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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Trabalho de conclusão de Curso
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O MÓDULO DE RESILIÊNCIA
OBTIDO EM LABORATÓRIO E O INFERIDO ATRAVÉS DA
RETROANÁLISE
ACADÊMICA: NATHÁLIA BECKERT BERTÃO
ORIENTADORA: PROFª DRª. TATIANA CUREAU CERVO
CO-ORIENTADOR: PROFº DRº. LUCIANO PIVOTO SPECHT
Santa Maria, Dezembro de 2015.
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O MÓDULO DE RESILIÊNCIA OBTIDO EM
LABORATÓRIO E O INFERIDO ATRAVÉS DA RETROANÁLISE
NATHÁLIA BECKERT BERTÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa
Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheira Civil
ORIENTADOR: PROFº DRº. LUCIANO PIVOTO SPECHT
CO-ORIENTADORA: PROFº PROFª DRª. TATIANA CUREAU CERVO
Santa Maria, Dezembro de 2015.
Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O MÓDULO DE RESILIÊNCIA OBTIDO EM
LABORATÓRIO E O INFERIDO ATRAVÉS DA RETROANÁLISE
Elaborado por
Nathália Beckert Bertão
como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheira Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
________________________
Tatiana Cureau Cervo, Dra.
(Co-Orientadora)
________________________
Mauricio Silveira dos Santos, MSc. (UNIPAMPA - Alegrete)
________________________
Fernando Dekeper Boeira, MSc. (URI - Frederico Westphalen)
Santa Maria, 09 de dezembro de 2015
AGRADECIMENTOS
Expresso minha gratidão...
À minha família, em especial à minha mãe Débora, ao meu irmão Vinicius e a
minha vó Nair, que foram minha base e porto seguro no decorrer da graduação.
Obrigada mãe por ter desempenhado muitas vezes o papel de pai também,
reconheço todo teu esforço desde o início, desde todo o processo para eu entrar na
faculdade até agora.
Ao meu amigo Gustavo Abbad que me ajudou a não desistir e a organizar
minha vida acadêmica, com certeza sem ti eu não estaria chegando ao final da
graduação.
Aos amigos, que sempre estiverem presente de alguma forma nos bons e
maus momentos, especial agradecimento à amiga Tairine Rodrigues que
acompanhou de perto todas as minhas aflições.
Ao mestrando e amigo Lucas Bueno que não mediu esforços ao me ajudar na
realização deste trabalho.
Aos meus orientadores Tatiana Cervo e Luciano Specht pela ajuda e
conhecimentos passados.
Ao Adriano Dornelles, Cristian Siqueira, Isair Ecke do laboratório da Conpasul
que sempre estiveram dispostos a contribuir.
Ao acadêmico Gustavo Pinheiro que me auxiliou nos ensaios laboratoriais.
Ao Eng. Daniel Cureau que cedeu materiais utilizados neste trabalho.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Tolerância para valores retroanalisados .................................................. 45
Tabela 2 - Bacias deflectométricas ........................................................................... 47
Tabela 3 - Tolerância para valores retroanalisados .................................................. 48
Tabela 4 - Valores de MR por ensaio de compressão diametral ............................... 53
Tabela 5 - Módulos de resiliência .............................................................................. 54
Tabela 6 - Indicador da vida de fadiga ...................................................................... 55
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Viga Benkelman (Bernucci, 2008) ............................................................ 16
Figura 2 – Esquema Viga Benkelman (DNER ME 024-94) ....................................... 17
Figura 3 – Esquema Viga Benkelman (DNER ME 024-94) ....................................... 17
Figura 4 - FWD Dynatest (Bernucci, 2008)................................................................ 19
Figura 5 - Exemplos de equipamento para ensaio de compressão diametral de carga
repetida (Bernucci et al.,2008) .................................................................................. 23
Figura 6 – Bacia de deflexão com a utilização de aparelho FWD (Bernucci et
al.,2008) .................................................................................................................... 25
Figura 7 – Bacias deflectométricas diferentes podem indicar podem indicar diferentes
capacidades de carga para uma mesma deflexão máxima (Bernucci et al., 2008) ... 26
Figura 8 – Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico (Fonte:
DNER - ME 138/94) .................................................................................................. 30
Figura 9 - Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico (Fonte:
DNER - ME 138/94) .................................................................................................. 30
Figura 10 - Valores típicos de MR, RT e da relação MR/RT (Bernucci et al., 2008) . 32
Figura 11 – Mapa de localização de trecho da BR-392/RS ....................................... 34
Figura 12 – Seção transversal tipo do pavimento (Projeto de CREMA 1ª etapa) ...... 34
Figura 13 – Dados do projeto de restauração ........................................................... 35
Figura 14 – Sonda Figura 15 - Realização de sondagem .................................... 36
Figura 16 - Montagem do equipamento para ensaio ................................................. 38
Figura 17 - Equipamento pronto para realização do ensaio ...................................... 38
Figura 18 - Resultados obtidos .................................................................................. 39
Figura 19 - Ensaio de Resistência à tração ............................................................... 40
Figura 20 - Régua utilizada ....................................................................................... 41
Figura 21 - Controle do deslocamento do caminhão ................................................. 42
Figura 22 - Realização de Ensaio com a Viga Benkelman ........................................ 42
Figura 23 - Termômetro para verificação da temperatura ......................................... 43
Figura 24 - Interface do software BAKFAA ............................................................... 45
Figura 25 - Bacia real x Bacia retroanalisada (324+000) .......................................... 49
Figura 26 - Bacia real x Bacia retroanalisada (326+100) .......................................... 49
Figura 27 - Bacia real x Bacia retroanalisada (327+500) .......................................... 49
Figura 28- Bacia real x Bacia retroanalisada (331+100) ........................................... 50
Figura 29- Bacia real x Bacia retroanalisada (332+150) ........................................... 50
Figura 30 - Bacia real x Bacia retroanalisada (315+160) .......................................... 51
Figura 31 - Bacia real x Bacia retroanalisada (316+300) .......................................... 51
Figura 32 - Bacia real x Bacia retroanalisada (327+100) .......................................... 52
Figura 33 - Bacia real x Bacia retroanalisada (328+500) .......................................... 52
Figura 34- Bacia real x Bacia retroanalisada (348+600) ........................................... 53
Figura 35 – Disersão dos valores de MR .................................................................. 54
Figura 36 – Resultado dos ensaios de resistência à tração ...................................... 55
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 10
1.1 Objetivos ...................................................................................................... 11
1.1.1 Objetivo geral......................................................................................... 11
1.1.2 Objetivos específicos ............................................................................. 11
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................... 12
2.1 Estrutura dos Pavimentos ............................................................................ 12
2.2 Avaliação dos Pavimentos ........................................................................... 12
