REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.11597390
Douglas Marques Silva;
Orientador: Prof. Ms. Murilo Monfort De Mello.
RESUMO
Pavimento flexível é construído com camadas inferiores granulares e revestimento asfálticos em que todas as camadas sofrem deformação elástica de forma distribuída sob o carregamento aplicado, em partes equivalentes entre as camadas, tais camadas que são de forma respectiva da parte inferior a superior, subleito, reforço do subleito, sub-base, base, revestimento. A importância do dimensionamento perante a qualquer efetivação da construção de um projeto de pavimento flexível é de extrema importância, visto que, as normas tem o objetivo de conduzir qualquer projeto e construção ao êxito de um planejamento, todavia as cargas pesadas seja ela nas principais rodovias do país ou dentro de grandes empresas que trabalha com esse tráfego pesado, a negligência na construção de pavimentos flexíveis para este tipo de tráfego, além de afetar o financeiro dos empresários, e afetar o bem estar da população, afeta de forma completa todos os veículos e toda a infraestrutura de uma rodovia, sabendo-se que a degradação de um pavimento torna-se cada vez mais inviável a partir do momento que toda infraestrutura do mesmo passa de seu estado plástico, entrando em seu estado limite de resistência, sendo assim, o tempo de vida torna-se cada vez menor, sendo de enorme importância todo o estudo de viabilidade local quando se fala de rodovias e de partes externas de empresas onde trafegam os veículos pesados, assim como, o dimensionamento, pois o mesmo é o principio de vida geral para esse tipo de construção.
Palavras-chaves: Dimensionamento. Pavimentos Flexíveis. Tráfego Pesado.
ABSTRACT
Flexible flooring is constructed with granular lower layers and asphalt lining in which all layers undergo elastic deformation in a distributed manner under the applied load, in equivalent parts between the layers, such layers that are respectively from the bottom to the top, subgrade, subgrade reinforcement, sub-base, base, coating. The importance of dimensioning in the face of any effective construction of a flexible pavement project is of extreme importance, since the standards aim to lead any project and construction to successful planning, however heavy loads, be it in the main ones highways in the country or within large companies that work with this heavy traffic, the negligence in the construction of flexible pavements for this type of traffic, in addition to affecting the financial of the businessmen, and affecting the well-being of the population, affects completely all vehicles and the entire infrastructure of a highway, knowing that the degradation of a pavement becomes more and more unviable from the moment that all its infrastructure goes from its plastic state, entering its limit state of resistance being thus the life span becomes shorter and shorter, and the whole local feasibility study is of enormous importance when talking about highways and external parts of companies, those where heavy vehicles travel as well as dimensioning, as this is the general principle of life for this type of construction.
Keywords: Dimensioning. Flexible Flooring. Heavy Traffic.
1 INTRODUÇÃO
O pavimento é a estrutura construída sobre a plataforma de terraplanagem e destinada técnica e economicamente. O fundamento para efetivar um dimensionamento de pavimento flexível segue uma ideologia material do local em que será dimensionado, em relação à estrutura do material no qual será executado o tipo de tráfego (BERNUCCI et al, 2006). Este estudo tem como objetivo geral apresentar a importância do dimensionamento de pavimentos flexíveis para tráfego pesado.
Dentre os objetivos específicos, pretende-se realizar um estudo da revisão da literatura sobre os conceitos gerais de pavimentos flexíveis, identificando os revestimentos, a base e a sub-base, analisar a importância do projeto de pavimentação dentro dos parâmetros geométricos; compreender a necessidade dos dimensionamentos e fundamentos gerais e apresentar um estudo de caso sobre dimensionamento de pavimentos flexíveis para trafego pesado na Região dos Lagos, RJ.
A pesquisa justifica-se por apresentar a importância das instruções para o dimensionamento resistente de pavimentos flexíveis de vias urbanas submetidas a tráfegos pesados na Região dos Lagos, RJ, tendo em vista, o grande fluxo de caminhões pesados que trafegam diariamente nas rodovias pertencentes a esta região. Pretende-se também, demonstrar a importância da elaboração de um projeto da engenharia civil na execução de obras de qualidades dos pavimentos urbanos, garantindo segurança de vida para motoristas e população.
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas, a NBR 7207/2014, que especifica e define os termos técnicos que devem ser empregados para situar, designar e caracterizar os elementos que interessam à pavimentação fica determinado resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego; melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança e resistir os esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento (BRASIL, 2014).
