UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA ENGENHARIA CIVIL JOCHEZAN DA SILVA COSTA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA ENGENHARIA CIVIL JOCHEZAN DA SILVA COSTA ANÁLISE COMPARATIVA DE ALTERNATIVAS PARA PAVIMENTAÇÃO DE RODOVIAS: PAVIMENTO FLEXÍVEL X PAVIMENTO RÍGIDO FORTALEZA 2013

2 i JOCHEZAN DA SILVA COSTA ANÁLISE COMPARATIVA DE ALTERNATIVAS PARA PAVIMENTAÇÃO DE RODOVIAS: PAVIMENTO FLEXÍVEL X PAVIMENTO RÍGIDO Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Civil do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Sérgio Armando de Sá e Benevides. FORTALEZA 2013

3 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará Biblioteca de Ciências e Tecnologia C87a Costa, Jochezan da Silva. Análise comparativa de alternativas para pavimentação de rodovias: pavimento flexível x pavimento rígido / Jochezan da Silva Costa f. : il. color., enc. ; 30 cm. Monografia (graduação) Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia de Transportes, Curso de Engenharia Civil, Fortaleza, Orientação: Prof. Dr. Sérgio Armando de Sá e Benevides. 1. Custo de manutenção. 2. Pavimento asfáltico. 3. Pavimento de concreto. I. Título. CDD 620

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5 iii AGRADECIMENTOS A todos que contribuíram para a elaboração deste trabalho.

6 iv RESUMO Por ter um custo incial menor, comparado à pavimentação rígida, o pavimento flexível acaba por ser mais empregado, enquanto a pavimentação rígida ainda é pouco empregada por ter, além de um custo inicial maior, o estígma de estar relacionada apenas a tráfegos muito intensos. A avalição das vantagens da escolha entre o pavimento flexível, e o pavimento rígido, será o alvo deste trabalho. Ao estar diante desta escolha o engenheiro rodoviário tem uma decisão não muito fácil a ser tomada, a qual constitui o problema de pesquisa do presente trabalho. A pesquisa, através de uma metodologia de caráter essencialmente teórico/bibliográfico, busca identificar os usos mais aconselháveis para os respectivos tipos de pavimento citados, assim como os custos associados a sua implantação e manutenção durante o período de projeto. Tem como objetivo geral analisar as características técnicas destes dois tipos de pavimento, assim como os custos associados à implantação dos mesmos, desde a execução da obra ao término do período de projeto considerado, indicando, ao final, o uso mais adequado para cada tipo de pavimento e suas restrições e limitações técnicas. Concluiuse que a pavimentação rígida, comparada à flexível, tem custo-benefício melhor devido à baixa necessidade de manutenção durante o período de vida útil. Também que, dados os métodos e características comparadas, o pavimento rígido se apresenta como um produto mais confiável e de elaboração mais sofisticada. Palavras-chave: pavimento flexível; pavimento rígido; análise comparativa;

7 v ABSTRACT By having lower initial cost compared to rigid pavement, the pavement turns out to be more flexible employee, while the rigid pavement is still little used to have, but a higher initial cost, the stigma of being related only very intense traffic. The evaluation of the advantages of choosing between flexible pavement and rigid pavement will be the target of this work. As I stand before this choice the road engineer has a complex decision to be taken, which is the research problem of this study. The research, through a methodology of a character essentially theoretical / bibliographic, seeks to identify the most recommended uses for each type of flooring cited, as well as the costs associated with the deployment and maintenance during the project period. Aims at analyzing the technical characteristics of these two types of flooring, as well as costs associated with the deployment of the same, since the building of the pavement until the end of the project period considered, indicating the end, the most appropriate use for each type of flooring and its constraints and technical limitations. It was concluded that the paving rigid compared to the flexible, has better cost-effective due to the low need for maintenance during the lifetime. Also that the methods and data characteristics compared, the rigid pavement is presented as a more reliable and more sophisticated formulation. Keywords: flexible pavement, rigid pavement; comparative analysis;

8 vi LISTA DE FIGURAS Figura 1- Matriz de transportes do Brasil... 1 Figura 2 - Condições das rodovias brasileiras... 8 Figura 3 - Configuração Estrutural do Pavimento Flexível... 9 Figura 4 - Estrutura do Pavimento Rígido Figura 5 - Modelos de eixo: Eixo Simples / Tandem Duplo / Tandem Triplo Figura 6 - Eixo Padrão Rodoviário Figura 7 - Ábacos para determinação de FEO Figura 8 - Estratificação do Pavimento Flexível Figura 9 - Esp. mínima de rev. betuminoso / Estrutura das camadas / Inequações Figura 10 - Ábaco de espessura em função de N e CBR Figura 11 - CBR x Coeficiente de recalque Figura 12 - Principais defeitos em pavimentos flexíveis Figura 13 - Principais defeitos em pavimentos rígidos Figura 14 - Locais de realização de pesquisa - SICRO Figura 15 - Comparação de distribuição de tensões Figura 16 - Comparativo de custo de manutenção Figura 17 - Comparativo de custo total... 41

9 vii LISTA DE TABELAS Tabela 1- Eixos: Tipo / Carga / Configuração Tabela 2 Coeficientes de equivalência estrutural Tabela 3 - Coeficientes de recalque x Tipo de solo Tabela 4- Fatores de segurança de carga Tabela 5- Espessura dos pavimentos Tabela 6 - Custo por metro Tabela 7 - Custos de Manutenção Tabela 8- Resumo do comparativo... 41

10 viii SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Estrutura da monografia OBJETIVOS E MOTIVAÇÃO DO ESTUDO Objetivos Motivação do estudo REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Considerações iniciais acerca da pavimentação rodoviária Conceitos preliminares Pavimento rodoviário Função do pavimento rodoviário Classificação dos pavimentos rodoviários Breve contextualização histórica Diretrizes básicas para o projeto de pavimentação O pavimento flexível O pavimento rígido A carga rodoviária solicitações ao pavimento Configurações de eixo Eixos simples Eixos tandem O conceito de eixo padrão rodoviário O tráfego rodoviário no projeto de pavimentação Dimensionamento do pavimento rodoviário Dimensionamento de pavimento flexível O número N Fator de veículo - FV Fator de eixo - FE Fator de carga - FC Fator climático regional - FR A espessura das camadas do pavimento Dimensionamento de pavimento rígido Parâmetros iniciais de dimensionamento - PCA/

11 ix Procedimentos para dimensionar o pavimento - PCA/ Desempenho e defeitos Pavimento flexível Pavimento rígido Manutenção Pavimento flexível Pavimento rígido SICRO sistema de custos rodoviários Modelos de previsão de desempenho METODOLOGIA ANÁLISE COMPARATIVA Estrutura Dimensionamento Execução Manutenção Custos Custo inicial Custo de manutenção Custo total Resumo comparativo CONCLUSÃO REFERÊNCIAS ANEXO A QUADROS E FIGURAS PARA DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO RÍGIDO PELO MÉTODO PCA/

12 1 1. INTRODUÇÃO O transporte rodoviário é um dos principais meios utilizados para o deslocamento de cargas no sistema logístico nacional. Segundo dados do instituto ILOS Instituto de Logística e Supply Chain (2010), dentro deste sistema logístico, o modal rodoviário é atualmente o mais representativo; responsável por cerca de 60% do transporte de carga realizado em território brasileiro. No gráfico abaixo pode ser vista a distribuição dos modais na matriz de transportes do sistema logístico brasileiro. Figura 1- Matriz de transportes do Brasil Fonte: ILOS - Instituto de Logística e Supply Chain (2010). Ainda segundo o ILOS, a malha rodoviária nacional é composta por 1,58 milhões de quilometros de estensão. Destes, apenas 214,2 mil quilometros são de rodovias pavimentadas, o que representa apenas cerca de 14% do total. Dentre estes 14% de rodovias pavimentadas, predomina a utilização da pavimentação flexível. Possivelmente, por ter um custo incial menor, comparado a pavimentação rígida, o pavimento flexível acaba sendo mais adotado. A pavimentação rígida ainda é pouco empregada por ter custo inicial relativamente maior, e também por ter o estígma de estar relacionada apenas a tráfegos muito intensos. Assim, a avalição das vantagens da escolha pela implantação de pavimentação flexível, ou de pavimentação rígida, será alvo deste trabalho. As diferenças entre estes dois tipos de pavimento (o rígido e o flexível) já se mostram desde a etapa de dimensionamento. Além desta diferença, ainda existem várias