2.2.1 Método Destrutivo .................................................................................. 13
2.2.2 Método Semi-Destrutivo ........................................................................ 13
2.2.3 Método Não-Destrutivo .......................................................................... 14
2.2.4 Equipamentos de Avaliação Estrutural Não-Destrutiva ......................... 14
2.2.5 Viga Benkelman ..................................................................................... 16
2.2.6 Falling Weight Deflectometer (FWD) ..................................................... 18
2.2.7 Correlações entre a viga Benkelman e o FWD ...................................... 20
2.2.8 Módulo de Resiliência ............................................................................ 20
2.2.8.1 Ensaio dinâmico e compressão diametral a cargas repetidas ........ 22
2.2.8.2 Retroanálise .................................................................................... 23
2.2.9 Resistência à Tração ............................................................................. 29
2.2.10 Vida de Fadiga....................................................................................... 31
3. METODOLOGIA DA PESQUISA ................................................................. 33
3.1 Planejamento ............................................................................................... 33
3.1.1 Pesquisa ................................................................................................ 33
3.1.2 Definição e caracterização do local do estudo ...................................... 33
3.1.3 Sondagens para extração das amostras em campo .............................. 35
3.1.4 Realização dos ensaios laboratoriais .................................................... 36
3.1.4.1 Ensaio de Módulo de Resiliência .................................................... 36
3.1.4.2 Ensaio de Resistência à Tração ...................................................... 39
3.1.5 Realização dos ensaios de campo ........................................................ 40
3.1.6 Retroanálise........................................................................................... 43
4. RESULTADOS ............................................................................................. 47
5. CONCLUSÃO .............................................................................................. 57
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................. 58
10
1. INTRODUÇÃO
O transporte de bens e pessoas é um ponto crucial para desenvolvimento de
uma nação, no entanto é necessário que se tenha uma boa logística de transporte
para possibilitar o crescimento comercial e assim atender às necessidades de
mercado. Atualmente no Brasil, são utilizados diversos modais, com destaque para o
modal rodoviário, que possui maior demanda. No entanto o cenário brasileiro é
desanimador, pois a falta de investimentos no setor rodoviário acaba por desgastar e
saturar as vias existentes precocemente, os produtos produzidos no Brasil que
necessitam das rodovias perdem significativa competitividade no mercado externo e
interno devido a esses entraves que geram um aumento nos custos de operação.
Apesar da malha rodoviária brasileira ser largamente utilizada, o país ainda
precisa de muito investimento na área, a grande maioria das estradas ainda não são
pavimentadas e grande parte das que já possuem pavimento necessitam de
intervenções a fim de melhorar as condições de trafegabilidade para o usuário.
Segundo Bernucci et al. (2008) estima-se que o país gaste entre um e dois bilhões
de reais por ano com a manutenção de rodovias federais, no entanto estudos
apontam que seriam necessários investimentos da ordem de 10 milhões ao ano para
a total recuperação das vias, ou seja, há muito pouco investimento na área, o que
consequentemente gera falta de manutenção e defasagem.
Os pavimentos são estruturas compostas por diversas camadas que
trabalham solidariamente, podendo ser rígidos, revestidos de placas de cimento
Portland, ou flexíveis, aqueles que possuem revestimento com material betuminoso.
A camada final, chamada de revestimento, está destinada a receber diretamente a
carga dos veículos e suportar as intempéries, portanto devem resistir aos esforços
gerados pelo contato pneu-pavimento além de necessariamente ser o mais
impermeável possível.
Dentre os vários tipos de pavimentos revestidos, os mais nobres possuem
revestimento de concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ), que pode ser
definido como o resultado da usinagem da mistura a quente de agregado mineral
graduado, material de enchimento (filler) e material betuminoso, espalhado e
compactado a quente. O CBUQ há muito tempo vem sendo utilizado na
11
pavimentação de estradas, e com o decorrer do uso apresenta a necessidade de
restauração. Essas intervenções por sua vez devem levar em conta os problemas
ocasionados pela deterioração, e para isso deve-se lançar mão de recursos técnicos
para a realização da correta avaliação estrutural do pavimento.
Ainda quanto à análise dos pavimentos rodoviários, vários parâmetros devem
ser analisados para a concepção de projetos de restauração e recuperação da via,
como por exemplo, o módulo de resiliência. O módulo de resiliência das misturas
asfálticas é considerado um parâmetro de extrema importância devido ao fato de
que ele varia com o decorrer do tempo devido ao envelhecimento do ligante
asfáltico, o que acarreta em enrijecimento do ligante e consequente aumento da
rigidez do revestimento, que passa a ser menos flexível.
O presente trabalho terá por objetivo estudar o módulo de resiliência da
camada mais superficial de CBUQ de alguns trechos da BR-392/RS. Para isso serão
realizados ensaios de laboratório e de campo.
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo geral
Analisar e comparar os resultados obtidos através dos dois diferentes meios de
determinação do módulo de resiliência.
1.1.2 Objetivos específicos
Determinar o módulo de resiliência por meio de ensaios de laboratório;
Determinar a resistência à tração por meio de ensaios laboratoriais;
Realizar ensaios deflectométricos com a utilização da viga Benkelman;
Realizar a retroanálise a partir da bacia de deflexões obtidas em campo;
12
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Estrutura dos Pavimentos
Um pavimento é uma estrutura composta de camadas superpostas que
trabalham solidariamente, assentadas sobre a camada final de terraplanagem e que
se encontra acima do terreno natural, o qual é definido como subleito.
O pavimento é empregado com o intuito de oferecer aos usuários melhores
condições de segurança e trafegabilidade, para tanto é necessário que as camadas
que o compõem resistam às solicitações oriundas das tensões verticais geradas
pelo trafego e também aos esforços horizontais, a fim de adiar ao máximo os
processos de desgastes, trincamento ou deformação, problemas típicos da fase de
fadiga do pavimento (DAROUS et al., 2003).
A condição estrutural do pavimento indica por quanto tempo este ainda
manterá um nível adequado de condição funcional ou serventia. A condição de um
pavimento representa o nível de degradação resultante do processo de deterioração
(DNER,1998).
2.2 Avaliação dos Pavimentos
Segundo Cardoso (1995), a avaliação estrutura de um pavimento é função de
dois fatores, sendo um deles a experiência do avaliador que aumenta a cada
trabalho e o outro são os métodos a serem empregados na avaliação.
A tomada de decisões viáveis, confiáveis e econômicas depende de uma
avaliação fundamentada em conceitos bem aplicados, sendo possível assim a
previsão do comportamento da estrutura do pavimento quando sob a ação do
tráfego. Neste contexto, torna-se de extrema importância a presença de um
profissional qualificado no processo de avaliação estrutural de um pavimento (PITTA
e BALBO, 1998).
