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AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE PAVIMENTOS POR MEIO
DE ADOÇÃO DE PARÂMETROS DE BACIA DEFLECTOMÉTRICA
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AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE PAVIMENTOS POR
MEIO DE ADOÇÃO DE PARÂMETROS DE BACIA DEFLECTOMÉTRICA
Lucas Rodrigues de Andrade
Kamilla L. Vasconcelos
Liedi Légi Bariani Bernucci
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
RESUMO
Uma evolução do processo de avaliação estrutural é a análise de todos os valores de deflexão dos geofones da
bacia deflectométrica a partir de métodos analíticos. Nesta pesquisa, foram realizados ensaios de Falling Weight
Deflectometer (FWD), no período de um ano e meio, em um trecho experimental composto por diferentes
pavimentos com diferentes materiais de base de: (i) um pavimento flexível; (ii) um pavimento semirrígido; e (iii)
dois pavimentos com base estabilizada com ligante asfáltico. As bacias deflectométricas foram analisadas por
meio dos parâmetros Raio de Curvatura (RC), AREA, e os indicadores Structural Curvature Index (SCI), Base
Damage Index (BDI), Base Curvature Index (BCI) e o Curvature Factor (CF). Nos casos estudados, os
parâmetros de bacia apresentaram boa correlação com o comportamento estrutural dos pavimentos.
Palavras-chave: Avaliação Estrutural, Camada de Base, Raio de Curvatura, Parâmetro AREA, Índice de
Curvatura da Superfície, Índice de Dano da Base, Índice de Curvatura da Base, Fator de Curvatura.
ABSTRACT
An improvement of the pavement structural evaluation is the use of analytical methods to analyze all sensors’
deflection from the deflection basin. In this paper, Falling Weight Deflectometer tests were performed during
one and a half year in a test section with different base material of: (i) one flexible pavement; (ii) one semi rigid
pavement; and (iii) two pavements with base layer stabilized with bitumen. The deflection basins were evaluated
with the parameters Radius of Curvature (RC), AREA, Structural Curvature Index (SCI), Base Damage Index,
Base Curvature Index (BCI), and Curvature Factor (CF). In these cases, the basin parameters presented
significant correlation with pavement structural behavior.
Key words: Structural Analysis, Base Layer, Radius of Curvature, AREA, Structural Curvature Index, Base
Damage Index, Base Curvature Index, Curvature Factor.
1. INTRODUÇÃO
A evolução da análise dos ensaios deflectométricos pode ser dividida em três fases que serão
aplicadas a depender do nível de exigência do projeto. Na primeira fase se avalia a deflexão
máxima do pavimento adotando-se métodos para determinação da vida remanescente da
estrutura a depender desse parâmetro. A segunda fase se desenvolveu a partir da observação
de pavimentos com a mesma deflexão máxima e comportamentos distintos, e por isso
adicionaram-se análises de indicadores de capacidade estrutural, como o Raio de Curvatura
(RC). Na terceira fase, se avalia toda a bacia de deflexão, juntamente com a adoção de teorias
que avaliam o comportamento dos pavimentos in situ (WITCZAK, 1989 apud MACEDO,
1996).
Estudos realizados na Califórnia, a partir do ano de 1938, determinaram uma série de medidas
de deslocamentos verticais em pavimentos, quando estes estavam sujeitos à ação de uma
carga de rodas. Estes deslocamentos verticais foram denominados Deflexão. Ao cessar a
solicitação, a parcela das deformações que se recuperou de forma elástica foi chamada de
resiliente, enquanto a outra, não recuperável, foi denominada plástica (HVEEM, 1955). O
conhecimento das deflexões em campo proporcionou o desenvolvimento do ensaio triaxial de
cargas repetidas e o cálculo do Módulo de Resiliência de acordo com os modelos que
possuímos atualmente.
Nos anos 60, os engenheiros rodoviários Nestor José Aratangy e Luiz Paulo Vicente
Andreatini do DER/SP, iniciaram a utilização da Viga Benkelmam no Brasil, divulgando seus
primeiros resultados de medidas de deflexão em 1962 e Francisco Bolívar Lobo Carneiro em
1965. Como evolução surgiu o Falling Weight Deflectomer (FWD) na década de 80, um
equipamento deflectômetro de impacto, que registra os deslocamentos recuperáveis verticais
que ocorrem na superfície do pavimento devido à ação de carga, e simula a passagem de um
veículo com eixo padrão de 80 kN trafegando a uma velocidade entre 60 e 80 km/h. Hoje, este
equipamento é largamente utilizado, pois obtém dados de toda a bacia deflectométrica e
possui boa acurácia e repetibilidade dos resultados, grande produtividade, possibilidade de
variação de cargas, além do processo ser completamente automatizado com a influência do
operador sendo praticamente nula.
Embora a execução de FWD forneça informação de toda a bacia deflectométrica, no Brasil, o
único parâmetro de bacia usado para análise estrutural é o RC, que não é suficiente para
conhecer o comportamento das camadas do pavimento. Dessa forma, este trabalho se propõe a
avaliar o comportamento estrutural de pavimentos através de parâmetros que consideram toda
a bacia de deflexão e refletem o comportamento das diferentes camadas que compõem os
pavimentos. Foram utilizados quatro estruturas de pavimentos executados em um trecho
experimental composto por diferentes materiais de base, sendo mantidas as demais
características das estruturas de pavimento.
2. PARÂMETROS DE BACIA DEFLECTOMÉTRICA
Há na literatura diferentes parâmetros de bacia que complementam o já consagrado RC
adotado pelo DNER-PRO/11-79, que foram desenvolvidos de forma a obter uma melhor
indicação das propriedades das camadas dos pavimentos, como: (i) o parâmetro AREA da
AASHTO (1993), (ii) os indicadores Structural Curvature Index (SCI), Base Damage Index
(BDI), e o Base Curvature Index (BCI) da África do Sul (SAPEN, 2014), (iii) o Curvature
Factor (CF) da AUSTROADS (2008), que podem ser observados pela Figura 1, além de
outros parâmetros descritos em XU et. al. (2002) e Kim e Park (2002).
Figura 1: Representação gráfica esquemática da bacia deflectométrica e os respectivos
índices de curvatura (FERRI, 2013)
2.1. Raio de Curvatura (RC)
O raio de curvatura é definido como o ponto de arqueamento da bacia de deflexão, que em
geral, em pavimentos flexíveis é o ponto mais crítico. No Brasil, este é o único parâmetro
adotado para verificação da integridade estrutural dos pavimentos flexíveis através da norma
DNER-PRO/11-79. O RC complementa a análise do D0 na análise da capacidade estrutural do
pavimento que são grandezas inversamente proporcionais. Assim pavimentos com boa
condição estrutural apresentam valores de deflexão máxima baixos e valores de raio de
curvatura elevados.
O raio de curvatura é um parâmetro que indica a situação da capacidade da estrutura de
pavimentos flexíveis em distribuir os esforços solicitantes para as camadas subjacentes. Jung
(1988) propôs ainda um método para estimar a tensão de tração na fibra inferior da camada de
revestimento asfáltico de pavimentos flexíveis através da determinação do raio de curvatura.
A norma DNER 024/94, que determina a execução do ensaio de Viga Benkelman, apresenta a
equação 1 para o cálculo do RC e considera que o ponto de arqueamento ocorre a uma
distância de 25,0 cm do ponto de aplicação da carga.
