sua totalidade, ainda não foi concluída. Ela é dividida da seguinte forma: BR-386 Forquetinha Extensão: aproximadamente, 12 km Pavimentação 100% concluída Forquetinha Sério Extensão: aproximadamente, 23 km Pavimentação, aproximadamente, 70% concluída Sério Boqueirão do Leão Extensão: aproximadamente, 22 km Pavimentação, aproximadamente, 70% concluída

45 44 No mapa rodoviário abaixo (FIGURA 21) é possível ver a abrangência da ERS-421. O tracejado representa o trecho em pavimentação. Figura 21 Mapa rodoviário Fonte: Adaptada pela autora com base em Mapa Rodoviário DAER (2013). A estrutura do pavimento da ERS-421 foi feita com 5 cm de CBUQ, com uma base e sub-base de 20 cm de brita graduada e o CBR do subleito é de 9%, segundo Projeto Básico de Recuperação do Pavimento (2009), realizado pelo DAER. Esta estrutura pode ser vista na Figura 22. Os dados de tráfego, conforme o Projeto Final de Engenharia do DAER, mostravam para o ano de 1998 um N = 3,4x10 5 (N é o número de repetições da carga do eixo padrão de 8,2 t por ano considerado equivalente aos eixos dos veículos comerciais da frota circulante.). Da análise dos valores obtidos em 2002 e a redução do tráfego visto, comparativamente, projetouse, a partir do ano de 2009, para o período de projeto de 10 anos um N = 1,3x10 6, sendo este o valor de referência estimado para o projeto proposto.

46 45 Figura 22 Estrutura do pavimento da ERS-421 Fonte: Autora (2013). Segundo Projeto Básico de Recuperação do Pavimento realizado em março de 2009, para uma extensão de 4,50 km (entre o quilômetro 1 e 5) da ERS-421 entre a BR-386 (Lajeado) e Forquetinha, o pavimento apresentava inúmeros defeitos, como afundamentos localizados, afundamento de trilha de roda, panelas e problemas de drenagem. Além disto, constatou-se que não houve recuperação/restauração no período de projeto (10 anos), o que indicava que o revestimento já se encontrava no limite de trincamentos por fadiga tendendo a desagregação. De acordo com a Secretaria dos Transportes do DAER, a situação do pavimento deste trecho de 4,50 km, em 2009, foi assim descrita: O estágio mais avançado das trincas, a idade do pavimento e a ação continuada do tráfego e do clima sobre o revestimento asfáltico, impedem que o pavimento apresente uma resposta mecânica adequada, além de permitir infiltração de água para camadas inferiores, quando a perda de resistência das mesmas se combina com os efeitos do revestimento entre as trincas. A partir destas constatações, além de pedidos de moradores para a melhoria da rodovia, foram realizados, neste mesmo ano, reparos profundos localizados e até mesmo remoção do pavimento para posterior colocação de lama asfáltica. Estabelecimento do critério de restrição Para este trabalho será considerado apenas um trecho de 300 metros da rodovia ERS-421, localizado no bairro Conventos, entre os quilômetros e

47 O mesmo foi escolhido devido a grande ocorrência de defeitos no pavimento, onde se verificou o grau de trincamento e deformações, em uma pequena extensão da rodovia. Na Figura 23, é possível ver o trecho avaliado com extensão total de 300 metros demarcado numa imagem aérea do local. Figura 23 Trecho avaliado da ERS-421 Forquetinha Lajeado Fonte: Adaptada pela autora com base em Google Maps (2013) Caracterização e descrição do subleito O município de Lajeado situa-se na Encosta Inferior do Nordeste, parte centro-leste do estado do Rio Grande do Sul. Está inserido na região geográfica do Vale do Taquari, conforme divisão geográfica regionalizada pelo Decreto Estadual nº , de 11 Outubro de 2000 (LAJEADO, 2013). Em termos geomorfológicos, conforme as definições estabelecidas pelo RADAMBRASIL (1996), o município de Lajeado apresenta-se inserido na Região Geomorfológica Planalto das Araucárias (unidade de relevo Serra Geral e unidade de relevo Patamares da Serra Geral). O Planalto das Araucárias e a Depressão Central Gaúcha compõe o Domínio Morfoestrutural das Bacias e Coberturas Sedimentares abrangendo rochas da Bacia do Paraná, da fase efusiva. Na Figura 24, é possível ver as províncias geomorfológicas do estado do Rio Grande do Sul.