A avaliação estrutural de um pavimento pode ser feita de três maneiras,
utilizando métodos destrutivos, semidestrutivos ou não-destrutivos.
13
2.2.1 Método Destrutivo
De acordo com Bernucci et al. (2008), é um método destrutivo aquele que
investiga a condição estrutural de cada camada que compõe o pavimento por
abertura de trincheiras ou poços de sondagem, possibilitando a coleta de amostras
de cada material até o subleito do pavimento, e a realização de ensaios de
capacidade de carga in situ. Devido a própria natureza destrutiva, esse tipo de
método só pode ser empregado em alguns poucos pontos selecionados como
representativos de cada segmento a ser avaliado.
Segundo Vilella e Marcon (2001), além da amostragem dos materiais que
constituem o pavimento, são verificadas nos furos de sondagem algumas outras
características como:
a) Espessura das camadas;
b) Condições dos materiais;
c) Eventuais deformações das camadas;
d) Condições de umidade.
Além da desvantagem já citada anteriormente este tipo de avaliação
apresenta outros problemas, como o fato de demandar muito tempo e necessitar
interromper o tráfego no local durante o processo.
2.2.2 Método Semi-Destrutivo
Um método semidestrutivo é aquele que se vale de aberturas menores de
janelas no pavimento que permitam utilizar um instrumento portátil de pequenas
dimensões para avaliar a capacidade de carga de um pavimento, tal como o uso de
cones dinâmicos de penetração – DCP (TRICHÊS e CARDOSO, 2001; TRICHÊS et
al.,2004). O DCP tem por objetivo caracterizar e medir a capacidade de suporte do
solo in situ, em camadas compactadas ou em seu estado natural. Através desse
ensaio é o obtido o índice de cone (Ic), que permite a avaliação da capacidade de
14
suporte de um terreno quando utilizados diagramas convenientes e também a
determinação do CBR desse solo por intermédio do uso de correlações.
2.2.3 Método Não-Destrutivo
Segundo Bernucci et al. (2008), a avaliação mais adequada para ser feita em
grandes extensões de pistas com possibilidade de inúmeras repetições no mesmo
ponto, de forma a acompanhar a variação da capacidade de carga com o tempo, é a
que utiliza métodos não-destrutivos.
Segundo Cardoso (1995) a avaliação não-destrutiva consiste no registro da
superfície e na realização de provas de cargas, onde são medidos os parâmetros de
resposta da estrutura às cargas de roda em movimento, atuando dentro do regime
elástico de deformação do pavimento, ou seja, o regime em que as deformações
recuperáveis retornam ao estado inicial assim que cessa a aplicação de carga. O
deslocamento vertical da superfície é o parâmetro de resposta cuja medida é mais
simples e confiável, em comparação com tensões e deformações, razão pela qual,
quase a totalidade de equipamentos para ensaios não destrutivos é composta de
equipamentos do tipo medidores de deflexão. Conforme o DNER-ME 061/94,
quando se mede o deslocamento elástico em vários pontos a partir da carga tem-se
a denominada bacia de deflexão ou linha de influência da carga sobre um ponto do
pavimento.
2.2.4 Equipamentos de Avaliação Estrutural Não-Destrutiva
A avaliação estrutural de pavimentos, geralmente, é feita através de ensaios
não-destrutivos, por oferecer maior rapidez, segurança e acurácia na obtenção dos
resultados (CARDOSO, 1995). Esses métodos de ensaios visam representar o
comportamento do pavimento quando submetido à carregamentos cíclicos.
Segudo Hass et. al. (1994), estes métodos são mais utilizados em relação às
técnicas destrutivas em função de seu baixo custo, da menor retenção do tráfego e
também por não danificar o pavimento.
15
Smith e Lytton (1985) propõe a divisão dos equipamentos de avaliação
estrutural não-destrutiva, utilizados para medir as bacias deflectométricas do
pavimento, em três classes:
I. Equipamentos de carregamento quase-estático, como por exemplo, o
ensaio de placa e viga Benkelman. Esse tipo de equipamento mede a
deflexão do pavimento devido ao carregamento de veículos que se
deslocam lentamente para que não ocorra influência de forças inerciais.
II. Equipamentos de carregamento dinâmico em regime permanente, que
aplica uma carga estática na superfície do pavimento, o caráter dinâmico
do ensaio é obtido a partir da indução de uma vibração harmônica
estável. A deflexão produzida pela força dinâmica é medida pela variação
da deflexão pico a pico comparada à variação da força dinâmica pico a
pico, evitando assim que a alteração do estado de tensões provocada
pela pré-carga estática modifique a resposta do pavimento ao
carregamento dinâmico. O Dynaflect é o exemplo mais conhecido dessa
categoria de equipamentos.
III. Equipamentos que medem a deflexão do pavimento a partir de
carregamentos por impulso, chamados de falling weight deflectometer
(FWD).
Há bastante diferença entre os valores numéricos obtidos utilizando cada um
desses tipos de equipamentos, que podem ser utilizados para embasar
levantamentos da condição de pavimentos, para analises de rotina ou para projeto
de reabilitação. Todos os equipamentos devem ser constantemente calibrados por
processos específicos e seguem rotinas de aplicação determinada pelo tipo de
carregamento (ASTM D 4696).
Os equipamentos para medição de deflexão, chamados defletômetros, mais
utilizados no Brasil são a viga Benkelman e o FWD. Com esses equipamentos são
medidos os seguintes parâmetros:
a) Deflexão máxima: deslocamento sob o centro da carga (FWD) ou sob o
centro das rodas duplas de um eixo simples (viga Benkelman), sendo a
deflexão normalmente expressa em 10−2mm (𝑑𝑜).
16
b) Raio de curvatura: círculo ou arco de parábola que passa por dois pontos da
deformada (viga Benkleman), normalmente sob a carga e a 25cm do centro
da mesma (𝑑0 e 𝑑25).
c) Deformada, bacia de deformação ou bacia deflectométrica: medidas dos
deslocamentos elásticos ou recuperáveis em vários pontos a partir do centro
do carregamento 𝑑𝑜 , 𝑑25, 𝑑50 etc.).
2.2.5 Viga Benkelman
A viga Benkelman é um equipamento simples e barato usado nas medidas de
deflexões. Foi desenvolvida na década de 1950, na AASHO Road Test, por A.C.
Benkelman, e tem sido usada extensivamente desde então por órgãos rodoviários
para trabalhos de pesquisa, avaliação e projeto de reforço de pavimentos em todo
mundo (HASS et. al., 1994). A Figura 1 mostra o equipamento em operação.
