UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL UNIJUI DANIEL KOSCREVIC PANDOLFO

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1 UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL UNIJUI DANIEL KOSCREVIC PANDOLFO VARIAÇÃO DA ESTIMATIVA DE VIDA ÚTIL DE UM PAVIMENTO FLEXÍVEL RESTAURADO COM ESPESSURAS DE REFORÇO ANALISADAS MECANISTICAMENTE A PARTIR DOS MÓDULOS OBTIDOS POR DIFERENTES MÉTODOS E SOFTWARES DE RETROANÁLISE Santa Rosa 2015

2 DANIEL KOSCREVIC PANDOLFO VARIAÇÃO DA ESTIMATIVA DE VIDA ÚTIL DE UM PAVIMENTO FLEXÍVEL RESTAURADO COM ESPESSURAS DE REFORÇO ANALISADAS MECANISTICAMENTE A PARTIR DOS MÓDULOS OBTIDOS POR DIFERENTES MÉTODOS E SOFTWARES DE RETROANÁLISE Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil. Orientador: Jose Antônio Santana Echeverria Santa Rosa 2015

3 DANIEL KOSCREVIC PANDOLFO VARIAÇÃO DA ESTIMATIVA DE VIDA ÚTIL DE UM PAVIMENTO FLEXÍVEL RESTAURADO COM ESPESSURAS DE REFORÇO ANALISADAS MECANISTICAMENTE A PARTIR DOS MÓDULOS OBTIDOS POR DIFERENTES MÉTODOS E SOFTWARES DE RETROANÁLISE Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelos membros da banca examinadora. Santa Rosa, 09 de Novembro de 2015 BANCA EXAMINADORA Prof. Me. Jose Antônio Santana Echeverria (UNIJUÍ) Mestre pela UFRGS Orientador Prof. André Luiz Bock (UNIJUÍ) Mestre pela UFRGS

4 Dedico este trabalho à minha mãe Ivoni Koscrevic Obrigado por tudo!!!

5 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente àqueles familiares que estiveram presentes não só nos bons momentos, mas sim em todos, dando apoio, incentivo e confiança. Ao orientador José Echeverria que desde a primeira conversa sobre TCC já se mostrou disposto a ajudar incentivando-me pela busca de conhecimento e contribuindo com a formação de um engenheiro. Obrigado pela parceria e confiança. Agradeço à empresa Carpenedo & Cia Ltda. de Santa Rosa/RS que cedeu equipamento e pessoal para realização dos ensaios, obrigado ao laboratorista Cristiano e os demais que de alguma forma contribuíram. Agradeço à Marcos Rogerio e Marcos Spengler pelos conselhos, pelo grande incentivo, compreensão e parceria. Aos meus colegas e amigos pelo companheirismo e lealdade. Não foram poucas as horas de estudo, muito menos as de ligações tira-dúvidas, ao final não tenho apenas colegas, mas sim parceiros, com os quais sei que posso contar. Aos meus amigos de longa data Guilherme, Jacson, Rafael, Thiarles, e minha namorada Bianca, pela compreensão e amizade. Àqueles professores que não mediram esforços e que estiveram sempre dispostos a ensinar dando o seu melhor para isso, a estes o meu Muito Obrigado. Enfim Muito Obrigado a todos que de alguma forma, mínima que seja, contribuíram não só com a realização deste trabalho como também para minha formação.

6 [...] Take your time... don't live too fast, troubles will come and they will pass, Forget your lust for the rich man's gold, all that you need is in your soul. And be a simple kind of man, be something you love and understand. [ ] Simple Man - Gary Rossington / Ronnie Van Zant

7 RESUMO PANDOLFO, Daniel Koscrevic. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, Santa Rosa, Atualmente é possível dimensionar uma estrutura rodoviária ou um reforço de pavimento através de métodos mecanísticos, podendo se utilizar os métodos empíricos como o do CBR (Califórnia Bearing Ratio) para um pré-dimensionamento. Neste novo enfoque a estrutura é tratada como qualquer outra em engenharia, como por exemplo, a de concreto armado, onde as tensões e deformações são analisadas e limitadas variando-se as espessuras e as características dos materiais. Para tratar do reforço de pavimentos, é necessário o prévio conhecimento de algumas características dos materiais existentes na estrutura, como os módulos de resiliência que podem ser obtidos mediante processo de retroanálise das bacias de deflexão. Neste trabalho se desenvolve um estudo que busca retroanalisar dez bacias de deflexão medidas com Viga Benkelman junto à Rodovia BR 472 de três diferentes formas: duas a partir de softwares e outra a partir do método simplificado proposto por Fabricio et al. (1994), e utilizar estes valores em uma análise mecanística propondo diferentes espessuras de reforço em CA (concreto asfáltico). Para cada conjunto de valores de módulo de resiliência obtido por retroanálise foram propostas 6 diferentes espessuras de reforço com MR de 6645 MPa, sendo elas: 4, 7, 10, 13, 16 e 19 cm. Estas estruturas foram analisadas com o software de calculo de tensões, deformações e deslocamentos AEMC (Análise Elástica de Múltiplas Camadas), a fim de obter a deformação específica de tração na base do revestimento e de compressão no topo do subleito. Os valores de deformação foram utilizados nos modelos de desempenho à fadiga de Pinto (1991), Franco (2007) e Federal Highway Administration dos EUA (FHWA), e nos modelos de desempenho de afundamento da trilha de roda do Instituto do Asfalto dos EUA e Laboratoire Central des Ponts et Chaussées da França (LCPC), afim de estimar o número de solicitações de um eixo padrão de 8,2t que a estrutura será capaz de suportar sem que ocorram fissuras ou deformações maiores que 12,5mm, determinando assim a estimativa de vida útil para cada espessura e conjunto de módulos retroanalisados que foram comparados entre si obtendo a variação de resultados. Complementarmente realizou-se o cálculo da espessura necessária de reforço para a estimativa de vida útil média de fadiga a partir do método PRO 11/79. Palavras chave: Desempenho de pavimentos; Reforço de pavimentos; Análise mecanicista.

8 ABSTRACT PANDOLFO, Daniel Koscrevic. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, Santa Rosa, Currently it is possible to design a road structure or pavement reinforcement through mechanistic methods, using empirical methods as the CBR for a preliminary design. In this new approach the structure is treated as any other in engineering, for example, reinforced concrete, where stresses and strains are analyzed and limited varying the thickness and material characteristics. To treat of the pavement reinforcement, is required prior knowledge of some characteristics of the existing materials in the structure, like as resilient modulus that can be obtained by the process back-calculation deflection bowls. This paper develops a study that seeks back-calculate ten deflection bowls measured with Benkelman Beam in the highway BR 472 of three different ways: two of them from softwares and another one from the simplified method proposed by Fabrício et al. (1994), and use these values in a mechanistic analysis proposing different thickness in asphalt concrete reinforcement. For each set of resilient modulus values obtained by back-calculation has been proposed six different thicknesses with MR 6645 MPa, that were: 4 7, 10, 13, 16 and 19 cm. These structures has been analyzed with the software AEMC (Multiple Layers of Elastic Analysis) in order to obtain specific tensile strain at the bottom asphalt concrete and the compressive strain at the top of the subgrade. The strain values has been used in performance models to fatigue Pinto (1991), Franco (2007) and Federal Highway Administration dos EUA (FHWA), and in the performance models to rutting failure of the Asphalt Institute (USA) and Laboratoire Central des Ponts et Chaussées da França (LCPC) in order to estimate the number of cycles for a standard axle 8,2t that the structure will be able to withstand without occur cracks or deformations greater than 12.5 mm, thereby determining the estimated useful life for each thickness and set of resilient modulus back-calculation that will compared with each other to getting the result variation. Complementarily it wore performed the calculate the thickness necessary to reinforcement to estimate of average useful life starting of PRO 11/79 method. Key Words: Pavement Performance, Pavement Reinforcement, Mechanistic Analysis.

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Flexíveis: Pressões Concentradas e Rígido: Pressões Distribuídas Figura 2: Estrutura Pavimento - Tipo Figura 3: Poço de Sondagem em pavimento Figura 4: Extração de corpo de prova por sondagens rotativas Figura 5: Esquema Viga Benkelman Figura 6: Medida das deflexões em campo com Viga Benkelman Figura 7: Esquema de um defletômetro de impacto Figura 8: Deflexão da estrutura Figura 9: Mesma deflexão máxima para diferentes bacias Figura 10: Esquema de leituras com Viga Benkelman para obtenção da deformada Figura 11: Bacia de deflexão medida Figura 12: Pavimento Equivalente com 3 camadas Figura 13: Pavimento Equivalente Única Camada Figura 14: Medidas necessárias Figura 15: Danos provocados por fadiga Figura 16: Deformação Permanente Figura 17: Estruturas utilizadas por Motta (1991) no estudo da Deformação Permanente Figura 18: Configuração do Modelo de elementos finitos Figura 19: Locação das medições em campo Figura 20: Local dos Ensaios LE/a e LD/b Figura 21: Equipamento Viga Benkelman e Régua Figura 22: Régua Pré-demarcada Figura 23: Medida das Deflexões Figura 24: Abertura da camada de CA com Fresadora Figura 25: Abertura Poços de Sondagem Figura 26: Medida Espessuras Poço 01 - Estaca Figura 27: Medida Espessuras Poço 02 - Estaca Figura 28: Material para ensaio de umidade Figura 29: Esquema carregamento e medidas Figura 30: Retroanálise Backsispav Figura 31: Retroanálise Evercalc Figura 32: Delineamento da Pesquisa... 78

10 Figura 33: Ensaio de umidade da base estaca Figura 34: Ensaio de umidade do subleito estaca Figura 35: Ensaio de umidade da base estaca Figura 36: Ensaio de umidade do subleito estaca Figura 37: Interface AEMC Figura 38: Estimativa de vida útil para fadiga M1-Franco (2007) e M2-Pinto (1991) Figura 39: Estimativa de vida útil para fadiga M1-Franco (2007), M2-Pinto (1991) e M3- FHWA Figura 40: Estimativa de vida útil para deformação permanente IA e LCPC Figura 41: Espessuras de reforço pelos métodos mecanísticos e PRO 11/

11 LISTA DE TABELAS Tabela 1 : Localização dos pontos para medida com VB Tabela 2: Critérios para avaliação estrutural PRO 011/ Tabela 3: Intervalo típico de valores de µ e α da expressão de Uzan (1985) Tabela 4: Tipo de material e espessuras das camadas Tabela 5: Resultados ensaio de umidade Tabela 6: Deflexões e distâncias obtidas com VB e carregamento padrão Tabela 7: Deflexões e distâncias modificadas para utilização nos softwares Tabela 8: Módulos de Resiliência - BackSispav Tabela 9: Módulos de Resiliência Evercalc Tabela 10: Valores utilizados na análise mecanística Tabela 11: Módulos de Resiliência e espessuras método simplificado Tabela 12: Valores utilizados na análise mecanística Tabela 13: Deformações calculadas com MR obtidos pelo BackSispav Tabela 14: Deformações calculadas com MR obtidos pelo Evercalc Tabela 15: Comparação εc obtido pela equação do método simplificado e pelo AEMC Tabela 16: Deformações calculadas com MR e espessuras eq. obtidos pelo método simplificado Tabela 17: Variação da estimativa de vida útil de fadiga modelo Franco (2007) Tabela 18: Variação da estimativa de vida útil de fadiga modelo Pinto (1991) Tabela 19: Variação da estimativa de vida útil de fadiga modelo FHWA Tabela 20: Variação da estimativa de vida útil para deformação permanente modelo IA Tabela 21: Variação da estimativa de vida útil para deformação permanente modelo LCPC. 92 Tabela 22: Média da estimativa de vida útil para fadiga para utilização no PRO 11/ Tabela 23: Espessura necessária de reforço método PRO 11/

12 LISTA DE SIGLAS AASHTO AEMC ATR BGS CA CBR CBUQ CNT COOPE DNER DNIT EFin3D FWD FHWA IPR ISC LCPC ME MEF MP-PPA MR NBR PRO TC TSCE VB WESLEA WSDOT American Association of State Highway and Transportation Officials Análise Elástica de Múltiplas Camadas Afundamento na Trilha de Roda Brita Graduada Simples Concreto Asfáltico California Bearing Ratio Concreto Betuminoso Usinado à Quente Confederação Nacional do Transporte Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia Departamento Nacional de Estradas de Rodagem Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes Elementos Finitos Tridimensional Falling Weight Deflectometer Federal Highway Administration dos EUA Instituto de Pesquisas Rodoviárias Índice de Suporte Califórnia Laboratoire Central des Ponts et Chaussées da França Método Método dos Elementos Finitos Ministério do Planejamento Plano Plurianual Módulo de Resiliência Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT Procedimento Tensão Controlada Teoria de Sistemas de Camadas Elásticas Viga Benkelman Watersways Experiment Station, U.S. Army Corps of Engineers Washington State Department of Transportation

13 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO CONTEXTO PROBLEMA Questões de Pesquisa OBJETIVOS DELIMITAÇÃO DO TEMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA PAVIMENTO Camadas dos Pavimentos Subleito Reforço do Subleito Sub-base Bases Revestimento Asfáltico Materiais Empregados PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS Índice de Suporte Califórnia ISC CBR Módulo de Resiliência AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS Avaliação Estrutural de Pavimentos Flexíveis Avaliação Estrutural Destrutiva Avaliação Estrutural não Destrutiva EQUIPAMENTOS DE MEDIDA DAS DEFLEXÕES Viga Benkelman Equipamento FWD DEFLEXÕES RETROANÁLISE Métodos Iterativos Métodos Simplificados PROGRAMAS DE RETROANÁLISE EVERCALC - Pavement Backcalculation BackSispav... 47

14 2.8 PROJETO DE RESTAURAÇÃO PROCEDIMENTOS E MÉTODOS MODELOS DE DESEMPENHO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS Vida de Fadiga Modelo Shell Oil Modelo do Asphalt Institute Modelo de Pinto (1991) Modelo de Franco (2007) Deformação permanente (ATR) ANÁLISE DE CAMADAS DOS PAVIMENTOS AEMC e EFin3D METODOLOGIA CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA PLANEJAMENTO DA PESQUISA Determinação das Bacias de Deflexão Abertura dos poços de sondagem Retroanálise Determinação das Deformações Determinação da Estimativa de Vida útil Espessura de reforço pelo método PRO 11/ DELINEAMENTO DA PESQUISA ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS MATERIAL E ESPESSURAS Umidade MEDIDAS DE DEFLEXÕES MÓDULOS DE RESILIÊNCIA ANÁLISE MECANÍSTICA ESTIMATIVAS DE VIDA ÚTIL Vida útil de fadiga Vida útil deformação permanente ESPESSURAS DE REFORÇO PELO MÉTODO PRO 11/ REFERÊNCIAS