Diante o aspecto estrutura, o pavimento recebe os esforços provenientes do tráfego de veículos e as variadas camadas absorvem essas tensões aplicadas, de forma que o subleito da rodovia receba uma parcela bem atenuada desses esforços. Sendo assim, as camadas do pavimento são diferentes entre si, pois, os esforços oriundos do tráfego são maiores nas camadas superiores do pavimento, necessitando assim que, essas camadas possuam uma maior resistência em comparação às camadas inferiores (BERNUCCI et al, 2006).
A seção transversal típica de um pavimento, com todas as camadas possíveis, consta de uma camada de revestimento superior, além das camadas de base, sub-base e reforço do subleito. Essas camadas são assentes por uma fundação chamada subleito.
A problematização desta pesquisa se insere na seguinte questão: Qual a importância do dimensionamento resistente de pavimentos flexíveis para tráfego pesado?
Os motivos que levaram à escolha deste tema foram desencadeados pelo trabalho executado em uma empresa da construção civil na Região dos Lagos, no qual despertou o interesse por compreender melhor a importância do dimensionamento correto de pavimentos flexíveis para tráfego pesado.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Pavimentos flexíveis
2.1.1 Conceitos gerais sobre pavimentos flexíveis
Aqueles em que todas as camadas sofrem deformações elásticas significativas recebem o nome “flexível”. Essas deformações se justificam pelo fato de os esforços produzidos pelo tráfego se distribuírem em parcelas aproximadamente equivalentes à rigidez de cada camada. Por exemplo, pavimento construído com revestimento de concreto asfáltico e camadas inferiores de materiais granulares (BERNUCCI et al, 2006).
A Figura 1 é representada pela imagem de um caminhão numa rodovia, demonstrando como é o tráfego pesado em pavimento flexível.
Figura 1 – Tráfego pesado em pavimento flexível
Figura 2 – Camadas do pavimento flexível
2.1.2 Revestimentos
Em pavimentos flexíveis, o revestimento é asfáltico, ou seja, é construído a partir da associação entre o ligante asfáltico e os agregados. Essa união entre ligante e agregado pode ser conseguida de diversas formas e será determinada pelo projeto de pavimentação a partir das características da rodovia a ser construída (BERNUCCI et al, 2006).
2.1.3 Base e sub-base
As camadas de base e sub-base em pavimentos flexíveis são implantadas em uma rodovia a partir de materiais granulares, os quais são divididos em três grupos: estabilização granulométrica, macadame hidráulico ou estabilização com aditivos (BERNUCCI et al, 2006).
2.2 Projetos de Pavimentação
2.2.1 Definição de elementos característicos do pavimento
- Pista: parte da plataforma pavimentada por onde trafegam os veículos automotores. As estradas podem ter uma única pista (pista simples) ou duas pistas (mão dupla).
- Pista de rolamento: parte da rodovia destinada ao trânsito de veículos.
- Acostamento: faixa compreendida entre a borda da pista de rolamento e entre a borda da pista. Destina-se à proteção da borda do pavimento, estacionamento do veículo na estrada, pista de emergência, etc.
- Greide: inclinação longitudinal em relação à horizontal, geralmente expressa em porcentagem.
- Superelevação: inclinação transversal da pista nas curvas horizontais para compensar o efeito da força centrífuga sobre os veículos.
- Superlargura: é uma largura adicional dada à pista nos trechos em curva, de modo a assegurar ao tráfego condições de segurança e comodidade.
- Abaulamento: declividade transversal da superfície do pavimento.
2.2.2 Geometria
De acordo com os manuais do DNIT, as larguras do revestimento para as diversas classes de rodovias, nas regiões planas, onduladas e montanhosas são as seguintes:
- Classe Especial: 7,50m;
- Classe I: 7,00m;
- Classe II e III: 6,00m a 7,00m
2.3 Dimensionamentos e fundamentos gerais
2.3.1 Imposição de cargas
As cargas impostas pelas rodas dos veículos é que produzem as tensões às quais o pavimento deve resistir. A área de contato entre os pneus e o pavimento tem a forma aproximada de uma elipse e a pressão exercida, dada a relativa rigidez dos pneus, tem uma distribuição aproximadamente parabólica, com a pressão máxima exercida no centro da área carregada.