Figura 1 – Viga Benkelman (Bernucci, 2008)
O ensaio para determinação das bacias deflectométricas a partir da viga
Benkelman necessita de um caminhão com eixo simples de roda dupla carregado
com 8,2 t, para aplicar a carga sob a qual será medida a deformação elástica. A
seguir as figuras 2 e 3 mostram o esquema da viga Benkelman.
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Figura 2 – Esquema Viga Benkelman (DNER ME 024-94)
Deve-se posicionar a ponta de prova da viga Benkelman entre os pneus da
roda geminada do caminhão, colocando exatamente sob o seu eixo como mostra a
Figura 3, assim é feita a leitura inicial (𝐿0).
Figura 3 – Esquema Viga Benkelman (DNER ME 024-94)
Depois de realizada a leitura inicial (𝐿0) desloca-se o caminhão em distâncias
preestabelecidas a fim de obter-se a deflexão em vários pontos, possibilitando o
delineamento da bacia deflectométrica.
18
A deflexão (𝐷0) na ponta de prova é obtida através da expressão:
𝐷0 = [ 𝐿0 − 𝐿𝑓 . 𝑎/𝑏]
Sendo:
𝐷0 = Deflexão real (em centésimos de milímetros);
𝐿0 = Leitura inicial (em centésimos de milímetros);
𝐿𝑓= Leitura final (em centésimos de milímetros);
𝑎 = Dimensão da viga (da ponta de prova à articulação, ver figura 2);
𝑏 = Dimensão da viga (da articulação ao extensômetro, ver figura 2).
Segundo Rocha Filho e Rodrigues (1996), alguns comentários devem ser feitos
em relação à avaliação estrutural feita com a viga Benkelman:
a) Apresentam elevada dispersão nas deflexões medidas;
b) A dispersão aumenta quanto mais distante do ponto de aplicação da carga a
medição for feita;
c) A dispersão das leituras é um pouco menor quando realizadas com o
caminhão parando em cada ponto;
d) A precisão dos resultados é função de vários fatores como: habilidade do
motorista, condições mecânicas do veículo (embreagem e freios),
experiência, habilidade e coordenação da equipe responsável pelas leituras.
2.2.6 Falling Weight Deflectometer (FWD)
O FWD, segundo Macedo et al. (1996) é um equipamento projetado para
simular no pavimento o efeito produzido por uma carga de um semi eixo em
movimento. Basicamente, a simulação da carga aplicada por um veículo trafegando
sobre o pavimento é realizada pela queda de um conjunto de massas, a partir de
uma altura com diferentes configurações possíveis (de altura e massas), podendo
simular diferentes tipos de eixos.
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Figura 4 - FWD Dynatest (Bernucci, 2008)
Ainda conforme Macedo et al. (1996), a carga aplicada é medida através de
uma célula de carga e tem duração de 25 a 33 milissegundos, tempo
correspondente ao da passagem de um veículo com velocidade de 60 a 80 km/h. O
funcionamento do FWD consiste na aplicação de pulsos de carga no pavimento que
em forma de ondas, que se propagam no interior da estrutura a velocidades finitas e
são registradas em diferentes instantes por sete sensores, dispostos um no centro
da placa e outros em distâncias pré-definidas, ao longo de uma barra metálica de
4,5 metros de comprimento, com o uso de diferentes composições de massa e
alturas de queda ajustáveis, de forma a simular os efeitos de diversos eixos
rodoviários ou de eixos aeroportuários.
O veículo de teste do FWD conta com um computador que, além da distância
percorrida mensurada por um odômetro de precisão, simultaneamente armazena as
deflexões medidas, temperatura da superfície do revestimento, temperatura do ar,
altura de queda, massa e rigidez do pavimento. (Cardoso, 1995).
De acordo com Pereira et al. (2007) na comparação entre o FWD e os
equipamentos estáticos e vibratórios, a força transitória de impulso criada pelo FWD
nos pavimentos é mais próxima das situações reais de cargas móveis.
20
2.2.7 Correlações entre a viga Benkelman e o FWD
Bernucci et al. (2008) ressalta que embora a viga Benkelman e o FWD sejam
defletômetros preparados para medir os deslocamentos elásticos, as deflexões
obtidas por eles não são iguais, nem mesmo existe uma correlação simples e
universal entre elas. Em cada tipo de pavimento pode-se obter certa correlação
entre esses valores, porém não generalizável.
De acordo com Campos et al. (1995), podem-se diferenciar as deflexões
máximas obtidas com a viga Benkelman e com o FWD devido aos seguintes fatores:
a) Apresentam diferentes configurações quanto à geometria e aplicação do
carregamento, ao passo que o carregamento da viga Benkelman é quase-
estático, no FWD a aplicação do carregamento é de impacto, transmitindo um
pulso de carga parecido com o de um veículo a cerca de 70km/h;
b) A viga Benkelman possui um sistema de medição com maior grau de
dispersão, dependendo inclusive da habilidade do operador.
Na comparação entre os dois defletômetros pode-se citar como desvantagem
do FWD: o maior custo do equipamento e a necessidade de mão de obra mais
especializada para calibração.
2.2.8 Módulo de Resiliência
Bernucci et al. (2008) comenta que o comportamento resiliente dos matérias
foram iniciados na década de 1930 com Francia Hveem, que foi o primeiro
pesquisador a relacionar a resiliência (deformações recuperáveis) com as fissuras
que se apresentavam nos pavimentos asfálticos. Foi Hveem também quem adotou o
termo “resiliência”, que é definido classicamente como “energia armazenada num
corpo deformado elasticamente, a qual é devolvida quando cessam as tensões
causadoras das deformações”.
O módulo de resiliência (MR) é similar ao módulo de elasticidade, pois ambos
são definidos como a relação entre tensão e deformação. Segundo Barksdale et al.
21
(1997), a diferença é que o módulo de resiliência é determinado em ensaio de carga
repetida. Na realização dos ensaios, valores máximos das tensões e das
deformações recuperáveis são utilizados para calcular a constante elástica resiliente
mesmo que a tensão de pico ou deformação recuperável não ocorra
simultaneamente em um teste dinâmico deste tipo. A resposta resiliente obtida dá
um resultado satisfatório em cálculos de tensão e deformação, apesar de
negligenciar os efeitos da perda de energia.
O MR de misturas asfálticas varia com o tipo de mistura, a faixa
granulométrica, as propriedades volumétricas, o tipo de compactação, o tipo de
ligante, entre outros fatores, porém conforme Marques (2004) é possível dosar uma
mistura asfáltica para obter-se o MR requerido em projeto.
Valores de MR da ordem de 2000 MPa a 8000 MPa são considerados típicos,
segundo Bernucci et al. (2008), sendo os menores valores correspondentes a
misturas asfáticas modificadas com polímero e os maiores a misturas com
consistência mais dura.