15 1. INTRODUÇÃO 1.1 CONTEXTO O transporte é um dos principais fatores de produção na economia e agente indutor de riqueza e desenvolvimento, a importância do setor para o país é superior à ideia inicial de mero elo entre zonas produtora e consumidora, este setor gera empregos, contribui para melhorar a distribuição de renda e reduz a distância entre a zona rural e a urbana, melhorando a qualidade de vida da população (CNT, 2014). O principal modo de transporte no Brasil é o rodoviário, respondendo por mais de 58% do volume de movimentação nacional de cargas, e 48% do transporte interestadual de passageiros (BRASIL MP PPA ). Conforme Echeverria (2011), e a Confederação Nacional dos Transportes (CNT) (2014), rodovias em bom estado de conservação não exigem atividades de manutenção de grande vulto, e além de propiciar segurança e conforto aos usuários são fundamentais para o desenvolvimento do país, para a redução de acidentes e para a sustentabilidade, sendo que a inadequação da infraestrutura aumenta o tempo das viagens, eleva o custo operacional dos veículos, traz mais riscos aos usuários e emissões de poluentes. Conforme Balbo (2007), a manutenção periódica de pavimentos é realizada através de reforço que é o nome dado à nova camada de rolamento aplicada sobre a superfície de um pavimento existente, quando este necessita de serviços de restauração ou reabilitação, sua designação popular é o recapeamento. Segundo Lebre (2014), os primeiros métodos de dimensionamento de pavimentos baseavam-se em ensaios físicos que classificavam o tipo de solo, técnica que foi substituída pelos ensaios mecânicos de resistência, como por exemplo, o método de CBR (Califórnia Bearing Ratio), que define conforme Balbo (2007), uma espessura de reforço que com o passar do tempo possa proteger o subleito e demais camadas contra a ruptura por cisalhamento e deformações excessivas. Estes métodos são empíricos, ou seja, baseiam-se, exclusivamente, na observação do comportamento de pavimentos através de ensaios experimentais (LEBRE, 2014). Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

16 16 Segundo Balbo (2007), outro critério posterior ao do CBR é o da deformabilidade, que define a espessura de reforço tendo em vista o nível de deformação apresentado pelo pavimento e a capacidade de um novo material resistir às solicitações. No que diz respeito aos baseados no critério da deformabilidade, é muito comum a utilização dos métodos PRO, como o PRO 011/79 conhecido como procedimento B, que se baseia em ábacos e fórmulas baseadas em métodos semi-empíricos para dimensionamento da camada necessária de reforço em função do número de solicitações de um eixo padrão para uma vida útil de n anos. De acordo com Lopes (2012), os métodos baseados nos critérios de deformabilidade que se baseiam apenas na deflexão máxima podem não indicar a real condição estrutural do pavimento, pois essa deflexão pode ser medida em dois pavimentos com bacias de deflexão diferentes, isto é, dois pavimentos com a mesma deflexão máxima podem possuir comportamentos estruturais distintos. Estudos desenvolvidos a partir de convênio firmado entre o IPR/DNER e a COPPE/UFRJ na década de 70 deram início a uma ampla revisão nos métodos de dimensionamento de pavimentos novos e reforço de pavimentos antigos (PINTO, 1991). A deterioração prematura dos pavimentos exigiu conforme Soares (2009), o desenvolvimento de um novo método chamado mecanístico-empírico, que se baseia em dados referentes às características do material constituinte de cada camada da estrutura, como espessura e módulos de resiliência, bem como configuração do carregamento a que será submetida. Os dados são processados em softwares que apresentam valores de tensão e deformação em qualquer ponto da estrutura analisada, dados estes que são inseridos em modelos de desempenho que calculam o número de solicitações de um eixo padrão que a estrutura será capaz de suportar sem que ocorram fissuras ou deformações (MEDINA; MOTTA, 2005). Conforme Lebre (2014), os critérios de dimensionamento mecanicistas geralmente utilizados são: critério de fadiga e critério de deformação permanente e é através da comparação dos valores obtidos na análise de tensões e deformações com os dois critérios apresentados que se verifica se o pavimento está bem dimensionado. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

17 17 Segundo Motta (1991) e Franco (2007), os métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos tradicionais têm uma forte dose de empirismo e muitos trabalhos científicos vêm sendo produzidos buscando reduzir ou até mesmo eliminar a parcela de empirismo, porém, apesar dos esforços, ainda não foi possível desenvolver no país um método de dimensionamento adequado, que permita padronizá-lo pelos órgãos regulamentadores nacionais, como o DNIT ou DERs, de modo a generalizar seu uso no Brasil. A determinação das espessuras de reforço pelo método mecanicista depende da inserção de dados referentes aos materiais existentes no local da execução do reforço e uma dessas características é o módulo de resiliência, que pode ser obtido através de retroanálise das bacias de deflexão, cujo principal objetivo é sua determinação (MEDINA; MOTTA, 2005). A retroanálise pode ser realizada em softwares no caso dos métodos iterativos, ou expressões matemáticas e nomogramas no caso de métodos simplificados. O módulo de resiliência de cada camada é, portanto, fundamental para determinação da espessura necessária de reforço, porém, as análises iterativas são realizadas através de softwares que diminuem os erros dos cálculos manuais e aceleram o processo, mas não existe apenas um software baseado em um método de calculo, existem sim, dezenas de programas computacionais baseados em diferentes metodologias, o que pode acarretar variação dos valores modulares de cada camada do pavimento, se comparadas entre si, e também com métodos simplificados. Utilizando, portanto um método mecanicista, que consiste em uma análise mecânica em termos de tensão e deformação nos diferentes pontos da estrutura, encontra-se o problema da variação dos valores modulares e quanto esta variação pode alterar em termos de dimensionamento. 1.2 PROBLEMA Medina e Motta (2005) ressaltam que a maior dificuldade em um projeto de reforço utilizando-se o método mecanístico está na determinação do módulo de resiliência dos materiais existentes na estrutura. Para resolver o problema os autores citam a retroanálise das bacias de deflexão. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

18 18 Conforme Nobrega (2003) tem-se desenvolvido uma série de programas de retroanálise baseados nos princípios da teoria da elasticidade, porém conforme Medina e Motta (2005) cada software de retroanálise tem suas hipóteses e procedimentos de ajustes das soluções, que os diferencia de outros, como consequência pode-se obter diferentes módulos de resiliência das camadas para uma mesma bacia de deflexão. Encontra-se aí uma dificuldade que pode ocorrer no processo de dimensionamento mecanístico de pavimentos. Lopes (2012) afirma que é um grande desafio para os engenheiros civis, do setor rodoviário, definir modelos racionais de dimensionamento e restauração de vias, a fim de reduzir custos de obras e garantir o bom desempenho funcional e estrutural dos pavimentos ao longo do tempo. Como já citado, a utilização de métodos mecanicistas para análise e determinação de espessuras de reforço dependem da inserção de dados referentes aos materiais constituintes de cada camada da estrutura em questão, porém o módulo de resiliência obtido por processo de retroanálise das bacias de deformação para esta finalidade pode ser obtido por diversos softwares e métodos. A partir desta ideia desenvolve-se a questão de pesquisa deste trabalho Questões de Pesquisa A questão principal deste trabalho visa descobrir: Quanto as variações nos valores de módulo de resiliência encontrados a partir de retroanálise em diferentes softwares e métodos alteram a estimativa de vida útil de um pavimento flexível recuperado com diferentes espessuras de revestimento em uma análise mecanística-empírica? As questões secundárias buscam determinar: Os softwares de retroanálise estudados convergem para um mesmo resultado dos valores de módulo de resiliência das diferentes camadas do pavimento, ou diferem entre si? Uma pequena variação nos valores de módulo de resiliência é capaz de influenciar significativamente a vida útil de um pavimento flexível? A recuperação de um pavimento através de recapeamento em CA (concreto asfáltico) pelo método mecanístico-empírico resulta em espessuras mais ou menos Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

19 19 conservadoras do que caso fosse dimensionado pelo método PRO 11/79 para uma mesma vida útil? Vale a pena realizar investigação através da abertura de poços de sondagem e levantamento da bacia de deflexão do pavimento necessário à utilização dos softwares de retroanálise, ou é mais vantajoso utilizar o método simplificado que não necessita tantos dados de entrada? 1.3 OBJETIVOS O objetivo principal deste trabalho é analisar comparativamente quanto a variação dos módulos de resiliência encontrados em diferentes softwares e métodos de retroanálise alteram a estimativa de vida útil de um pavimento flexível em termos de Afundamento da Trilha de Roda (ATR) e Vida de Fadiga para cada espessura de reforço. Como objetivos específicos têm-se: Realizar análise dos dados de retroanálise buscando determinar a variação de resultados obtidos pelos diferentes softwares hoje disponíveis. Determinar até que ponto a alteração dos valores de módulo de resiliência são determinantes na vida útil do pavimento recuperado com x centímetros de revestimento. Comparar para cada espessura de reforço a vida útil encontrada caso fosse dimensionada pelo método PRO 011/79. Analisar a estimativa de vida útil calculada a partir dos parâmetros gerados pelos softwares de retroanálise pelo método simplificado, buscando descobrir se a investigação através da abertura de poços de sondagem e levantamento da bacia de deflexão necessária à utilização dos softwares pode ser substituída pela análise simplificada, economizando tempo e recursos. 1.4 DELIMITAÇÃO DO TEMA Esta pesquisa limita-se a estudar a variação da estimativa de vida útil de um de um pavimento flexível reforçado com diferentes espessuras de CA na rodovia federal BR 472, na região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

20 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 PAVIMENTO Conforme Bernucci et al. (2008), o 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. A norma ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR 7207/82 diz que o pavimento é a estrutura destinada econômica e simultaneamente, a: Resistir e distribuir os esforços verticais produzidos pelo tráfego, ao subleito; Proporcionar conforto, segurança e comodidade no rolamento; Resistir os esforços horizontais, na superfície de rolamento. Além das já citadas, Balbo (2007) lembra que a estrutura de um pavimento tem como função precípua, isto é principal, suportar os esforços oriundos de cargas e ações climáticas. O pavimento pode ser considerado rígido ou flexível quando é constituído por placas de cimento Portland ou material betuminoso, respectivamente (MEDINA; MOTTA, 2005). Balbo (2007) faz uma reflexão acerca da classificação dos pavimentos, para o autor o termo rígido e flexível pode ser bastante inadequado quando se toma o revestimento como referência, pois dependendo da formulação e do clima as misturas asfálticas podem ser bastante flexíveis ou bastante rígidas. Para ele há também casos em que um revestimento antigo asfáltico pode ser recuperado com concreto de elevada resistência, criando dúvida quanto a sua correta classificação. Para tanto o autor descreve uma classificação discutida por Yoder e Witczak (1975), que pode ser tomada para a classificação. Segundo estes autores a diferença mais expressiva entre pavimentos rígidos e flexíveis é a forma como cada qual distribui os esforços sobre si aplicados no subleito como pode ser observado na Figura 1. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

21 21 Figura 1: Flexíveis: Pressões Concentradas e Rígido: Pressões Distribuídas Fonte: Adaptado de Balbo, p.47 No caso dos pavimentos Flexíveis as pressões aplicadas são concentradas em um ponto mais restrito abaixo da roda do veículo, ao contrário do pavimento rígido, em que devido à elevada rigidez da camada superior distribui-se quase que uniformemente as tensões nas demais camadas (BERNUCCI, et al. 2008). Para Balbo (2007, p. 35) Cada camada do pavimento possui funções especificas, que devem propiciar aos veículos as condições adequadas de suporte e rolamento em qualquer condição climática. A estrutura do pavimento é concebida, em seu sentido puramente estrutural, para receber e transmitir esforços de maneira a aliviar pressões sobre as camadas inferiores, que geralmente são menos resistentes, embora isso não seja tomado como regra geral. Para que funcione adequadamente, todas as peças que a compõem devem trabalhar deformações compatíveis com sua natureza e capacidade portante (BALBO, 2007, p. 35). Segundo Bernucci et al. (2008), os pavimentos asfálticos são formados por quatro camadas principais: revestimento asfáltico, base, sub-base e reforço do subleito, podendo apresentar ausência de algumas camadas em casos especiais. Esta configuração pode ser observada na Figura 2. Figura 2: Estrutura Pavimento - Tipo Fonte: Bernucci, p. 338 Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

22 Camadas dos Pavimentos Uma seção transversal típica de um pavimento, consta de uma fundação, o subleito, e de camadas com espessuras e materiais determinados por um dos inúmeros métodos de dimensionamento (SENÇO, 1997, p. 15) Subleito É o terreno de fundação do pavimento (SENÇO, 1997, p.15). Conforme Balbo (2007), os esforços impostos sobre sua superfície serão aliviados em sua profundidade, normalmente no primeiro metro, por conta disso deve-se dar atenção especial à parte superior desta camada, pois ali os esforços terão maior magnitude. Apenas a camada próxima da superfície é considerada subleito, pois à medida que se aprofunda as pressões se reduzem a ponto de se tornarem desprezíveis (SENÇO, 1997). O mesmo autor também descreve a execução de uma camada chamada regularização, que deve ser utilizada sempre que possível em aterro, evitando o corte da camada já compactada pelo tráfego (caso de uma via já utilizada), esta regularização deve dar à superfície as características geométricas do pavimento acabado Reforço do Subleito É a camada de espessura constante, construída, se necessário, acima do subleito, deve possuir características tecnológicas superiores às do subleito, porém inferiores às camadas superiores (SENÇO, 1997). Balbo (2007) propõe que no caso do subleito possuir características medíocres de resistência aos esforços verticais de cisalhamento é adequado que se execute sobre este uma camada de solo de melhor qualidade, ou seja, uma camada de reforço que possa receber maiores pressões. Lembra o autor, que esta camada não é obrigatória, uma vez que as espessuras das camadas superiores poderiam ser aumentadas, dispensando-a, porém costumase utiliza-la por questões econômicas, desta forma diminuindo as espessuras de base e subbase que possuem custos mais elevados que o reforço. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