Entretanto, de forma simplificada, visando dimensionamento do pavimento, admite-se que a área de contato entre pneus e pavimento seja circular, e a pressão exercida pelos pneus, seja, uniformemente distribuídas.
A Figura 3 está relacionada às percepções de contato, em que se pode identificar através da imagem, a área de contato e a pressão dos pneus.
Figura 3 – Percepções de contato
Assim, a relação entre a pressão dos pneus e a carga aplicada é a seguinte: Pressão = Força ƒ Área = Força ƒ 2πr²
Onde:
- Pressão = pressão de contato dos pneus.
- Força = carga aplicada pelo veículo em cada roda.
Desse modo, a força aplicada pelos pneus é absorvida pelo pavimento, e distribuído por suas camadas, numa intensidade decrescente à medida que aumenta a profundidade da camada. Com isso, o grau de absorção da força deverá ser tal que, o valor da tensão que chega ao subleito deve ser menor que a capacidade de suporte desta camada (BERNUCCI et al, 2006).
A Figura 4 a seguir representa um pavimento e a distribuição de cargas efetuada no subleito.
Figura 4 – Carregamento imprimido no subleito
Através dessa figura, podemos calcular a tensão resultante no subleito, a partir da carga imposta pelo tráfego:
(pressão x área) = (pressão x área)
(q . π . r²) = σ . π . (r + tg α . Z)²
Essa expressão algébrica tem-se que:
σ = q / (1+Z/r tg α )²
Por estes cálculos, a espessura Z do pavimento deverá ser tal que Sz seja inferior à resistência do subleito. Com estas considerações iniciais, o dimensionamento do pavimento deverá ser analisado de forma a estabelecer com base nas características das diversas camadas do pavimento, a espessura necessária para suportar a ação repetida da vida útil do pavimento. (BERNUCCI et al, 2006).
2.3.2 Premissas básicas sobre a metodologia
A capacidade de suporte de cada camada ou índice de suporte (IS) é função do Índice CBR do material a ser empregado em cada camada do pavimento e do Índice de Grupo (IG), de forma que:
IS = (CBR + ISIG) f2, onde:
| Índice de Grupo | Índice de Suporte (ISIG) |
| 0 | 20 |
| 1 | 18 |
| 2 | 15 |
| 3 | 13 |
| 4 | 12 |
| 5 | 10 |
| 6 | 9 |
| 7 | 8 |
| 8 | 7 |
| 9 a 10 | 6 |
| 11 a 12 | 5 |
| 13 a 14 | 4 |
| 15 a 17 | 3 |
| 18 a 20 | 2 |
Segundo Pontes Filho (1998), em anteprojetos, quando não se tem valor de CBR, admite-se que IS = ISIG
- Os materiais de subleito devem possuir IS ≥ 2% e expansão ≤ 2%;
- Os materiais para reforço do subleito devem possuir IS maiores que o do subleito, e expansão ≤ 2%;
- Os materiais para sub-base devem possuir IS ≥ 20% e expansão ≤ 1%;
- Os materiais para base devem possuir IS ≥ 80%, expansão ≤ 0,5%, limite de liquidez ≤ 25 e índice de plasticidade ≤ 6.
Caso o limite de liquidez seja superior a 25 e/ou o índice de plasticidade seja superior a 6, o material pode ser empregado como base desde que atendidas as demais condições e o equivalente de areia seja superior a 30%;
Para um número de repetições do eixo-padrão N ≤ 106, durante o período de projeto, podem ser empregados materiais com IS ≥ 60% .
2.3.3 Tráfego
Com relação ao tráfego previsto para a rodovia, o pavimento é dimensionado em função do número equivalente de operações do eixo padronizado durante o período de projeto escolhido (PONTES FILHO, 1998).
Assim, N = 365 x Vm x P x (FC) x (FE) x (FR) Onde:
Vm = volume diário médio de tráfego no sentido mais solicitado, no ano médio do período de projeto;
P = período de projeto ou vida útil, em anos;
FC = fator de carga;
FE = fator de eixo;
FV = FC x FE = fator de veículo;
FR = fator climático regional.
2.3.4 Cálculo de Vm
Para o cálculo Vm é necessário adotar uma taxa de crescimento de tráfego para o período de projeto. Esta taxa de crescimento deve levar em conta o crescimento histórico do tráfego da via ser pavimentada ou, no caso de uma nova via, da contribuição das vias existentes que atendem à mesma ligação. A este tráfego atraído ou desviado, deve-se somar o tráfego gerado, ou seja, o tráfego que passa a existir devido as melhores condições oferecidas pela pavimentação (BRASIL, 2010).