É valido ressaltar que o módulo de resiliência de materiais como o concreto
asfáltico varia com o passar do tempo. O envelhecimento e oxidação do ligante
asfáltico causam enrijecimento e consequente aumento da rigidez dos
revestimentos.
Dentre os métodos mais utilizados para a determinação do MR de misturas
asfálticas, os mais utilizados são:
Ensaio de tração uniaxial
Ensaio de compressão uniaxial
Ensaio de flexão em viga
Ensaio de tração diametral indireta
Ensaio de compressão triaxial
Ensaio de compressão diametral
Retroanálise
22
2.2.8.1 Ensaio dinâmico e compressão diametral a cargas repetidas
Um dos meios mais utilizados para determinar o módulo de resiliência (MR)
para misturas asfálticas é através de ensaios dinâmicos de compressão diametral a
cargas repetidas por tração indireta. O MR foi obtido através da relação entre a
tensão de tração normal ao plano vertical diametral e a respectiva deformação
específica neste plano.
Para iniciar a realização do ensaio de módulo de resiliência é necessário
seguir as seguintes orientações para montagem do conjunto:
Posicionar o corpo de prova no interior do suporte para fixação dos
transdutores (LVDTs);
Colocar o corpo de prova na base da estrutura de suporte, entre os dois
cabeçotes curvos;
Ajustar e fixar os LVDTs de maneira a se obter registro no oscilógrafo.
Após a montagem do conjunto deve-se iniciar a aplicação de carga, que
consiste em:
Fase do condicionamento do corpo-de-prova: aplicar 200 vezes uma carga
vertical repetida (F) diametralmente no corpo-de-prova, de modo a se obter uma
tensão de tração (𝑠𝑡) menor ou igual a 30% da resistência à tração determinada no
ensaio de compressão diametral estático. Recomenda-se a aplicação da menor
carga (F), capaz de fornecer um registro mensurável no oscilógrafo. A freqüência de
aplicação da carga (F) é de 60 ciclos por minuto e duração de 0,10 segundos.
Registro das deformações no oscilógrafo: após o procedimento anterior,
registrar, no oscilógrafo, a deformação resiliente para 300, 400 e 500 aplicações da
carga F.
Através dos valores obtidos, são calculados os módulos de resiliência
utilizando a expressão:
𝑀𝑅𝑒 = 𝐹
∆𝐻 . (0,9976. 𝜇 − 0,2692)
23
Sendo:
𝑀𝑅𝑒 = módulo de resiliência, kgf/cm²;
F = carga vertical repetida aplicada diametralmente no corpo-de-prova, em kgf;
H= altura do corpo-de-prova, em cm;
𝜇 = coeficiente de Poisson.
Bernucci et al.(2008) lembra que atualmente já existem equipamentos, como
o apresentado na Figura 5, que dispõe de sistema eletrônico de obtenção de dados
que faz a conversão da leitura realizada pelos LVTDs em valores digitais e transfere-
as para um microcomputador onde é feita a visualização dos resultados.
Figura 5 - Exemplos de equipamento para ensaio de compressão diametral de carga repetida (Bernucci et al.,2008)
2.2.8.2 Retroanálise
A retroanálise é o método que possibilita inferir o módulo de resiliência de
cada camada individualmente, utilizando a interpretação da bacia de deflexões.
Segundo Bernucci et al. (2008) é necessário ter conhecimento da rigidez das
camadas que constituem o pavimento e também do subleito para um correto
dimensionamento de reforço, por exemplo. Como grande parte dos pavimentos em
uso atualmente foram dimensionados pelo método CBR, apesar de serem
conhecidas as características da época de projeto, como por exemplo, o módulo de
24
resiliência, esses parâmetros tendem a se modificar com o decorrer do ao uso,
mudança do clima e a passagem do tempo.
Conforme Bernucci et al. (2008) a solução para esses problemas poderia ser
realizar avaliações destrutivas do pavimento, ou seja, abrir janelas de sondagem
para assim determinar, em laboratório, os parâmetros desejados. Porém devido ao
tempo que essa intervenção leva, houve a necessidade de aderir a outros métodos
de avaliação desses parâmetros.
Segundo Medina (1997) com o surgimento de programas computacionais, o
dimensionamento passou a ser baseado na teoria da elasticidade, onde o módulo de
resiliência e o coeficiente de Poisson são os principais parâmetros necessários ao
calculo.
O módulo de resiliência, parâmetro que define a relação entre as tensões e as
deformações nas camadas do pavimento, pode ser determinado tanto em
laboratório, a partir do ensaio triaxial dinâmico (solos) e do ensaio de compressão
diametral (misturas asfálticas), como analiticamente, através dos módulos de
resiliência obtidos a partir das bacias deflectométricas medidas na superfície do
pavimento.
De acordo com a norma do DNER ME-024-94 os dados necessários para a
elaboração da retroanálise são: a espessura de cada camada do pavimento, a
configuração do carregamento; a bacia deflectométrica; a seção-tipo do pavimento;
os coeficientes de Poisson e faixas de valores modulares para cada camada da
estrutura.
A Figura 6 apresenta os elementos necessários para entender o conceito do
método de retroanálise de pavimentos. Sabendo-se o valor da carga externa
aplicada para a qual se obteve a bacia deflectométrica e, conhecendo as
características básicas dos materiais empregados em cada camada e suas
espessuras, é possível inferir, a partir das deflexões obtidas, os módulos de
resiliência (Bernucci et al.,2008).
25
Figura 6 – Bacia de deflexão com a utilização de aparelho FWD (Bernucci et al.,2008)
Segundo Bernucci et al. (2008) ainda é possível realizar a retroanálise
utilizando dados obtidos com aparelhos mais modernos de medida dos
deslocamentos elásticos de um pavimento, como por exemplo, o FWD.
Bernucci et al. (2008) cita que em relação aos métodos de avaliação
estrutural e projeto de reforço de pavimentos flexíveis adotados pelo DNER
(PRO-10/79 – procedimento A, PRO-11/79 – procedimento B, PRO-159/85 e PRO-
269/94), a retroanálise dos módulos de resiliência de um pavimento apresenta as
seguintes vantagens:
a) Possibilidade de obtenção dos módulos nas condições de campo;
b) Diminui o número de sondagens para determinação das espessuras e
coletas de amostras para determinação dos parâmetros desejados,
que são de difícil reprodução em laboratório, além de serem onerosas,
perigosas e demoradas;
c) Os ensaios não-destrutivos são mais rápidos e menos onerosos
quando comparados com os ensaios destrutivos.
d) Possibilita o uso pleno da bacia de deflexão, não só a deflexão máxima
(𝑑𝑜) como nas técnicas de avaliação estrutural preconizadas pelo
DNER.