23 Sub-base É a camada complementar à base, quando, por circunstâncias técnicas e econômicas, não for aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do subleito (SENÇO, 1997, p.19). Esta camada é normalmente empregada segundo Balbo (2007), por motivos construtivos e econômicos quando a camada necessária de base para resistir e transmitir os esforços se torna muito espessa. Os materiais que são utilizados para sua execução são conforme Balbo (2007) os mesmos empregados na construção das bases, como sendo: solo estabilizado com agregado, brita graduada, brita graduada tratada com cimento, solo estabilizado com ligante hidráulico ou asfáltico, sendo estes últimos com menores proporções de ligante que no caso das bases Bases É a camada destinada a resistir aos esforços verticais oriundos do tráfego e distribuílos. Na verdade, o pavimento pode ser considerado composto de base e revestimento, sendo que a base poderá ou não ser complementada pela sub-base e pelo reforço do subleito (SENÇO, 1997, p. 20). Conforme Papagiannakis e Masad (2008), as propriedades da base têm um papel vital na integridade estrutural e desempenho dos pavimentos, sendo que esta camada deve ser dimensionada de modo a ter resistência suficiente para absorver as solicitações impostas pelo tráfego, distribuindo-as de forma atenuada sobre o subleito. De acordo com Balbo (2007), os esforços verticais transmitidos ao subleito devem ser compatíveis com a capacidade que este tem de resisti-los e é para aliviar as pressões sobre as camadas inferiores que surgem as camadas de base e sub-base Revestimento Asfáltico Conforme Franco (2007), as funções do revestimento em um pavimento são: criar uma superfície plana e segura para o rolamento das rodas dos veículos; permitir um rápido escoamento das águas provenientes de chuvas; e impedir que a água penetre no interior da estrutura do pavimento, deve também possuir resistência suficiente para suportar as repetidas Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

24 24 cargas, horizontais e verticais, provenientes do tráfego, sem que ocorram elevadas deformações elásticas e plásticas. Na maioria dos pavimentos brasileiros, usa-se como revestimento uma mistura de agregados minerais de vários tamanhos, com ligantes asfálticos que garantam impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento térmico (BERNUCCI et al. 2008). Muitos tipos de misturas asfálticas estão disponíveis para serem utilizadas em pavimentação, e a definição de qual mistura deve ser utilizada depende do volume de tráfego, fatores econômicos e importância da rodovia (FRANCO, 2007) Materiais Empregados Os materiais comumente empregados para as camadas de base, sub-base e reforço de subleito podem ser segundo Bernucci et al. (2008), materiais granulares e solos, materiais estabilizados quimicamente ou cimentados, e materiais asfálticos. Os materiais granulares são muito comuns em camadas de base ou sub-base de pavimentos de rodovias e até de aeroportos. São caracterizados por ser uma mistura íntima de agregados selecionados provenientes da britagem de rochas ou seixos e conhecidos como brita graduada ou brita corrida, ou ainda, de solos granulares naturais (FRANCO, 2007, p. 102). Os materiais mais empregados na pavimentação da classe dos agregados são: brita graduada simples (BGS) e bica ou brita corrida; macadame hidráulico; macadame seco; misturas estabilizadas granulometricamente; solo-agregado; solo natural; solo melhorado com cimento ou cal, além de alguns em uso crescente decorrentes da reutilização e reciclagem (BERNUCCI et al. 2008). Já na classe dos materiais cimentados os mais frequentes são: brita graduada tratada com cimento (BGTC); solo-cimento; solo-cal; solo-cal-cimento; concreto rolado. Nas misturas asfálticas Franco (2007), destaca o concreto asfáltico, tratamento superficial, lama asfáltica, pré-misturado a frio, areia asfalto, solo-asfálto; solo-emulsão; macadame betuminoso. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

25 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS A caracterização de materiais de pavimentação é uma tarefa complexa em virtude das propriedades desses materiais dependerem de diversos fatores, entre eles: meio ambiente, magnitude, tempo de aplicação e frequência das cargas dos veículos, e estado de tensões (BERNUCCI et al. 2008, p. 287). Soares (2007, apud FRANCO, 2007) comenta que até a década de 70, os métodos de dimensionamento empregados no Brasil enfocavam, sobretudo, a capacidade de suporte dos pavimentos retratada através do CBR das camadas, porém, em virtude da apresentação de uma prematura deterioração da malha rodoviária, buscou-se compreender melhor o comportamento mecânico dos materiais de pavimentação, permitindo analisar o comportamento estrutural até então não explicável pelos métodos empíricos clássicos de dimensionamento. Segundo Bernucci et al. (2008), utiliza-se no país principalmente dois parâmetros de caracterização mecânica dos materiais, quais sejam: índice de suporte Califórnia ou Califórnia Bearing Ratio (ISC CBR) e Modulo de Resiliência, sendo que o ISC é utilizado no dimensionamento convencional do DNER e o MR é usado na mecânica dos pavimentos Índice de Suporte Califórnia ISC CBR O índice de suporte Califórnia é utilizado como base para dimensionamento de pavimentos flexíveis. Para realização deste ensaio são confeccionados corpos de prova que são compactados no valor da umidade ótima, e visa determinar as propriedades expansivas do material bem como seu índice de suporte expresso em porcentagem (ECHEVERRIA, 2013). O ensaio (CBR) é um ensaio relativamente simples e aplicado como indicador da resistência dos solos e materiais granulares ou de solos para subleito, sub-base e base na pavimentação de rodovias, tendo sido desenvolvido pela Divisão de Estradas do Estado da Califórnia-EUA (PREUSSLER, 2007, f.18). O índice de Suporte Califórnia representa a capacidade de suporte do solo se comparado à resistência à penetração de uma haste de cinco centímetros de diâmetro em uma camada de pedra britada, considerada como padrão (CBR 100%) (ECHEVERRIA, 2013). Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

26 Módulo de Resiliência Conforme Medina e Preussler (1980, apud BATISTA, 2007), o primeiro estudo sistemático da deformabilidade dos pavimentos deve-se a Francis Hveem, que em 1951 adotou o termo resiliência para que se entendesse que os deslocamentos nos pavimentos sob a ação de cargas móveis são muito maiores do que nos vários sólidos elásticos com que lida o engenheiro, como o vidro, concreto, aço. Bernucci et al. (2008), descreve o Módulo de Resiliência (MR) como a energia armazenada num corpo deformado elasticamente, a qual é devolvida quando cessam as tensões causadoras das deformações. O módulo de resiliência pode ser considerado segundo Balbo (2007) como a capacidade do material não resguardar deformações depois de cessada a aplicação de carga, ou seja, a capacidade do material absorver a carga deformando-se e após o fim do carregamento retornar ao seu estado inicial. Para Bernucci et al. (2008), um bom projeto de pavimento é aquele que combina os materiais e as espessuras das camadas conforme a rigidez de cada uma dessas camadas, de modo a propiciar uma resposta estrutural do conjunto condizente com as solicitações do tráfego que definirá a vida útil do conjunto da estrutura. Conforme Brito (2006), a determinação do MR em laboratório pode ser realizada utilizando-se vários tipos de ensaios de cargas repetidas, sendo que os mais comumente utilizados são os seguintes: Ensaio de tração uniaxial; Ensaio de compressão uniaxial; Ensaio de viga à flexão; Ensaio de tração por compressão diametral (tração indireta); Ensaio de compressão triaxial. Segundo Balbo (2007), o módulo de resiliência pode ser também obtido através do processo denominado retroanálise, que consiste em um processo pelo qual, conhecendo-se as respostas da estrutura em termos de deformações ou tensões medidas através de instrumentos como Viga Benkelman e Falling Weight Deflectometer (FWD), procura-se simular Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

27 27 teoricamente um comportamento semelhante ao obtido em campo. Conceito que será melhor abordado ainda neste capítulo. 2.3 AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS Todo projeto de restauração exige a avaliação prévia do estado em que se encontra a estrutura, através da qual procura-se conhecer de que é constituído o pavimento, quando foi construído, que tráfego já suportou e que nível de tráfego deverá suportar no futuro (MEDINA E MOTTA, 2005). Conforme Bernucci et al. (2008), o objetivo principal da pavimentação é garantir trafegabilidade em qualquer época do ano e condições climáticas, e proporcionar aos usuários conforto e segurança. O desafio de projetar um pavimento reside no fato, portanto de conceber uma obra de engenharia que cumpra as demandas estruturais e funcionais aliadas à questão econômica. De acordo com Haas et al. (1994, apud NOBREGA, 2003) a avaliação de pavimentos consiste numa série de atividades que fornecem informações sobre o seu estado de conservação atual, particularmente no que diz respeito às condições estruturais do pavimento e da capacidade de oferecer aos seus usuários conforto e segurança durante o tráfego de veículos. Estas informações são, segundo o mesmo autor, utilizadas no planejamento e projeto de serviços de gerência de pavimentos, norteando os serviços de manutenção e restauração da rodovia. Após a construção, o pavimento é liberado ao tráfego e a partir deste instante a sua superfície começa a ser castigada pela ação do tráfego, do intemperismo, etc. assim sendo, o valor de qualquer índice que estime as condições do pavimento varia ao longo de sua vida útil até alcançar o valor máximo admissível de degradação, quando deverá ser feita uma intervenção a fim de restabelecer condições aceitáveis para a circulação de veículos (NOBREGA, 2003). Através da identificação e quantificação da ocorrência de defeitos superficiais, a avaliação funcional de um pavimento busca determinar o grau de deterioração da rodovia, principalmente nos aspectos que afetam a segurança e o conforto dos usuários (ECHEVERRIA, 2011, f.37). Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

28 28 Para Bernucci et al. (2008) a avaliação funcional relaciona-se à apreciação da superfície do pavimento e como este estado influencia no conforto de rolamento pode-se destacar a avaliação da serventia, irregularidade longitudinal, defeitos de superfície e avaliação objetiva de superfície. Além da avaliação funcional tem-se a estrutural Avaliação Estrutural de Pavimentos Flexíveis O projeto de reforço é sempre procedido da avaliação estrutural do pavimento, onde avaliam-se as características de deformabilidade e resistência à ruptura por cisalhamento do sistema de camadas, através de provas de carga, coleta de amostras e ensaios de laboratório (MEDINA; MOTTA, 2005). Segundo Nobrega (2003), esse tipo de avaliação se faz necessário quando os mecanismos de degradação dos pavimentos são de natureza estrutural, provocada pela repetição das cargas do tráfego, seja por trincamento por fadiga, reflexão de trincas ou acúmulo de deformações permanentes, entre outras. A avaliação estrutural abrange para Balbo (2007), em seu sentido mais amplo, a caracterização completa de elementos e variáveis da estrutura do pavimento permitindo uma descrição de seu modo de comportamento em face às cargas à que está sujeito e fatores ambientais. Caracterizar a estrutura do pavimento existente implica a determinação dos materiais e espessuras que constituem cada camada do pavimento, incluindo solos de subleitos, bem como a verificação, por meios e métodos de engenharia, das condições de integridade dos materiais existentes no pavimento em análise, por meio de parâmetros estruturais, em particular, da medida de deformações (BALBO, 2007, p. 403). Balbo (2007) diz que os serviços de avaliação estrutural para finalidade de projeto de reforço de pavimentos englobam a coleta de materiais existentes nas camadas, quando necessário, para determinação de propriedades, como, massa especifica aparente in situ, umidade, granulometria e caracterização. Segundo este autor pode-se dividir a avaliação estrutural em dois tipos: destrutivas e não destrutivas Avaliação Estrutural Destrutiva Bernucci et al. (2008), diz que um método destrutivo é aquele que investiga a condição de cada camada do pavimento a partir de abertura de trincheiras ou poços de inspeção, permitindo recolher amostras dos materiais até o subleito e realizar ensaios de Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

29 29 capacidade de carga in situ. Para o mesmo este tipo de avaliação só pode ser empregado em alguns pontos selecionados de cada segmento a ser avaliado. A avaliação destrutiva pode ser realizada por meio de processos manuais ou mecânicos, através de aberturas de pá e picareta; furos a trado, concha ou helicoidal; abertura de trincheiras; extração de amostras com sondagens rotativas (BALBO, 2007). Estas sondagens podem ser realizadas conforme Fonseca (2013), com aberturas de poços, de no mínimo 60 centímetros e profundidade variando de acordo com a estrutura, normalmente o furo de sondagem avança no mínimo 60 centímetros abaixo do topo do subleito, o que, em geral, representa profundidade de 1,0 metro em relação à superfície do revestimento, podendo ir a 2,0 metros em caso de ocorrência de variação do nível d'água afetando as camadas do pavimento. Figura 3: Poço de Sondagem em pavimento Fonte: Bernucci, et al. 2008, p. 444 As sondagens rotativas que são realizadas com brocas são utilizadas para extração de amostras de misturas asfálticas, bases cimentadas e concretos (BALBO, 2007, p. 405). Um exemplo da utilização das sondagens rotativas pode ser visualizado na Figura 4 Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

30 30 Figura 4: Extração de corpo de prova por sondagens rotativas Avaliação Estrutural não Destrutiva Fonte: Bernucci, et al. 2008, p. 444 Segundo Bernucci et al. (2008), a avaliação estrutural não destrutiva representadas por medidas de deflexão é a mais adequada para ser realizada em grandes extensões, pois permite inúmeras repetições no mesmo ponto, de forma a acompanhar a variação da capacidade de carga com o tempo. Em busca de bons métodos de avaliação não-destrutiva de pavimentos, foram desenvolvidos diversos tipos de equipamentos para ensaios deflectométricos que têm como objetivos simular de forma mais real possível às condições de carregamento do tráfego, estabelecer formas simplificadas de operação e interpretação dos resultados, aumento da acurácia das medidas e o aumento da produtividade, e ainda reduzir os custos dos ensaios (LOPES, 2012, f.15). A determinação da capacidade estrutural do pavimento segundo Papagisnnakis (2008), é realizada por meio de provas de carga, isto é a estrutura é submetida a uma carga conhecida e realiza-se uma medição das deformações que lhe são impostas. Os equipamentos mais empregados no Brasil e no mundo para esta finalidade são a Viga Benkelman e o deflectômetro de impacto FWD, estes equipamentos medem os deslocamentos verticais ou deflexões sofridas na superfície de um pavimento quando submetido a um carregamento (BALBO, 2007). Conforme Bernucci et al. (2008), a cada passagem de roda o pavimento sofre um deslocamento total que tem duas componentes: Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