13 2 outras relativas ao desempenho, adequabilidade às variáveis climáticas, aos custos incidentes à implantação do projeto, dentre outras. Trazendo inúmeras inovações nas alternativas de soluções, a engenharia de pavimentos vem, ao longo dos anos, evoluindo cada vez mais. Com o surgimento de novas tecnologias torna-se necessário ao profissional da engenharia estar atento às novas possibilidades e avaliá-las em termos de viabilidade às aplicações específicas, implicando então na demanda por estudo que faça o comparativo entre aplicação de pavimento do rígido e do pavimento flexível. Diante do exposto, vê-se que o engenheiro rodoviário tem a sua frente uma decisão não muito fácil a ser tomada, a qual constitui o problema de pesquisa do presente trabalho, dando origem a seguinte pergunta: ao projetar uma rodovia, buscando uma estrutura racional em termos técnicos e financeiros, qual tipo de pavimento adotar? Pergunta esta que por sua vez origina as seguintes perguntas secundárias: Qual tipo de pavimento implica em menores custos? Qual implica em menores gastos com manutenção ao longo do tempo de projeto? Quais as características preponderantes dos tipos de pavimentos? Qual tem vida média maior, já considerando as ações de manutenção e conservação? De modo geral, a pesquisa busca identificar os usos mais aconselháveis para os respectivos tipos de pavimento citados, assim como os custos associados a sua implantação, desde a execução da obra ao término do período de projeto, indicando suas restrições e limitações técnicas. Deste modo permitirá o desenvolvimento de uma relação entre estes pavimentos para indicar qual deles terá um melhor desempenho, analisando a estrutura, o custo-benefício, execução, e demais fatores que os caracterizam Estrutura da monografia O presente documento está estruturado em 6 (seis) capítulos, sendo estes particularizados brevemente a seguir:

14 3 Capítulo I - Introdução: apresenta o tema levantado pela monografia, definindo o problema de pesquisa e as questões oriundas deste. Dá uma noção geral sobre o assunto tratado. Capítulo II - Objetivo e Motivação do Estudo: apresenta o objetivo geral do estudo, assim como também, a razão de tal estudo. Capítulo III - Revisão Bibliográfica: descreve de modo breve a teoria que serviu de base para os conhecimentos necessários na realização dos procedimentos da metodologia. Capítulo IV - Metodologia: apresenta a forma como foi realizada a pesquisa, descrevendo resumidamente os passos empregados na elaboração dos resultados. Capítulo VI Conclusão: apresenta os resultados da pesquisa, o comparativo das soluções de pavimentação estudadas. Resume e correlaciona os conhecimentos levantados na revisão bibliográfica.

15 4 2. OBJETIVOS E MOTIVAÇÃO DO ESTUDO 2.1. Objetivos É objetivo deste estudo, a determinação e apresentação de parâmetros técnicos e custos relacionados à tomada de decisão entre a escolha do pavimento de concreto e a do pavimento asfáltico, evidenciando as principais vantagens e desvantagens que estas soluções podem oferecer. Tem como objetivo geral analisar as características técnicas de dois tipos de pavimento, assim como os custos associados a sua implantação, desde a execução da obra ao término do período de projeto considerado, indicando, ao final, o uso mais adequado para cada tipo de pavimento e suas restrições e limitações técnicas. Este estudo comparativo permitirá desenvolver uma relação entre estes pavimentos para indicar qual deles teria um melhor desempenho em uma determinada situação hipotética, analisando a estrutura, o custo-benefício, execução, e demais fatores que os caracterizem. Desta forma, busca-se a determinação de parâmetros que auxiliem na realização de uma escolha adequada de tipo de pavimentação a ser empregada. Quanto aos objetivos específicos tem-se a determinação de: Qual tipo de pavimento implica em menores custos; Qual implica em menores gastos com manutenção ao longo do tempo de projeto; Quais as características preponderantes dos tipos de pavimentos; Qual tem vida média maior, já considerando as ações de manutenção e conservação; 2.2. Motivação do estudo Em um país com economia em crescimento, nota-se aumento do poder aquisitivo da população, surgindo então aumento da necessidade de locomoção, acarretando aumento no fluxo de veículos e no transporte de cargas. Assim, para que os usuários das rodovias possam se locomover com mais conforto e segurança, cresce também a necessidade de se realizar a restauração das rodovias já existentes, ou mesmo a construção de novas rodovias, sejam elas municipais, estaduais ou federais. Desta forma, a necessidade de determinação de critérios técnico-econômicos para tomada de decisão quanto à escolha do tipo de pavimento é extremamente imperativa.

16 5 Na sociedade atual a exigência cada vez maior da coletividade quanto à qualidade dos bens e serviços públicos impõe a busca da melhor relação custo/benefício, gerando demandas por soluções técnicas mais adequadas e pertinentes. Não apenas estas exigências cobram por uma boa solução, mas o exercício em si da engenharia já supõe que a solução adotada deverá ser a mais racional e adequada técnica e economicamente. Uma má escolha implicaria em uma estrutura que, ao invés de auxiliar no desenvolvimento da localidade onde a mesma foi implantada, acabaria onerando despropositadamente o responsável por essa rodovia.

17 6 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1. Considerações iniciais acerca da pavimentação rodoviária Conceitos preliminares Pavimento rodoviário O pavimento rodoviário pode ser definido como uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem, destinada a resistir aos esforços do tráfego e do clima, e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, conforto, economia e segurança (BERNUCCI et al., 2006) Função do pavimento rodoviário A pavimentação rodoviária, primariamente, tem função de dar estabilidade à superfície de rolamento, devendo permitir o tráfego em qualquer época do ano. Porém, nos seus efeitos, transcende bastante, esta simples finalidade primária, representando benefícios que podem atender aos objetivos da sociedade em uma faixa bem mais ampla de exigências (Manual de Pavimentação - DNIT, 2006) Classificação dos pavimentos rodoviários De modo geral, aos pavimentos rodoviários é dada a seguinte classificação: Pavimento rígido; Pavimento semirrígido; Pavimento flexível; Os pavimentos rígidos são aqueles em que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação às camadas inferiores e, portanto, absorvem praticamente todas as tensões provenientes do carregamento aplicado. Pavimentos semirrígidos são definidos como sendo aqueles em que a base da estrutura é executada com adição de cimento, propiciando o aumento de rigidez e consequentemente do módulo de elasticidade, para absorver parte dos esforços. Enquanto os pavimentos flexíveis são aqueles em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas (Manual de Pavimentação do DNIT, 2006).

18 Breve contextualização histórica As circunstâncias às quais as vias eram expostas no passado se caracterizavam por fluxos e cargas de efeitos bem menos intensos que as atuais. Com o desenvolvimento das civilizações, mais e mais o homem expandiu suas necessidades. Neste contexto histórico a locomoção sempre apareceu como uma ferramenta aliada ao processo de desenvolvimento (FILHO, 2011). A necessidade do homem de se movimentar por longas distâncias em curtos períodos sempre foi, e ainda é, uma questão relevante para as relações entre indivíduos e, também, entre Estados. Antes da concepção dos automóveis, as solicitações ao pavimento eram efetuadas por veículos de tração animal. Estas solicitações não submetiam o pavimento ao mesmo estado de deformação que os veículos atuais, uma vez que tanto a magnitude das cargas, como o tráfego eram bastante reduzidos. Anos depois, com o desenvolvimento e a popularização dos veículos motorizados, velocidade, cargas, e tráfego, foram aumentando. Desta forma origina-se uma progressiva necessidade de substituição tanto dos materiais, métodos, e sistemas, usados na definição estrutural dos pavimentos como dos processos envolvidos na etapa de construção dos pavimentos rodoviários (FILHO, 2011) Devido ao rápido crescimento da frota de veículos, principalmente em países em desenvolvimento como o Brasil, é crescente a necessidade de reabilitação, ou mesmo de construção de novas rodovias, pois muitas vezes estas passam a suportar um tráfego não previsto em seu projeto. (SILVA e DOMINGUES, 1994). Assim, as restrições impostas, principalmente pela falta de recursos, obrigam que seja feito estudo detalhado das prioridades as quais o projeto deve considerar, baseando-se essencialmente na comparação de custos e benefícios (SENÇO, 1997). A qualidade de uma estrada se sustenta na boa prática da pavimentação e na adequada manutenção ao longo dos anos. O primeiro fator, por sua vez, está relacionado com a tecnologia, com as técnicas de engenharia empregadas, e com a execução da obra (Centro de Excelência em Asfalto - PETROBRAS, 2004, apud GONÇALVES, 2007). Desestimulando, ou mesmo retardando, o desenvolvimento de vastas áreas do país, atualmente boa parte das estradas brasileiras se apresenta em condições de regular à péssima, com menos de 50% em ótima ou boa condição.

