Juceline Batista dos Santos Bastos. Jorge Barbosa Soares. Suelly Helena de Araújo Barroso

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1 CONSIDERAÇÕES SOBRE A DEFORMAÇÃO PERMANENTE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS NO DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO-EMPÍRICO A PARTIR DE ENSAIOS ACELERADOS E INSTRUMENTAÇÃO EM CAMPO Juceline Batista dos Santos Bastos Jorge Barbosa Soares Suelly Helena de Araújo Barroso

2 CONSIDERAÇÕES SOBRE A DEFORMAÇÃO PERMANENTE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS NO DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO-EMPÍRICO A PARTIR DE ENSAIOS ACELERADOS E INSTRUMENTAÇÃO EM CAMPO Juceline Batista dos Santos Bastos Jorge Barbosa Soares Suelly Helena de Araújo Barroso Universidade Federal do Ceará Departamento de Engenharia de Transportes Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes - PETRAN RESUMO A tese de doutorado em andamento tem como objetivo principal contribuir para o desenvolvimento do novo método brasileiro de dimensionamento de pavimentos asfálticos por meio da investigação da deformação permanente em todas as camadas e no subleito. Para tanto, será avaliado o comportamento de misturas asfálticas em laboratório a partir do ensaio triaxial de carga repetida com confinamento e do creep dinâmico, e serão também executadas e monitoradas pistas experimentais a partir de ensaios acelerados e instrumentação para avaliar os deslocamentos que ocorrem em todas as camadas do pavimento e no subleito. Para as camadas granulares, serão adotadas as soluções tipicamente utilizadas no Ceará e para o revestimento, misturas asfálticas (i) com diferentes granulometrias e (ii) com ligantes modificados com diferentes tipos de polímeros. A partir da base de dados gerada espera-se desenvolver modelos de desempenho de pavimentos asfálticos para a região, em termos de deformação permanente. 1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS A experiência adquirida pelos órgãos rodoviários no uso de métodos empíricos de dimensionamento de pavimentos e a simplicidade dos mesmos faz com que estes permaneçam em uso desde 1966 no Brasil, sem transformações significativas. Isso ocorre a despeito do surgimento de novos materiais de pavimentação e correspondentes métodos de caracterização, e do crescimento na magnitude das cargas e no volume do tráfego. No entanto, a deterioração prematura dos pavimentos exigiu o desenvolvimento de um novo método brasileiro de dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos asfálticos que encontra-se em elaboração para ser lançado em A utilização de métodos mais modernos de dimensionamento, que fazem uso da resposta estrutural do pavimento, já possui um histórico na literatura nacional (Motta, 1991; Motta e Medina, 1991; Benevides, 2000; Bezerra Neto, 2004; Medina e Motta, 2005; Franco, 2007; Soares et al., 2009; Bastos, 2013). Contudo, o uso de métodos mecanísticos-empíricos tem sido restrito a algumas empresas consultoras, mais como verificação do dimensionamento oficial que utiliza o CBR (California Bearing Ratio) e eventualmente de forma completa em poucas obras, sendo mais comum em vias concessionadas. Mesmo quando aplicados, diferentes critérios de desempenho têm sido usados, não havendo ainda no país um consenso sobre os modelos de desempenho mais apropriados e, portanto, uma metodologia devidamente formalizada ou de uso corrente. Em um método mecanístico-empírico, os valores de tensão/deformação nos pavimentos são determinados a partir de simulações analíticas ou numéricas que têm como dados de entrada as propriedades dos materiais obtidas em ensaios laboratoriais. Os resultados dessas análises são comparados com critérios de dimensionamento pré-definidos, considerando diversos modos de deterioração aos quais esses pavimentos estão submetidos. Destacam-se em nosso país a fadiga do material (associada ao trincamento do revestimento ou de camadas cimentadas) e a deformação permanente (Pinto, 1991; Soares et al., 2009), que pode ser