31 31 Deformação elástica que resulta na flexão alternada do revestimento, chamada por convenção de deflexão, cuja medida é a principal forma de avaliação estrutural de um pavimento em uso. Deformação permanente que resulta no afundamento de trilha de roda cuja medida também é um critério de definição da vida útil estrutural e funcional de um pavimento visto que, a partir de certo valor, pode interferir na condição de conforto e segurança do tráfego. Zanetti (2008) descreve que os primeiros equipamentos para determinação de bacias de deflexão de pavimentos consistiam de placas de carga, que utilizavam uma estrutura adaptada à traseira de um caminhão, porem a intensificação da utilização do ensaio conduziu à substituição do ensaio de placa por um procedimento mais ágil, cujo carregamento é feito com os próprios pneus de um caminhão carregado, ao invés da placa circular, instrumento este que foi denominado viga Benkelman. Há também equipamentos mais modernos como o lembrado por Fonseca (2013), que mede a deflexão por impulso, a medição consiste num carregamento aplicado através da queda de um conjunto de pesos de uma altura conhecida, sobre uma placa que transmite a força à superfície do pavimento, são realizadas medições por sensores, LVDTs ou geofones, a exemplo do FWD. 2.4 EQUIPAMENTOS DE MEDIDA DAS DEFLEXÕES Viga Benkelman Conforme Medina e Motta (2005), a medição da deformabilidade da estrutura do pavimento em provas de pneus de caminhões foi iniciada por volta de 1953 pelo engenheiro norte-americano A. C. Benkelman. O equipamento que leva o nome de seu criador é conforme Balbo (2007), o mais utilizado no Brasil, segundo este autor até mesmo as normas vigentes no país para projetos de restauração tem seus modelos de calculo fundamentados em padrões de deflexão medidos com a Viga Benkelman representada na Figura 5. Trata-se de um equipamento bastante simples, que necessita de um caminhão com eixo traseiro simples de roda dupla carregado com 8,2t, (BERNUCCI, et al. 2006, p. 446), Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

32 32 cuja carga causará deformação no pavimento que é então medida pelo equipamento. Sua aplicação em campo pode ser observada na Figura 6. Sua utilização é regulamentada pela Norma DNER-ME 024/94, e conforme tal o ensaio consiste em: Posicionar o caminhão a uma distancia da borda do revestimento conforme a Tabela 1: Posicionar a ponta de prova da Viga Benkelman entre os pneus da roda dupla, coincidindo com o ponto selecionado e exatamente sob o seu eixo; Liberar a trava; Tabela 1 : Localização dos pontos para medida com VB Fonte: DNER-ME 024/94 Ligar o vibrador e realizar a medida (Lo) quando o extensômetro indicar movimento igual ou menor que 0,01mm/min, ou decorridos 3 minutos da ligação do vibrador; Afastar o caminhão lentamente até 10m de distância para frente, realizando a leitura final (Lf) assim que o extensômetro indicar movimento igual ou menor que 0,01mm/min, ou decorridos 3 minutos após o caminhão sair da posição inicial; Desligar o vibrador e travar. A deflexão é dada pela expressão: ( ) (01) Onde: Do = Deflexão em centésimos de milímetro no ponto inicial; Lo =Leitura inicial em centésimos de milímetro; Lf Leitura final em centésimos de milímetro; Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

33 33 a/b = A relação entre o braço maior e o menor, articulados. Figura 5: Esquema Viga Benkelman Fonte: DNER-ME 024/94 Figura 6: Medida das deflexões em campo com Viga Benkelman Equipamento FWD Fonte: Autoria Própria Este tipo de equipamento tem seu esquema representado na Figura 7, conforme Medina e Motta (2005) e Borges (2001), utiliza o carregamento dinâmico transiente que busca simular o efeito da passagem de uma carga de roda em movimento, em que um peso batente Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

34 34 em queda choca-se a partir de alturas pré-fixadas, sobre um sistema de amortecedores de borracha contra o pavimento, o deslocamento causado no pavimento é medido através de sensores geofones ou LVDTs presos a uma barra transversal de suporte. Borges (2001), ressalta ainda que o equipamento realiza a medição da temperatura na superfície do pavimento e do ar ambiente e que faz parte do equipamento, ainda, um distanciômetro ou odômetro, equipamento que permite definir o local exato dos ensaios a serem estudados. Figura 7: Esquema de um defletômetro de impacto Fonte: Adaptado de Bernucci et al. (2008) Bernucci et al. (2008), resume algumas vantagens e desvantagens do FWD frente a viga Benkelman convencional: Desvantagens: Alto custo de aquisição do equipamento; Necessidade de calibrações mais sofisticadas; Diferença de resultados entre marcas. Vantagens: Acurácia nas medições; Possibilidade de aplicação de vários níveis de carga; Maior produtividade; Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

35 35 Ensaio não influenciado pelo operador; Registro automático de temperatura e de distâncias dos pontos de ensaio. 2.5 DEFLEXÕES Segundo Albano (2005), a movimentação de cargas através do tráfego sobre pavimentos flexíveis provoca deformações ou deflexões que podem ser chamadas recuperáveis quando deixam de existir alguns instantes após a passagem do carregamento, ou permanentes quando resguardam pequenas deformações a cada passagem de carga e acabam formando as trilhas de roda. Lopes (2012), afirma que o estudo dessas deflexões e das condições de deformabilidade dos pavimentos flexíveis e semirrígidos é fundamental para a compreensão de seu comportamento, já que refletem e caracterizam as condições estruturais das diversas camadas e do próprio subleito. Medina e Motta (2005), afirmam que é possível distinguir três níveis do uso de medidas de deflexão como critério de avaliação estrutural de pavimentos: o primeiro, mais simples usa somente a deflexão máxima como critério de verificação da capacidade estrutural de um pavimento, o segundo incorpora mais uma medida de deflexão a certa distancia do centro de aplicação da carga, oque permite um conhecimento da flexibilidade da estrutura a partir da determinação do raio de curvatura, e o terceiro que analisa a bacia de deformação completa e que fornece a melhor caracterização da capacidade estrutural do pavimento, permitindo de forma mais confiável a avaliação da vida restante do pavimento e a necessidade ou não de reforço estrutural. Figura 8: Deflexão da estrutura Fonte: Zanetti, 2008, f. 16 Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

36 36 A deflexão máxima admissível na superfície do pavimento é um fator que pode representar um controle da resistência à fadiga e que é adotado como critério de degradação estrutural pela facilidade de controle no campo (Medina e Motta, 2005). Conforme Albano (2005), os pavimentos melhores ou mais íntegros sob o ponto de vista estrutural deformam-se menos que os mais debilitados ou deteriorados, quanto maior o valor, mais elástica ou resiliente é a estrutura e maior é o seu comprometimento, quanto menor o valor mais rígido e estático, admite-se desta forma que está em melhores condições de suportar um maior número de solicitações do tráfego. A deflexão recuperável máxima é um indicativo do comportamento global da estrutura, sendo afetada pelo subleito e pelas camadas constituintes do pavimento, esta medida é considerada em diversos métodos de dimensionamento de reforços como ocorre nos métodos PRO 10/79, PRO 11/79, PRO 159/85 e PRO 269/94 (FRANCO, 2007). Balbo (2007), ressalta que embora os valores máximos de deflexão em bacias nos dão uma ideia de como a estrutura reage sob aplicação de carga, este valor não é capaz de esclarecer o comportamento estrutural de um pavimento, pois certo pavimento pode possuir a mesma deflexão máxima que outro, porém com comportamentos estruturais distintos como pode ser observado na Figura 9. Figura 9: Mesma deflexão máxima para diferentes bacias Fonte: Nobrega, 2003, f. 12 Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

37 37 Dado às limitações da deflexão máxima, para o entendimento completo do comportamento estrutural e da distribuição de tensões e deformações no interior do pavimento, o raio de curvatura - R é utilizado como elemento complementar dos levantamentos deflectométricos para indicar a capacidade de um pavimento em distribuir as tensões e cargas do tráfego (ALBANO, 2005). A DNER-ME 024/94 cita que para determinar o raio da curvatura, além da deflexão máxima deve-se medir a deflexão a 25 cm da aplicação de carga e utilizar a formula 02 que conforme Balbo (2007) passou a ser utilizada a partir de 1970 em normas técnicas. ( ) (02) Onde: R = Raio da curvatura em metros = Deflexão máxima 1/100mm Deflexão a 25 cm da aplicação de carga 1/100mm Quanto menor o raio de curvatura mais fechada é a bacia de deflexão e, como consequência, maiores deteriorações deverão ocorrer, pois a área solicitada pela carga é menor (ALBANO, 2005, f. 55). De acordo com a norma rodoviária DNER-PRO 011/79, considerando-se valores de deflexões admissíveis maiores que de projeto, para que a qualidade estrutural do pavimento seja boa, o raio de curvatura da bacia de deflexão deve ser maior ou igual a 100. Balbo (2007) afirma que a partir dos anos 60, passou-se cada vez mais a dar valor para a análise das deflexões como um todo, ou seja, considerada toda a bacia de deflexões. A norma que estabelece as diretrizes para determinação da bacia de deformações com viga Benkelman é a DNER-ME 061/94, que trata as medidas de deflexões como sendo o delineamento da linha de influência longitudinal. O ensaio consiste basicamente o que foi descrito anteriormente a partir da Norma DNER-ME 024/94, variando alguns detalhes como: Deve-se assentar ao lado da cabina do motorista em posição visível uma régua de madeira graduada em centímetros com marcações ressaltadas nas distâncias que se deseja Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

38 38 obter o deslocamento, sendo que o veiculo deve possuir uma referência que se desloque sobre a régua de madeira Após a primeira leitura de deslocamento (L), deve-se afastar o caminhão lentamente até a próxima marca ressaltada na régua de à frente, realizando a primeira leitura intermediária (L1), com o vibrador ligado assim que o extensômetro indicar movimento igual ou menor que 0,01mm/min, ou decorridos 3 minutos; Proceder da mesma maneira obtendo as próximas leituras intermediárias (Ln), conforme representa a Figura 10; A deflexão é dada pela expressão: ( ) (03) Onde: Dn = Deflexão em centésimos de milímetro no ponto correspondente aos diversos deslocamentos do veiculo Ln = Leitura em centésimos de milímetro no ponto correspondente aos diversos deslocamentos do veiculo Lf = Leitura final em centésimos de milímetro a/b = Relação entre o braço maior e o menor, articulados. Figura 10: Esquema de leituras com Viga Benkelman para obtenção da deformada Fonte: Bernucci et al. (2008). p.449 Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

39 39 Figura 11: Bacia de deflexão medida Fonte: Bernucci et al.(2008), p RETROANÁLISE Bernucci, et al. (2008), argumenta que para se aplicar o cálculo de tensões e deformações para um dimensionamento apropriado do reforço do pavimento, é necessário se conhecer a rigidez de todas as camadas do pavimento e do subleito, porém, como a maioria dos pavimentos em uso foi dimensionada pelo método do CBR, não se conhece a princípio essa característica dos materiais em cada trecho, ou, mesmo se conhecendo os valores dos módulos de resiliência da época do projeto e construção, eles tendem a ser variáveis com o tempo e o uso e, em alguns casos, pelo clima. O módulo de resiliência, definido pela relação entre as tensões e as deformações reversíveis dos materiais que compõem as camadas do pavimento, pode ser determinado conforme Zanetti (2008) de duas formas: Em laboratório, através do ensaio triaxial dinâmico (solos) e de compressão diametral (misturas asfálticas, materiais cimentados), oque conforme Balbo (2007), pode não ser o ideal, uma vez que os valores obtidos a partir desses ensaios refletem uma condição de preparação do material, e que, mesmo utilizando-se os materiais extraídos da pista ainda assim não representariam o comportamento conjunto de todas as camadas da estrutura pois além de analisados isoladamente já estariam comprometidos estruturalmente, ou; Analiticamente, através de retroanálise, a partir das bacias deflectométricas obtidas sob a superfície do pavimento. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

40 40 A retroanálise é um processo que permite a obtenção dos módulos de resiliência das camadas do pavimento e subleito, cuja determinação é feita a partir da comparação entre a bacia teórica e a bacia de campo que o pavimento apresenta quando submetido ao carregamento externo, que é simulado através de ensaios não destrutivos, podendo-se utilizar equipamentos como a viga Benkelman, ou o FWD (VILLELA e MARCON, 2001, apud NOBREGA E MOTTA, 2003). Conforme Kakuda (2010), a retroanálise tenta resolver o problema inverso em relação ao dimensionamento de um pavimento novo, ou seja, têm-se deformações resultantes de um carregamento conhecido e deseja-se conhecer os módulos que conduziram a estas deformações elásticas. Algumas vantagens são destacadas por Bernucci et al. (2008), no que se refere à retroanálise: máxima. Possibilita a obtenção dos módulos nas condições de campo; Minimiza o numero de sondagens; Ensaios não destrutivos são menos onerosos e demorados; Possibilita o uso pleno da bacia deflectométrica e não apenas da deflexão Quanto às desvantagens pode-se destacar ainda segundo o mesmo autor: A sensibilidade dos cálculos que possuem uma imprecisão relacionada aos levantamentos de campo; A confiabilidade de instrumentos e os procedimentos devem ser frequentemente verificados; Os módulos retroanalisados não representam necessariamente os módulos reais e sim módulos equivalentes; O conjunto de módulos retroanalisados não é único, dependendo do programa utilizado, das hipóteses consideradas e dos níveis de ajustes atingidos. A retroanálise é de solução bastante complexa e conforme Nobrega (2003) demandava-se muito tempo nos seus cálculos, porém com o desenvolvimento da informática, tornou-se viável e possível a resolução dos sistemas de equação dos métodos de retroanálise. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

41 41 Segundo este autor basicamente, os métodos de retroanálise são classificados em dois grupos: iterativos e simplificados Métodos Iterativos Os métodos iterativos são aqueles onde a determinação das características elásticas e geométricas das camadas do pavimento são realizadas através da comparação entre a bacia deflectométrica obtida em campo e a teórica de uma série de estruturas através de tentativas, até que as deflexões de campo sejam as mesmas que as obtidas para bacia teórica, ou apresente um resíduo admissível, que é definido no início do processo (NOBREGA, 2003). Fabrício et al. (1994), destaca que neste método se transforma o pavimento real em um pavimento equivalente de três camadas conforme a Figura 12, sendo: Subleito; Camada Granular Única com a mesma espessura das camadas granulares existente; Camada Betuminosa Única com a mesma espessura das camadas betuminosas existentes. Figura 12: Pavimento Equivalente com 3 camadas Fonte: Adaptado de Fabrício et al. (1994) Conforme Zanetti (2008), o processo de retroanálise iterativo é bastante trabalhoso e pode levar a resultados duvidosos dependendo do operador e dos módulos iniciais adotados, pois não existe um resultado único, isto é, pode-se obter um conjunto de módulos que Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