19 O gráfico a seguir mostra a condição das rodovias brasileiras, ilustrando a situação anteriormente referida. 8 Figura 2 - Condições das rodovias brasileiras Fonte - Logística Descomplicada (2011) Para a pavimentação, quanto ao tipo de solução mais executada, temos a adoção da pavimentação flexível em revestimento asfáltico. O pavimento de concreto é pouco usado nas rodovias brasileiras apresentando ainda o estigma de ser relacionado apenas às rodovias com trafego pesado e muito intenso. Segundo Senço (1997), é necessário acabar com esta falsa ideia de que os pavimentos de concreto só se justificam em autoestradas e não em vias simples Diretrizes básicas para o projeto de pavimentação Para o projeto de um pavimento o engenheiro rodoviário deve observar os materiais de que dispõe, e principalmente o horizonte de alternativas de soluções viáveis, escolhendo então a que melhor atenda as solicitações do projeto. Neste contexto, uma obra de implantação de pavimento rodoviário tem como principais limitantes, os recursos financeiros, além dos recursos matérias. A escolha da solução menos onerosa é um critério corriqueiramente empregado. Porém, se tratando de comparação entre os dois tipos de pavimentos (rígidos x flexíveis) e considerando sua aplicação em um mesmo trecho, uma camada mais espessa não resultará obrigatoriamente em um pavimento mais adequado técnica e financeiramente. Ao longo do tempo de projeto empregado para o dimensionamento os custos de manutenção podem variar de forma a compensar, ou mesmo agravar os custos

20 9 incidentes na implantação deste pavimento. Outros fatores como conforto, segurança, e economia, os quais são essencialmente características do bom desempenho do pavimento, devem obrigatoriamente constar entre os parâmetros de avaliação em uma adequada análise custo-benefício voltada à escolha de tipo de pavimento a ser executado (BENEVIDES, 2000) O pavimento flexível O pavimento flexível consiste em uma estrutura estratificada composta por camada de rolamento constituída de material betuminoso e base constituída de uma ou mais camadas, as quais se apoiam sobre o leito da via. Assim, neste tipo de pavimento, a camada de rolamento pode se adaptar às deformações ocorridas na camada base (BERNUCCI et al. 2006). A pavimentação flexível pode ainda ser conceituada do seguinte modo: estrutura de camadas em que todas estas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas (Manual de Pavimentação - DNIT, 2006). A figura abaixo mostra a composição estratificada de um pavimento flexível. Figura 3 - Configuração Estrutural do Pavimento Flexível Fonte: Adaptado de BERNUCCI et al. (2006) 3.3. O pavimento rígido Aos pavimentos rodoviários executados em concreto é atribuída a denominação de pavimentos rígidos. Esta denominação se caracteriza pelo fato de este tipo de pavimento apresentar pouca deformação, sendo constituído por placas de concreto. Podem ser executados em concreto simples, protendido, com adição de fibras, com concreto rolado ou

21 10 com concreto de alta resistência (Manual de Pavimentos Rígidos DNIT, 2005). Quanto ao suporte, as placas podem estar apoiadas em sub-bases granulares, solo estabilizado com misturas betuminosas, concreto rolado e até mesmo outro pavimento. Segundo o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), os pavimentos rígidos são aqueles em que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação às camadas inferiores e, portanto, absorvem praticamente todas as tensões oriundas do carregamento aplicado. Abaixo, a figura mostra a composição estrutural de um pavimento rígido. Figura 4 - Estrutura do Pavimento Rígido Fonte: Adaptado de BERNUCCI et al. (2006) 3.4. A carga rodoviária solicitações ao pavimento O pavimento rodoviário, primeiramente, tem a função de proporcionar estabilidade à superfície de rolamento da via. Para tal fim, este deve resistir aos esforços incidentes em sua estrutura, sendo capaz de suportar o tráfego estabelecido na via em questão (GRECO, 2013). A principal ação de solicitação do pavimento rodoviário origina-se das forças exercidas pelas rodas dos veículos comerciais, podendo-se desprezar as ações ocasionadas por veículos leves, ou de passeio. Através das rodas pneumáticas as cargas dos veículos são transmitidas ao pavimento. Desta forma, para efetuar o dimensionamento do pavimento, é de fundamental importância o tráfego de veículos comerciais, tais como caminhões e ônibus. Entretanto, ao elaborar o projeto geométrico da via, leva-se em consideração tanto o tráfego de veículos comerciais quanto o tráfego de carros de passeio (MARQUES, 2013).

22 Configurações de eixo Como dito anteriormente, as rodas dos veículos exercem pressão sobre o pavimento. Assim, mediante a configuração do arranjo destas rodas, temos eixos distintos, os quais podem gerar diferentes pressões que solicitam o pavimento com cargas de intensidade variada. Abaixo, na figura, estão indicados os principais tipos de eixo de caminhões. Figura 5 - Modelos de eixo: Eixo Simples / Tandem Duplo / Tandem Triplo Fonte: adaptado de manual do DNIT Segundo o Manual de Estudo de Tráfego do DNIT, conforme a acoplagem das rodas ao eixo, podemos ter as a seguintes classificações: Eixos Simples; Eixos Tandem; Eixos simples O eixo simples é composto por um conjunto de duas rodas, cujos centros estão em um plano transversal vertical ou podem ser incluídos entre dois planos transversais verticais, distantes de 100 cm, que se estendam por toda a largura do veículo (MARQUES, 2013). Este tipo de eixo apresenta as duas seguintes subclassificações: Eixo Simples de Rodas Simples: com duas rodas, uma em cada extremidade (2 pneus); Eixos Simples de Rodas Duplas: com quatro rodas; duas em cada extremidade (4 pneus); Eixos tandem É um conjunto de dois ou mais eixos consecutivos, cujos centros estão distantes de 100 cm a 240 cm e ligados a um dispositivo de suspensão que distribui a carga igualmente entre os eixos (MARQUES, 2013). Este tipo de eixo apresenta as seguintes subclassificações:

23 12 Eixo Tandem Duplo: dois eixos, com duas rodas em cada extremidade cada eixo; 8 pneus; Espaçamento médio de 1,36 m; Eixo Tandem Triplo: com três eixos, duas rodas em cada extremidade de cada eixo; 12 pneus. Ao observar a tabela abaixo, é possível ter uma noção mais clara das classificações, configurações, e cargas dos respectivos modelos de eixos. Tabela 1- Eixos: Tipo / Carga / Configuração Fonte: adaptado de manual do DNIT O conceito de eixo padrão rodoviário Como em uma rodovia trafegam vários tipos de veículos com variadas cargas em cada eixo é necessário introduzir o conceito de Eixo Padrão Rodoviário. De acordo com Marques (2013), este eixo é definido com um eixo simples de rodas duplas com as seguintes características:

24 13 Tem ao todo 8,2 tf; Exerce uma pressão de 5,6 kgf/cm²; A seguir temos uma representação do eixo padrão rodoviário. Figura 6 - Eixo Padrão Rodoviário 3.5. O tráfego rodoviário no projeto de pavimentação Através de estudos de tráfego é possível conhecer o número de veículos que circula por uma determinada via em um dado período. Este estudo de tráfego permite a determinação quantitativa da capacidade da via e um estabelecimento preliminar da alternativa de solução construtiva necessária à execução, ou mesmo à melhoria do projeto de pavimentação (GRECO, 2012). A composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento é baseada no volume diário médio de veículos do período de projeto, acrescentando uma taxa de crescimento de tráfego. O volume diário médio (VDM) é definido como o número de veículos que circulam em uma estrada durante um ano dividido pelos dias do ano. A referida taxa de crescimento, a qual é acrescentada ao VDM, é baseada no crescimento histórico do fluxo de veículos no trecho ou região em estudo, sendo aconselhável, quando faltam dados, utilizar taxa de 5% ao ano (GRECO, 2012). O projeto de um pavimento rodoviário é feito levando em consideração um período de tempo determinado, frequentemente denominado período P, o qual é expresso em anos. No início deste período P, admite-se que na via ocorra um volume de veículos inicial denominado V1. Com o decorrer do tempo, no período de utilização da rodovia, o volume de veículos tenderá a aumentar. No final do período considerado, o volume de veículos final é chamado de tráfego final, ou tráfego total, designado por Vt. Fica evidente