𝑅𝐶 =
6250
2 × (𝐷0 − 𝐷25)
(1)
Onde: RC: raio de curvatura (m);
D0: deflexão máxima (0,01 mm);
D25: deflexão a 25 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
O raio de curvatura tem bastante sensibilidade à grande parte das mudanças nos parâmetros
estruturais das camadas dos pavimentos, entretanto, para variações no módulo do subleito, o
raio de curvatura não apresenta boa correlação. Segundo Dehlen (1962) apud Horak (1987) o
RC é dependente principalmente dos módulos das camadas superiores do pavimento
principalmente base e sub-base.
2.2. Parâmetro AREA
O parâmetro AREA foi desenvolvido por Hoffman e Thompson (1981) que utilizaram a regra
de Simpson para formular o parâmetro em função da localização dos sensores e de suas
leituras na equação 2.
𝐴𝑅𝐸𝐴 = 15 × (1 + 2 ×
𝐷30
𝐷0
+ 2 ×
𝐷60
𝐷0
+
𝐷90
𝐷0
) (2)
Onde: AREA: valor do parâmetro (cm2
/cm);
D0: deflexão máxima (0,01 mm);
D30: deflexão a 30,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
D60: deflexão a 60,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
D90: deflexão a 90,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm).
A equação (2) é expressa de acordo com a configuração de geofones do FWD para
pavimentos americanos (D-30; D0; D30; D60; D90; D120; D150). Como o FWD brasileiro possui
geofones intermediários aos americanos (D20 e D45) propõe-se neste trabalho a equação 3,
como forma de cálculo do parâmetro AREA para os levantamentos realizados utilizando a
configuração do FWD usado no Brasil.
𝐴𝑅𝐸𝐴 = 10 × (1 + 1,5 ×
𝐷20
𝐷0
+ 1,25 ×
𝐷30
𝐷0
+ 1,5 ×
𝐷45
𝐷0
+ 2,25 ×
𝐷60
𝐷0
+ 1,5
𝐷90
𝐷0
) (3)
Onde: AREA: valor do parâmetro (cm2
/cm);
D0: deflexão máxima (0,01 mm);
D25: deflexão a 25,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
D30: deflexão a 30,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
D45: deflexão a 45,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
D60: deflexão a 60,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
D90: deflexão a 90,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm).
Os resultados obtidos com a utilização das duas equações são bem próximos, havendo uma
pequena variação nos resultados. O fato da (3) utilizar leituras de 2 geofones a mais faz com
que essa equação possua maior sensibilidade para a caracterização desse parâmetro.
O parâmetro AREA é adotado no manual da AASHTO (1993) como forma de avaliar os
pavimentos de concreto, e a partir de um ábaco em que se combina D0 e o AREA, é possível
determinar o valor do módulo de reação do subleito (k-value) e do módulo de elasticidade do
concreto (Epcc). Long e Shatnawi (2011) usam a metodologia apresentada pela AASHTO e
um método algébrico apresentado por Hal et al (1997) para estipular o k-value do subleito de
pavimentos rígidos.
Para os pavimentos flexíveis o parâmetro AREA pode ser utilizado para determinar o módulo
do subleito e o SNeff (Effective Structural Number da AASTHO). Livneh (2015) compara os
métodos YONAPAVE, desenvolvido por Hoffman (2003), e o método EVALIV. Este último
usa o parâmetro AREA modificado, que acrescenta as leituras dos geofones D120, D150 e D180
para o cálculo. Livneh chegou à conclusão que o segundo método apresenta uma melhor
confiabilidade que o primeiro.
2.3. Índice de Curvatura da Superfície (SCI)
O Índice de Curvatura da Superfície (SCI do inglês Surface Curvature Index) é definido como
a diferença entre D0 e D30 (equação 4). Este valor segundo Kim e Park (2002) e Kim e
Ranjithan (2002) trata-se do indicador mais sensível para evidenciar a situação da rigidez da
camada de revestimento asfáltico.
𝑆𝐶𝐼 = 𝐷0 − 𝐷30 (4)
Onde: SCI: é o valor do parâmetro (0,01 mm);
D0: deflexão máxima (0,01 mm);
D30: deflexão a 30,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
Os valores de SCI superiores a 25×10-2
mm indicam que a camada de revestimento é pouco
resistente ou é de pequena espessura, pois é muito deformável. Kim e Park (2002) utilizam
equações para determinar o módulo da camada de revestimento asfáltico através do SCI e da
espessura conhecida do revestimento asfáltico
2.4. Índice de Dano na Base (BDI)
O Índice de Danos na Base (BDI do inglês Base Damage Index) é definido como a diferença
entre D30 e D60 (equação 5). Segundo Kim e Park (2002) e Kim e Ranjithan (2002) este
indicador mostra a condição da base.
𝐵𝐷𝐼 = 𝐷30 − 𝐷60 (5)
Onde: BDI: valor do parâmetro (0,01 mm);
D30: deflexão a 30,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
D60: deflexão a 60,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm).
Valores de BDI superiores a 40×10-2
mm indicam pavimentos pouco resistentes ou
pavimentos com problemas estruturais. Kim e Park (2002) utilizam equações para determinar
a tensão de tração na fibra inferior do revestimento asfáltico de pavimentos flexíveis, e as
tensões de compressão no topo da camada de base granular e no topo do subleito através do
BDI e da espessura conhecida do revestimento asfáltico.
2.5. Índice de Curvatura da Base (BCI)
O Índice de Curvatura da Base (BCI do inglês Base Curvature Index) é definido como a
diferença entre D60 e D90 (equação 6). Este valor, segundo Kim e Park (2000) e Kim e
Ranjithan (2002) o indicador para verificar a condição do subleito.
𝐵𝐶𝐼 = 𝐷60 − 𝐷90 (6)
Onde: BCI: valor do parâmetro (0,01 mm);
D60: deflexão a 60,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
D90: deflexão a 90,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
Valores de BCI superiores a 10×10-2
mm indicam que o subleito possui CBR menor que 10%
e indicam problemas estruturais no subleito. Kim e Park (2002) utilizam equações que através
do BCI determinam o CBR do subleito.
2.6. Fator de Curvatura (CF)
O Fator de Curvatura (CF do inglês Curvature Function), preconizado pela AUSTROADS, é
definido como a diferença entre D0 e D20 (equação 7). Segundo a AUSTROADS (2008) é o
melhor indicativo para prever a probabilidade de fissuração da camada de revestimento
asfáltico de um pavimento flexível.
𝐶𝐹 = 𝐷0 − 𝐷20 (7)
Onde: CF: valor do parâmetro (0,01 mm);
D0: deflexão máxima (0,01 mm);
D20: deflexão a 20,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
3. METODOLOGIA
Neste estudo foram avaliados dados dos levantamentos deflectométricos realizados no trecho
experimental construído na Rodovia Fernão Dias (BR-381), que liga os municípios de
Guarulhos-SP, na região metropolitana de São Paulo-SP, a Confins-MG, na região
metropolitana de Belo Horizonte-MG. O trecho possui 400,0 metros de extensão e é
subdividido em quatro segmentos de aproximadamente 100,0 metros cada. Fixaram-se as
espessuras das camadas em (i) 12,0 cm de revestimento asfáltico do tipo Concreto Asfáltico
(CA) usinado com CAP30/45; (ii) base de 25,0 cm com diferentes materiais; e (iii) estrutura
remanescente de solo.
Os materiais de base utilizados nos segmentos 1, 2, 3 e 4 foram, respectivamente: (i) um
pavimento flexível composto de base de Brita Graduada Simples (BGS); (ii) um pavimento
semirrígido composto com base de Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC); (iii) um
pavimento com base composta por Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) estabilizado com
Emulsão Asfáltica e (iv) um pavimento com base composta por RAP estabilizado com
Espuma Asfáltica. Maiores informações e outros estudos oriundos desse trecho experimental
podem ser vistos em Beja et al. (2015), Andrade et al. (2015) e Leandro et al. (2005).