42 42 apresentam uma soma de erros entre as deflexões medidas e calculadas mínima, o que seria considerado como satisfatório, porém que não representam a realidade da estrutura analisada. Neste método Pereira (2007), afirma que são utilizadas como algoritmo (método de calculo), a Teoria das Multicamadas Elásticas e o Método dos Elementos Finitos e necessitam, conforme Macêdo (2003) em linhas gerais, os seguintes dados de entrada: no campo; As coordenadas (distância e deflexão) de pontos da bacia de deflexão medida A quantidade e as espessuras das camadas do sistema pavimento / subleito; O intervalo de variação provável dos módulos característicos dos materiais das camadas do pavimento existente e do subleito; A profundidade e o módulo de uma camada rígida no subleito; O carregamento solicitante da estrutura (pressão e raio da área de contato); Parâmetros ambientais (temperatura, umidade, etc.) pela sua pequena influência nos resultados, o coeficiente de Poisson de cada material é mantido constante, e seu valor é mantido constantemente na literatura técnica. A precisão dos valores retroanalisados pode ser verificada através da aplicação da ferramenta RMSE - Root Mean Square Error, ou erro médio quadrático (percentual), sugerido na ASTM D5858/2008. Conforme Ribas (2014) são calculadas para cada sensor a diferença entre a deflexão calculada e a medida; a seguir, é feita a extração da somatória dos erros, conforme apresentado na equação 04. Franco (2007) recomenda valores de RMSE até 10%. * + (04) Onde: RMSE = Root mean square error (percentual); Dcalc = Deflexão calculada; Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

43 43 Dmed = Deflexão medida. Segundo Pereira (2007), a retroanálise pelo método iterativo pode ser processada de três maneiras distintas sendo: cálculos durante o processo, utilização de banco de dados e regressão estatística. Os que realizam os cálculos durante o processo comparam conforme Pereira (2007), durante a rotina de execução, a bacia de deslocamento medida em campo com bacias geradas iterativamente por programas de análise mecanística de tensões e deformações que podem ser segundo Nobrega (2003), o FEPAVE2, ELSYM5, JULEA, BISAR, KENLAYER, etc. O processo encerra-se quando a semelhança entre as duas bacias estiver dentro de um critério de aceitação. Os métodos que utilizam os bancos de dados segundo Nobrega (2003), partem do mesmo princípio do método anterior, tendo como diferença o fato de que as bacias medidas em campo são comparadas com as bacias teóricas de estruturas previamente calculadas e armazenadas em um banco de dados, oque pode acarretar segundo o próprio autor, em perda de acurácia. Seguem essa filosofia os seguintes programas: MODULUS, COMDEF, DBCONPAS, REPAV, etc. Segundo Pereira (2007), os métodos de regressão estática utilizam fórmulas obtidas por regressão estatística para o cálculo das deflexões teóricas em pontos escolhidos da bacia de deformação. Como nos métodos anteriores, a solução é atingida quando a diferença entre as bacias teóricas e medidas atinge, durante o processo de convergência, um valor previamente estabelecido (KAKUDA, 2010) Métodos Simplificados Métodos de retroanálise simplificados são segundo Nobrega (2003), aqueles onde a obtenção das características elásticas da estrutura do pavimento é feita através da utilização de equações, tabelas e gráficos, entre outros procedimentos simplificados oriundos da teoria da elasticidade aplicada aos meios homogêneos, isotrópicos e linearmente elásticos. Macêdo (2003) destaca que em geral, estes métodos transformam a estrutura real multicamadas em estruturas equivalentes mais simples, normalmente de duas ou três camadas, incluindo o subleito, porém pela sua formulação simplificada, perdem em acurácia, mas Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

44 44 ganham em tempo de processamento, podendo ser muito úteis em análises preliminares, anteprojetos e gerência de pavimentos em nível de rede. Entre estes métodos está o de Fabricio et al. (1994), que se baseia no conceito de pavimento equivalente e no modelo elástico de Hogg que conforme Kakuda (2010), foi escolhido por ser um dos mais simples. Conforme Fabrício et al. (1994), o procedimento é simples, onde pavimento real multicamadas é transformado em um pavimento equivalente de uma camada, com uma espessura equivalente calculada, assente em subleito conforme Figura 13. O autor ainda destaca que este pavimento equivalente deve possuir as mesmas características de deformabilidade do que o pavimento real. Figura 13: Pavimento Equivalente Única Camada Adaptado de Fabrício et al. (1994) Conforme Fabrício et al. (1994), foram desenvolvidos dois nomogramas através das cartas de influência de Hogg para levantamentos com Viga Benkelman e outro para levantamentos com FWD. Zanetti (2008) cita que os nomogramas foram elaborados para a relação Ep/ESL = 6,18 e correlacionam a espessura do pavimento equivalente (HEQ), a relação D60/D0 e o produto ESL x D0. A partir desses nomogramas, conhecendo-se a relação D60/D0, pode-se Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

45 45 calcular a espessura e o módulo do pavimento equivalente, o módulo do subleito e a tensão e deformação vertical no topo do subleito (FABRÍCIO et al. 1994).. Figura 14: Medidas necessárias Fonte: Adaptado de Fabrício et al. (1994) Fabrício et al. (1994) propôs também como alternativa ao uso dos nomogramas as expressões para uso com dados de Viga Benkelman sendo: ( ) ( ) ( ) ( ) (05) (06) (07) (08) Os esforços e deformações no topo do Subleito podem ser obtidos a partir das seguintes equações: (09) Onde: D0 = Deflexão no ponto de aplicação da placa; (10) D60 = Deflexão à 60 cm da aplicação da carga; Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

46 46 HEQ = Espessura da camada única de pavimento equivalente em cm; EEQ = Módulo de deformação da camada única de pavimento equivalente em Kgf/cm²; ESL = Módulo de deformação do subleito em Kgf/cm²; = Esforço no topo do Subleito em Kgf/cm²; = Deformação específica no topo do Subleito 2.7 PROGRAMAS DE RETROANÁLISE Conforme Nobrega (2003), tem-se desenvolvido uma série de programas de retroanálise baseados nos princípios da teoria da elasticidade, possibilitado pela implementação de teorias desenvolvidas por pesquisadores como Boussinesq (1985) e Burmister (1945), entre outros, em rotinas computacionais que cada vez mais reduzem o tempo gasto na elaboração de projetos de pavimentos. Cada programa automático tem suas hipóteses e procedimentos de ajustes das soluções, que os diferencia de outros, como consequência pode-se obter diferentes módulos de resiliência das camadas para uma mesma bacia de deflexão (MEDINA E MOTTA, 2005) EVERCALC - Pavement Backcalculation O Evercalc faz parte do pacote Everseries, que é um grupo de programas desenvolvidos pelo Washington State Department of Transportation (WSDOT), a partir do programa do WESLEA Watersways Experiment Station, U.S. Army Corps of Engineers (WSDOT, 2005). Este programa é utilizado para análise de pavimentos e estima o módulo "elástico" de cada camada além de determinar os valores de tensões e deformações em várias profundidades (WSDOT, 2005). Conforme o manual de utilização do programa os fundamentos básicos são: As camadas do pavimento são infinitas na direção horizontal; As camadas possuem espessuras uniformes; A última camada é semi-infinita na direção vertical; Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

47 47 As camadas são homogêneas, isotrópicas, de materiais linearmente elásticos, caracterizadas pelo módulo elástico e pelo coeficiente de Poisson. Conforme Franco (2004) e manual de utilização para determinar os módulos de resiliência são necessários os seguintes dados: Espessuras e natureza das camadas constituintes do pavimento; Bacias de deformação medidas sobre os pavimentos; Temperaturas do pavimento; Coeficientes de Poisson das camadas do pavimento; Carga aplicada no pavimento para determinação das bacias de deformação e o raio de aplicação; Módulos semente, ou seja, os módulos com que o programa deverá começar a primeira iteração; Valores máximos e mínimos limites para o cálculo dos módulos; Número máximo de iterações permitidas; Tolerância de erro aceitável para ao cálculo do módulo. De posse destes dados Franco (2004), cita que o programa, através de processo iterativo, calcula os módulos, atendendo a todas as restrições impostas, ou até chegar ao limite máximo de iterações permitidas no processo, cabendo lembrar, que nem sempre é possível chegar a resultados dentro dos limites requeridos. O software calcula o RMSE (erro médio quadrático) entre os valores calculados e medidos da bacia, sendo expresso em porcentagem ao final dos cálculos, juntamente com os resultados BackSispav O programa BackSispav foi desenvolvido por Franco (2007) inicialmente em anexo ao software Sispav, porém em sua versão beta denominado até então Retroanálise, esta versão foi e aperfeiçoada e a partir daí passou a ser chamada de BackSispav. Objetivando apresentar o programa e colaborar com futuros usuários para elucidar dúvidas que possam existir, a exemplo de questões como formatação, unidades de medidas, Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

48 48 separadores decimais, entre outros dados necessários o software possui o manual simples e objetivo que facilita a utilização. A partir do modelo bloco de notas anexo ao software são informados os parâmetros de deformação estrutural medido com equipamento FWD, os quais são: Raio do carregamento; Temperatura do ar e do pavimento; Carga Aplicada; Distância entre sensores Deflexão medida em cada sensor; Informações quanto à estaca, local, data do ensaio e identificação da bacia. A definição da estrutura é realizada na própria interface do software, configurando-se número de camadas, espessuras, módulo de resiliência mínimo e máximo de cada camada, além de considerações quanto à aderência destas camadas. Com o bloco de notas preenchido carregam-se as informações no software e inicia-se o processo de retroanálise que estará completo quando o software identificar o módulo de resiliência intermediário ao mínimo e máximo estipulado para cada camada que melhor representa a bacia medida. O software calcula o RMS, ou erro médio quadrático entre os valores calculados e medidos da bacia, apresentando-os junto aos resultados, podendo-se então avaliar se a retroanálise foi boa ou não, repetindo-se quantas vezes forem necessárias até que se obtenham resultados satisfatórios, ou seja, RMS inferior a 5µm. Resultados que se encontram entre 5µm e 10µm são considerados regulares, e acima de 10µm insatisfatórios, não indicando, portanto uma boa retroanálise. 2.8 PROJETO DE RESTAURAÇÃO PROCEDIMENTOS E MÉTODOS Conforme Balbo (2007), o reforço do pavimento é o nome dado à nova camada de rolamento aplicada sobre o pavimento existente, quando este necessita de serviços de reabilitação ou restauração, sua designação popular é o recapeamento. A manutenção periódica é um requisito imprescindível para a existência de um bom pavimento. Os defeitos e as irregularidades na condição da superfície impactam diretamente Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

49 49 os custos operacionais, em virtude dos maiores gastos com a manutenção dos veículos, com consumo de combustível e pneus, elevação dos tempos de viagem, entre outros (CNT, 2014). Segundo Medina e Motta (2005), todo projeto de restauração deve ser precedido pela avaliação prévia do estado que se encontra a estrutura, procura-se conhecer de que é constituído o pavimento, quando foi construído, tráfego que já suportou e que pretende que venha a suportar no futuro. Os autores comentam também que o projeto de restauração deve também ser precedido pela a avaliação funcional e estrutural, onde avaliam-se as condições da superfície, características de deformabilidade resistência à ruptura por cisalhamento, provas de carga e coleta de amostras para ensaios laboratoriais. Balbo (2007) divide os critérios de dimensionamento de reforços em três, ele comenta que o primeiro critério de dimensionamento de reforços é o da resistência que define a espessura de reforço necessária para proteger o subleito por um determinado período de tempo contra a ruptura por cisalhamento e deformações plásticas excessivas. Botelho et al. (2009), segue a mesma linha de raciocínio afirmando que os primeiros métodos a serem utilizados foram empíricos que surgiram com o desenvolvimento do sistema de classificação do solo das rodovias públicas, pelo qual o subleito era classificado como uniforme de A-1 a A-8 e não uniforme de B-1 a B-3, sistema que foi posteriormente modificado pelo Highway Research Board, segundo o qual os solos eram agrupados de A-1 a A-7, com isso surgiu o primeiro método empírico com um ensaio de resistência, que se denominava California Bearing Ratio (CBR). Conforme o mesmo autor os métodos empíricos tiveram grande aceitação e ainda são muito utilizados, mas apresentam problemas devido à consideração de materiais, carregamento e condições ambientais fixas. A condição empírica dos métodos de dimensionamento de pavimentos tem sido tópico de discussão entre os engenheiros rodoviários por muitos anos. Os métodos empíricos se baseiam em regras desenvolvidas a partir de observações e experiência com certos tipos de pavimentos, para certos tipos de materiais de pavimentação e para condições específicas de clima, que não necessariamente as da região do projeto em questão. A maior limitação dos métodos empíricos é que eles não podem ser generalizados com confiabilidade para outras condições senão àquelas para as quais eles foram desenvolvidos (FRANCO, 2007, f.02). O segundo critério conforme Balbo (2007), é o da deformabilidade, segundo o qual a espessura de reforço é considerada tendo em vista os níveis de deformação sob carga apresentados pelo pavimento e a capacidade de um novo material resistir à degradação que causaria perda de qualidade de rolamento. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

50 50 Os métodos de dimensionamento que assumem o critério da deformabilidade para dimensionamento de uma camada de reforço são, conforme Motta e Medina (2005): PRO 10/79 Procedimento A, elaborado pelo engenheiro Armando Martins Pereira; baseia-se no método do DER da Califórnia; PRO 11/79 Procedimento B, elaborado pelo engenheiro Francisco Bolivar Lobo Carneiro e equipe, baseado no método de Celestino Ruiz. Balbo (2007), afirma que o conceito básico dos critérios de deformabilidade consiste na definição de uma deflexão de projeto e admissível, tendo em vista o número de solicitações previsto para o tráfego. A aplicação do método PRO 11/79 é precedida, segundo o mesmo de um inventário do histórico do pavimento, sondagens e ensaios que são chamados estudos preliminares, estudos definitivos que representam inventário dos defeitos, a medida das deflexões em trechos espaçados de 20 m alternadamente em faixas distintas, determinação dos raios de curvatura calculados a cada 200m, ou menos em casos especiais, sondagens complementares, definição dos segmentos homogêneos e tratamentos estatístico das medidas de deflexão. Após o tratamento estatístico determina-se a deflexão de projeto que na verdade é a deflexão adotada como característica no segmento homogêneo. Deve-se determinar o número de solicitações de um eixo padrão de 8,2tf a que estará submetido a estrutura durante sua vida de projeto, valor que será levado em consideração para determinação da deflexão admissível, que é a máxima deflexão que poderá ocorrer sem que ocorram trincas no revestimento a partir da equação: (11) Onde: = a deflexão admissível; = o numero de solicitações do eixo padrão durante a vida de projeto. O dimensionamento do reforço de concreto betuminoso é calculado pela formula: (12) Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

51 51 Onde: h = Espessura da camada de CBUQ = Deflexão admissível; = Deflexão característica de projeto. O método PRO 11/79 dispõe ainda da Tabela 2 que apresenta cinco hipóteses que relaciona o raio da curvatura da bacia deflectométrica e as deflexões característica e admissível, possibilitando a tomada de decisão. Tabela 2: Critérios para avaliação estrutural PRO 011/79 Fonte: PRO 011/79 Para Balbo (2007), ambos os critérios de resistência e deformabilidade não abordam de maneira explicita o estado de tensões do pavimento, contudo os de deformabilidade ainda são frequentemente utilizados, uma vez que os níveis de deflexões encontrados podem espelhar em muitos casos de maneira satisfatória seu desempenho. Segundo Franco (2007), os engenheiros de pavimentação estão buscando gradativamente um entendimento mais analítico do problema e tentando, com isso, reduzir a Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