26
Os métodos tradicionais caracterizam a estrutura de um pavimento a partir
dos valores individuais de deflexão máxima, considerando-os isoladamente. A
deflexão máxima permite a determinação dos locais onde o pavimento apresenta
variações nas deformações verticais reversíveis quando do carregamento imposto
pelo tráfego. No entanto, um mesmo valor de deflexão reversível máxima pode
representar inúmeros níveis de qualidade estrutural, tanto mais concentrada como
mais crítica a bacia, dependendo inclusive do tipo de estrutura, como representa a
Figura 7.
Apesar das inúmeras vantagens oferecidas pela utilização da retroanálise na
determinação dos módulos de resiliência de um pavimento, Bernucci et al. (2008)
apresenta algumas desvantagens do emprego do método, tais como:
a) A sensibilidade do cálculo dos valores dos módulos de elasticidade aos
valores das bacias deflectométricas que possuem imprecisão inerente aos
levantamentos de campo;
Figura 7 – Bacias deflectométricas diferentes podem indicar podem indicar diferentes capacidades de carga para uma mesma deflexão máxima (Bernucci et al., 2008)
27
b) A confiabilidade dos instrumentos e dos procedimentos operacionais de
medição que deve ser constantemente verificadas;
c) Os módulos de resiliência retroanalisados não representam necessariamente
os módulos reais dos materiais empregados em cada camada e sim “módulos
equivalentes”;
d) O conjunto de módulos retroanalisados não é único, depende do programa
utilizado para obtê-los, das hipóteses simplificadoras, dos níveis de ajustes
atingidos etc.
Podem-se dividir os métodos de retroanálise em: iterativos e simplificados.
I. Método Iterativo
Os métodos iterativos de retroanálise objetivam a obtenção dos módulos de
resiliência de todas as camadas do sistema pavimento-subleito, sejam elas quantas
forem, e a partir dos módulos obtidos, das espessuras de cada camada e das cargas
atuantes, pode-se então calcular os deslocamentos, tensões e deformações do
sistema pavimento-subleito.
As metodologias de cálculos mais utilizados pelos métodos iterativos têm por
base a teoria das multicamadas elásticas e o método dos elementos finitos, outro
método que pode ser utilizado é o das camadas finitas.
A utilização do método dos elementos finitos apresenta maior acurácia, porém
demanda mais tempo devido ao seu processamento lento. Lytton (1989) (apud
Albernaz, 1997) afirma que apenas esse método de retroanálise pode levar em
conta, nos cálculos, a susceptibilidade de certos materiais ao estado de tensões e
deformações.
Os métodos iterativos de retroanálise podem ser divididos em 3 grupo:
Métodos que calculam os parâmetros elásticos de estruturas teóricas durante
o processamento, nesse caso a bacia deflectométrica calculada é comparada
28
com a bacia obtida em campo. A comparação entre as bacias é feita
iterativamente, até que a semelhança entre elas esteja dentro de um critério
de aceitação pré-estabelecido. A partir disso, os módulos da estrutura teórica
que geraram a bacia calculada são associados ao pavimento real em análise.
Métodos que utilizam banco de dados de parâmetros elásticos de estruturas
teóricas calculadas anteriormente. Este método é semelhante ao anterior, a
diferença consiste no fato de que este compara a bacia medida em campo
com bacias teóricas previamente determinadas e armazenadas no banco de
dados, juntamente com os parâmetros elásticos das estruturas que lhe são
correspondentes.
Métodos que utilizam equações de regressão estatística para o cálculo das
deflexões teóricas em pontos pré-estabelecidos, esses métodos são
extremamente raros.
Os métodos iterativos são sensíveis a alguns parâmetros, como por exemplo,
as espessuras das camadas, caso seja adotada uma espessura menor que a
espessura real, poderá resultar em um módulo retroanalisado significativamente
maior que o módulo correto da camada, para compensar o valor da rigidez
equivalente, que é função do MR e da espessura da camada. O inverso também é
possível caso a espessura adotada for maior que a real.
II. Métodos Simplificados
Os métodos simplificados de retroanálise são muito úteis em analises
preliminares e elaboração de anteprojetos. Possuem a qualidade de serem mais
rápidos devido ao fato de serem mais simples, porém com isso perdem em acurácia.
Esses métodos se baseiam na estimativa dos módulos do sistema pavimento-
subleito feita através da aplicação direta de tabelas, gráficos, equações e outros
meios homogêneos , isotrópicos e linearmente elásticos. Na prática, esses métodos
transformam a estrutura real em estruturas equivalentes simplificadas.
29
2.2.9 Resistência à Tração
A resistência à tração (RT) vem se mostrando um importante parâmetro para
caracterização de misturas asfálticas. Devido a dificuldade em se obter a resistência
à tração de maneira direta, diversos métodos têm sidos desenvolvidos a fim de se
determinar a RT de maneira indireta. (CARNEIRO, 1943; HAWKES e MELLOR,
1970; ROBERTS, 1977; LAMA & VUTUKURI, 1978 apud BERNUCCI, 2008).
Visando determinar indiretamente a resistência à tração, o professor Lobo
Carneiro desenvolveu o ensaio de compressão diametral para concreto de cimento
Portand. Esse ensaio se vale da aplicação de duas forças centradas e
diametralmente opostas de compressão em um cilindro, que resultam em tensões de
tração uniformes perpendiculares ao diâmetro.
O ensaio de Carneiro tornou-se popular devido à sua praticidade e rapidez,
entre outras vantagens. Desde 1972 este ensaio vem sendo adotado também para a
determinação da resistência à tração de misturas asfálticas, porém com a aplicação
das forças através de frisos de carga no corpo-de-prova cilíndrico Marshall
convencional, devido ao fato de estes apresentarem superfície lateral irregular e
serem bem mais deformáveis.
O ensaio segue a especificação da norma ABNT NBR 15087/2004,
conforme apresentado abaixo:
Medir a altura (H) do corpo-de-prova utilizando paquímetro. Adotar
como altura o valor da média aritmética de quatro leituras realizadas
em posições equidistantes;
Medir o diâmetro (D) utilizando o paquímetro. Adotar como diâmetro o
valor da média aritmética de três leituras realizadas em posições
paralelas;
Colocar o corpo-de-prova em estufa de modo a se obter a temperatura
específica de 25ºC ± 0,1ºC.
30
Após esse período é colocado o corpo-de-prova com sua superfície cilíndrica
entre dois frisos metálicos, curvos em uma das faces, com comprimento igual ao da
amostra, conforme ilustra a Figura 8 e Figura 9. Ajustar os pratos da prensa até que
seja obtida uma leve compressão, capaz de manter a posição do corpo-de-prova.