3 atribuída ao revestimento, às camadas subjacentes, ao subleito ou ainda à combinação de defeitos em diversas camadas. Nos últimos anos, a ocorrência prematura e/ou excessiva da deformação permanente nos pavimentos asfálticos tem sido motivo de preocupação entre técnicos e pesquisadores brasileiros da área de pavimentação. Dentre os diversos tipos de defeitos a que um pavimento está sujeito, a deformação permanente em trilha de roda da camada de rolamento é um dos mais importantes. Esse tipo de defeito além de propiciar uma degradação acelerada da estrutura do pavimento, reduz consideravelmente o conforto ao rolamento, a segurança do usuário, e aumenta os custos operacionais. Os materiais sob o revestimento podem apresentar deformações permanentes, sobretudo por densificação adicional pelo tráfego e por ruptura ao cisalhamento. A deformação permanente em misturas asfálticas ocorre devido a uma combinação do fluxo do material (viscoelástico ou viscoplástico) e do dano neste material, representado pela formação e propagação de trincas (Bernucci et al., 2010). No caso da deformação permanente em misturas asfálticas, esta ocorre em temperaturas a partir de 60ºC (frequentemente encontrada em campo), no qual é observada a redução da rigidez do ligante. Ainda que a rigidez do ligante tenha grande efeito na resistência à deformação permanente, o intertravamento dos agregados e suas características de forma (angularidade e textura) são frequentemente apontados como os maiores responsáveis por essa resistência. O Brasil ainda não possui estabelecido um ensaio de caracterização da deformação permanente de misturas asfálticas, embora esteja previsto o desenvolvimento de uma norma para 2014 no âmbito da Comissão de Asfalto do IBP (Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis). O ensaio mais comumente realizado no país é o de creep dinâmico sem confinamento para determinação do chamado Flow Number, e também o ensaio de placas por meio de simuladores de laboratório. Para a presente pesquisa além do creep dinâmico será realizado o Triaxial Stress Sweep TSS (Choi, 2013), que é um ensaio sob condições de confinamento, a fim de melhor se aproximar das condições encontradas em campo. O Laboratório de Mecânica dos Pavimentos da Universidade Federal do Ceará (LMP/UFC) já possui a infraestrutura necessária e vem realizando esse ensaio, havendo hoje uma dissertação de mestrado em conclusão no Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes da UFC (Borges, 2014). É necessária a continuidade da pesquisa com vistas a realizar o maior número possível de ensaios em misturas locais. Outra forma de avaliação da deformação permanente em pavimentos asfálticos é por meio do uso de simuladores de tráfego. Ainda que estes equipamentos não repliquem aspectos como a estocasticidade das cargas ou o envelhecimento das misturas testadas, são capazes de simular mais proximamente a situação de campo por terem uma carga cíclica aplicada sobre uma estrutura em geral por meio de pneumáticos. No entanto, o confronto do ensaio triaxial de carga repetida com confinamento em laboratório com misturas monitoradas em campo ainda é uma carência na literatura, mesmo internacional. A fim de contribuir para o desenvolvimento de modelos de desempenho quanto à deformação permanente de pavimentos asfálticos, buscando a previsão de um parâmetro indicativo desta falha, objetiva-se nesta pesquisa correlacionar granulometrias e propriedades de forma dos agregados com a capacidade de resistir à deformação permanente de misturas em laboratório e em campo.

4 Através do exposto nos parágrafos anteriores, o objetivo geral da tese de doutorado é contribuir para o desenvolvimento do novo método brasileiro de dimensionamento de pavimentos asfálticos por meio da investigação da deformação permanente, levando em consideração resultados laboratoriais de misturas asfálticas obtidos pelo TSS, creep dinâmico e resultados de deslocamentos obtidos em campo considerando todas as camadas do pavimento e o subleito. Estes últimos serão coletados pelo monitoramento de pistas experimentais. 2. METODOLOGIA E RESULTADOS ESPERADOS Para alcançar o objetivo proposto, este projeto tem o desafio de projetar, construir e acompanhar trechos experimentais a partir de ensaios acelerados. Dessa forma, será utilizado o Robô Simulador de Grande Porte (RSGP) que foi construído no âmbito da Rede Asfalto N/NE financiada pela Petrobras e FINEP. Esse simulador será utilizado em trechos experimentais construídos especificamente para os ensaios acelerados. Conta-se também com um sistema de aquisição de dados com arranjo de sensores para leitura da umidade e temperatura, células de pressão e sensores de deformação (straingages) para monitorar os trechos experimentais. Esse acompanhamento possibilitará a modelagem da evolução das falhas a partir de informações estruturais (deslocamentos no sistema de camadas) que surgem a partir da passagem do referido simulador, agregando informações relevantes para o projeto. Em laboratório, o Flow Number obtido através do ensaio uniaxial de carga repetida pode não ser o parâmetro mais adequado podendo variar com, por exemplo, o confinamento do corpo de prova. Dessa forma, este trabalho utilizará o TSS comparando-o com o creep dinâmico sem confinamento, objetivando determinar qual desses ensaios melhor se aproxima das condições encontradas em campo. Para tanto, o trabalho experimental foi dividido em quatro etapas. Na primeira etapa, serão coletados solos, agregados e ligantes para ser aplicado na área piloto de estudo; esses materiais serão caracterizados em laboratório, para serem aplicados em camadas dos pavimentos; em seguida será realizada a dosagem da mistura asfáltica de controle e de dois outros grupos de misturas. No primeiro grupo haverá misturas com variações da composição granulométrica a fim de verificar a influência dessa variação na resistência à deformação permanente das misturas (para proporcionar uma maior resistência à deformação permanente, especialmente na fase de compactação da mistura optou-se por utilizar a metodologia Bailey para gerar uma curva granulométrica com maior intertravamento entre os agregados). O segundo grupo conterá misturas dosadas com a mesma granulometria e percentual de ligante, porém com ligantes modificados com diferentes tipos de polímero. Esse grupo tem o intuito de verificar a influência da modificação dos ligantes na resistência à deformação permanente das misturas asfálticas (metodologia Superpave); em seguida essas misturas serão avaliadas quanto à deformação permanente a partir do ensaio TSS (Choi, 2013) e do creep dinâmico sem confinamento (Witczak et al., 2002). Na segunda etapa, um trecho experimental já construído será utilizado para testar o simulador de grande porte e a instrumentação de campo. Essa etapa terá a função de validação, realização de testes e operação do RSGP e da instrumentação de campo. Na terceira etapa, os trechos serão construídos com os materiais caracterizados em laboratório, para posterior monitoramento. Serão determinados os módulos de elasticidade efetivos in situ das camadas, utilizando-se o GeoGauge (ASTM D6758/08) e serão realizadas leituras de bacias de