52 52 parcela do empirismo. Balbo (2007) trata isso a partir do que ele chama de o terceiro critério de dimensionamento, segundo o qual pavimento é considerado sob um enfoque de serventia e desempenho, o chamado método mecanístico-empírico. Franco (2007) comenta que neste novo enfoque o pavimento é tratado como uma estrutura de engenharia e seu comportamento mecânico é avaliado em função do carregamento e da resistência dos materiais, assim como é feito com as estruturas de concreto ou de aço. Segundo Zanetti (2008), a análise mecanística visa de uma forma simplificada, determinar o número de solicitações, ou seja, até quantas passagens de veículo padrão, o pavimento resistiria mantendo sua estrutura íntegra, para o autor esta análise pode ser realizada para qualquer camada do pavimento, mas é, usualmente, feita em dois pontos específicos da estrutura os quais são: No revestimento onde a aplicação de cargas repetidas pode provocar tensões e deformações de tração na face inferior do revestimento que podem levar o material asfáltico à fadiga, originando fissuras que se propagam até a superfície do pavimento; No topo do subleito em que a aplicação de cargas pode provocar deformações permanentes que, acumuladas ao longo do tempo, provocam afundamento de trilha de roda. Medina e Motta (2005) ressaltam que a maior dificuldade em um projeto de reforço utilizando-se este método está na determinação do módulo de resiliência dos materiais existentes na estrutura, pois muitos desses pavimentos são antigos e foram dimensionados pelo método de dimensionamento do CBR, muitas vezes as informações são escassas e oque está previsto em projeto não está construído, em termos de espessuras e até mesmo materiais. Para resolver o problema a cerca dos materiais e espessuras existentes utilizam-se conforme Medina e Motta (2005), as avaliações destrutivas através de poços de sondagem, ou procede-se à avaliação não destrutiva, com medidas de deflexões e retroanálise da deformabilidade das camadas do pavimento. O método mecanístico completo de dimensionamento de reforço de pavimentos segue os seguintes passos conforme Medina e Motta (2005). Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

53 53 Determinar no trecho a ser restaurado, as bacias de deflexão com frequência adequada para representar o segmento; Utilizar programa confiável de retroanálise das bacias para inferir os módulos das camadas e do subleito; Utilizar um programa de cálculo de tensões e deformações, no qual se utilizarão os módulos retroanalisados e as espessuras das camadas para determinar as tensões e deformações criticas na camada de reforço; Comparar as tensões e deformações calculadas com valores admissíveis em função do tráfego e estabelecer a espessura de reforço necessária. Conforme Lebre (2014), atualmente, os critérios de dimensionamento geralmente utilizados na análise mecanística-empírica são: critério de fadiga e critério de deformação permanente (ATR). 2.9 MODELOS DE DESEMPENHO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS Os materiais de construção, no decorrer de sua vida de serviço, apresentam processos de danificação e deterioração, que implicam na alteração de suas propriedades mecânicas, pouco a pouco sua degradação motivada por cargas de veículos, produtos químicos e ações ambientais aumenta (BALBO, 2007). Para o mesmo autor não é possível definir de modo inquestionável o processo de degradação ou danificação estrutural de um pavimento utilizando-se os mecanismos de ruptura, sendo que deve-se pensar que existem diversas variáveis em questão como tipos de materiais, condições climáticas e morfológicas, política de carga para diferentes veículos, peculiaridade de cada material, além de condições construtivas variadas. Para Yoder e Witczak, (1975, apud. Franco 2007) existem dois tipos de avaliação para a ruptura de pavimentos asfálticos: a ruptura estrutural e a ruptura funcional. Para os autores a ruptura estrutural é o colapso propriamente dito da estrutura do pavimento ou de um de seus componentes de forma que o pavimento se torna incapaz de sustentar qualquer carga, e a ruptura funcional, que pode ou não vir acompanhada de uma ruptura estrutural, é uma condição que o pavimento atinge caracterizada pelo desconforto ao rolamento dos veículos, pela diminuição da segurança, pelo aumento do risco de aquaplanagem devido às Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

54 54 irregularidades e defeitos gerados pelo trincamento, ou, ainda, pelas grandes deformações permanentes. Para cada um dos critérios existem modelos de desempenho que funcionam no dimensionamento como limitantes para a determinação das espessuras das camadas da estrutura do pavimento (FRANCO, 2007, f.169) Vida de Fadiga Medina e Motta (2005), afirmam que o trincamento por fadiga do revestimento é em geral principal mecanismo de degradação de pavimentos asfálticos de rodovias, segundo eles a repetição das cargas das rodas dos veículos solicita à flexão a camada de concreto asfáltico do revestimento betuminoso, com isso inicia-se o surgimento de trincas geralmente na parte inferior do revestimento que se propagam até a superfície como pode ser observado na Figura 15. A solicitação aplicada de forma cíclica se acumula ao longo do processo de uso da estrutura e acabam culminando com o surgimento de trincas (BALBO, 2007). Figura 15: Danos provocados por fadiga Fonte: Echeverria, 2015, p.25 Para Zanetti (2008), a fadiga é o fenômeno de degradação estrutural, progressivo e localizado, que ocorre em um material submetido à deformações repetidas, inferiores à sua resistência última, isto é, o material sofre a solicitação de tensão inferior à que causaria sua Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

55 55 ruptura. Conceituando, o autor define a resistência à fadiga de uma mistura asfáltica como a sua capacidade de suportar, sem ruptura, as solicitações repetidas do tráfego. A vida de fadiga de uma mistura asfáltica é definida em termos de vida de fratura (Nf), valor que se refere ao número total de aplicações de certa carga até a fratura total da amostra (BERNUCCI et al. 2008). Os mesmos autores comentam que o ensaio laboratorial de vida de fadiga tradicionalmente realizado no país para definição do número de repetições de carga é feito por compressão diametral à tensão controlada (TC), sendo que a carga é aplicada à uma frequência de 1Hz (60 aplicações por minuto com 01s de duração) com temperatura controlada, através de equipamento pneumático, que pode ser o mesmo utilizado para determinação do módulo de resiliência. Atualmente é grande a variedade de modelos de fadiga na literatura técnica sobre o assunto, estes modelos referem-se sempre a uma correlação entre o número de solicitações do eixo padrão e um deslocamento, deformação ou tensão gerada no pavimento (LOPES, 2012). A vida de fadiga das misturas betuminosas pode ser definida utilizando modelos desenvolvidos por diversas instituições, tais como a Shell Oil e Asphalt Institute (LEBRE, 2012), há ainda os modelos brasileiros desenvolvidos por Pinto (1991) e Franco (2007) na COPPE/UFRJ, além de outros. Franco (2007), argumenta sobre o modelo de desempenho que deve ser escolhido, pois segundo o mesmo, a utilização de modelos diversos, desenvolvidos a partir de métodos de ensaio diferentes daqueles em que o método de dimensionamento foi baseado, de forma indiscriminada pode gerar resultados incoerentes Modelo Shell Oil Entre os modelos que estimam a vida de fadiga dos pavimentos estão o da Shell Oil, que utiliza o modulo dinâmico que é o valor absoluto do módulo complexo, parâmetro que segundo Bernucci et al. (2008) é utilizado preferencialmente no exterior. Segundo Franco (2007), o modelo foi desenvolvido a partir de dados obtidos por ensaios de flexão repetida de vigotas a deformação controlada. (13) Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

56 56 Onde: = Vida de Fadiga; E = Módulo dinâmico da mistura asfáltica em psi. Segundo Franco (2007), o módulo dinâmico tenta representar o comportamento visco-elástico das misturas asfálticas enquanto que o módulo obtido pela tração indireta (resiliente), o comportamento resiliente apenas. Tayebali et al. (1995), Pinto (1991), Tonial (2001), (apud Franco, 2007) comprovaram as diferenças de valores entre os módulos dinâmico e resiliente e obtiveram correlações entre eles, porém deve se considerar o que Mamlouk e Sarofim (1989, apud Franco, 2007) concluíram, para estes se for necessário utilizar o valor do módulo em um modelo ou expressão empírica, o método de ensaio utilizado para o desenvolvimento do modelo deve ser seguido e, ainda, se for utilizar o valor do módulo para uma análise teórica ou mecanística, os métodos de ensaio devem considerar as mesmas hipóteses que foram utilizadas no procedimento analítico Modelo do Asphalt Institute O Instituto do Asfalto (MS-1) dos Estados Unidos trás o modelo de previsão que faz parte do manual de dimensionamento de pavimentos de rodovias e ruas que utiliza o modulo dinâmico como variável na equação. Segundo Franco (2007) esta lei de fadiga foi obtida a partir de um conjunto de dados obtidos de ensaios de laboratório realizados à tensão controlada de flexão repetida e calibrada com dados de seções selecionadas da AASHO Road Test. [ ( ) ] (14) Onde: N = Vida de fadiga; C = ; Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

57 57 ( ); Vasf = Teor de asfalto em volume na camada asfáltica; Var = Volume de vazios com ar na camada asfáltica; εt = Deformação específica de tração da camada asfáltica; E = Módulo dinâmico da camada asfáltica, em psi. Para a utilização desta equação é necessário o conhecimento de dados de projeto da mistura asfáltica, como teor de asfalto e volume de vazios da mistura, para tanto Papagiannakis e Masad (2008) apresentam a expressão simplificada e que apresenta o número de solicitações necessárias para um dano de 10% da área da aplicação de carga pelas rodas de um veiculo. Pode se perceber que a simplificação da formula é a não utilização do coeficiente C. (15) Onde: Nf = Vida de fadiga; εt = Deformação específica de tração da camada asfáltica; E = Módulo dinâmico da camada asfáltica, em psi Modelo de Pinto (1991) Pinto (1991), estudou o comportamento à fadiga de misturas betuminosas e sugeriu um modelo de desempenho baseado na analise de 82 pontos de ensaio de fadiga à TC em compressão diametral de seis misturas asfálticas a 25 C, modelo este que fornece o numero de solicitações necessário para provocar a ruptura do corpo de prova. ( ) ( ) (16) Onde: = Vida de fadiga em laboratório; Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

58 58 = Deformação específica de tração; MR = Módulo de resiliência da mistura asfáltica, em Mpa; =. Este modelo pode ser utilizado para análise de desempenho em campo, sendo que para isso deve ser calibrado por um fator campo-laboratório (fcl) que Pinto (1991), sugere estar entre para levar o pavimento a cerca de 20% de área trincada à temperatura de 54 C. Conforme Franco (2007), diversos órgãos e institutos de pesquisa vêm utilizando o coeficiente fcl igual a como fator campo-laboratório para esse modelo Modelo de Franco (2007) Franco (2007) levantou dados de ensaios de carga repetida à tensão controlada realizados no laboratório de pavimentação da COPPE/RJ e de outros publicados em diversos trabalhos técnicos e científicos para obter os modelos de previsão de fadiga das misturas asfálticas. Segundo o autor foram analisados 675 resultados de ensaios de fadiga, de diversas amostras de corpos-de-prova de misturas asfálticas, sendo 536 de misturas asfálticas com ligantes tradicionais; 51 de misturas com ligantes modificados por polímero; e 88 de misturas com asfalto borracha. O modelo de previsão apresentado para misturas asfálticas com ligantes convencionais é: ( ) ( ) (17) Onde: = Vida de fadiga em laboratório; = Deformação específica de tração; MR = Módulo de resiliência da mistura asfáltica, em Mpa; =. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

59 Deformação permanente (ATR) A deformação total de um pavimento flexível ocorre segundo Kakuda (2010), devido à ação cíclica do tráfego de veículos pesados, sendo dividida em duas parcelas: deformação resiliente ou reversível e plástica ou permanente. Conforme Moura (2010), a deformação permanente pode ser definida como o acúmulo de pequenas quantidades de deformação não recuperável resultante da aplicação de cargas dos veículos e seus danos podem ser visualizados na Figura 16. Figura 16: Deformação Permanente Fonte: Echeverria, 2015, p.25 O efeito da deformação permanente é caracterizado pelos afundamentos ao longo da trilha de roda e pelas irregularidades na superfície do pavimento que, por sua vez, dificultam a drenagem e aumentam o risco de aquaplanagem (FRANCO, 2007, f. 173). Conforme Motta (1991), no Brasil já se comprovou que o efeito da deformação plástica não é significativo nas rodovias federais, não aparecendo como causa principal da deterioração dos pavimentos, devendo-se isso em parte aos critérios de dimensionamento do método CBR saturado e, também, às baixas umidades de equilíbrio que predominam nas camadas dos pavimentos brasileiros, porém, deve ser levado em consideração. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

60 60 Balbo (2007), afirma que esse processo pode ser considerado uma condição de ruptura que ocorrerá com maior ou menor participação de cada camada da estrutura, ou seja, a deformação residual que se acumula no decorrer da vida de serviço possui uma parcela de contribuição de cada camada. Barksdale (1971, apud MOTTA, 1991) propõe para a estimativa do afundamento de trilha de roda o somatório das deformações de cada camada: ( ) (18) Onde: = Deformação permanente total do pavimento; Deformação plástica média da camada i; = Espessura da camada i; n = Número de camadas do pavimento, considerando-se o subleito. Em sua tese de doutorado Motta (1991), utilizou este modelo, e comparou com dados de solos ensaiados na COPPE/RJ duas diferentes estruturas a partir de duas hipóteses, Figura 17: Que o subleito é a camada que mais contribui para o afundamento da trilha de roda e quanto menor a estrutura do pavimento, maiores as tensões no subleito e sua deformação permanente; Que todas as camadas contribuem para o afundamento da trilha de roda e quanto maior for a espessura de cada camada maior a deformação permanente resultante, desde que as camadas sejam mais deformáveis que o subleito. Constatou Motta (1991), que ambas as estruturas, uma esbelta e outra espessa satisfazem quanto à deformação permanente acumulada para repetições de carga. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

61 61 Figura 17: Estruturas utilizadas por Motta (1991) no estudo da Deformação Permanente Fonte: Motta (1991), f. 267 Uzan (1985, apud Franco, 2007), propôs um modelo que relaciona o acúmulo da deformação permanente, p, à deformação resiliente atuante, sendo que é o modelo utilizado por Franco (2007), no software Sispav para cálculo de estimativa da deformação permanente. ( ) (19) Onde: ( ) = Deformação permanente acumulada para N repetições de carga; = Deformação resiliênte; = ab/ ; α= 1-b. Os valores de µ e α foram estudados por Cardoso (1987), que propôs o intervalo típico desses valores apresentados na Tabela 3. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