O controle deflectométrico foi realizado por FWD nas idades 0, 3, 7, 9, 12 e 15 meses após a
construção, seguindo as orientações da norma DNER-PRO 273/96, para a Trilha de Roda
Externa (TRE) e Eixo. Os levantamentos foram realizados a cada 5,0m, excluindo os pontos
próximos à transição entre os segmentos de diferentes materiais de base, conforme pode ser
observado na Figura 2.
Figura 2: Evolução de D₀ nas diferentes idades de levantamento
Todos os valores de deflexão foram normalizados linearmente em função da carga (40 kN ou
4.100 kgf). Foi realizado o tratamento estatístico de Grubbs (1969) para se determinar os
conjuntos de deflexões semelhantes e excluir as bacias que apresentaram problemas de
leituras dentro dos segmentos de construção.
O processo adotado para a correção da temperatura consistiu em: (i) realizar a retroanálise das
bacias nas temperaturas originais de levantamento usando o software BakFAA 2.0; (ii)
calcular o gradiente térmico na espessura do revestimento asfáltico através da equação da
SHRP (MOHSENI, 1998), em que dividiu-se a camada em duas subcamadas, obtendo-se a
temperatura intermediária a 6,0 cm da topo, e a temperatura do fundo da camada; (iii) fazer a
correção do módulo das duas subcamadas pela equação do TxDOT (FERNANDO e LIU,
2001) para a temperatura de referência de 24ºC; e (iv) calcular as bacias para o pavimento
através dos módulos do revestimento obtidos pela correção da temperatura e a 24º e os
módulos das camadas de base e remanescente através da retroanálise das bacias originais.
Para verificar influências climáticas foram avaliados os índices pluviométricos da região. A
Figura 3 apresenta os dados de pluviometria mensais divulgados pelo INPE (2016).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
948,800 948,850 948,900 948,950 949,000 949,050 949,100 949,150
Deflexão(0,01mm)
Distância (km)
Idade 0 Meses
Idade 3 Meses
Idade 7 Meses
Idade 9 Meses
Idade 12 Meses
Idade 15 Meses
Segmento 2
BGTC
Segmento 1
BGS
Seg. 3 - RAP
+Emulsão
Segmento 4
Rap+Espuma
Figura 3: índice pluviométrico para a região segundo INEP
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os dados obtidos através do monitoramento deflectométrico foram utilizados para analisar o
comportamento dos segmentos do trecho experimental através do cálculo dos parâmetros de
bacia apresentados no item 2. Os resultados encontram-se apresentados nos subitens a seguir.
4.1. Raio de Curvatura (RC)
A norma DNER-PRO 011/79 estabelece que, para pavimentos flexíveis, raios menores que
100,0 m indicam pavimentos com baixa capacidade estrutural. A Figura 4 mostra as médias
dos resultados dos cálculos do raio de curvatura para o trecho experimental. O valor do D25
para aplicação da equação 1 foi obtido através da interpolação entre os valores de D20 e D30.
Figura 4: Raio de curvatura
Os valores de RC para o segmento 1 de BGS apresentam uma diminuição com a idade de
serviço do trecho, indicando que a camada de revestimento está sofrendo processo de redução
de rigidez por fadiga, que acarreta na diminuição do RC até que este chegue ao valor de 100,0
m, que é quando a norma DNIT-PRO 11/79 preconiza a recomposição da camada.
Para os demais segmentos, os valores apresentados de RC estão muito longe do valor de
limite de 100,0 m. Este valor não é indicado para avaliação das bacias de pavimentos
semirrígidos. O mesmo pode ser observado para a bacia dos pavimentos de base estabilizada
com ligante asfáltico (emulsão e espuma de asfalto), que se encontram entre os valores das
bacias do pavimento semirrígido e flexíveis.
0
100
200
300
Precipitaação(mm/m)
Pluviometria
Levantamentos
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses
RaiodeCurvatura(m)
Idade do levantamento
BGS BGTC
RAP+Emulsão RAP+Espuma
4.2. Parâmetro AREA
Os valores médios dos valores do parâmetro AREA calculados, conforme a configuração do
FWD brasileiro apresentado na equação 3, são apresentados na Figura 5 juntamente com as
faixas de avaliação de acordo com o WSDOT (2005).
Figura 5: Valores do parâmetro AREA para as diferentes datas de levantamento
Como os limites de análise adotados pelo WSDOT não foram calibrados para os pavimentos
brasileiros, a adoção desses limites não mostra um comportamento diferenciado para os
segmentos do trecho experimental. Tais limites somente diferenciam os pavimentos
semirrígidos do flexível, ele não possui a sensibilidade para diferenciar os pavimentos
flexíveis dos com base asfáltica.
Analisando somente os valores do parâmetro AREA, observa-se três patamares de valores,
indicando o desempenho diferenciado entre os pavimentos do trecho experimental. O valor
apresenta uma diminuição para o segmento 1, um valor sempre elevado para o segmento 2, e
para os 3 e 4, o valor possui um pequeno incremento, que se deve ao ganho de rigidez dos
materiais estabilizados com asfalto. Outro fator importante de análise é que o pavimento
flexível com base de BGS não é classificado como fraco, demonstrando que a classificação
em classes deveria ser atrelada ao volume de tráfego esperado. Realmente, o pavimento
flexível com 12cm de revestimento asfáltico e base granular não é fraco para um tráfego que
não seja pesado ou muito pesado.
4.3. Índice de Curvatura da Superfície (SCI)
Os valores médios do SCI calculados pela equação 4 são presentados na Figura 6, assim como
o limite máximo de 25×10-2
mm que indica camadas de revestimento asfáltico pouco
resistentes.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses
ParâmetroAREA(cm²/cm)
Idade do levantamento
BGS BGTC
RAP+Emulsão RAP+Espuma
Pavimento
Flexivel Fraco
Pavavimentos
Asfáltico Delgados
Pavimentos
Asfáltico Espessos
Figura 6: Valores de SCI para as diferentes datas de levantamento
Os valores de SCI para as diferentes idades do primeiro segmento (BGS) apresentam um
aumento entre as idades de 0 e 9 meses, e a tendência de estabilização em um valor superior
aos 25×10-2
mm nas demais idades, o que indica queda de rigidez da camada de revestimento
neste segmento devido aos danos ocorridos neste camada. Os valores para os demais
segmentos tendem a permanecer constantes, sem apresentar variações consideráveis. Observa-
se que este é um bom indicador para a análise em questão, pois demonstra que o pavimento
flexível com base granular apresentaria problemas em poucos meses.
4.4. Índice de Danos na Base (BDI)
Os valores médios calculados de BDI calculado pela equação 5 para os segmentos do trecho
experimental nos diferentes levantamentos deflectométricos são apresentados na Figura 7 e,
conforme mencionado anteriormente, indicam o comportamento da camada de base.
Figura 7: Valores de BDI para as diferentes datas de levantamento
Os valores de BDI indicam que as bases executadas no trecho experimental estão íntegras
(inferior ao limite de 40×10-2
mm). Entretanto, os valores do parâmetro para a base de BGS do
segmento 1, estão bem superiores aos resultados dos demais segmentos e apresenta a
tendência de elevação, mas ainda está bem inferior ao limite de 40×10-2
mm, o que evidencia
que a base de BGS não é a mais apropriada para o elevado tráfego da rodovia, e que este valor
de análise não é adequado aos pavimentos asfálticos espessos com base granular, sujeitos a
tráfego comercial pesado. Os valores para os demais segmentos não variam com o tempo e
ficam em dois patamares distintos, o que indica a diferença de rigidez entre as camadas de
base dos segmentos.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses
SCI(0,01mm)
Idade do levantamento
BGS BGTC
RAP+Emulsão RAP+Espuma
0
5
10
15
20
25
0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses
BDI(0,01mm)
Idade do levantamento
BGS BGTC
RAP+Emulsão RAP+Espuma
4.5. Índice de Curvatura da Base (BCI)
Os valores médios dos resultados de BCI calculados pela equação 6 são apresentados na
Figura 8, juntamente com o indicativo de 10×10-2
mm para camadas de subleito com CBR
inferior a 10%.