Figura 8 – Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico (Fonte: DNER - ME 138/94)
Figura 9 - Ensaio de compressão diametral de corpo-de-prova cilíndrico (Fonte: DNER - ME 138/94)
Aplicar a carga progressivamente, com velocidade de deformação de 0,8
±0,1mm/s, até que ocorra a ruptura, por separação das duas metades do
corpo-de-prova, segundo o plano diametral vertical;
Com o valor obtido é calculada a resistência à tração, através da expressão:
31
𝜎𝑅 =2. 𝐹
𝜋. 𝐷. 𝐻
Onde:
σR = resistência a tração, em kgf/cm²;
F = carga de ruptura, em kgf;
D = diâmetro de corpo-de-prova, em cm;
H = altura do corpo-de-prova, em cm.
Bernucci et al. (2008) comenta que são considerados típicos valores de RT da
ordem de 0,5MPa a 2,0Mpa para misturas recém moldadas ou logo após a
construção em pista.
2.2.10 Vida de Fadiga
A razão entre MR e RT vem sendo utilizada como indicador da vida de
fadiga das misturas asfálticas segundo Bernucci et al. (2008), uma vez que a relação
agrega informações da resistência e da rigidez. O valor dessa razão é melhor quanto
menor for, pois se busca baixa rigidez para retardar o processo de trincamento do
revestimento, e uma alta resistência à tração, pois em geral uma maior resistência à
ruptura também indica uma maior resistência à fadiga.
A Figura 10 mostra valores de módulo de resiliência e resistência a tração a
25ºC típicos de misturas asfálticas, também apresenta os valores da relação entre
esses dois parâmetros.
32
Figura 10 - Valores típicos de MR, RT e da relação MR/RT (Bernucci et al., 2008)
33
3. METODOLOGIA DA PESQUISA
3.1 Planejamento
3.1.1 Pesquisa
Realizou-se pesquisa no assunto em diversas referências bibliográficas, para
embasar o estudo do trabalho.
3.1.2 Definição e caracterização do local do estudo
O estudo foi realizado na BR-392/RS, a rodovia tem seu quilometro inicial em
Rio Grande-RS e final em Porto Xavier-RS, na fronteira com a Argentina, porém o
foco deste trabalho foi o trecho compreendido entre os km 273+800 e 352+780, ou
seja, trecho compreendido entre o trevo de interseção da BR-392 e BR-287 até o
entroncamento com a BR-290. Como pode ser observado na Figura 11. O subtrecho
escolhido como representativo e objeto central para analise no presente trabalho
tem início no km 315+160 e fim no km 348+600.
34
Figura 11 – Mapa de localização de trecho da BR-392/RS
A seção transversal tipo do pavimento existente é apresentada na figura 12,
ocorre apenas variação nas espessuras das camadas, variando no decorrer no
trecho.
Figura 12 – Seção transversal tipo do pavimento (Projeto de CREMA 1ª etapa)
35
No trecho estudado a rodovia encontrava-se em manutenção, sendo
executado o projeto de restauração do programa CREMA 1ª Etapa. Em todos as
intervenções foi utilizado CBUQ modificado com polímero e fresagem de no mínimo
5 cm da camada antiga. Foram executados no pavimento os serviços de reparos
localizados de acordo com as porcentagens necessárias, recapagem (fresagem
100%), ambos com 5 cm de fresagem, e microrrevestimento à frio.
A figura 13 apresenta parte do projeto de restauração, onde está indicada a
porcentagem de fresagem prevista por segmento homogêneo, os segmentos que
foram utilizados na pesquisa estão destacados na Figura 13.
Figura 13 – Dados do projeto de restauração
3.1.3 Sondagens para extração das amostras em campo
Com a utilização de sonda rotativa dotada de coroa diamantada com 0,10m
de diâmetro (Figura 14) foi realizada a extração de 10 corpos de prova de
segmentos representativos de trecho da BR-392, alterando o lado da pista. Os
corpos de prova (CP) obtidos foram medidos e cerrados, a fim de separar a camada
de CBUQ novo de camadas antigas. Inicialmente idealizou-se extrair CPs que
mostrassem toda a camada de CBUQ nova e a antiga, porém verificou-se que seria
impossível na maioria dos pontos de amostragem, pois a camada inferior
desmanchava-se durante a sondagem.
Os CPs foram submetidos aos ensaios de módulo de resiliência e resistência
à tração. A Figura 15 mostra como foi realizada a sondagem.
36
Figura 14 – Sonda Figura 15 - Realização de sondagem
3.1.4 Realização dos ensaios laboratoriais
Com os corpos de prova extraídos de campo, estes foram serrados na
espessura da camada de CBUQ novo, e colocados em estufa com temperatura de
25ºC durante 24 horas para posteriormente serem realizados os ensaios de módulo
de resiliência e resistência à tração, respectivamente.
3.1.4.1 Ensaio de Módulo de Resiliência
Foi realizado o ensaio de módulo de resiliência (MR) nos 10 corpos de prova
retirados da pista. Como o objetivo do ensaio era determinar o módulo de resiliência
da camada mais nova de CBUQ, os CPs foram cerrados a fim de separar essa
camada das inferiores.
Neste trabalho o MR foi determinado utilizando ensaios dinâmicos de
compressão diametral a cargas repetidas por tração indireta e obtido pela relação
entre a tensão de tração normal ao plano vertical diametral e a respectiva
deformação especifica resiliente nesse plano.
37
Os procedimentos adotados para o ensaio, bem como a aparelhagem
utilizada, estão descritos abaixo:
I. Equipamentos utilizados
Sistema pneumático com controle automatizado dos carregamentos e
registro dos dados.
Sistema de medição de deformação (deslocamento diametral
horizontal) do CP
Sistema de controle e aquisição de dados
Sistema automático de controle de temperatura
II. Montagem do ensaio
Posicionar o CP no interior do suporte para fixação dos transdutores;
Colocar o CP na base do pórtico metálico, apoiado nos dois cabeçotes
curvos;
Fixar e ajustar os transdutores LVDTs;
Assentar o pistão de carga com o friso superior em contato com o CP
diametralmente oposto ao friso inferior.
Após o equipamento estar montado conforme mostra as Figura 16 e Figura
17, foram inseridos os dados de entrada requeridos pelo programa de computador,
como a espessura da camada e o diâmetro do CP.
38
Figura 16 - Montagem do equipamento para ensaio
Figura 17 - Equipamento pronto para realização do ensaio
Antes de iniciar o ensaio o pistão que exerce carga no CP aplica 15 pulsos
para estabilizar a carga atribuída para o ensaio, logo após são aplicados 5 pulsos de
10 Hz carga, para se chegar ao resultado final do ensaio. A Figura 18 mostra a
interface do programa ao exibir o resultado do ensaio.