48 47 Figura 24 Províncias geomorfológicas do Rio Grande do Sul Fonte: Atlas Socioeconômico do Estado do Rio Grande do Sul, Secretaria da Coordenação e Planejamento 2ªedição A Bacia do Paraná, em toda sua extensão, é representada por sedimentos e rochas vulcânicas. Um terço da área aflorante desta Bacia é composta por rochas sedimentares enquanto que dois terços é coberta por fluxos de lava. Os Patamares da Serra Geral correspondem aos terminais rebaixados em continuidade à unidade geomorfológica Serra Geral e Área Serrana, que avançam sobre as áreas referentes e à Unidade Geomorfológica Depressão do Rio Jacuí ao sul. Representa testemunhos do recuo da linha da escarpa a qual se desenvolveu nas sequências vulcânicas e sedimentos de cobertura da Província Paraná. Essa Unidade caracteriza-se no Município, por apresentar relevo heterogêneo, composto em toda a sua extensão por rochas básicas (basalto) englobando formas em colinas com pequeno aprofundamento dos vales fluviais, formas de relevo que apresentam forte controle estrutural e formas planares. Segundo Roisenberg et al. (2008), o basalto é amplamente utilizado nas

49 48 indústrias de construção civil, para confeccionar estradas, pisos, revestimentos e paredes. Pode ser utilizado como pedra de talhe, para calçamento de ruas, saibro (quando alterado) e brita. Além das aplicações para a construção, o basalto é utilizado também para finalidades artísticas. A região do Vale do Taquari é classificada como termicamente subtropical, pois nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, a temperatura média mensal é superior a 22 C. Já nos meses de inverno, junho a agosto, o valor médio das temperaturas mínimas encontra-se na faixa de 8 a 10 C. Destaca-se ainda que é comum a ocorrência de períodos frios, de uma ou duas semanas, alternados com a ocorrência de períodos com temperaturas elevadas, pois no Rio Grande do Sul é normal a ocorrência de massas quentes e frias de ar ao longo de todo ano. Com relação à precipitação, verifica-se que não existe uma estação seca bem definida. No entanto, constata-se que, em um a cada cinco anos, ocorrem deficiências hídricas significativas de até 40 mm nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, considerando-se uma capacidade máxima de armazenamento de água no solo de 100 mm Programa SisPav As análises de previsão de desempenho para o pavimento estudado e das possíveis soluções propostas de restauração foram embasadas nos resultados do programa SisPav. O uso dessa ferramenta computacional é de grande valia para entender o comportamento de pavimentos flexíveis, pois emprega conceitos mecanísticos nas análises. Conforme Fonseca (2013), a atuação da mecânica dos pavimentos está na análise de tensões, deformações e deslocamentos na estrutura do pavimento, sendo estes conhecidos como parâmetros de deformabilidade. As análises destes parâmetros são, geralmente, realizadas através de programas computacionais, como é o caso do programa SisPav de Franco (2007). O SisPav possibilita o dimensionamento de pavimentos com base nos dados da estrutura, que realiza a análise por meio de algoritmos, calculando a espessura

50 da camada necessária para atender aos requisitos de projeto. Além disto, o SisPav permite analisar a vida útil de projeto de estruturas informadas ao programa. 49 Em ambas as análises, o programa verifica os danos acumulados por fadiga no revestimento asfáltico ou, se for o caso, na base das camadas cimentadas. Opcionalmente, o projetista pode solicitar as estimativas de afundamento de trilha de roda e dos danos relativos à deflexão máxima na superfície do pavimento e à tensão limite no topo do subleito (FRANCO, 2007). De acordo com este mesmo autor, o SisPav foi dividido em cinco abas ou janelas principais, para melhor visualização e controle das informações. Com isso, os dados podem ser inseridos, alterados ou removidos de forma simples e prática (FRANCO, 2007). O Menu principal do programa possui as opções Projeto; Editar; Resultados; Ferramentas; e Ajuda, conforme detalhe apresentado na Figura 25. Figura 25 Menu principal do programa SisPav Fonte: Adaptada pela autora (2014). A tela de abertura do programa (FIGURA 26) se refere à entrada de dados referentes à estrutura do pavimento a ser analisada. É possível indicar cada camada como mistura asfáltica, solo melhorado com cimento, solo cimento, brita graduada com cimento, concreto compactado a rolo, material granular, solo laterítico, solos finos, siltosos e argilosos. A cada camada inserida, para cada material constituinte, o programa sugere valores dos principais parâmetros como Módulo de Resiliência, coeficiente de Poisson e o modelo constituinte da equação do Módulo de Resiliência em função do tipo de material. Além dos parâmetros mencionados, o programa também permite informar outros parâmetros de caracterização dos materiais selecionados com base nas normas de especificação de materiais e serviços previstos no DNIT.