5 deflexões de superfície, utilizando-se o Falling Weight Deflectometer - FWD (DNER-PRO 273/96). Na quarta etapa, serão realizadas medições de afundamentos em trilha de roda com a treliça metálica (DNIT-PRO 006/03) e avaliação da condição de superfície. Em seguida será realizada a interpretação dos dados obtidos pela instrumentação nas pistas experimentais quanto a medição de umidades nas camadas granulares e no subleito, medição da temperatura na camada asfáltica e dos deslocamentos que ocorrem na estrutura de todas as camadas do pavimento e no subleito. Espera-se com o monitoramento das pistas experimentais o desenvolvimento de tendências de modelos de desempenho de pavimentos asfálticos, em termos de afundamento de trilha de roda, a exemplo do que foi realizado internacionalmente (Monismith et al., 1975; Uzan, 1982; NCHRP, 2004; Boateng e Maina, 2012; Choi, 2013). Estas informações são fundamentais para a nova metodologia de dimensionamento de pavimentos em desenvolvimento no país. Assim, será possível confrontar ensaios de deformação permanente em misturas asfálticas de laboratório com os resultados dos trechos experimentais no Ceará e estabelecer um modelo regional quanto à deformação permanente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASTM D6758 (2008) Standard test method for measuring stiffness and apparent modulus of soil and soil-aggregate in-place by electro-mechanical method. BASTOS, J. B. S. (2013) Influência da variação da umidade no comportamento de pavimentos da região metropolitana de Fortaleza. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Ceará UFC. Fortaleza, CE. BENEVIDES, S. A. S. (2000) Análise comparativa dos métodos de dimensionamento dos pavimentos asfálticos: Empírico do DNER e da Resiliência da COPPE/UFRJ em rodovias do estado do Ceará. Tese de Mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, RJ. BEZERRA NETO, R. S. (2004) Análise comparativa de pavimentos dimensionados através dos métodos empírico do DNER e mecanístico e proposta de um catálogo simplificado de pavimentos para a região de Campo Grande (MS). Dissertação de Mestrado. Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos. BERNUCCI, L. L. B.; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J. A. P. e SOARES, J. B. (2010) Pavimentação Asfáltica - Formação Básica para Engenheiros. Rio de Janeiro: Petrobras: ABEDA. BOATENG, J. A. e MAINA, J. (2012) Permanent deformation testing for a new South African mechanistic pavement design method. Journal Construction and Building Materials, Vol. 26, pp BORGES, R. L. (2014) Utilização de um modelo viscoplástico para análise de deformação permanente em misturas asfálticas. Qualificação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes da Universidade Federal do Ceará Petran/UFC. Fortaleza, CE. CHOI, Y.T. (2013) Development of a mechanistic prediction model and test protocol for the permanent deformation of asphalt concrete. Dissertation (Doctor of Philosophy). North Carolina State University at Raleigh. DNER-PRO 273 (1996) Determinação das deflexões utilizando o deflectômetro de impacto tipo Falling Weight Deflectometer FWD. Rio de Janeiro. DNIT-PRO 006 (2003) Avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos. Rio de Janeiro. FRANCO, F. A. C. P. (2007) Método de dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos asfálticos SisPav. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ. Rio de Janeiro, RJ. MEDINA, J. e MOTTA, L. M. G. (2005) Mecânica dos pavimentos. 2ª Ed. Rio de Janeiro. MOTTA, L. M. G. (1991) Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis; critério de confiabilidade e ensaios de cargas repetidas. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE/UFRJ. MOTTA, L. M. G. e MEDINA, J. (1991) Um método de dimensionamento de pavimentos flexíveis desenvolvido no Brasil. In: 25ª Reunião Anual de Pavimentação, São Paulo, SP. NCHRP (2004) Guide for mechanistic-empirical design of new and rehabilitated pavement structures. National Cooperative Highway Research Program, Transportation Research Board, National Research Council. PINTO, S. (1991) Estudo do comportamento à fadiga de misturas betuminosas e aplicação na avaliação estrutural de pavimentos. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE/UFRJ. SOARES, J. B.; MORENO, A. M. e MOTTA, L. M. G. (2009) Aspectos gerais de métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos de vários países e a relação com um novo método brasileiro. Revista Pavimentação, ABPv, Ano IV. Rio de Janeiro, RJ. WITCZAK, M. W.; KALOUSH, K. e PELLINEN, T. (2002) Simple performance test for superpave mix design, National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Relatório 465, Washington, D.C. EUA.