De uma forma simplificada, podem-se admitir dois tipos de crescimento de tráfego: linear e geométrico.
2.3.5 Cálculo de FC
O Fator de Carga (FC) baseia-se no conceito de fator de equivalência de operações. Este fator de equivalência de operações é um número que relaciona o número de passagens de um veículo qualquer com o número de passagens de um veículo padrão (BRASIL, 2006). O tráfego de uma rodovia é composto por motocicletas, veículos leves, carros de passeios, ônibus e caminhões leves, médios e pesados. Assim, para fins de dimensionamento, o número de passagens da carga de todos esses veículos deve ser transformado no número de passagens de veículo padrão (BRASIL, 2010).
Pelo método DNER, o veículo padrão possui 8,2 tf por eixo simples. Desse modo, veículos com carga superior a 8,2 tf no eixo padrão terão o FC à unidade. Veículos com carga inferior a 8,2 tf no eixo padrão terão FC inferior à unidade.
Para obter o fator de equivalência de operações, existem dois gráficos utilizados, um para eixos tandem (duplos e triplos) e outro para eixos simples (BRASIL, 2010).
2.3.6 Cálculo de FE
O Fator de Eixo (FE) é um fator que transforma o número de eixos do tráfego total em um número de eixos do tráfego de veículos padrão no sentido dominante. Sendo assim, como o eixo padrão é simples, o eixo duplo equivale a dois eixos padrão, e um eixo triplo equivale a três eixos padrão, e assim por diante |(BRASIL, 2006).
2.3.7 Cálculo de FR
Para levar em conta as variações de umidade dos materiais do pavimento durante as diversas estações do ano – o que se traduz em variações de capacidades de suporte desses materiais – o número equivalente de operações do eixo tomado como padrão deve ser multiplicado por um coeficiente FR que varia 0,2 (baixo teores de umidade) a 5,0 (materiais praticamente saturados) (BRASIL, 2006).
O coeficiente final a adotar é uma média ponderada dos diferentes coeficientes, levando em conta o espaço de tempo em que ocorrem, lembrando a extrema importância que a metodologia do DNER estabelece para o Brasil, FR =1 (BRASIL, 2006).
2.3.8 Método DNER
O método DNER é um método empírico devido aos ábacos, tabelas e fórmulas para dimensionamento refletirem o desempenho observado em alguns pavimentos em serviço. São correlações diretas entre alguns parâmetros estruturais e de tráfego e a vida do serviço esperado (BRASIL, 2010).
As vantagens deste método incluem:
- Utilização fácil e rápida, o que é conveniente para pré-dimensionamentos ou em aplicações rotineiras;
- Necessidade de poucos dados, sendo estes, inclusive, de fácil obtenção;
- Simplicidade, o que permite ao projetista ganhar, em pouco tempo, uma sensibilidade quanto às influências dos diversos parâmetros de que depende o método nos dimensionamentos obtidos;
- Reprodução do desempenho de alguns pavimentos em verdadeira grandeza, já embutindo, portanto, os efeitos do tráfego real (cargas, geometria dos eixos, solicitações dinâmicas) e os dos intemperismo;
No que se refere às suas desvantagens, por outro lado, incluem:
- São válidos, a rigor, apenas dentro das condições estruturais, climáticas, de tráfego e de materiais referentes às seções experimentais que lhe deram origem. Sua extrapolação para fora dessas condições deve ser, portanto, cuidadosa;
- Sofre de uma falta de precisão, fundamental para se analisar os reflexos para o desempenho de variações nas propriedades mecânicas dos materiais, o que impede seu uso para se integrar a dosagem das misturas com o projeto do pavimento, sem falar na impossibilidade de consideração de novos materiais;
- Nada informa acerca da evolução das condições estruturais e funcionais do pavimento ao longo de sua vida de serviço.
Figura 5 – Gráfico comparativo, referente ao índice de artigos sobre a Tese
3. METODOLOGIA
No desenvolvimento de um estudo de caso para dimensionamento, a análise deve ser feita pelo preposto das características da obra a ser executada, é de extrema importância saber também a capacidade de suporte de cada camada do pavimento para que a execução fique firme conforme o objetivo da construção, além do conhecimento e das análises dos materiais que serão utilizados nas respectivas camadas conforme as normas vigentes no setor da Engenharia Civil.