51 50 O programa permite a entrada de até 8 camadas e limita suas espessuras durante o dimensionamento entre 10 cm e 60 cm para todas as camadas, com exceção do revestimento que varia de 5 cm a 20 cm, por questões práticas. Quando, durante o dimensionamento, o programa atingir o limite inferior da espessura significa que a estrutura suporta as condições do carregamento e do clima impostos. Porém, se atingir o limite superior é por que a estrutura não atende as exigências do projeto. Nos dois casos, segundo Franco (2007), sugere-se rever manualmente a estrutura, alterando as propriedades dos materiais, adicionando ou removendo camadas de forma a adequar a nova estrutura aos requisitos de projeto. Figura 26 - Tela de entrada de dados de caracterização da estrutura (SisPav) Fonte: Adaptada pela autora (2014). O passo seguinte é a configuração da composição do tráfego. Nesta etapa informa-se o tipo de eixo, o volume para o primeiro ano obtido através de contagens, pesquisas em estudos existentes ou valores estimados, taxa de crescimento do tráfego ao ano, carga, pressão do pneu, vida de projeto informada em anos, percentual de veículos na faixa de projeto, variação lateral do tráfego, alinhamento crítico e variação sazonal ao longo do ano (FIGURA 27). À medida que os eixos são inseridos, o programa calcula automaticamente o Número N equivalente de repetições do eixo padrão, conforme o método do DNIT (2006). Este valor é atualizado quando qualquer informação relativa ao peso, volume de tráfego, taxa de crescimento, número de anos etc. é alterado pelo projetista (FRANCO, 2007).

52 51 Figura 27 - Tela de entrada de dados de caracterização do tráfego (SisPav) Fonte: Adaptada pela autora (2014). Informações quanto à temperatura do ar ao longo do ano configurando a influência do clima da região são informados na aba Clima do SisPav, sendo necessário somente escolher a capital e o mês, para que o Programa carregue os dados de seu banco de dados (FIGURA 28). Também é possível informar dados específicos do local da obra. As últimas linhas da tabela descrita na janela Clima (Média e Erro padrão) são calculadas automaticamente. Da mesma forma, o gráfico é atualizado quando qualquer informação na tabela for alterada. O programa não avalia o efeito da variação da umidade sobre os materiais de pavimentação e o subleito por considerar que a umidade de equilíbrio é alcançada. Portanto, o SisPav não apresenta ao projetista opções para entrada de parâmetros relacionados a variabilidade de umidade dos materiais (FRANCO, 2007).

53 52 Figura 28 - Tela clima do programa SisPav Fonte: Adaptada pela autora (2014). Na aba seguinte têm-se os modelos de danos que podem ocorrer na estrutura de um pavimento. Ao selecionar na lista o modelo desejado, o Programa apresenta o nome do modelo de comportamento; a sua expressão de regressão matemática; os parâmetros da regressão; o fator campo-laboratório; e informações diversas como a fonte de referência, de onde se obteve o modelo e os parâmetros. A tela modelos é apresentada na Figura 29 a seguri.

54 53 Figura 29 Tela modelos do SisPav Fonte: Adaptada pela autora (2014). Na tela opções apresentada na Figura 30, o projetista pode alterar parâmetros para otimizar os cálculos do dimensionamento dos pavimentos. Dependendo da análise, o programa pode não convergir para uma espessura ótima que atenda aos requisitos de projeto durante o dimensionamento. Assim, foi definido um limite máximo para o número de tentativas que o programa irá fazer para realizar o dimensionamento. O número padrão escolhido foi de vinte, uma vez que o programa, na maioria das vezes, converge ou para espessura ótima ou para os valores limites de espessura antes das vinte tentativas. O valor também pode ser alterado pelo projetista, caso ache necessário (FRANCO, 2007). O nível de confiabilidade utilizado nas análises é de 50% como padrão. Podese alterar a confiabilidade para outra selecionando uma das opções constantes da caixa de seleção. Os valores são 50% (parâmetros médios); 75%; 85%; 90% e 95%. É dada ao projetista a opção de ativar as considerações no dimensionamento, ou análise da vida de projeto, os danos relativos à deflexão máxima admissível na superfície do pavimento, ou à tensão máxima no topo do subleito. Estes controles são desativados como padrão pelo programa, apenas para tornar a análise mais