Figura 8: Valores de BCI para as diferentes datas de levantamento
Embora o subleito de todo o trecho experimental seja o mesmo, o estado de tensão atuante nos
diferentes segmentos faz com que cada camada apresente comportamento distinto. Dessa
forma os valores de BCI para o segmento 1 são bem superiores aos dos demais segmentos,
pois a menor rigidez da camada de base, faz com que um elevado nível de tensões chegue na
camada do subleito, aumentando dessa forma sua deformação. Entretanto, os valores são
inferiores ao limite de análise, mostrando que o subleito é adequado ao projeto.
Nos demais segmentos, os valores são bem inferiores e apresentam a tendência de
permanecerem constantes, pois como nesses segmentos as camadas de base possuem alta
rigidez, o nível de tensões atuantes no subleito é bem inferior. Dado o comportamento elástico
não linear do solo do subleito, quanto menor a tensão desvio, maior o módulo de resiliência
do mesmo.
4.6. Fator de Curvatura (CF)
Os valores médios dos fatores de curvatura CF, calculados pela equação 7, para os segmentos
do trecho experimental nos diferentes levantamentos deflectométricos são apresentados na
Figura 9, e indicam a probabilidade do aparecimento de fissuras na camada de revestimento
asfáltico.
Figura 9: Valores de CF para as diferentes datas de levantamento
0
5
10
15
20
25
0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses
BDI(0,01mm)
Idade do levantamento
BGS BGTC
RAP+Emulsão RAP+Espuma
0
2
4
6
8
10
0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses
BCI(0,01mm)
Idade do levantamento
BGS BGTC
RAP+Emulsão RAP+Espuma
Os valores de CF apresentam resultados semelhantes aos resultados obtidos no cálculo do
SCI, com o aumento do valor do parâmetro para o segmento 1, pois o aumento da tendência
de aparecimento de fissuras acompanha a redução de rigidez da camada de revestimento. Há a
tendência em permanecerem constantes os valores para os demais segmentos, indicando a
integridade da camada asfáltica dos segmentos 2, 3 e 4.
5. CONCLUSÕES
O uso dos parâmetros de bacia para avaliação do comportamento estrutural mostrou ser um
bom critério de compreensão dos diferentes comportamentos dos pavimentos asfálticos
estudados. Entretanto, alguns dos valores limites dos parâmetros encontrados na bibliografia
para qualificar as camadas da estrutura do pavimento, ou do subleito, ou mesmo para avaliar
riscos de fadiga precoce do revestimento asfáltico necessitam ser calibrados para os
pavimentos brasileiros. A maior parte dos parâmetros analisados demonstra rigidez
inadequada do pavimento do primeiro segmento asfáltico flexível (com base granular) para
tráfego muito pesado, fazendo com que a camada de revestimento tenha iniciado processo de
fadiga precocemente, após alguns meses de operação. Para o segundo segmento (com base
cimentada), os parâmetros indicam alta rigidez da base, e a integridade da camada perante o
tráfego atuante. Nos pavimentos compostos pelas bases asfálticas recicladas (com emulsão e
com espuma de asfalto), segmentos três e quatro, os parâmetros indicam o processo de ganho
de rigidez nos primeiros meses de operação, devido à “cura”, ou saída da água, destas
camadas estabilizadas.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Laboratório de Tecnologia de Pavimentação da Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo pela oportunidade do desenvolvimento desta pesquisa, à ANTT pelo financiamento e à Autopista
Fernão Dias e ao Centro de Desenvolvimento Tecnológico da Arteris pelo apoio no desenvolvimento deste
trabalho. Os autores agradecem ainda à CAPES pelas bolsas de pesquisa dos autores.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
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Structures. AASHTO, Washington, D.C., 1993
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Journal of the Transportation Research Board, No. 1806, TRB, National Research Council, Washington,
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________________________________________________________________________________________
Lucas Rodrigues de Andrade (eng.lucasandrade@gmail.com)
Kamilla L. Vasconcelos (kamilla.vasconcelos@gmail.com)
Liedi Légi Bariani Bernucci (liedi@usp.com)
Laboratório de Tecnologia de Pavimentação (LTP)
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP)
Av. Prof. Almeida Prado - Travessa 2, N. 83 - 05508-070 - São Paulo - SP - Brasil
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Avaliacao do comportamento estrutural de pavimentos

  • 1. See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/324653347 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE PAVIMENTOS POR MEIO DE ADOÇÃO DE PARÂMETROS DE BACIA DEFLECTOMÉTRICA Conference Paper · November 2016 CITATION 1 READS 149 3 authors: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: SOLOS LATERÍTICO FINOS NO ESTADO DO MARANHÃO View project Estudo da durabilidade da sinalização horizontal em campo e em laboratorio View project Lucas Andrade University of São Paulo 7 PUBLICATIONS   2 CITATIONS    SEE PROFILE Kamilla Vasconcelos University of São Paulo 54 PUBLICATIONS   346 CITATIONS    SEE PROFILE Liedi Bernucci University of São Paulo 87 PUBLICATIONS   279 CITATIONS    SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Lucas Andrade on 20 April 2018. The user has requested enhancement of the downloaded file.
  • 2. AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE PAVIMENTOS POR MEIO DE ADOÇÃO DE PARÂMETROS DE BACIA DEFLECTOMÉTRICA Lucas Rodrigues de Andrade Kamilla L. Vasconcelos Liedi Légi Bariani Bernucci Escola Politécnica da Universidade de São Paulo RESUMO Uma evolução do processo de avaliação estrutural é a análise de todos os valores de deflexão dos geofones da bacia deflectométrica a partir de métodos analíticos. Nesta pesquisa, foram realizados ensaios de Falling Weight Deflectometer (FWD), no período de um ano e meio, em um trecho experimental composto por diferentes pavimentos com diferentes materiais de base de: (i) um pavimento flexível; (ii) um pavimento semirrígido; e (iii) dois pavimentos com base estabilizada com ligante asfáltico. As bacias deflectométricas foram analisadas por meio dos parâmetros Raio de Curvatura (RC), AREA, e os indicadores Structural Curvature Index (SCI), Base Damage Index (BDI), Base Curvature Index (BCI) e o Curvature Factor (CF). Nos casos estudados, os parâmetros de bacia apresentaram boa correlação com o comportamento estrutural dos pavimentos. Palavras-chave: Avaliação Estrutural, Camada de Base, Raio de Curvatura, Parâmetro AREA, Índice de Curvatura da Superfície, Índice de Dano da Base, Índice de Curvatura da Base, Fator de Curvatura. ABSTRACT An improvement of the pavement structural evaluation is the use of analytical methods to analyze all sensors’ deflection from the deflection basin. In this paper, Falling Weight Deflectometer tests were performed during one and a half year in a test section with different base material of: (i) one flexible pavement; (ii) one semi rigid pavement; and (iii) two pavements with base layer stabilized with bitumen. The deflection basins were evaluated with the parameters Radius of Curvature (RC), AREA, Structural Curvature Index (SCI), Base Damage Index, Base Curvature Index (BCI), and Curvature Factor (CF). In these cases, the basin parameters presented significant correlation with pavement structural behavior. Key words: Structural Analysis, Base Layer, Radius of Curvature, AREA, Structural Curvature Index, Base Damage Index, Base Curvature Index, Curvature Factor. 1. INTRODUÇÃO A evolução da análise dos ensaios deflectométricos pode ser dividida em três fases que serão aplicadas a depender do nível de exigência do projeto. Na primeira fase se avalia a deflexão máxima do pavimento adotando-se métodos para determinação da vida remanescente da estrutura a depender desse parâmetro. A segunda fase se desenvolveu a partir da observação de pavimentos com a mesma deflexão máxima e comportamentos distintos, e por isso adicionaram-se análises de indicadores de capacidade estrutural, como o Raio de Curvatura (RC). Na terceira fase, se avalia toda a bacia de deflexão, juntamente com a adoção de teorias que avaliam o comportamento dos pavimentos in situ (WITCZAK, 1989 apud MACEDO, 1996). Estudos realizados na Califórnia, a partir do ano de 1938, determinaram uma série de medidas de deslocamentos verticais em pavimentos, quando estes estavam sujeitos à ação de uma carga de rodas. Estes deslocamentos verticais foram denominados Deflexão. Ao cessar a solicitação, a parcela das deformações que se recuperou de forma elástica foi chamada de resiliente, enquanto a outra, não recuperável, foi denominada plástica (HVEEM, 1955). O conhecimento das deflexões em campo proporcionou o desenvolvimento do ensaio triaxial de cargas repetidas e o cálculo do Módulo de Resiliência de acordo com os modelos que possuímos atualmente.