25 14 que há uma diferença, do tráfego inicial para o tráfego final, uma parcela de aumento do tráfego que deverá ser considerada no projeto. Para tal, estima-se este crescimento do tráfego através de uma taxa de aumento, que pode ser tomado, frente às circunstâncias apresentadas, como crescimento linear ou aritmético, geométrico ou crescimento exponencial (GRECO, 2012). De acordo com Greco (2012) para uma taxa de crescimento em progressão aritmética ou linear, pode-se determinar o volume médio de tráfego diário com a seguinte equação: = = volume final médio diário de tráfego em apenas um sentido; 1 = volume inicial médio diário de tráfego em apenas um sentido; = quantidade de anos do período; = taxa de crescimento; O volume total de tráfego, ou volume de tráfego final em um período, para uma taxa de crescimento em progressão exponencial, pode ser determinado através das equações abaixo. =365 ou = = volume total de tráfego no período em apenas um sentido; 1 = volume inicial médio diário de tráfego em apenas um sentido; = taxa de crescimento; = quantidade de anos que compões o período;

26 Dimensionamento do pavimento rodoviário Dimensionar um pavimento implica em definir as espessuras das camadas que o constituem, de forma que estas camadas resistam e transmitam ao subleito as pressões originadas pelo tráfego, sem que ocorra ruptura ou deformações e a desgastes excessivos (GRECO, 2012). De modo geral, para se dimensionar os pavimentos flexíveis, segundo o método empírico do DNIT, considera-se a capacidade do subleito e o número equivalente de operações do eixo padrão. Já o dimensionamento dos pavimentos rígidos, segundo a PCA (Portland Cement Association) baseia-se nas propriedades mecânicas do concreto, no suporte da fundação (coeficiente de recalque) e em características do carregamento, tais como: magnitude das cargas, e o efeito das repetições de eixo durante o período de projeto. A seguir serão apresentados os respectivos métodos de dimensionamento adotados Dimensionamento de pavimento flexível O método atualmente mais largamente divulgado e empregado para o dimensionamento de pavimentos flexíveis é o método empírico, o qual é caracterizado no manual de pavimentação do DNIT. Este método de dimensionamento tem como base a experiência do Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos da América do Norte e algumas conclusões obtidas da pista experimental da AASHTO (American Association of State Highway Officials). O pavimento flexível, adotando-se o método empírico, é dimensionado em função do suporte do subleito, sendo a determinação da capacidade de suporte do subleito, e dos demais materiais que constituem o pavimento, feita através do ensaio de CBR. Com base no CBR das camadas constituintes do pavimento, e na intensidade do tráfego, tem-se uma espessura mínima a ser adotada para o pavimento (GRECO, 2012). O manual do DNIT indica, ainda, que os materiais empregados no pavimento devem obedecer a seguinte classificação de materiais granulares: Materiais para reforço do subleito: CBR > CBR Subleito ; Exp. 2% Materiais para sub-base: CBR 20; Exp. 1% Materiais para base: CBR 80; Exp. 0,5%; LL 25%; IP 6%

27 16 Obs.: Para um número N 10 6, podem ser empregados materiais com CBR 60 e as faixas granulométricas E e F da AASHTO, segundo o manual de pavimentação 2006 DNIT. Ao dimensionamento de um pavimento flexível estão associados os seguintes parâmetros: O fator de eixo - FE; O fator de carga - FC; O fator climático regional - FR; O fator de veículo - FV; E, finalmente, O número N; Estes parâmetros serão abordados separadamente nas próximas seções deste documento O número N O dimensionamento do pavimento flexível é realizado, dentre outros parâmetros, em função de um número equivalente de operações de um eixo tomado como padrão, durante um período de tempo determinado. Este eixo é aquele eixo de 8,2 tf, anteriormente conceituado na seção 3.4.2, o qual é denominado eixo padrão rodoviário. Ao número equivalente de operações desse eixo, dá-se o nome de número N. Para o cálculo do número N, considera-se o número de eixos dos veículos, assim como também fatores de carga e fatores regionais climáticos (Marques, 2013). A definição matemática do número N está logo abaixo. = ou = Onde: = volume total final; = fator de veículo; = fator de eixo; = fator de carga; = fator regional;

28 Fator de veículo - FV O fator de veículo é um número que transforma o volume de tráfego real que solicita o pavimento durante o período de projeto, em um tráfego equivalente do eixo padrão no mesmo período de tempo. Ou seja, é um número que, ao ser multiplicado pelo número total de veículos (Vt), resulta diretamente, no número de operações do eixo padrão rodoviário ( número N) equivalente ao número de operações dos eixos reais dos veículos que solicitam a via, já considerando fatores de carga e eixo(marques, 2013). O fator de veículo é numericamente dado por: = Onde: = fator de veículo; = fator de eixo; = fator de carga; Fator de eixo - FE É um número que representa a quantidade total de eixos dos veículos previstos que solicitarão a via. É um coeficiente que, multiplicado pelo volume total de tráfego comercial que solicita o pavimento durante o período de projeto determinado, fornece uma estimativa para o número total de eixos que solicitarão o pavimento neste mesmo período. Este fator é determinado através da contagem e do somatório de todos os eixos dos veículos estimados, sendo assim, necessário conhecer a composição do tráfego. Apesar de estar relacionado aos eixos, este fator apenas os quantifica. A análise quanto à proporção entre a carga do eixo real e a carga do eixo padrão é feita pelo fator de equivalência de operações, que auxilia na determinação do fator de carga e será abordado na próxima seção (Marques, 2013) Fator de carga - FC Segundo Marques (2013), o fator de carga pode ser definido como um coeficiente que, multiplicado pelo número de eixos que solicitam o pavimento durante o período de

29 projeto, fornece o número equivalente de operações do eixo simples padrão. E determinado do seguinte modo: 18 = Onde: = fator de carga; = fator de equivalência de operação; = porcentagem de carga i (tf) na amostra; O fator de equivalência de operação (FEO) pode ser determinado através dos seguintes ábacos: Figura 7 - Ábacos para determinação de FEO Fator climático regional - FR Fonte: Manual de Pavimentação DNIT 2006

30 19 O fator climático regional é um coeficiente que possibilita considerar as variações de umidade dos materiais do pavimento ocorridas em função de alterações climáticas incidentes durante as diversas estações do ano. Estas variações de umidade ocasionam variações de capacidade de suporte dos materiais, interferindo na estabilidade e resistência do pavimento (Marques, 2013). O coeficiente regional climático final que deverá ser adotado é uma média ponderada dos diferentes coeficientes sazonais, levando-se em conta o espaço de tempo em que ocorrem. É boa prática, e também indicado no manual do DNIT, que se adote um FR = 1, A espessura das camadas do pavimento Como já mencionado na seção 3.2, o pavimento flexível tem sua estrutura composta por um horizonte estratificado de camadas da seguinte maneira: Figura 8 - Estratificação do Pavimento Flexível A determinação da espessura destas camadas constitui a segunda etapa do processo de dimensionamento do pavimento flexível. Assim, conhecido o número N, passa-se à estimativa das camadas de revestimento asfáltico, de base, de sub-base, e de reforço do subleito. Com o número N, e com o CBR ou IG do subleito e dos materiais disponíveis para as camadas, faz-se a determinação das espessuras Hm, Hn, h20 (figura 9) pelo ábaco (figura 10), e R pela Tabela de espessura mínima de revestimento betuminoso constante na figura 03. As espessuras da base (B), sub-base (h20) e reforço (Hn) são obtidas pela resolução das inequações também presentes na figura 9.