55 54 rápida. Com eles desativados, o controle no dimensionamento é feito apenas pela fadiga da camada asfáltica do revestimento ou das camadas cimentadas. Figura 30 Tela opções do SisPav Fonte: Adaptada pela autora (2014). Neste momento, o programa SisPav já está com os dados necessários para realizar a análise da estrutura informada, calculando a vida útil do pavimento ou dimensionando uma camada da estrutura da proposta pelo usuário (FONSECA, 2013). O projetista pode ainda verificar os resultados na aba referente, inclusive com ilustrações gráficas ou através de planilhas dos resultados (FIGURA 31). Ele pode também emitir um relatório contendo os dados de entrada, os modelos utilizados e os resultados obtidos. Figura 31 Aba resultados do programa SisPav Fonte: Adaptada pela autora (2014).

56 Método Para obter um parâmetro definidor das condições de superfície do pavimento e um inventário de ocorrências e suas prováveis causas, foi realizado um levantamento fotográfico dos defeitos existentes no trecho escolhido da ERS-421. Estes registros foram feitos antes, durante e após a reconstrução do trecho. A partir de então, com o auxílio do programa SisPav, foram desenvolvidos quatro testes (cenários diferentes) para avaliar e dimensionar o pavimento. Com o SisPav foi possível também, propor soluções ao trecho. O Primeiro Teste teve como objetivo avaliar a vida de projeto do pavimento antes da sua reconstrução. Os dados de entrada para o programa, de todos os testes, teve como base as temperaturas médias mensais do município de Lajeado e aqueles disponibilizados pelo DAER, como as espessuras das camadas e o valor do Número N. Para este Primeiro Teste, o nível de confiabilidade foi variado para se observar o que acontece com a vida de projeto. No Segundo Teste foi dimensionada a camada de revestimento asfáltico para que ele durasse, aproximadamente, 10 anos. Neste Teste, os níveis de confiabilidade também foram variados, para, após rodar o programa, ver o que aconteceria com a espessura da camada de revestimento. Já o Terceiro Teste objetivou avaliar a espessura do revestimento em função da modificação dos valores dos Módulos de Resiliência das camadas de material granular (base e sub-base). E por fim, o Quarto Teste avaliou a espessura do revestimento em função da variação dos valores dos Módulos de Resiliência da camada de material asfáltico. Neste e no Terceiro Teste, o nível de confiabilidade permaneceu constante, ou seja, 95%. Para os quatro testes foram gerados um gráfico ou uma tabela com os valores das deflexões ao longo de algumas distâncias do trecho.

57 56 4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS 4.1 Primeiros registros fotográficos Para uma primeira etapa realizou-se, no dia 11 de outubro de 2013, um levantamento visual e fotográfico da situação inicial do trecho avaliado. Como pode ser visualizado na Figura 32, o trecho é constituído por pista simples, é pouco sinalizado e não possui acostamento. Por estar todo em declive, sentido Lajeado - Forquetinha, o trecho favorece a alta velocidade dos veículos e a ultrapassagens perigosas. Figura 32 Trecho escolhido Forquetinha Fonte: Autora (2013).

58 57 Os principais defeitos encontrados neste trecho da ERS-421 ocorriam no sentido Forquetinha - Lajeado (rampa em aclive), como podem ser vistos nas Figuras 33 a 39. Figura 33 - Trinca interligada couro de jacaré Fonte: Autora (2013). Figura 34 - Afundamento local, ondulação, panela, trinca interligada couro de jacaré, escorregamento Fonte: Autora (2013).

59 Figura 35 Afundamento local, trinca interligada couro de jacaré, escorregamento, trinca longitudinal longa 58 Fonte: Autora (2013). Figura 36 Trinca interligada couro de jacaré, associada a um afundamento local Fonte: Autora (2013).

60 59 Figura 37 Afundamento local, trincas Fonte: Autora (2013). Figura 38 Escorregamento, trincas Fonte: Autora (2013).