  • 3. Nos anos 60, os engenheiros rodoviários Nestor José Aratangy e Luiz Paulo Vicente Andreatini do DER/SP, iniciaram a utilização da Viga Benkelmam no Brasil, divulgando seus primeiros resultados de medidas de deflexão em 1962 e Francisco Bolívar Lobo Carneiro em 1965. Como evolução surgiu o Falling Weight Deflectomer (FWD) na década de 80, um equipamento deflectômetro de impacto, que registra os deslocamentos recuperáveis verticais que ocorrem na superfície do pavimento devido à ação de carga, e simula a passagem de um veículo com eixo padrão de 80 kN trafegando a uma velocidade entre 60 e 80 km/h. Hoje, este equipamento é largamente utilizado, pois obtém dados de toda a bacia deflectométrica e possui boa acurácia e repetibilidade dos resultados, grande produtividade, possibilidade de variação de cargas, além do processo ser completamente automatizado com a influência do operador sendo praticamente nula. Embora a execução de FWD forneça informação de toda a bacia deflectométrica, no Brasil, o único parâmetro de bacia usado para análise estrutural é o RC, que não é suficiente para conhecer o comportamento das camadas do pavimento. Dessa forma, este trabalho se propõe a avaliar o comportamento estrutural de pavimentos através de parâmetros que consideram toda a bacia de deflexão e refletem o comportamento das diferentes camadas que compõem os pavimentos. Foram utilizados quatro estruturas de pavimentos executados em um trecho experimental composto por diferentes materiais de base, sendo mantidas as demais características das estruturas de pavimento. 2. PARÂMETROS DE BACIA DEFLECTOMÉTRICA Há na literatura diferentes parâmetros de bacia que complementam o já consagrado RC adotado pelo DNER-PRO/11-79, que foram desenvolvidos de forma a obter uma melhor indicação das propriedades das camadas dos pavimentos, como: (i) o parâmetro AREA da AASHTO (1993), (ii) os indicadores Structural Curvature Index (SCI), Base Damage Index (BDI), e o Base Curvature Index (BCI) da África do Sul (SAPEN, 2014), (iii) o Curvature Factor (CF) da AUSTROADS (2008), que podem ser observados pela Figura 1, além de outros parâmetros descritos em XU et. al. (2002) e Kim e Park (2002). Figura 1: Representação gráfica esquemática da bacia deflectométrica e os respectivos índices de curvatura (FERRI, 2013)
  • 4. 2.1. Raio de Curvatura (RC) O raio de curvatura é definido como o ponto de arqueamento da bacia de deflexão, que em geral, em pavimentos flexíveis é o ponto mais crítico. No Brasil, este é o único parâmetro adotado para verificação da integridade estrutural dos pavimentos flexíveis através da norma DNER-PRO/11-79. O RC complementa a análise do D0 na análise da capacidade estrutural do pavimento que são grandezas inversamente proporcionais. Assim pavimentos com boa condição estrutural apresentam valores de deflexão máxima baixos e valores de raio de curvatura elevados. O raio de curvatura é um parâmetro que indica a situação da capacidade da estrutura de pavimentos flexíveis em distribuir os esforços solicitantes para as camadas subjacentes. Jung (1988) propôs ainda um método para estimar a tensão de tração na fibra inferior da camada de revestimento asfáltico de pavimentos flexíveis através da determinação do raio de curvatura. A norma DNER 024/94, que determina a execução do ensaio de Viga Benkelman, apresenta a equação 1 para o cálculo do RC e considera que o ponto de arqueamento ocorre a uma distância de 25,0 cm do ponto de aplicação da carga. 𝑅𝐶 = 6250 2 × (𝐷0 − 𝐷25) (1) Onde: RC: raio de curvatura (m); D0: deflexão máxima (0,01 mm); D25: deflexão a 25 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); O raio de curvatura tem bastante sensibilidade à grande parte das mudanças nos parâmetros estruturais das camadas dos pavimentos, entretanto, para variações no módulo do subleito, o raio de curvatura não apresenta boa correlação. Segundo Dehlen (1962) apud Horak (1987) o RC é dependente principalmente dos módulos das camadas superiores do pavimento principalmente base e sub-base. 2.2. Parâmetro AREA O parâmetro AREA foi desenvolvido por Hoffman e Thompson (1981) que utilizaram a regra de Simpson para formular o parâmetro em função da localização dos sensores e de suas leituras na equação 2. 𝐴𝑅𝐸𝐴 = 15 × (1 + 2 × 𝐷30 𝐷0 + 2 × 𝐷60 𝐷0 + 𝐷90 𝐷0 ) (2) Onde: AREA: valor do parâmetro (cm2 /cm); D0: deflexão máxima (0,01 mm); D30: deflexão a 30,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); D60: deflexão a 60,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); D90: deflexão a 90,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm). A equação (2) é expressa de acordo com a configuração de geofones do FWD para pavimentos americanos (D-30; D0; D30; D60; D90; D120; D150). Como o FWD brasileiro possui geofones intermediários aos americanos (D20 e D45) propõe-se neste trabalho a equação 3, como forma de cálculo do parâmetro AREA para os levantamentos realizados utilizando a configuração do FWD usado no Brasil. 𝐴𝑅𝐸𝐴 = 10 × (1 + 1,5 × 𝐷20 𝐷0 + 1,25 × 𝐷30 𝐷0 + 1,5 × 𝐷45 𝐷0 + 2,25 × 𝐷60 𝐷0 + 1,5 𝐷90 𝐷0 ) (3)