Os veículos a trafegarem no pavimento devem ser de conhecimento do dimensionador, o que segundo Bernucci (2006), a submissão do pavimento a esforços ou carregamentos cíclicos, pela ação dos veículos, em dimensão superior a que o pavimento foi projetado. Caracteriza-se pela formação e propagação lenta de trincas microscópicas, com ruptura súbita e sem aviso prévio. A Fadiga do pavimento é questão de análise para o dimensionamento de cargas pesadas.
O estudo de caso e análise in loco, não foi possível devido ao estado de calamidade de saúde pública referente ao COVID-19, um vírus altamente contagioso e perigoso, levando a uma série de mortes em todo o mundo, sendo assim, pode-se fazer considerações segundo pesquisas já realizadas, referente ao trabalho em estudo.
Segundo Schmidtt (2015) no Brasil, os pavimentos flexíveis (revestimentos asfálticos) são dimensionados para uma vida de projeto de 10 anos. No entanto, pouco tempo após a abertura ao tráfego aparecem degradações estruturais, sendo as principais, fadiga e deformação permanente. Na fase de projeto e construção, os motivos que levam a esta degradação precoce podem estar relacionados com o levantamento e projeção equivocada do tráfego futuro atuante, dimensionamento inadequados das camadas (espessuras), erros de dosagem dos materiais que compõem as camadas e ainda devido aos métodos construtivos.
A imensa degradação dos pavimentos flexíveis está relacionada com o excesso de carga dos veículos pesados pela falta de controle e postos de pesagem no país. A tolerância de excesso de carga no Brasil é de 10%, no entanto, pode-se afirmar que este acréscimo nos veículos de carga prejudica a durabilidade das rodovias brasileiras.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Destarte os padrões impostos referentes aos dimensionamentos dos pavimentos flexíveis, pode-se afirmar a necessidade das análises nas bases de cálculos e consultas aos ábacos de referências ao índice de suporte Califórnia ISC ou CBR, para obter as resistências apropriadas para o dimensionamento do pavimento flexível para tráfegos pesados, lembrando que os ensaios dos materiais são de enorme importância para se obter considerações dos materiais ao qual será analisado para base de estudos, a fim de realizar o dimensionamento do pavimento.
Conclui-se que o método DNER busca demonstrar parâmetros de referências baseadas em estudos para que se possa realizar com propriedade e maiores exatidões, os cálculos adequados para executar o dimensionamento correto, a resistência das camadas que sobrepõe a fundação, ou melhor, o subleito, seguindo essas camadas todas as referências propícias e todo procedimento de execução de camada por camada, evitando assim, futuras patologias do pavimento, lembrando que o tráfego pesado devido a carga exercida no pavimento, possui critérios mais rígidos a serem seguidas, buscando assim, a melhor execução possível do projeto referente.
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Terminologia e Classificação de Pavimentação. – NBR 7207:2014. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, 2014.
BERNUCCI, Liedi Bariani et al. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. Petrobrás: Abeda, 2006.
BRASIL. Manual de Pavimentação. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes – DNIT. Rio de Janeiro, 2006.
BRASIL. Manual de Implantação Básica de Rodovia. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes – DNIT. Rio de Janeiro, 2010.
BRASIL. Método de projeto de pavimentos flexíveis. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes – DNIT. Instituto de Pesquisas Rodoviárias, 2018. Disponível em: http://ipr.dnit.gov.br/normas-emanuais/manuais/documentos/667_metodo_de_projeto_de_pavimentos_flexiveis. Acesso em: 15 nov. 2019.
ESTRATÉGIAS CONCURSOS. Tráfego pesado em pavimento flexível. 2018. Disponível em: https://www.estrategiaconcursos.com.br/app/dashboard/renovacao?gclid=Cj0KCQiAn8nuBRCzARIsAJcdIfMQjFgG-wvP37z_aMJrV9IA9A-JpTqecxzIGlOtMtb4XuajGdisSpUaAmPIEALw_wcB. Acesso em: 10 nov. 2019.
PONTES FILHO, Glauco. Estradas de rodagem: projeto geométrico. São Carlos: GP, 1998.
SCHMIDTT, Samuel Koch. Avaliação da tolerância de peso permitida por eixo no dimensionamento de pavimentos flexíveis. 2015. 71 f. Monografia (Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, 2015.