61 Figura 39 Afundamento local, trinca interligada couro de jacaré, escorregamento, trinca longitudinal longa 60 Fonte: Autora (2013). Já as patologias encontradas no sentido Lajeado - Forquetinha podem ser visualizadas nas Figuras 40, 41 e 42. Figura 40 - Desgaste Fonte: Autora (2013).

62 61 Figura 41 Panela, trinca interligada couro de jacaré, remendo mal executado Fonte: Autora (2013). Figura 42 Remendo mal executado Fonte: Autora (2013). Outra característica importante de ser destacada é que neste trecho, a rodovia possui bueiros e sarjeta apenas em um sentido, no sentido Lajeado Forquetinha (em declive). Como pode ser observado nas Figuras anteriores (40 a 42), este sentido não possuía tantos defeitos, ao contrário do outro sentido (em aclive) que era provido de inúmeros problemas. As Figuras 43 e 44 mostram as

63 62 laterais da rodovia ERS-421. Figuras 43 e 44 Sentido Lajeado - Forquetinha e sentido Forquetinha - Lajeado, respectivamente Fonte: Autora (2013). Como visto nas Figuras, havia um grande número de defeitos neste trecho de 300 m da rodovia ERS-421. As patologias encontravam-se num estágio bastante avançado e medidas reparadoras deviam ser feitas imediatamente. A manutenção de um pavimento asfáltico não deve ser realizada tão somente como correção funcional ou estrutural. É aconselhável, conforme Bernucci et al. (2006), um plano estratégico de intervenções periódicas, envolvendo também manutenção preventiva, de modo a garantir um retardamento do decréscimo das condições de superfície. Além disto, serviços periódicos de conservação devem ser sempre realizados envolvendo técnicas reparadoras em locais específicos, como limpeza e preservação do sistema de drenagem, dos acostamentos e das áreas lindeiras à estrada.

64 Reconstrução do trecho Em março de 2014 iniciou-se o processo de reconstrução de parte do trecho escolhido, entre os quilômetros e 4+074, uma vez que a equipe técnica do DAER constatou que o pavimento se encontrava em um estado avançado de degradação. Além disto, as intensas manifestações da população residente próxima ao local e de motoristas, fizeram com que providências fossem tomadas. Inicialmente, segundo informações dos engenheiros da 11ª Superintendência Regional - DAER Lajeado, foi reconstituída somente a faixa do sentido Forquetinha Lajeado que é a mais crítica. No outro sentido, até o momento, aparentemente não foram identificadas novas patologias no pavimento. O serviço foi efetuado por uma empresa terceirizada, contratada pelo órgão público, e fiscalizada por profissionais da área. Neste local, devido ao grau de deterioração do pavimento, teve que ser executado remendo subsuperficial, ou seja, a remoção do material deficiente da base, sua substituição por outro em perfeito estado e posterior reconstrução dela e da camada betuminosa. Como a área era suficientemente grande, foi possível a utilização de equipamentos como caminhão basculante para o transporte de material e rolo compactador liso. Outros equipamentos como rolo compactador pé-de-carneiro, retroescavadeira, máquina com disco de corte também foram usados. Inicialmente, marcou-se a área ser recomposta e delimitou-se o contorno com o formato de um retângulo, com os cantos no esquadro. O corte e o rompimento das camadas de base e revestimento, a partir da área demarcada, foram executados com uma máquina com disco de corte. Em seguida, os materiais comprometidos destas camadas foram removidos com retroescavadeira formando um buraco em corte tipo caixão. As paredes desta cavidade ficaram na vertical, como mostra a Figura 45. Além disto, nesta Figura, também é possível visualizar as camadas do pavimento no sentido Lajeado Forquetinha.

65 64 Figura 45 Corte vertical do pavimento Fonte: Autora (2014). Em um determinado ponto deste trecho, foi identificada a existência de umidade excessiva na camada de sub-base, conforme Figura 46. O sistema de drenagem do pavimento não estava mais em boas condições, pois o dreno composto por brita e a manta geotêxtil encontravam-se em mau estado, os drenos realizados por canos estavam entupidos e/ou quebrados e as valetas foram preenchidas com terra. Existia uma série de problemas relacionados à drenagem e que, portanto, colaborou para a deterioração do pavimento. A Figura 47 mostra parte do dreno antigo de 50 cm de largura feito com manta e brita e a outra parte já sendo preenchida com rachão para posterior compactação. Neste local, o pavimento foi aprofundado em 0,60 m. No detalhe desta Figura, as más condições da manta.