  • 5. Onde: AREA: valor do parâmetro (cm2 /cm); D0: deflexão máxima (0,01 mm); D25: deflexão a 25,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); D30: deflexão a 30,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); D45: deflexão a 45,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); D60: deflexão a 60,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); D90: deflexão a 90,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm). Os resultados obtidos com a utilização das duas equações são bem próximos, havendo uma pequena variação nos resultados. O fato da (3) utilizar leituras de 2 geofones a mais faz com que essa equação possua maior sensibilidade para a caracterização desse parâmetro. O parâmetro AREA é adotado no manual da AASHTO (1993) como forma de avaliar os pavimentos de concreto, e a partir de um ábaco em que se combina D0 e o AREA, é possível determinar o valor do módulo de reação do subleito (k-value) e do módulo de elasticidade do concreto (Epcc). Long e Shatnawi (2011) usam a metodologia apresentada pela AASHTO e um método algébrico apresentado por Hal et al (1997) para estipular o k-value do subleito de pavimentos rígidos. Para os pavimentos flexíveis o parâmetro AREA pode ser utilizado para determinar o módulo do subleito e o SNeff (Effective Structural Number da AASTHO). Livneh (2015) compara os métodos YONAPAVE, desenvolvido por Hoffman (2003), e o método EVALIV. Este último usa o parâmetro AREA modificado, que acrescenta as leituras dos geofones D120, D150 e D180 para o cálculo. Livneh chegou à conclusão que o segundo método apresenta uma melhor confiabilidade que o primeiro. 2.3. Índice de Curvatura da Superfície (SCI) O Índice de Curvatura da Superfície (SCI do inglês Surface Curvature Index) é definido como a diferença entre D0 e D30 (equação 4). Este valor segundo Kim e Park (2002) e Kim e Ranjithan (2002) trata-se do indicador mais sensível para evidenciar a situação da rigidez da camada de revestimento asfáltico. 𝑆𝐶𝐼 = 𝐷0 − 𝐷30 (4) Onde: SCI: é o valor do parâmetro (0,01 mm); D0: deflexão máxima (0,01 mm); D30: deflexão a 30,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); Os valores de SCI superiores a 25×10-2 mm indicam que a camada de revestimento é pouco resistente ou é de pequena espessura, pois é muito deformável. Kim e Park (2002) utilizam equações para determinar o módulo da camada de revestimento asfáltico através do SCI e da espessura conhecida do revestimento asfáltico 2.4. Índice de Dano na Base (BDI) O Índice de Danos na Base (BDI do inglês Base Damage Index) é definido como a diferença entre D30 e D60 (equação 5). Segundo Kim e Park (2002) e Kim e Ranjithan (2002) este indicador mostra a condição da base. 𝐵𝐷𝐼 = 𝐷30 − 𝐷60 (5) Onde: BDI: valor do parâmetro (0,01 mm); D30: deflexão a 30,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm);
  • 6. D60: deflexão a 60,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm). Valores de BDI superiores a 40×10-2 mm indicam pavimentos pouco resistentes ou pavimentos com problemas estruturais. Kim e Park (2002) utilizam equações para determinar a tensão de tração na fibra inferior do revestimento asfáltico de pavimentos flexíveis, e as tensões de compressão no topo da camada de base granular e no topo do subleito através do BDI e da espessura conhecida do revestimento asfáltico. 2.5. Índice de Curvatura da Base (BCI) O Índice de Curvatura da Base (BCI do inglês Base Curvature Index) é definido como a diferença entre D60 e D90 (equação 6). Este valor, segundo Kim e Park (2000) e Kim e Ranjithan (2002) o indicador para verificar a condição do subleito. 𝐵𝐶𝐼 = 𝐷60 − 𝐷90 (6) Onde: BCI: valor do parâmetro (0,01 mm); D60: deflexão a 60,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); D90: deflexão a 90,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); Valores de BCI superiores a 10×10-2 mm indicam que o subleito possui CBR menor que 10% e indicam problemas estruturais no subleito. Kim e Park (2002) utilizam equações que através do BCI determinam o CBR do subleito. 2.6. Fator de Curvatura (CF) O Fator de Curvatura (CF do inglês Curvature Function), preconizado pela AUSTROADS, é definido como a diferença entre D0 e D20 (equação 7). Segundo a AUSTROADS (2008) é o melhor indicativo para prever a probabilidade de fissuração da camada de revestimento asfáltico de um pavimento flexível. 𝐶𝐹 = 𝐷0 − 𝐷20 (7) Onde: CF: valor do parâmetro (0,01 mm); D0: deflexão máxima (0,01 mm); D20: deflexão a 20,0 cm do ponto de aplicação da carga (0,01 mm); 3. METODOLOGIA Neste estudo foram avaliados dados dos levantamentos deflectométricos realizados no trecho experimental construído na Rodovia Fernão Dias (BR-381), que liga os municípios de Guarulhos-SP, na região metropolitana de São Paulo-SP, a Confins-MG, na região metropolitana de Belo Horizonte-MG. O trecho possui 400,0 metros de extensão e é subdividido em quatro segmentos de aproximadamente 100,0 metros cada. Fixaram-se as espessuras das camadas em (i) 12,0 cm de revestimento asfáltico do tipo Concreto Asfáltico (CA) usinado com CAP30/45; (ii) base de 25,0 cm com diferentes materiais; e (iii) estrutura remanescente de solo. Os materiais de base utilizados nos segmentos 1, 2, 3 e 4 foram, respectivamente: (i) um pavimento flexível composto de base de Brita Graduada Simples (BGS); (ii) um pavimento semirrígido composto com base de Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC); (iii) um pavimento com base composta por Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) estabilizado com Emulsão Asfáltica e (iv) um pavimento com base composta por RAP estabilizado com Espuma Asfáltica. Maiores informações e outros estudos oriundos desse trecho experimental podem ser vistos em Beja et al. (2015), Andrade et al. (2015) e Leandro et al. (2005).