31 20 Como pode ser visto na tabela abaixo, de acordo com o número N, existem espessuras mínimas que devem ser adotadas para a camada mais superficial do pavimento (o revestimento asfáltico). Figura 9 - Esp. mínima de rev. betuminoso / Estrutura das camadas / Inequações Fonte: adaptado de Manual de Pavimentação DNIT (2006). Figura 10 - Ábaco de espessura em função de N e CBR Fonte: Manual de Pavimentação DNIT (2006). Para o coeficiente K, constante nas inequações, adotam-se os valores indicados na tabela 02, logo a seguir. Deste modo, depois de resolvidas as inequações, verifica-se a

32 adequabilidade das espessuras determinadas, arredondando, caso necessário, o resultado de forma a satisfazer as condições exigidas para um bom desempenho do pavimento. 21 Tabela 2 Coeficientes de equivalência estrutural Fonte: Manual de Pavimentação DNIT (2006) Dimensionamento de pavimento rígido Um dos métodos de dimensionamento indicado pelo DNIT para pavimentos rígidos de concreto é o método PCA 84 - o qual foi adotado neste estudo. Este método, que tem como base a teoria de Westergaard, considera o consumo do pavimento por erosão e por fadiga para o cálculo da espessura da placa de concreto (Manual de Pavimentos Rígidos DNIT 2005). Tomando, então, uma espessura estimada para a placa de concreto, o dimensionamento verifica se a espessura adotada é suficiente para resistir ao consumo tanto por erosão como por fadiga provocada pelos veículos que solicitam a via (BENEVIDES, 2011). Para o dimensionamento do pavimento rígido, o principal parâmetro relativo às condições de suporte do solo é o coeficiente de recalque (k), o módulo de reação, que também pode ser chamado de módulo de Westergaard. Segundo o Manual de Pavimentos Rígidos DNIT (2005), o coeficiente de recalque é determinado através de uma prova de carga, com suas instruções contidas na norma DNIT 055/2004-ME. Nesta prova de carga são correlacionadas as pressões verticais transmitidas ao subleito por meio de uma placa rígida, com no mínimo 76 cm de diâmetro, aos deslocamentos verticais.

33 22 Na figura abaixo estão relacionados o coeficiente de recalque (k) e o tipo de solo correspondente. Estes valores oferecidos pelo quadro podem ser usados para avaliar, de forma preliminar, o valor de k para cálculos precedentes a estudos mais rigorosos. Tabela 3 - Coeficientes de recalque x Tipo de solo Fonte: Manual de Pavimento Rígido DNIT Para a determinação do coeficiente de recalque, admite-se o uso de uma correspondência entre o Índice de Suporte Califórnia (CBR) do subleito e os valores do coeficiente de recalque para o mesmo. Esta correlação está representada na figura a seguir. Figura 11 - CBR x Coeficiente de recalque Fonte: Manual de Pavimento Rígido DNIT

34 23 O método da Portland Cement Association PCA/84 utiliza um modelo de análise estrutural de elementos finitos. Dentre suas inovações, com relação ao método PCA/66, estão: Considerar o tipo e o grau de transferência de carga nas juntas; Considerar a existência ou não de acostamentos de concreto, Introduzir a um modelo de ruína por erosão No dimensionamento da espessura das placas são considerados os fatores de segurança para as cargas (FSC) apresentados na tabela abaixo. Tabela 4- Fatores de segurança de carga Fonte: Manual de Pavimento Rígido Parâmetros iniciais de dimensionamento - PCA/84 Para a realização do dimensionamento do pavimento rígido, faz-se necessária a definição dos seguintes parâmetros e características do pavimento: 1. A escolha do tipo de acostamento (também em concreto, ou não); 2. A definição da adoção, ou não, de barras de transferência nas juntas; 3. A resistência do concreto á tração na flexão aos 28 dias; 4. O coeficiente de recalque (k) ver as figuras 11, 18, 19, 20 e 21 do Manual de Pavimentos Rígidos DNIT *Estas figuras estão reproduzidas no anexo, ao final do documento.

35 24 5. O fator de segurança de carga (FSC) ver o quadro da seção anterior; 6. O tráfego esperado para cada nível de carga e de acordo com a vida de projeto; 7. Uma espessura aleatória, tentativa para a espessura da placa de concreto Procedimentos para dimensionar o pavimento - PCA/84 Os quadros e figuras que serão mencionados a seguir estão no anexo ao final do documento, e podem ser facilmente encontrados no manual de Pavimentos Rígidos DNIT Algoritmo para dimensionamento: 1. Determinar a Tensão Equivalente nos Quadros 12 e 13, ou 14 e 15, para eixos simples, tandem duplos e tandem triplos; 2. Determinar nos Quadros 16 e 17, 18 e 19, 20 e 21 ou 22 e 23 os Fatores de Erosão, de acordo com o tipo de junta e o tipo de acostamento; 3. Calcular os Fatores de Fadiga para os eixos simples, tandem duplos e tandem triplos, (Tensões Equivalentes divididas pela resistência de projeto). 4. Determinam-se as Repetições Admissíveis pela Figura 27, com o Fator de Fadiga e as cargas por eixos. Obs.: os eixos tandem triplo são considerados como três eixos simples, com carga igual a um terço da carga total do eixo tandem. 5. Determinar as Repetições Admissíveis nos ábacos das figuras 28 ou 29, com o Fator de Erosão e as cargas por eixo; 6. Dividir as repetições esperadas pelas respectivas repetições admissíveis determinando as porcentagens de resistência à fadiga e o dano por erosão. 7. Somar os elementos da coluna 5 e os da coluna 6 do Quadro 11; resulta da coluna 5 a análise de fadiga, e da coluna 6, a análise de erosão. 8. Verificar se as somas das colunas 5 e 6 ultrapassam 100 %;

36 25 Ambas as somas das colunas 5 e 6 do Quadro 9 devem estar o mais próximo de 100%. Caso apenas uma delas se aproxime de 100% e a outra de 0%, tem-se uma placa antieconômica, superdimensionada. Deve-se, portanto, testar outa espessura para a placa Desempenho e defeitos O desempenho de um pavimento rodoviário pode ser conceituado como o grau com que este pavimento atende as funções que lhe são impostas durante a sua vida de serviço (GONÇALVES, 1999). Evidentemente este grau de serventia está intimamente relacionado à sua condição estrutural, ao aparecimento de defeitos ou patologias em sua constituição. Assim, podemos concluir que o bom desempenho do pavimento está intrinsecamente ligado à sua execução, assim com aos materiais que o compõe, ao correspondente uso dado ao pavimento, e às ações de conservação que eventualmente sejam necessárias Pavimento flexível Os principais problemas que incidem diretamente sobre os pavimentos flexíveis, e que perturbam a conservação de rodovias, podem ser agrupados em duas classificações os defeitos superficiais e os de deformação em perfil. A seguir serão indicados os mais comuns para cada classificação (Manual de Pavimentação DINT, 2006). Defeitos Superficiais: fissuração/fendilhamento: fissura incipiente; trincas interligadas (tipo couro de jacaré); trinca nas trilhas de rodas; trinca longitudinal na borda do pavimento; trinca longitudinal no eixo do pavimento; trinca isolada transversal de retração térmica; trinca em bloco (de retração térmica); trinca parabólica de escorregamento; trinca de reflexão; desagregação (panelas); mancha de água (umidade excessiva); bombeamento de água; bombeamento de água com finos (lama branca); espelhamento; desgaste; polimento dos agregados (aspereza); desintegração; descolamento do ligante; falta de aderência pneu-pavimento; estriamento (em tratamentos superficiais). Deformações em Perfil:

37 26 trilha de roda (cavado das rodeiras); afundamento; afundamento localizado; refluimento lateral; escorregamento do revestimento; ondulação; corrugação; depressão; estufamento. Na figura abaixo estão ilustrados alguns exemplos de patologias relativamente comuns em pavimentos flexíveis. Figura 12 - Principais defeitos em pavimentos flexíveis Fonte: Adaptado de Souza 2004

38 Pavimento rígido Os defeitos mais comuns nos pavimentos rígidos estão normalmente associados ao emprego de técnicas executivas e materiais inadequados, aliados à ausência de uma manutenção rotineira requerida por esse tipo de estrutura. Estes problemas, que incidem diretamente sobre os pavimentos rígidoss, e que perturbam a conservação desse tipo de pavimento, são, segundo a NORMA DNIT 061/2004 TER, os seguintes: Alçamento de placas: definido com o desnivelamento das placas nas juntas ou nas fissuras transversais. Fissura de canto: fissura que intercepta as juntas a uma distância menor ou igual à metade do comprimento das bordas ou juntas do pavimento medindo-se a partir do seu canto. Esta fissura geralmente atinge toda a espessura da placa. Placa dividida: é a placa que apresenta fissuras dividindo-a em quatro ou mais partes. Escalonamento ou degrau nas juntas: ocorrência de deslocamentos verticais diferenciados e permanentes entre uma placa e outra adjacente, na região da junta. Falha na selagem das juntas. Desnível pavimento acostamento: degrau formado entre o acostamento e a borda do Pavimento. Fissuras lineares: fissuras que atingem toda a espessura da placa de concreto, dividindo-a em duas ou três partes. Fissuras superficiais (rendilhado) e escamação: As fissuras superficiais (rendilhado) são fissuras capilares que ocorrem apenas na superfície da placa, tendo profundidade entre 6mm e 13mm, que apresentam a tendência de se interceptarem, formando ângulos de 120.