66 65 Figura 46 Problema com umidade nas camadas do pavimento Fonte: Autora (2014). Figura 47 Dreno antigo sendo preenchido com rachão Fonte: Autora (2014). Na Figura 48 que segue, é possível ver o rolo compactador liso compactando o rachão utilizado para preencher o dreno.

67 66 Figura 48 Rolo compactador liso na compactação do rachão Fonte: Autora (2014). A dimensão da área reconstruída foi de 489,26 m², sendo 103,00 m de comprimento e 4,75 m de largura. As camadas do pavimento removidas foram novamente executadas com 20 cm de base e 5 cm de revestimento CBUQ. A base foi refeita com brita graduada simples, limpa e compactada. A Figura 49 mostra a camada de revestimento concluída. E nas Figuras 50 (a) e (b) pode-se observar o trecho na atual situação. Figura 49 Camada de revestimento betuminoso Fonte: Autora (2014).

68 67 Figuras 50 (a) e (b) Trecho na atual situação Fonte: Autora (2014). 4.3 Testes com o programa SisPav O Primeiro Teste foi realizado para avaliar a vida de projeto do pavimento da ERS-421 antes da reconstrução do trecho no sentido Forquetinha Lajeado. Os tipos de eixo selecionados foram o eixo padrão rodoviário, com 8,2 tf; o eixo duplo e dois eixos duplos em tandem. O volume de tráfego no primeiro ano de projeto foi, respectivamente, , ,00 e 7.500,00. Já a pressão de inflação para as três configurações de veículos foi de 0,80 MPa; e a variação lateral de 0,30 m. As temperaturas médias mensais para o município de Lajeado seguem na Figura 51. Figura 51 Temperaturas médias mensais de Lajeado Fonte: Adaptada pela autora com base em Climate-Data.org.

69 68 A estrutura analisada está descrita na Tabela 3. Tabela 3 Estrutura utilizada no Teste 1 Material Espessura (m) Coef. Poisson Módulo Elástico Linear (MPa) Material asfáltico Material granular Material granular Solos finos, siltosos ou argilosos Fonte: Autora (2014). Neste Teste foram considerados os danos relativos à deflexão máxima admissível na superfície do pavimento e à tensão admissível no topo do subleito do pavimento. Variou-se o nível de confiabilidade e, consequentemente, a vida de projeto, como segue no gráfico da Figura 52. Figura 52 Vida de projeto em função do nível de confiabilidade Fonte: Autora (2014). Como pode ser visto, e como era de se esperar, quanto maior o nível de confiabilidade exigido no projeto menor o tempo previsto de duração do pavimento. A partir do programa SisPav pode-se também obter os valores das deflexões ao longo de várias distâncias da aplicação de carga e, assim, determinar a bacia defletométrica do pavimento. Estes valores representam a resposta elástica conjunta de todas as camadas do pavimento e do subleito aos carregamentos externos

70 69 (ALBERNAZ, 1997). Ou seja, a bacia de deflexão caracteriza as condições estruturais do pavimento. No gráfico da Figura 53 é possível ver os valores das deflexões que resultaram do Primeiro Teste. Mesmo variando os níveis de confiabilidade, os valores das deflexões permaneceram iguais. Figura 53 Bacia de deflexão para controle no campo Teste 1 Fonte: Autora (2014). O Segundo Teste teve como objetivo dimensionar a camada de revestimento asfáltico para que durasse em torno de 10 anos. Para isto, também foram variados os níveis de confiabilidade e os demais valores foram mantidos conforme o Primeiro Teste realizado. Se o nível de confiabilidade fosse de 95%, o revestimento deveria ter aproximadamente 10 cm. Este e os demais resultados podem ser conferidos no gráfico da Figura 54.

71 Figura 54 Variação da espessura da camada de revestimento em função do nível de confiabilidade 70 Fonte: Autora (2014). Para este Teste, os valores das deflexões variaram conforme o nível de confiabilidade. Isto acontece devido à mudança na configuração da estrutura do pavimento, ou seja, variação na espessura do revestimento asfáltico. Conforme a Figura 55 observa-se que com o aumento do nível da confiabilidade e, por consequência, aumento da espessura do revestimento, a bacia de deflexões sofre uma redução da sua magnitude, especialmente próximo ao D0 (medida de deflexão no centro do eixo do caminhão).