  • 7. O controle deflectométrico foi realizado por FWD nas idades 0, 3, 7, 9, 12 e 15 meses após a construção, seguindo as orientações da norma DNER-PRO 273/96, para a Trilha de Roda Externa (TRE) e Eixo. Os levantamentos foram realizados a cada 5,0m, excluindo os pontos próximos à transição entre os segmentos de diferentes materiais de base, conforme pode ser observado na Figura 2. Figura 2: Evolução de D₀ nas diferentes idades de levantamento Todos os valores de deflexão foram normalizados linearmente em função da carga (40 kN ou 4.100 kgf). Foi realizado o tratamento estatístico de Grubbs (1969) para se determinar os conjuntos de deflexões semelhantes e excluir as bacias que apresentaram problemas de leituras dentro dos segmentos de construção. O processo adotado para a correção da temperatura consistiu em: (i) realizar a retroanálise das bacias nas temperaturas originais de levantamento usando o software BakFAA 2.0; (ii) calcular o gradiente térmico na espessura do revestimento asfáltico através da equação da SHRP (MOHSENI, 1998), em que dividiu-se a camada em duas subcamadas, obtendo-se a temperatura intermediária a 6,0 cm da topo, e a temperatura do fundo da camada; (iii) fazer a correção do módulo das duas subcamadas pela equação do TxDOT (FERNANDO e LIU, 2001) para a temperatura de referência de 24ºC; e (iv) calcular as bacias para o pavimento através dos módulos do revestimento obtidos pela correção da temperatura e a 24º e os módulos das camadas de base e remanescente através da retroanálise das bacias originais. Para verificar influências climáticas foram avaliados os índices pluviométricos da região. A Figura 3 apresenta os dados de pluviometria mensais divulgados pelo INPE (2016). 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 948,800 948,850 948,900 948,950 949,000 949,050 949,100 949,150 Deflexão(0,01mm) Distância (km) Idade 0 Meses Idade 3 Meses Idade 7 Meses Idade 9 Meses Idade 12 Meses Idade 15 Meses Segmento 2 BGTC Segmento 1 BGS Seg. 3 - RAP +Emulsão Segmento 4 Rap+Espuma
  • 8. Figura 3: índice pluviométrico para a região segundo INEP 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os dados obtidos através do monitoramento deflectométrico foram utilizados para analisar o comportamento dos segmentos do trecho experimental através do cálculo dos parâmetros de bacia apresentados no item 2. Os resultados encontram-se apresentados nos subitens a seguir. 4.1. Raio de Curvatura (RC) A norma DNER-PRO 011/79 estabelece que, para pavimentos flexíveis, raios menores que 100,0 m indicam pavimentos com baixa capacidade estrutural. A Figura 4 mostra as médias dos resultados dos cálculos do raio de curvatura para o trecho experimental. O valor do D25 para aplicação da equação 1 foi obtido através da interpolação entre os valores de D20 e D30. Figura 4: Raio de curvatura Os valores de RC para o segmento 1 de BGS apresentam uma diminuição com a idade de serviço do trecho, indicando que a camada de revestimento está sofrendo processo de redução de rigidez por fadiga, que acarreta na diminuição do RC até que este chegue ao valor de 100,0 m, que é quando a norma DNIT-PRO 11/79 preconiza a recomposição da camada. Para os demais segmentos, os valores apresentados de RC estão muito longe do valor de limite de 100,0 m. Este valor não é indicado para avaliação das bacias de pavimentos semirrígidos. O mesmo pode ser observado para a bacia dos pavimentos de base estabilizada com ligante asfáltico (emulsão e espuma de asfalto), que se encontram entre os valores das bacias do pavimento semirrígido e flexíveis. 0 100 200 300 Precipitaação(mm/m) Pluviometria Levantamentos 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses RaiodeCurvatura(m) Idade do levantamento BGS BGTC RAP+Emulsão RAP+Espuma
  • 9. 4.2. Parâmetro AREA Os valores médios dos valores do parâmetro AREA calculados, conforme a configuração do FWD brasileiro apresentado na equação 3, são apresentados na Figura 5 juntamente com as faixas de avaliação de acordo com o WSDOT (2005). Figura 5: Valores do parâmetro AREA para as diferentes datas de levantamento Como os limites de análise adotados pelo WSDOT não foram calibrados para os pavimentos brasileiros, a adoção desses limites não mostra um comportamento diferenciado para os segmentos do trecho experimental. Tais limites somente diferenciam os pavimentos semirrígidos do flexível, ele não possui a sensibilidade para diferenciar os pavimentos flexíveis dos com base asfáltica. Analisando somente os valores do parâmetro AREA, observa-se três patamares de valores, indicando o desempenho diferenciado entre os pavimentos do trecho experimental. O valor apresenta uma diminuição para o segmento 1, um valor sempre elevado para o segmento 2, e para os 3 e 4, o valor possui um pequeno incremento, que se deve ao ganho de rigidez dos materiais estabilizados com asfalto. Outro fator importante de análise é que o pavimento flexível com base de BGS não é classificado como fraco, demonstrando que a classificação em classes deveria ser atrelada ao volume de tráfego esperado. Realmente, o pavimento flexível com 12cm de revestimento asfáltico e base granular não é fraco para um tráfego que não seja pesado ou muito pesado. 4.3. Índice de Curvatura da Superfície (SCI) Os valores médios do SCI calculados pela equação 4 são presentados na Figura 6, assim como o limite máximo de 25×10-2 mm que indica camadas de revestimento asfáltico pouco resistentes. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses ParâmetroAREA(cm²/cm) Idade do levantamento BGS BGTC RAP+Emulsão RAP+Espuma Pavimento Flexivel Fraco Pavavimentos Asfáltico Delgados Pavimentos Asfáltico Espessos
  • 10. Figura 6: Valores de SCI para as diferentes datas de levantamento Os valores de SCI para as diferentes idades do primeiro segmento (BGS) apresentam um aumento entre as idades de 0 e 9 meses, e a tendência de estabilização em um valor superior aos 25×10-2 mm nas demais idades, o que indica queda de rigidez da camada de revestimento neste segmento devido aos danos ocorridos neste camada. Os valores para os demais segmentos tendem a permanecer constantes, sem apresentar variações consideráveis. Observa- se que este é um bom indicador para a análise em questão, pois demonstra que o pavimento flexível com base granular apresentaria problemas em poucos meses. 4.4. Índice de Danos na Base (BDI) Os valores médios calculados de BDI calculado pela equação 5 para os segmentos do trecho experimental nos diferentes levantamentos deflectométricos são apresentados na Figura 7 e, conforme mencionado anteriormente, indicam o comportamento da camada de base. Figura 7: Valores de BDI para as diferentes datas de levantamento Os valores de BDI indicam que as bases executadas no trecho experimental estão íntegras (inferior ao limite de 40×10-2 mm). Entretanto, os valores do parâmetro para a base de BGS do segmento 1, estão bem superiores aos resultados dos demais segmentos e apresenta a tendência de elevação, mas ainda está bem inferior ao limite de 40×10-2 mm, o que evidencia que a base de BGS não é a mais apropriada para o elevado tráfego da rodovia, e que este valor de análise não é adequado aos pavimentos asfálticos espessos com base granular, sujeitos a tráfego comercial pesado. Os valores para os demais segmentos não variam com o tempo e ficam em dois patamares distintos, o que indica a diferença de rigidez entre as camadas de base dos segmentos. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses SCI(0,01mm) Idade do levantamento BGS BGTC RAP+Emulsão RAP+Espuma 0 5 10 15 20 25 0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses BDI(0,01mm) Idade do levantamento BGS BGTC RAP+Emulsão RAP+Espuma