39 28 Esborcinamento ou quebra de canto: quebras que aparecem nos cantos das placas, tendo forma de cunha, que ocorrem em uma distância não superior a 60cm do canto. Placa bailarina: placa cuja movimentação vertical é visível sob a ação do tráfego, principalmente na região das juntas. Buracos: São reentrâncias côncavas observadas na superfície da placa, provocadas pela perda de concreto no local, apresentando área e profundidade bem definidas. A seguir estão ilustrados alguns exemplos de patologias relativamente comuns em pavimentos rígidos. Figura 13 - Principais defeitos em pavimentos rígidos Fonte: Caraiola, et al. (2010)

40 Manutenção Ao longo da vida útil de um pavimento, caso não sejam promovidas intervenções periódicas de manutenção, o pavimento fatalmente entrará em processo de colapso total de sua estrutura. Evidencia-se, desta forma, a imprescindível necessidade de operações de reparo e conservação do pavimento rodoviário. A manutenção de um pavimento rodoviário é composta por um conjunto de intervenções que são executadas com a finalidade de manter ou elevar as Características Gerais de Desempenho do pavimento. Estas Características Gerias de Desempenho são: segurança, conforto e economia do pavimento. (BENEVIDES, 2011) Pavimento flexível Quanto às principais atividades típicas de manutenção do pavimento flexível, são indicas as seguintes pelo Manual de Pavimentação - DNIT 2006: A Conservação Preventiva Periódica: que consiste na limpeza de sarjetas, bueiros e meios-fios como a finalidade de desobstruir o caminho a ser percorrido pela água que incide sobre a sarjeta. A Conservação Corretiva Rotineira: consiste na selagem de trincas para impedir a penetração de água nas camadas inferiores do pavimento; recomposição de obras de drenagem e sinalizações horizontal e vertical: recomposição de guarda-corpos, cercas, e defensa metálica; e reconformação da plataforma, mantendo-a em boas condições de tráfego e drenagem Remendos ou Reparações Localizadas: operações corretivas processadas normalmente em nível de revestimento com o objetivo de corrigir manifestações de ruína específicas, bem definidas e de pequenas dimensões; podem ser: remendo superficial - tapa-buraco, ou remendo profundo. Recuperações Superficiais: operações com a finalidade de corrigir falhas superficiais - fissuração, desagregação, perda de agregados, polimento das asperezas, exsudação, trilhas de roda;

41 30 Reforço Estrutural: ser concebido quando as operações corretivas de menor vulto já não se fizerem suficientes para conter o processo evolutivo e inexorável de degradação do pavimento. Com efeito, ao final da "vida útil", o pavimento é atacado por um processo extremamente acelerado de degradação o qual realça as características antieconômicas de se promover ações corretivas de pequeno porte. Reconstrução: processo, parcial ou total, empregado no caso de o pavimento já estar em estado muito avançado de degradação, sem a possibilidade de eficácia dos métodos de recuperação convencionais. Melhoramentos: operações que acrescentam à rodovia características novas, ou modificam as características existentes, que acrescentam condições técnicas não existentes após a construção da rodovia, ou que alteram as características existentes na rodovia, levando-a a um nível superior de utilização Pavimento rígido A manutenção de um pavimento rígido tem por finalidade retardar o processo de deterioração de sua estrutura, assim como também pode consistir na atribuição de melhores características ao pavimento, visando atender sua solicitação de modo eficaz. Segundo o Manual de Pavimentos Rígidos - DNIT 2005, as principais atividades de manutenção do pavimento rígido são: Resselagem de Juntas; Selagem de Fissuras; Recuperação de Juntas Esborcinadas; Recuperação de Desgaste Superficial e Escamação; Reparos na Espessura da Placa. atividades: Também estão associadas ao à manutenção de pavimentos rígidos as seguintes A Conservação Preventiva Periódica A Conservação Corretiva Rotineira Reparações Localizadas Recuperações Superficiais Reforço Estrutural

42 31 Reconstrução Melhoramentos 3.9. SICRO sistema de custos rodoviários Para a adequada programação de obras de pavimentação rodoviária, deve-se dispor de uma estimativa de custos estabelecida em um nível de precisão confiável. Implantado em 1991, na versão SICRO1, o SICRO é um sistema de referência para custos de obras rodoviárias, desenvolvido para compor a gestão de custos do DNIT. Esse sistema disponibiliza um manual com tabelas de pesquisa de preços de equipamentos e materiais utilizados em obras rodoviárias com atualização bimestral. Atualmente este sistema está na versão 2, mas a versão 3 já está em fase de consulta pública, porém sem atualizações. Na versão atual, o SICRO2 disponibiliza cerca de composições de custo unitário e tem uso restrito às obras de rodovias. O novo sistema, o SICRO3, fornecerá também, além de custos referenciais para obras rodoviárias, composições referentes à obras ferroviárias, aquaviárias, e de edificação, podendo ainda ser integrado com outras ferramentas de gerência de custos do DNIT. Para compor os preços fornecidos, é feita uma pesquisa em diferentes capitais das regiões do país. Abaixo estão as capitais onde são realizadas estas pesquisas para compor os dados oferecidos pelo sistema. Figura 14 - Locais de realização de pesquisa - SICRO Fonte: DNIT (2012).

43 Modelos de previsão de desempenho Modelos de previsão de desempenho são métodos que estimam as necessidades de manutenção futuras em um pavimento rodoviário. Estes modelos fazem correlações entre as condições atuais do pavimento e a evolução de seus defeitos com o tempo, considerando as condições climáticas e o tráfego que solicitam o pavimento (GONÇALVES, 1999). Além desta análise física, estes modelos podem também proporcionar análises financeiras. Ainda segundo Gonçalves (1999), para a análise econômica, é frequente utilizar os seguintes parâmetros: Custo Inicial (CI): custo de implantação - desconsidera os custos futuros; Custo Anual Uniforme Equivalente de Manutenção (CAUEM): Custo no Ciclo de Vida (CCV ):

44 33 O DNIT utiliza o programa HDM-4, para a análise de investimentos na rede rodoviária. Este programa pode analisar várias opções de intervenção em diversos cenários, indicando custos e época para a realização destas intervenções. É relevante mencionar que, para obter investimentos do Banco Mundial, o HDM-4 é de uso imprescindível, a avaliação do investimento tem que ser feita obrigatoriamente com o HDM-4 (Planejamento rodoviário HDM-4, DNIT, 2010). Como dados de entrada, o HDM-4 exige: As condições atuais dos pavimentos - extensões, estrutura, volume de tráfego, defeitos, irregularidade, deflectometria, largura de pista, largura de acostamentos, declividades médias, índice de curvatura, condições climáticas, topografia, idade do pavimento, idade da última restauração; Dados da frota - tipo de veículos, peso, custos de aquisição e de manutenção, custo do combustível; Tipo de manutenção ou restauração e custo; Cenários de investimento;

45 34 4. METODOLOGIA A pesquisa realizada para o presente estudo tem caráter essencialmente teórico/ bibliográfico. Teve como base a análise comparativa de características técnicas e estimativas de custos. Para a comparação das características técnicas, consistiu em um levantamento bibliográfico pertinente ao tema tratado, que teve como finalidade uma análise e correlação das informações colhidas, possibilitando assim a elaboração de parte das conclusões indicadas sobre os respectivos tipos de pavimento. A estimativa de custos abordou a análise de: custo inicial, custo de manutenção, e custo total acumulado. Quanto à estimação dos custos iniciais, ocorreu de forma que foi realizada a implantação fictícia de um pavimento flexível de revestimento asfáltico, assim como a aplicação de um pavimento de concreto, considerando como variáveis comuns o tráfego, o período de projeto, e o suporte do subleito. Estes pavimentos foram dimensionados pelos respectivos métodos atualmente mais difundidos, e indicados nos manuais de pavimentação do DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Determinadas as espessuras das camadas da estrutura do pavimento, foram levantados os preços referentes à execução da obra em consulta às tabelas disponibilizadas pelo SICRO Sistema de Custos Rodoviários. Deste modo foram elaboradas as composições de custo dos serviços, possibilitando a análise financeira relativa aos custos iniciais de construção dos dois tipos de pavimentação. Para a estimativa dos custos decorrentes de eventuais ações de manutenção, teve como base estudos da aplicação de modelos de previsão de desempenho realizados por Xavier (2009) e pela ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland (2004). Para a estimativa do custo acumulado total, foi considerado o mesmo estudo utilizado para estimação dos custos de ações de manutenção realizado pela ABCP.