62 62 Tabela 3: Intervalo típico de valores de µ e α da expressão de Uzan (1985) Fonte: Cardoso (1987, apud. FRANCO, 2007) Os conhecidos métodos de dimensionamento, como o método da Shell Oil, do Instituto do Asfalto dos Estados Unidos, e de dimensionamentos de pavimentos de aeroportos da FAA (LEDFAA), não verificam o dano relacionado à deformação permanente das camadas do pavimento, pois consideram que a estrutura do pavimento não se deforma plasticamente e a deformação na superfície do pavimento é proveniente apenas da deformação plástica do subleito (FRANCO, 2007). Os modelos que estimam a deformação vertical limite no topo do subleito que são utilizados pelo Asphalt Institute (20) e Laboratoire Central des Ponts et Chaussées da França (21) foram apresentados por MONISMITH e BROWN (1999, apud FRANCO, 2007). Papagiannakis e Masad (2008) citam que o afundamento correspondente ao número de solicitações é 12,5mm. ( ) (20) ( ) (21) Onde: = Número de solicitações para a deformação plástica do subleito; = Deformação vertical de compressão no topo do subleito. Motta (1991) destaca duas maneiras de se reduzir a deformação permanente: Limitar a tensão vertical máxima atuante no subleito, considerada a camada de menor resistência da estrutura; cada camada. Limitar a deformação resultante do somatório das deformações permanentes de Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

63 ANÁLISE DE CAMADAS DOS PAVIMENTOS O ponto de partida das análises de camadas em pavimentos foi dado por Joseph Boussinesq, que publicou em 1885 trabalhos que foram utilizados e expandidos e serviram de base para o estabelecimento da Teoria de Sistemas de Camadas Elásticas (TSCE), proposta por Burmister em 1945 (BALBO, 2007). Conforme Medina e Motta (2005), a teoria de Burmister considera as seguintes hipóteses: Os materiais são elásticos, isotrópicos e homogêneos, a lei de Hooke é válida e o módulo de compressão é igual o de tração; As camadas não tem peso, são ilimitadas transversalmente e a camada inferior é semi-infinita; As condições de fronteira são: a) a superfície da camada superior não está sujeita a tensões fora da área carregada, b) na área carregada tem-se apenas tensões normais e c) a grandes profundidades as tensões e deformações são nulas; Admitem-se duas condições de interface com atrito entre as camadas e sem atrito entre elas; Segundo Franco (2007), com o auxílio da informática diversos programas computacionais têm sido desenvolvidos para o calculo de tensões e deformações em estruturas de camadas elásticas a partir de dois processos de cálculo distintos: o que calcula analiticamente, pela teoria de Burmister (Teoria da Elasticidade), e pelo Método dos Elementos Finitos. Conforme Franco (2007), na teoria de Burmister são válidas as hipóteses descritas acima e os métodos que utilizam esta solução possuem a vantagem de combinar carregamentos com mais de uma roda, por meio do princípio da superposição e da hipótese de elasticidade linear, sendo que é possível também obter os resultados de tensão, deformação e deslocamentos em qualquer ponto da estrutura. O Modelo multicamadas de Burmister é atualmente o mais utilizado, pois está na base de grande parte dos programas de cálculo usados (LEBRE, 2014). Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

64 64 Coutinho et al. (2009), cita que entre as técnicas para determinar as tensões e deformações em sistemas de pavimentos asfáltico o Método dos Elementos Finitos (MEF) tem se destacado devido a sua simplicidade e generalidade. No Método de Elementos Finitos MEF o meio contínuo é dividido em elementos fictícios de dimensões finitas, ligados entre si por pontos nodais que se assimilam a articulações sem atrito (MEDINA; MOTTA, 2005). Conforme Garcia (2010), os elementos fictícios são compostos de arestas (faces) e nós (pontos de interseção das arestas), formando a malha representada na Figura 18 que pode ter diferentes formas geométricas, como triângulos e quadriláteros, dependendo da espécie de problema a ser resolvido. Figura 18: Configuração do Modelo de elementos finitos AEMC e EFin3D Fonte: Medina e Motta (2005), p. 146 Franco (2007), desenvolveu, aproveitando rotinas específicas do RIOPAVE e tendo como base o programa exemplo do curso de Introdução ao Método dos Elementos Finitos do Programa de Engenharia Civil da COPPE o programa de cálculo de tensões, deformações e deslocamentos pelo Método dos Elementos Finitos Tridimensional (EFin3D), bem como um pela Teoria da Elasticidade que processa os cálculos com base no programa JULEA e é utilizado como rotina no Sispav chamado AEMC Análise Elástica de Múltiplas Camadas. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

65 65 Com o intuito de verificar possíveis erros nos códigos dos programas e as diferenças nos resultados devido às hipóteses assumidas em cada solução Franco (2007), avaliou e comparou os resultados de tensões, deformações e deslocamentos obtidos em cada um dos métodos, simulando estruturas similares de pavimentos. O autor encontrou diferenças maiores de valores quando a estrutura em questão se torna mais complexa. Franco (2007), concluiu que o método de Análise Elástica de Múltiplas Camadas (AEMC) se mostrou muito prático para as análises de pavimentos em relação ao Método dos Elementos Finitos (EFin3D), e definiu que o método a ser utilizado no dimensionamento de estruturas de pavimentos no programa por ele desenvolvido (SISPAV) seria a elástica de múltiplas camadas. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

66 3. METODOLOGIA Neste capítulo apresenta-se a metodologia que foi utilizada desde a coleta dos dados de campo com Viga Benkelman e prospecção através de poços de sondagem até as avaliações dos resultados que estimam a vida útil do pavimento restaurado com diferentes espessuras de CBUQ. Os procedimentos são apresentados de forma cronológica visando a melhor compreensão das técnicas utilizadas. 3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA Esta pesquisa pode ser classificada como quantitativa exploratória, pois não requer a formulação de hipóteses a serem testadas, se restringe por definir objetivos e busca proporcionar através de simulações maior familiaridade com o problema envolvendo o efeito das variáveis. 3.2 PLANEJAMENTO DA PESQUISA Concluídas as etapas iniciais de introdução e revisão bibliográfica, se definiu o local da coleta de dados de campo junto à Rodovia BR 472, Km a , Figura 19. Neste local foram realizados dez levantamentos deflectométricos com Viga Benkelman, sendo cinco para cada um dos dois poços de sondagem abertos intermediários às medições. Figura 19: Locação das medições em campo Fonte: Autoria Própria Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

67 67 O levantamento foi realizado na Trilha de Roda Externa (TRE) da pista do lado Esquerdo, iniciando-se na estaca até a estaca No dia da realização destes ensaios a empresa Carpenedo & Cia LTDA responsável pela manutenção da via realizava a manutenção da mesma, desta forma pode-se observar que o lado direito da pista Figura 20 (b) já havia sido reformado com fresagem e posterior recapeamento em pontos específicos que apresentavam desgaste. A pista do lado esquerdo ainda não havia passado pelo processo restauração Figura 20 (a). Figura 20: Local dos Ensaios LE/a e LD/b a) b) Fonte: Autoria Própria Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

68 Determinação das Bacias de Deflexão Com a utilização do equipamento Viga Benkelman (VB) se realizou primeiramente o ensaio para determinação da linha de influência, ou seja, a bacia de deflexão do pavimento de acordo com a Norma DNIT 133/2010 ME. Figura 21: Equipamento Viga Benkelman e Régua Fonte: Autoria Própria Utilizou-se além da VB, uma régua de madeira com demarcações especiais nas distâncias que seriam utilizadas, conforme estipula a norma DNIT 133/2010 ME a qual comenta que esta régua deve estar localizada próxima a cabine do motorista, porém tornou-se mais prático utiliza-la na traseira do caminhão, fixando-se neste uma referência como pode ser observado na Figura 22. As leituras se deram nas distâncias: 0,0; 12,5; 25,0; 40,0; 60,0; 90,0; 120,0; 150,0 e 180,0cm, além da leitura final necessária aos cálculos, que é realizada a partir do deslocamento de 10 m do caminhão à frente, após a última leitura à 180 cm de D 0. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

69 69 Figura 22: Régua Pré-demarcada Fonte: Autoria Própria Figura 23: Medida das Deflexões Fonte: Autoria Própria Daniel Koscrevic Pandolfo Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

70 Abertura dos poços de sondagem A fim de facilitar e acelerar os serviços os locais dos poços de inspeção foram abertos primeiramente com a ajuda da máquina fresadora que removeu a camada de revestimento em CA facilitando o trabalho manual que abriu o restante do pavimento até o subleito. Estes poços de inspeção serviram para a determinação do tipo e espessura dos materiais de cada camada, bem como a quantidade de camadas existentes na estrutura como pode ser visto nas figuras a seguir. Figura 24: Abertura da camada de CA com Fresadora Fonte: Autoria Própria Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

71 71 Figura 25: Abertura Poços de Sondagem. Fonte: Autoria Própria Figura 26: Medida Espessuras Poço 01 - Estaca Fonte: Autoria Própria Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

72 72 Figura 27: Medida Espessuras Poço 02 - Estaca Fonte: Autoria Própria Complementar à determinação das espessuras e tipos de materiais se realizou coleta dos materiais de cada camada que foram então ensaiados em laboratório para determinação da umidade presente em cada camada da estrutura. Figura 28: Material para ensaio de umidade Fonte: Autoria Própria Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

73 Retroanálise O processo de retroanálise depende da inserção de dados referentes às camadas dos materiais constituintes de cada camada do pavimento bem como das deflexões em cada distância medidas em campo. Para tanto uma importante questão teve de ser observada anteriormente à determinação dos módulos resiliêntes através deste processo, pois os softwares utilizados neste estudo possuem entrada de dados deflectométricos obtidos por equipamento FWD ao invés da VB que foi utilizada. A fim de utilizar os softwares de maneira adequada, foi realizada a conversão de resultados obtidos por VB, baseando-se no estudo desenvolvido por Theisen et al. (2009), o qual descreve o método para emprego de softwares de retroanálise de bacias obtidas via FWD em pavimentos submetidos ao eixo padrão a partir do principio da sobreposição de efeitos. O método completo encontra-se descrito na bibliografia citada e resumidamente considera a aplicação de carga a partir de apenas uma das rodas do veículo de ESRD, sendo assim, a carga aplicada, ao invés de 4100 kg, é 2050 kg, e as deflexões medidas em campo são dividas por 2. Além disso, as distâncias que anteriormente eram 0,00; 12,5; 25,0 etc. passam por tratamento a partir da equação (22). Uma ilustração deste método pode ser observada na Figura 29. Figura 29: Esquema carregamento e medidas [ Fonte: Theisen et al. (2009) Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

74 74 ( ) ( ) (22) Com auxílio dos programas de retroanálise BackSispav (Franco, 2007) Figura 30 e Evercalc (Departamento de Transportes de Washington, EUA) Figura 31, foram determinados os módulos de resiliência das camadas do pavimento. O método simplificado de Fabrício et al. (1994), também foi utilizado para determinação do módulo de resiliência e espessuras equivalentes do sistema de camadas. Figura 30: Retroanálise Backsispav Fonte: Autoria Própria Figura 31: Retroanálise Evercalc Fonte: Autoria Própria Como já abordado no capítulo 2 os softwares calculam o erro e o apresentam junto aos resultados, para que possa ser avaliado pelo operador, porém, o valor calculado pelo Evercalc é expresso em porcentagem a partir da equação 23, e o do BackSispav em µm, a Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

75 75 partir da equação 24. Objetivando-se analisar se a retroanálise foi satisfatória a partir dos mesmos parâmetros realizou-se o calculo do RMSE em tabela Excel dos valores obtidos pelo BackSispav a partir da equação utilizada pelo Evercalc, permitindo assim análise mais coerente dos valores encontrados. ( ) (23) ( ) (24) Onde: Dm= Deflexão medida Dc= Deflexão calculada N= Número de sensores Determinação das Deformações Determinou-se através de análise estatística o melhor valor para representar a variável MR obtido pelo processo de retroanálise. Obteve-se assim para cada conjunto de MR calculado por cada software um valor médio para MR do revestimento, base e subleito, além do valor médio da espessura de cada camada. Foram propostas seis espessuras de reforço para cada um dos conjuntos representativos, sendo: 4, 7, 10, 13, 16 e 19 cm. O MR utilizado na camada de reforço foi 6645 MPa, que é o valor obtido em laboratório para o traço de CA que vem sendo utilizado nas restaurações da BR 472. O pavimento com os módulos determinados e com as espessuras de reforço em questão passou por análise mecanística através do programa de Análise Elástica de Múltiplas Camadas AEMC (Franco, 2007), para que fossem obtidos os valores de deformação específica de tração na base do revestimento (εt), e deformação específica de compressão no topo do subleito (εc), Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

76 Determinação da Estimativa de Vida útil Conforme salientado pelos pesquisadores que elaboraram os modelos de previsão de desempenho deve-se dar importância fundamental ao fato de que esses modelos foram desenvolvidos dentro de certas condições que podem tornar os mesmos inadequados para aquelas diferentes das que foram implementadas, resultando em dados incoerentes. Diante disso, no que se refere aos modelos de fadiga entende-se que os mais apropriados para utilização dentro do estudo que se desenvolve são os modelo desenvolvidos por Pinto (1991) eq. (25) e Franco (2007), eq. (26), pois são resultados de estudos brasileiros, com materiais, clima e métodos de ensaio utilizados no Brasil. Estes modelos trazem como variável nas equações o módulo de resiliência, que é também o objeto de estudo deste trabalho, sendo assim, seria inadequado efetuar correlações para transformar o módulo de resiliência obtido a partir de retroanálise das bacias de deflexão em diferentes softwares e métodos em módulo dinâmico para que pudesse ser utilizado nos outros modelos de desempenho apresentados. O modelo da Federal Highway Administration dos EUA (FHWA), eq. (27) também foi utilizado, pois não necessita do MR, assim seus resultados puderam ser analisados complementarmente aos obtidos pelos modelos já citados. ( ) ( ) (25) ( ) ( ) (26) ( ) (27) Os métodos que serão utilizados para prever o número de solicitações de um eixo padrão que cause 12,5mm de afundamento são o do Instituto do Asfalto dos EUA, eq. (28) e do Laboratoire Central des Ponts et Chaussées da França (LCPC), eq. (29) que consideram apenas a deformação plástica no topo do subleito como causa do ATR. ( ) (28) ( ) (29) Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