  • 11. 4.5. Índice de Curvatura da Base (BCI) Os valores médios dos resultados de BCI calculados pela equação 6 são apresentados na Figura 8, juntamente com o indicativo de 10×10-2 mm para camadas de subleito com CBR inferior a 10%. Figura 8: Valores de BCI para as diferentes datas de levantamento Embora o subleito de todo o trecho experimental seja o mesmo, o estado de tensão atuante nos diferentes segmentos faz com que cada camada apresente comportamento distinto. Dessa forma os valores de BCI para o segmento 1 são bem superiores aos dos demais segmentos, pois a menor rigidez da camada de base, faz com que um elevado nível de tensões chegue na camada do subleito, aumentando dessa forma sua deformação. Entretanto, os valores são inferiores ao limite de análise, mostrando que o subleito é adequado ao projeto. Nos demais segmentos, os valores são bem inferiores e apresentam a tendência de permanecerem constantes, pois como nesses segmentos as camadas de base possuem alta rigidez, o nível de tensões atuantes no subleito é bem inferior. Dado o comportamento elástico não linear do solo do subleito, quanto menor a tensão desvio, maior o módulo de resiliência do mesmo. 4.6. Fator de Curvatura (CF) Os valores médios dos fatores de curvatura CF, calculados pela equação 7, para os segmentos do trecho experimental nos diferentes levantamentos deflectométricos são apresentados na Figura 9, e indicam a probabilidade do aparecimento de fissuras na camada de revestimento asfáltico. Figura 9: Valores de CF para as diferentes datas de levantamento 0 5 10 15 20 25 0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses BDI(0,01mm) Idade do levantamento BGS BGTC RAP+Emulsão RAP+Espuma 0 2 4 6 8 10 0 Meses 3 Meses 7 Meses 9 Meses 12 Meses 15 Meses BCI(0,01mm) Idade do levantamento BGS BGTC RAP+Emulsão RAP+Espuma
  • 12. Os valores de CF apresentam resultados semelhantes aos resultados obtidos no cálculo do SCI, com o aumento do valor do parâmetro para o segmento 1, pois o aumento da tendência de aparecimento de fissuras acompanha a redução de rigidez da camada de revestimento. Há a tendência em permanecerem constantes os valores para os demais segmentos, indicando a integridade da camada asfáltica dos segmentos 2, 3 e 4. 5. CONCLUSÕES O uso dos parâmetros de bacia para avaliação do comportamento estrutural mostrou ser um bom critério de compreensão dos diferentes comportamentos dos pavimentos asfálticos estudados. Entretanto, alguns dos valores limites dos parâmetros encontrados na bibliografia para qualificar as camadas da estrutura do pavimento, ou do subleito, ou mesmo para avaliar riscos de fadiga precoce do revestimento asfáltico necessitam ser calibrados para os pavimentos brasileiros. A maior parte dos parâmetros analisados demonstra rigidez inadequada do pavimento do primeiro segmento asfáltico flexível (com base granular) para tráfego muito pesado, fazendo com que a camada de revestimento tenha iniciado processo de fadiga precocemente, após alguns meses de operação. Para o segundo segmento (com base cimentada), os parâmetros indicam alta rigidez da base, e a integridade da camada perante o tráfego atuante. Nos pavimentos compostos pelas bases asfálticas recicladas (com emulsão e com espuma de asfalto), segmentos três e quatro, os parâmetros indicam o processo de ganho de rigidez nos primeiros meses de operação, devido à “cura”, ou saída da água, destas camadas estabilizadas. Agradecimentos Os autores agradecem ao Laboratório de Tecnologia de Pavimentação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo pela oportunidade do desenvolvimento desta pesquisa, à ANTT pelo financiamento e à Autopista Fernão Dias e ao Centro de Desenvolvimento Tecnológico da Arteris pelo apoio no desenvolvimento deste trabalho. Os autores agradecem ainda à CAPES pelas bolsas de pesquisa dos autores. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA American Association of State Highway and Transportation Officials. AASHTO (1993). Guide for Pavement Structures. AASHTO, Washington, D.C., 1993 Andrade, L. R., Kuchiishi. A. K., Bessa, I. S., Vasconcelos, K. L., Bernucci, L. L. B., Beja, I. A., Chaves, J. M., (2015) comportamento mecânico de camadas de bases granular e tratada com cimento em rodovia de tráfego muito pesado, ANPET – 2015. Association of Australian and New Zealand Roads. AUSTROADS (2008). Technical Basis of the Austroads Design procedures for flexible overlays on flexible pavements. Sydney, 2008 Beja, I. A., Morais, D. B., Florêncio H. A., Chaves, J. M., Bessa, I. S., Andrade, L. R., Vasconcelos, K. L., Bernucci, L. L. B., instrumentação de pavimentos reciclados: técnica pioneira na análise de tensões e deformações, ABCR&C, 2015. Departamento Nacional de Estradas e Rodagens. DNER-ME 024/94. (1994). Pavimento – determinação das deflexões pela viga Benkelman, Rio de Janeiro: IPR, 1994. _____. DNER-PRO 011/1979. (1979). Avaliação estrutural dos Pavimentos Flexíveis, Rio de Janeiro: IPR. 1979. _____. DNER-PRO 273/1996 (1996). Determinação de deflexão utilizando deflectômetro de impacto tipo “Falling Weight Deflectometer (FWD). Rio de Janeiro: IPR. 1996. Fernando, E. G., W. Liu. (2001) Development of a Procedure for Temperature Correction of Backcalculated AC Modulus. Research Report 1863-1, Texas Transportation Institute, Texas A&M University, College Station, Tex., 2001. Ferri, S (2013). Críterios de aceitação e controle da qualidade da execução de camdas de fundação de pavimentos novos através de métodos deflectométricos. Dissertação (Mestrado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. – ed.rev. – São Paulo, 2013. 331 p. Grubbs, F. E. (1969), Procedure for detecting outlying observations in samples. Technometrics, v. 11, 1969.
  • 13. Hal K. T., Darter M. I., Hoerner T. E., Khazanovich L., (1971), LTPP Data Analysis Phase 1 : Validation of Guidelines for K-Values Selection and Concrete Pavement Performance Prediction, Federal Highway Administration, McLean, (1997). Hoffman M.S., (2003). Direct Method for Evaluating Structural Needs of Flexible Pavements with Falling- Weight Deflectometer Deflections, Transportation Research Record, 2003. Hoffman, M. S.; Thompson, M. R. (1981) Mechanistic interpretation of nondestructive pavement testing deflections. Transportation Engineering Series: Civil Engineering Studies, n. 32. Illinois Cooperative Highway and Transportation, Series, n.190, Illinois: University of Illinois, 1981. Horak, E., (1987). Aspects of deflection basin parameters used in a mechanistic rehabilitation design procedure for flexible pavements in South Africa. Tese (Philosophiae Doctor), University of Pretoria – 1987. Hveem, F. N., (1955). Pavement deflection and fatique failures. IN: Annual Meeting – 1955. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, INPE, (2016), Índice padronizado de precipitação. Disponível em: < http://clima1.cptec.inpe.br/indice/pt#. Acessado em: 12 de abril de 2016>. Kim, Y.R.; park, H. (2002), Use of Falling Weight Deflectometer multi-load data for pavement strength estimation. Final Report FHWA/NC-2002-006, Department of Civil Engineering, North Carolina State University, Raleigh, 2002. Kim, Y.R.; Ranjithan, R.S. (2000), Assessing pavement layer condition using deflection data. NCHRP 10-48, National Cooperative Highway Research Program, Department of Civil Engineering, North Carolina State University, Raleigh, 2000. Leandro, R. P., Beja, I. A., Bessa, I. S., Andrade, L. R., Vasconcelos, K. L., Bernucci, L. L. B., Bittencourt, T, Borges, A. R., Conceição Neto, A. P., Florêncio H. A., Morais, D. B., Chaves, J. M., (2015). Desenvolvimento do Modelo de Deterioração de Pavimentos Asfálticos com uso de Instrumentação e Sistema Weigh in Motion. Revista ANTT – (2015) Livneh. M., On the Reliability of Excluding Thickness in Forward-Calculating Pavement Parameters, Road Materials and Pavement Design – 2011. Long, B., Shatnawi, S., (2011), Structural evaluation of rigid pavement sections, Road Materials and Pavement Design – (2011) Macêdo, J. A. G., (1996). Interpretação de ensaios deflectométricos para avalição estrutural de pavimentos flexíveis. Tese (Doutorado). Universidade do Rio de Janeiro – 1996. Mohseni, A., (1998). LTPP seasonal asphalt concrete (AC) pavement temperature models. Federal Highway Administration, Georgetown (1998). South African Pavement Engineering Manual, SAPEN (2014). South African Pavement Engineering Manual. South Africa – (2014). WSDOT EVERSERIES USER GUIDE (2005). Pavement Analysis Computer Software and Case Studies. Washington State Department os Transportation, 2005. Xu, B., S. R. Ranjithan, and Y. R. Kim. (2002). New Relationships Between Falling Weight Deflectometer Deflections and Asphalt Pavement Layer Condition Indicators. In Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 1806, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 2002, pp. 48-56. ________________________________________________________________________________________ Lucas Rodrigues de Andrade (eng.lucasandrade@gmail.com) Kamilla L. Vasconcelos (kamilla.vasconcelos@gmail.com) Liedi Légi Bariani Bernucci (liedi@usp.com) Laboratório de Tecnologia de Pavimentação (LTP) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) Av. Prof. Almeida Prado - Travessa 2, N. 83 - 05508-070 - São Paulo - SP - Brasil View publication statsView publication stats