46 35 5. ANÁLISE COMPARATIVA Nesta seção estarão expostos os resultados da pesquisa. Apresentam-se as correlações efetuadas entres as informações coletadas e a aplicação das teorias abordadas no capítulo 3 Revisão Bibliográfica. As características observadas para comparação foram: 5.1. Estrutura Visto que o pavimento flexível é composto por um número de camadas superior ao da solução rígida, já aparentemente, a estrutura do pavimento flexível acaba por se mostrar mais complexa frente à estrutura do pavimento rígido. Considerando isso o maior número de camadas constituintes, esta aparente complexidade se afirma como fato, pois o modo como a carga será absorvida pelo pavimento dependerá da interação entre as camadas que o constituem. Como o pavimento flexível tem maior heterogeneidade na composição de seu perfil, exige uma interação mais sofisticada entre suas camadas. Porém, esta sofisticação na interação entre camadas do pavimento não resulta em benefício direto à função da pavimentação, ela acaba por tornar a execução mais trabalhosa e predisposta à incidência de defeitos. O pavimento rígido, apesar de sua relativa simplicidade estrutural, por ser menos heterogêneo, em termos macros, e por ser constituído de material resultado de processo industrial mais rigorosamente controlado, possibilita um maior controle da qualidade das camadas constituintes do mesmo, o que atribui maior qualidade ao pavimento. Outro detalhe, que se observa na comparação estrutural dos dois tipos de solução, é a espessura total do pavimento, que no caso do pavimento rígido é caracterizada, geralmente, por ser bem mais delgada que a do flexível. Isto mostra que há uma maior capacidade de suporte à carga, oferecida pelo pavimento rígido; o que ocasiona menor exigência quanto ao suporte da camada de fundação o subleito. A seguir, na figura, pode-se ver o comparativo do padrão de distribuição de tensões.

47 36 Figura 15 - Comparação de distribuição de tensões Fonte: ABCP (2012) 5.2. Dimensionamento Por serem de naturezas distintas os pavimentos aqui abordados têm métodos de dimensionamento diferentes. A complexidade, e/ou mesmo a precisão de um método qualquer utilizado para dimensionar um pavimento rodoviário, poderia ser vista como um fator atrativo, porém não determinante na escolha do tipo de pavimentação a ser adotada. Considerando, para efeito comparativo, apenas os dois métodos abordados na revisão bibliográfica, os quais são os mais difundidos, tem-se que o método direcionado ao pavimento rígido é mais preciso e confiável. O método PCA/84, atribuído ao dimensionamento do pavimento rígido é considerado mais preciso e confiável por se basear em uma teoria mais sofisticada e relativamente mais atual a teoria dos elementos finitos. Enquanto o método empírico, dado ao dimensionamento do pavimento flexível, tem como base observações experimentais realizadas em território estrangeiro Execução Como dito anteriormente, o pavimento flexível tende a ter maior espessura e é composto por número maior de camadas que o pavimento rígido. Em sua construção é necessária a realização de compactação em diversas etapas do processo construtivo, o que implica em maior quantidade de serviços a serem realizados, que por sua vez podem ocasionar aumento nos custos. Ressalta-se que, por ter maior capacidade de suporte que o pavimento flexível, o pavimento rígido pode dispensar uma eventual camada de regularização do subleito, o que não é possível, na maioria dos casos, para o pavimento flexível. Outro ponto relevante, na comparação da execução destes dois tipos de pavimentação, é o fato de que o pavimento flexível possibilita a liberação do tráfego na via pavimentada em pouco tempo após sua implantação, fato inquestionavelmente benéfico e desejável.

48 Manutenção Em ambos os tipos de pavimento, o aparecimento de defeitos está associado à má execução, ao excesso de carga, ou à baixa qualidade dos materiais empregados, porém, observa-se que, em geral, a vida útil do pavimento rígido é bem maior que a vida útil do pavimento flexível. Entretanto, apesar de a vida útil da solução rígida ser bem maior que a da solução flexível, o número de intervenções nessa é menor. No pavimento flexível a necessidade de manutenção é mais frequente, mas estas constituem ações de pouco vulto e de baixo valor. No pavimento rígido, a exigência de realização de ações de manutenção é menos frequente, entretanto de valor mais significativo. Uma vantagem, no quesito manutenção, do pavimento flexível com relação ao pavimento rígido, é que o flexível possibilita pouco incômodo aos usuários. Apesar de as ações de manutenção serem ações frequentes, o pavimento flexível possibilita que o fluxo de veículos seja logo reestabelecido Custos De modo geral e simplificado, os custos associados à pavimentação rodoviária compreendem custos que vão desde o custo de implantação os custos iniciais, aos custos de manutenção, dos quais resulta o custo global durante a vida útil do pavimento. Para a análise dos custos iniciais foram dimensionados um pavimento flexível e um pavimento rígido, ambos aplicados a um mesmo período de projeto (P), tráfego (Vf), e subleito fictício. Os métodos utilizados para o dimensionamento são os métodos abordados no capítulo de revisão bibliográfica - o método empírico, para o flexível, e o PCA/84 para o rígido. Variáveis consideradas: Vf = 2500 veículos (VDM); CBR = 13%; P = 20 anos; Aplicando os procedimentos de dimensionamento descritos nas seções e , temos os respectivos pavimentos assim determinados:

49 38 Tabela 5- Espessura dos pavimentos Espessura Total dos Pavimentos (cm) Flexível Rígido O pavimento flexível está composto por: 15 cm de sub-base de solo estabilizado granulometricamente sem mistura; 13 cm base granular; e 10 cm de revestimento em CBUQ (5 cm de binder + 5 cm de capa de rolamento) O pavimento rígido tem 13 cm de placa de concreto de 4,5 MPa e sub-base de 10 cm de concreto rolado. Em ambos os tipos de pavimento o reforço do subleito foi dispensado. Abaixo, encontram-se os custos relativos à execução dos pavimentos acima dimensionados. Os preços dos insumos têm por base as composições fornecidas pelo SICRO2 DNIT. Tabela 6 - Custo por metro Custos Associados a 1 m de Pavimento Flexível - e = 38 cm; L = 3,5 m Item Serviço Custo (R$) 1 Sub-base de solo estabilizado granul. sem mistura [15 cm] 5,10 2 Base de brita graduada [13 cm] 28,31 3 Imprimação 0,70 4 Pintura de ligação 0,49 5 CBUQ - binder [5 cm] 9,06 6 CBUQ - capa de rolamento [5 cm] 13,31 TOTAL 56,96 Custos Associados a 1m de Pavimento Rígido - e = 23 cm; L = 3,5 m 1 Sub-base de concreto rolado [10 cm] 39,17 2 Placa de conc. simples 4,5 MPa aplic. com formas deslizantes [13 cm] 52,01 TOTAL 91,18

50 Custo inicial Como se esperava, o pavimento rígido apresenta um custo inicial maior que o pavimento flexível. Mas isto não significa que sua escolha, durante todo o período de projeto, seja a escolha mais onerosa. A escolha pela pavimentação flexível se dá em maior número que a escolha pela rígida, possivelmente, por causa de uma análise que considera apenas os custos iniciais envolvidos, que se mostram bem mais vantajosos. Entretanto, durante a vida útil do pavimento de concreto, a qual é maior que a do pavimento flexível, os custos iniciais se diluem, considerando as ações de manutenção requeridas em ambos os pavimentos. O pavimento flexível logo tenderá a ser restaurado, enquanto o pavimento rígido, nesse mesmo período, apenas exigirá manutenções pontuais Custo de manutenção Para a avaliação dos custos de manutenção, o presente trabalho se sustenta na experiência de Xavier (2009), que utilizou em sua pesquisa modelos de previsão de intervenções de manutenção baseados em simulações de defeitos no revestimento e na estrutura, e na variação de PSI (Present Serviceability Index). No seu estudo, decorrente de sua análise de cenários de desempenho, para o pavimento flexível, a manutenção do pavimento ocorreu nos anos dois, quatro e oito, e no ano dez ocorreu o reforço. O PSI variou de 3,8 para 2,3, do segundo para o décimo ano de vida do pavimento. Para o pavimento rígido, ainda segundo Xavier, a melhor opção técnica de cenário para previsão de manutenção é um modelo que prevê a primeira intervenção no pavimento com 12 anos de vida; e logo após, intervenções a cada dois anos. Deste modo, Xavier obteve os seguintes valores: Tabela 7 - Custos de Manutenção Custo de Manutenção Pavimento Flexível Ano Custo R$/m² 2 4,46 4 8, , ,33 Pavimento Rígido Custo de Manutenção Pav. Rígido Ano Custo R$/m² 12 31, , , , ,54 Fonte: Xavier (2009)

51 40 Realizado pela ABCP, outro estudo a cerca de custos de manutenção demostrou resultados que corroboram a tendência dos encontrados por Xavier. Estes resultados indicam que os custos de manutenção do pavimento rígido tendem a ser bastante elevados na primeira intervenção, e logo após diminuir mantendo-se quase constante. Para os custos associados ao pavimento flexível, verifica-se a tendência de ocorrer aumento com o avançar do tempo. Os resultados deste estudo podem ser vistos no gráfico a seguir. Figura 16 - Comparativo de custo de manutenção Fonte: ABCP (2004) Custo total Para compor o custo total do investimento empregado em uma obra de pavimentação, soma-se o custo inicial ao custo de manutenção realizada no período a que o projeto atende. Tem-se, assim, o custo acumulado total. A análise de estimativa deste custo, para o presente trabalho, se baseia no mesmo estudo da ABPC anteriormente mencionado.