77 Espessura de reforço pelo método PRO 11/79 Após determinação das estimativas de vida útil pelos diferentes modelos a partir dos parâmetros de rigidez calculados pelos softwares e pelo método simplificado realizou-se tratamento estatístico dos valores de deflexão máxima, isto é D 0, e determinação da deflexão característica, sendo: (30) Onde: Dc = Deflexão característica D = Média aritmética = Desvio Padrão Com o valor da deflexão característica obtém-se a deflexão de projeto que é a multiplicação de Dc pelo fator de segurança. (31) A partir dai determinou-se a deflexão admissível em função do número de solicitações do eixo padrão de 8,2t, sendo que o valor N utilizado foi a média da estimativa de vida útil para fadiga obtida pelos 3 diferentes modelos utilizados. (32) Onde: = deflexão admissível; = número de solicitações do eixo padrão durante a vida de projeto. O dimensionamento do reforço de concreto betuminoso foi calculado pela equação 33, sendo então o seu resultado comparado com a espessura utilizada na análise mecanística. (33) Onde: Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

78 78 h = Espessura da camada de CBUQ = Deflexão admissível; = Deflexão característica de projeto. 3.3 DELINEAMENTO DA PESQUISA Apresenta-se na Figura 32 os passos principais que foram utilizados no desenvolvimento do estudo em questão. Figura 32: Delineamento da Pesquisa Fonte: Autoria Própria Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

79 4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Neste capítulo apresenta-se a análise e discussão dos resultados obtidos a partir coleta dos dados de campo com Viga Benkelman e prospecção através de poços de sondagem até as avaliações dos resultados que estimam a vida útil do pavimento restaurado com diferentes espessuras de CA. 4.1 MATERIAL E ESPESSURAS A partir da abertura dos poços de sondagem determinou-se o material presente em cada camada do pavimento bem como a espessura de cada camada, como pode ser observado na Tabela 4. Tabela 4: Tipo de material e espessuras das camadas Estaca Revestimento Base Subleito Material CA BGS SL Espessura (cm) 11, Material CA BGS SL Espessura (cm) 10,5 30 Legenda: CA: Concreto asfáltico; BGS: Brita graduada simples; SL: Solo laterítico Fonte: Autoria Própria Cabe ressaltar que para cada poço de sondagem foram medidas 5 bacias de deflexão, sendo assim, a espessura das camadas observadas na estaca e , são as mesmas utilizadas para as bacias que foram medidas à sua volta e sobre a mesma Umidade O ensaio de umidade foi realizado no laboratório da empresa Carpenedo & Cia LTDA na cidade de Santa Rosa/RS. As imagens do momento do ensaio, bem como os resultados obtidos podem ser observadas nas imagens a seguir e na Tabela 5. Os materiais extraídos dos poços de sondagem passaram por pesagem em circunstância normal, isto é, com umidade e posterior secagem, e novamente pesagem para que se determinasse a sua umidade. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

80 80 Figura 33: Ensaio de umidade da base estaca Fonte: Autoria Própria Figura 34: Ensaio de umidade do subleito estaca Fonte: Autoria Própria Figura 35: Ensaio de umidade da base estaca Fonte: Autoria Própria Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

81 81 Figura 36: Ensaio de umidade do subleito estaca *Provável erro de ensaio Fonte: Autoria Própria Tabela 5: Resultados ensaio de umidade Fonte: Autoria Própria Devido a circunstâncias desconhecidas o ensaio de umidade do subleito da estaca apresentou resultado incoerente com o material de que se trata a camada, bem como com o resultado obtido para o subleito da estaca A análise dos valores de MR provou que provavelmente ocorreu algum erro durante o ensaio, uma vez que os módulos do subleito de ambas as estacas, como pode ser observado na sequência, são parecidos, o que provavelmente não aconteceria caso as umidades do subleito tivessem realmente uma diferença tão grande. Ensaio de Umidade 4.2 MEDIDAS DE DEFLEXÕES Base Subleito Base Subleito Solo Úmido (g) 756,1 196,66 401,7 186,5 Solo Seco (g) 708,4 181,27 372,7 148,95 Peso da Água (g) 47,7 15,39 29,0 37,55 Umidade (%) 6,73% * 8,49% 7,78% 25,21% As medidas obtidas no ensaio com Viga Benkelman estão representadas na Tabela 6, juntamente calculou-se o raio da curvatura conforme equação 02, no capítulo 2. A análise dos resultados demonstra a homogeneidade do trecho analisado, bem como sua boa capacidade estrutural, uma vez que conforme o método PRO-011/79 raios de curvatura maiores que 100 m indicam boa qualidade estrutural do pavimento. Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

82 82 Tabela 6: Deflexões e distâncias obtidas com VB e carregamento padrão Estaca Carga Raio Deflexões (0,01 mm) Raio (Kg) (cm) D 0 D 12,5 D 25 D 40 D 60 D 90 D 120 D 150 D 180 (m) ,7 56,67 54,71 46,90 39,08 29,31 21,49 15,63 11,72 9,77 319, ,7 46,90 42,99 37,13 29,31 21,49 15,63 11,72 7,82 5,86 319, ,7 58,62 56,67 50,80 42,99 35,17 25,40 19,54 15,63 11,72 399, ,7 46,90 44,94 39,08 31,26 23,45 15,63 11,72 9,77 7,82 399, ,7 50,80 48,85 41,03 33,22 25,40 15,63 11,72 9,77 7,82 319, ,7 56,67 54,71 46,90 39,08 31,26 21,49 15,63 11,72 9,77 319, ,7 46,90 42,99 37,13 27,36 21,49 13,68 9,77 7,82 5,86 319, ,7 56,67 52,76 44,94 37,13 27,36 19,54 13,68 11,72 9,77 266, ,7 54,71 50,80 44,94 37,13 27,36 17,59 13,68 11,72 9,77 319, ,7 50,80 46,90 39,08 33,22 23,45 17,59 11,72 9,77 7,82 266,5 Média 52,6 49,6 42,8 35,0 26,6 18,4 13,5 10,7 8,6 325,2 Mediana 52,8 49,8 43,0 35,2 26,4 17,6 12,7 10,7 8,8 319,9 Desvio Padrão 4,6 5,1 4,7 4,9 4,4 3,6 2,8 2,3 1,9 45,0 CV 8,8% 10,2% 11,1% 14,0% 16,7% 19,6% 21,0% 21,4% 22,0% 13,8% Fonte: Autoria Própria Conforme discutido anteriormente, foi necessário o tratamento dos valores de deflexão obtidos pelo carregamento do eixo padrão medido com Viga Benkelman para que fossem utilizados em softwares de retroanálise que utilizam valores deflectométricos obtidos via FWD, assim a Tabela 7 apresenta os valores de carga, raio, deflexões e distâncias do centro do carregamento que foram utilizadas para a retroanálise. Tabela 7: Deflexões e distâncias modificadas para utilização nos softwares Carga (Kg) Raio (cm) Deflexões (0,01 mm) Estaca D 15 D 19,5 D 29,2 D 42,7 D 61,8 D 91,2 D 120,9 D 150,7 D 180, ,72 28,33 27,36 23,45 19,54 14,66 10,75 7,82 5,86 4, ,72 23,45 21,49 18,56 14,66 10,75 7,82 5,86 3,91 2, ,72 29,31 28,33 25,40 21,49 17,59 12,70 9,77 7,82 5, ,72 23,45 22,47 19,54 15,63 11,72 7,82 5,86 4,89 3, ,72 25,40 24,43 20,52 16,61 12,70 7,82 5,86 4,89 3, ,72 28,33 27,36 23,45 19,54 15,63 10,75 7,82 5,86 4, ,72 23,45 21,49 18,56 13,68 10,75 6,84 4,89 3,91 2, ,72 28,33 26,38 22,47 18,56 13,68 9,77 6,84 5,86 4, ,72 27,36 25,40 22,47 18,56 13,68 8,79 6,84 5,86 4, ,72 25,40 23,45 19,54 16,61 11,72 8,79 5,86 4,89 3,91 Média 26,3 24,8 21,4 17,5 13,3 9,2 6,7 5,4 4,3 Mediana 26,4 24,9 21,5 17,6 13,2 8,8 6,4 5,4 4,4 Desvio Padrão 2,3 2,5 2,4 2,5 2,2 1,8 1,4 1,2 0,9 CV 8,8% 10,2% 11,1% 14,0% 16,7% 19,6% 21,0% 21,4% 22,0% Fonte: Autoria Própria Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

83 MÓDULOS DE RESILIÊNCIA Os valores de módulo de resiliência obtidos para cada um dos softwares estão representados nas tabelas a seguir e apresentam complementarmente aos resultados a análise estatística. Tabela 8: Módulos de Resiliência - BackSispav BackSispav Estaca Revestimento (Mpa) Esp. Base (Mpa) Esp. Subleito (Mpa) RMSE(%) , ,0 60 3, , ,0 85 8, , ,0 53 3, , ,0 75 4, , ,0 75 4, , ,0 60 3, , ,0 90 6, , ,0 65 2, , ,0 68 4, , ,0 75 4,26 Média , ,0 71 4,7 Mediana , ,0 72 4,1 Desvio Padrão 720,8 0,53 14,0 0,0 11,6 1,8 CV 14,5% 4,8% 8,5% 0,0% 16,5% 38,7% Fonte: Autoria Própria Tabela 9: Módulos de Resiliência Evercalc Evercalc Estaca Revestimento (Mpa) Esp. Base (Mpa) Esp. Subleito (Mpa) RMSE(%) , ,0 62 2, , ,0 90 7, , ,0 51 2, , ,0 79 2, , ,0 79 2, , ,0 61 3, , ,0 95 4, , , , , ,0 67 4, , ,0 77 3,06 Média , ,0 73 4,80 Mediana , ,0 72 3,20 Desvio Padrão 673,6 0,53 15,6 0,0 13,8 4,30 CV 13,5% 4,8% 10,2% 0,0% 19,1% 88,6% Fonte: Autoria Própria Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

84 84 A retroanálise realizada pelos softwares apresentou resultados coerentes, isto é, valores de MR considerados padrões para o tipo de material empregado. Conforme Balbo (2007), valores de MR para base de BGS entre 100 e 250 MPa são corriqueiros, segundo o mesmo autor o MR do subleito composto de material argiloso varia muito dependendo do lugar, porém valores entre 50 e 130 MPa foram encontrados em diversos estudos realizados na UNIJUÍ, entre eles Silva (2012). Quanto ao material de revestimento, o laboratório de materiais de construção civil (LMCC) da UFSM realizou ensaios de módulo de resiliência de 6 amostras de CA que estava sendo utilizado nos serviços de restauração da BR 472 e que foram enviadas pela Carpenedo & Cia LTDA encontrando valor médio do MR de 5134 MPa. Valores exigidos em nível de projeto para rodovias do padrão da BR 472, estão na casa dos 5000MPa (informação verbal). O RMSE obtido pode ser considerado satisfatório, apresentando em todos os casos do BackSispav erro menor que 10%. O RMSE obtido pelo Evercalc apresenta-se também menor que 10%, com exceção da estaca , onde o erro é de 16,1%. A análise estatística dos resultados demostra que o grupo de resultados é homogêneo em torno da média, e que seu valor é o mais adequado para representar a variável. Ainda pode-se dizer que a variável MR da base obtida pelo BackSispav apresenta um ótimo padrão com CV < 10% e as demais apresentam bom padrão com CV > 10%. Os valores de MR e espessuras que devem ser usados para representar os valores obtidos por cada software é, portanto a média, sendo assim: BackSispav Tabela 10: Valores utilizados na análise mecanística Evercalc Camada Espessura (cm) MR (Mpa) Camada Espessura (cm) MR (Mpa) Revestimento Revestimento Base Base Subleito 71 Subleito 73 Autoria Própria Além dos softwares utilizou-se o método simplificado, proposto por Fabrício et al. (1994), este método gera módulos e alturas equivalentes do sistema de camadas conforme a Tabela 11. Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise

85 85 Tabela 11: Módulos de Resiliência e espessuras método simplificado Método Simplificado Estaca Altura PE (cm) MR PE (MPa) Altura SL (cm) MR SL (MPa) ,7 323,3 337,4 52, ,3 427,0 302,7 69, ,5 271,4 394,9 43, ,7 401,6 326,7 65, ,7 370,2 327,3 59, ,0 305,8 359,6 49, ,3 427,0 302,7 69, ,7 340,1 317,4 55, ,8 343,3 327,9 55, ,4 392,9 304,0 63,6 Média 33,0 360,3 330,1 58,3 Mediana 32,7 356, ,7 Desvio Padrão 2,89 52,39 28,85 8,48 CV 8,7% 14,5% 8,7% 14,5% Legenda: Altura PE: Altura Pavimento equivalente; MR PE: Módulo de Resiliência do pavimento equivalente; Altura SL: Altura do Subleito; MR SL: Módulo de Resiliência do Subleito. Fonte: Autoria Própria Assim como nos casos anteriores a análise estatística demostra que o grupo de resultados é homogêneo em torno da média, e que seu valor é o mais adequado para representar as variáveis. Pode-se dizer também que as variáveis, Altura PE e Altura SL apresentam ótimo padrão bom em torno da média com CV < 10%, e as demais apresentam bom padrão em torno da média com CV > 10%, assim os valores utilizados para a continuidade do estudo estão descritos na Tabela 12 Tabela 12: Valores utilizados na análise mecanística Método Simplificado Altura PE (cm) 33,0 MR PE (MPa) 360,3 Altura Subleito (cm) 330,1 MR Subleito (MPa) 58,3 Fonte: Autoria Própria Daniel Koscrevic Pandolfo (daniel_pandolfo@.yahoo.com.br). Trabalho de Conclusão de Curso. Santa Rosa DCEENG/UNIJUÍ, 2015

86 ANÁLISE MECANÍSTICA Com os resultados obtidos pelo processo de retroanálise das bacias de deflexão realizou-se a análise mecanística no software AEMC, visando determinar a deformação específica de tração na base do revestimento (εt), bem como a de compressão no topo do subleito (εc) a partir da aplicação de carga do eixo padrão ESRD de 8200 Kgf na estrutura com as espessuras e módulos conforme a Tabela 10. Figura 37: Interface AEMC Fonte: Autoria Própria Tabela 13: Deformações calculadas com MR obtidos pelo BackSispav Deformações da estrutura MR BackSispav Estrutura εt εc Sem reforço 0, , Reforço 4cm 0, , Reforço 7cm 0, , Reforço 10cm 0, , Reforço 13cm 0, , Reforço 16cm 0, , Reforço 19cm 0, , Fonte: Autoria Própria Variação da estimativa de vida útil de um pavimento flexível restaurado com espessuras de reforço analisadas mecanísticamente a partir dos módulos obtidos por diferentes métodos e softwares de retroanálise