52 41 Como pode ser visto na figura a seguir, o custo total do pavimento flexível tende a ser maior que o custo total do pavimento rígido. Inicialmente, como tendência geral, o investimento é menor, ao se optar pela solução flexível. Mas com o passar do tempo, o pavimento flexível exigirá mais ações de manutenção, que serão cada vez mais caras, até chegar o ponto em que existirá a exigência de restauração para evitar o colapso total da estrutura. Figura 17 - Comparativo de custo total Fonte: ABCP (2004) Resumo comparativo Tabela 8- Resumo do comparativo Principais Características dos Tipos de Pavimentos Comparados Parâmetro Pavimento Flexível Pavimento Rígido Estrutura mais espessa esbelta Subleito exige maior suporte não exige muito soprte Interação com agentes químicos reage com óleos e graxas resiste a ataques químicos Freq. de manutenção mais frequente menos frequente Custo inicial baixo elevado Custo de manutenção baixo elevado Vida útil menor maior Segurança escorregadio quando molhado evita derrapagem devido a sua textura Absorção de luz absorve mais; mais gastos com bsorve menos; economia de energia iluminação da via na iluminação da via Dimensionamento método arcaico e experimental método mais sofisticado e confiável Qualidade dos mat. empregados Menor possiblidade de controle possibilita maior controle Resistência às intempéries Degrada mais facilmente resiste bem

53 42 6. CONCLUSÃO Com base nas informações anteriormente levantadas e analisadas, pode-se concluir que: Considerando as características do subleito, indica-se a pavimentação rígida para solos com baixa resistência, já que esse tipo de pavimento não exige grande capacidade de suporte do subleito. Enquanto que, ainda considerando a capacidade de suporte do subleito, a pavimentação flexível seria melhor empregada em solos com alta resistência, solos que não necessitariam de grandes serviços de melhoramento do subleito, pois assim não haveria a exigência de camada de reforço e/ou sub-base, ou que pelo menos possibilitariam a diminuição da espessura destas camadas, o que deixaria a solução flexível ainda mais barata. Por apresentar uma distribuição de tensões mais concentrada, e ter a capacidade de resistência menor, o pavimento flexível tem facilidade em desenvolver trilhas de rodas. Sua aplicação, portanto, deve ser evitada em locais com movimentação de veículos concentrada. O comparativo entre as duas soluções distintas na engenharia de pavimentação rodoviária demonstrara a importância da avaliação dos custos referentes à manutenção destes pavimentos. O pavimento rígido se mostra mais caro no seu período inicial de construção, contudo, quando a análise de custos considera as futuras ações de conservação e restauração da estrutura do pavimento, a tendência observada é a de que a solução rígida se torne mais barata que a pavimentação flexível. Por fim, observa-se que a pavimentação rígida tem custo-benefício melhor devido à baixa necessidade de manutenção durante o período de vida útil. Também, pode-se afirmar que, dados os métodos e características comparadas, o pavimento rígido se apresenta como um produto mais confiável e de elaboração mais sofisticada.

54 43 REFERÊNCIAS ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland. Curso de Tecnologia de Pavimento de Concreto. Módulo 2 Projeto e Dimensionamento dos Pavimentos. Disponível em: < Acesso em: 03 março ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland. Pavimento de Concreto. Disponível em:< Acesso em: 08 junho BENEVIDES, S. A. S. Análise Comparativa dos Métodos de Dimensionamento de Pavimentos Asfálticos: Empírico do DNER e da Resiliência da COPPE/UFRJ em Rodovias do Estado do Ceará. Dissertação de Mestrado Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, BENEVIDES, S. A. S. Gestão de Pavimentos. Notas de Aula Universidade Federal do Ceará. Fortaleza, BENEVIDES, S. A. S. Pavimento de Concreto. Notas de Aula Universidade Federal do Ceará. Fortaleza, BERNUCCI, L. B. et al. Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros. Petrobras - ABEDA. Rio de Janeiro, CARAIOLA, L. G. Implantação e Recuperação de Pavimentos nas Paradas de Ônibus em Vias Urbanas de Curitiba. Trabalho de Conclusão de Curso Universidade Federal do Paraná. Curitiba, CENTRO DE EXCELÊNCIA EM ASFALTO PETROBRAS apud GONÇALVES, K. et al. Aplicação da Modelagem Molecular no Estudo da Interação Asfalto Brita. In: XXII Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa, Ouro Preto, MG, Rio de Janeiro, DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de transportes. Manual de Pavimentação Diretoria de Planejamento e Pesquisa. Coordenação Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. 3ª ed. Rio de Janeiro, DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de transportes. SICRO. Disponível em: < Acesso em: 12 junho DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de transportes. Manual de Estudos de Tráfego. Coordenação Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Rio de Janeiro, DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. NORMA DNIT 061/2004 TER. Diretoria de Planejamento e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Rio de Janeiro, 2004.

55 DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de transportes. Manual de Pavimento Rígido. Diretoria de Planejamento e Pesquisa. Coordenação Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. 2ª ed. Rio de Janeiro, DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de transportes. Planejamento Rodoviário - HDM-4. Disponível em: < planejamento-e-pesquisa/planejamento/ planejamento-rodoviario/hdm-4.pdf>. Acesso em: 07 abril FILHO, A. L. S. Estudo Comparativo de Viabilidade Técnica e Econômica Entre Pavimentos Rígido e Flexível Aplicados a Rodovia BR-408 PE / Augusto. Trabalho de Conclusão de Curso - Faculdade do Vale do Ipojuca. Pernambuco, FILHO, S. R. Estudo Econômico Comparativo Entre Tipos de Pavimentos. Dissertação de Mestrado Universidade Estadual de Campinas. Caruaru, GONÇALVES, F. P. O Diagnóstico e a Manutenção dos Pavimentos. Notas de Aula Universidade do Passo Fundo. Passo Fundo, Disponível em: < Acesso em: 10 março GRECO, J. A. S. Cargas Rodoviárias e Tráfego. Notas de Aula Universidade Federal de Minas Gerais. Disponível em: < Acesso em: 04 janeiro ILOS Instituto de Logística e Supply Chain. Cenário da Infraestrutura Rodoviária no Brasil. Disponível em: < http: // option= com_content&task = view&id = 1807&Itemid = 74 %20 >. Acesso em: 06 abril LOGÍSTICA DESCOMPLICADA. Avaliação da Qualidade das Rodovias Brasileiras. Disponível em: < Acessado em: 04 agosto MARQUES, G. L. O. Pavimentação. Notas de Aula Universidade Federal de Juiz de Fora. Juiz de Fora, Disponível em: < Aula-Prof.-Geraldo.pdf>. Acesso em: 14 maio SENÇO, W. Manual de Técnicas de Pavimentação. São Paulo: Editora Pini,1997. SILVA, G. A.; DOMINGUES, F.A.A. Aspectos Sobre Alguns Métodos de Dimensionamento de Camadas de Reforço de Pavimento. In: 28a Reunião Anual de Pavimentação, V. 1, Belo Horizonte, MG, Brasil, SOUSA, M. J. Patologias em Pavimentos Flexíveis. Trabalho de Conclusão de Curso Universidade Anhembi Morumbi. São Paulo, XAVIER, A. L. N. G. Comparativo do Desempenho Funcional e Financeiro Entre Pavimento Rígido e Flexível. TCC - Universidade Federal de Sergipe. São Cristóvão,

56 ANEXO A QUADROS E FIGURAS PARA DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO RÍGIDO PELO MÉTODO PCA/84 45

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