39
Figura 18 - Resultados obtidos
3.1.4.2 Ensaio de Resistência à Tração
Para a realização do ensaio de resistência à tração foram utilizados os
utilizados 9 dos 10 corpos de prova obtidos em campo, pois uma das amostrar foi
rompida no ensaio de módulo de resiliência.
Execução do ensaio
Acomodou-se o corpo de prova diametralmente no friso metálico inferior e
montou-se o equipamento. Após isso, o equipamento foi ligado e a partir disso o
pistão começou a exercer tensão de tração no CP, essa tensão foi sendo
aumentada gradativamente até que romper o CP. A tensão que estava sendo
aplicada no momento em que o corpo de prova foi rompido é anotada, esse valor é o
indicador de quanto o CP resiste antes de romper.
O equipamento utilizado no ensaio é mostrado na Figura 19.
40
Figura 19 - Ensaio de Resistência à tração
3.1.5 Realização dos ensaios de campo
Realizou-se o ensaio com a viga Benkelman para a determinação das bacias
de deflexões. Para isso foi utilizado um caminhão com eixo simples de rodas duplas
calibrado com 80 psi de inflação dos pneus, e com peso de 8,2 t.
Foram feitas 10 bacias de deflexões, nos pontos onde anteriormente foram
extraídos os corpos de prova.
Para executar a passagem da viga, procedeu-se da seguinte maneira:
O caminhão foi manobrado de modo a ficar com o pneu traseiro o mais
próximo possível do ponto onde anteriormente tinha sido extraído o CP;
Foram medidos os valores de umidade do ar e verificada a temperatura
(Figura 23);
Foi utilizada uma régua para marcar os pontos onde o caminhão deveria
parar para a leitura da deflexão (Figura 20). A Figura 21 mostra como foi
41
utilizada a régua, também foi usado uma haste de metal acoplada ao
caminhão para marcar com maior precisão as medidas de distância;
As distâncias para medida da deflexão adotadas foram as seguintes: antes de
o caminhão entrar em movimento, após andar 20 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm,
90 cm, 120 cm, depois de marcada a deflexão a 120 cm o caminhão seguia
andando para ser pega medida final;
Os procedimentos anteriores foram repetidos nos 10 pontos em que foram
realizada a passagem da viga.
Figura 20 - Régua utilizada
42
Figura 21 - Controle do deslocamento do caminhão
A Figura 22 ilustra como se procedeu para a realização deste ensaio.
Figura 22 - Realização de Ensaio com a Viga Benkelman
43
Figura 23 - Termômetro para verificação da temperatura
3.1.6 Retroanálise
A partir da bacia deflectométrica obtida com os ensaios de campo e registrada
as espessuras das camadas do pavimento, foi realizada a retroanálise, para isso
utilizou-se o software BAKFAA.
As leituras realizadas no extensômetro durante o ensaio foram pré-
estabelecidas, sendo a leitura inicial com o caminhão ainda sem movimento, após a
20 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm, 90 cm, 120 cm e a leitura final feita com o caminhão se
deslocando. A partir dessas leituras utilizou-se a fórmula abaixo para a determinação
das deflexões:
𝐷 = ( 𝐿 − 𝐿𝑓 − 1) ∗ 𝐾
Sendo 𝑑 a deflexão no ponto, 𝐿 a leitura do extensômetro também no ponto,
𝐿𝑓 a leitura final da viga e 𝐾 a constante da viga, que para a viga utilizada é 1,9745.
44
Visto que os ensaios realizados nesse trabalho foram feitos com temperatura
controlada de 25ºC, foi necessário corrigir os valores de deflexões dados pela viga
Benkelman, a fim de posteriormente comparar resultados.
Para isso utilizou-se a seguinte fórmula de correção para a temperatura:
𝐷 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎 =𝑑
𝑒 ∗ 𝑡 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 − 25° + 1
Sendo 𝑒 a espessura de CBUQ mais nova partindo do principio de que quanto
mais interna a camada menor será a suscetibilidade térmica dela, consideramos que
a única camada que varia com a temperatura é a mais externa.
No software utilizado para a realização da retroanálise a entrada de dados da
bacia de deflexão é obtida através do equipamento FWD, que considera o
carregamento de um semi-eixo, no entanto nesta pesquisa utilizou-se a viga
Benkelman para a obtenção dos dados deflectométricos. Como a viga Benkelman
considera o carregamento de um eixo com 8,2 t e o FWD um semi-eixo, foi utilizado
como carregamento 4,1 t, ou seja, a metade do carregamento de um eixo.
A interface do programa BAKFAA é apresentada na Figura 24 e os dados de
entrada necessários são:
As espessuras das camadas, em todos os casos a estrutura era composto por
CBUQ novo, CBUQ antigo, base e sistema subleito;
O coeficiente de Poisson (utilizou-se 0,35 para matérias asfálticos, 0,40 para
materiais granulares e 0,45 para o sistema subleito);
As distâncias que foram adotadas para a leitura da viga;
A bacia obtida em campo;
O carregamento utilizado (4,1 t);
45
Figura 24 - Interface do software BAKFAA
O programa ainda pede para o usuário definir a condição de aderência de
uma camada a outra, foi considerada que todas as camadas estariam totalmente
aderidas.
Inicialmente inferem-se valores aleatórios para os módulos de resiliência, e
então o programa é executado. A partir disso, devem-se alterar os módulos das
camadas até que se chegue às deflexões iguais ou mais próximas possíveis das
observadas na viga Benkelman.
A Tabela 1 apresenta os limites aceitáveis de tolerância para valores de
deflexões retroanalisados.
Tabela 1 - Tolerância para valores retroanalisados
Deflexões 𝐷0 𝐷20 𝐷30 𝐷45 𝐷60 𝐷90 𝐷120
Tolerância (%) ±10 ±20 ±50
Deve-se considerar que bacias deflectométricas obtidas através da viga
Benkelman tendem a ter uma menor precisão nos resultados, portanto em alguns
casos pode ocorrer de alguns valores não se enquadrarem dentro das tolerâncias.
Então, quando o operador do programa, baseado na análise numérica e em sua
46
experiência julgar que a bacia teórica está o mais fidedigna possível da bacia de
campo, o ensaio é finalizado e são registrados os resultados finais.
47
4. RESULTADOS
A comparação da bacia de deflexão real, corrigida para a temperatura de
25ºC, com a inferida pela retroanalise é mostrada na Tabela 2.
Tabela 2 - Bacias deflectométricas
Pode-se observar uma leve tendência dos valores das bacias teóricas serem
maiores, 58,57% apresentam esse comportamento quando comparados com a bacia
de deflexões reais obtidas através da viga Benkleman.
Foi utilizado o critério de tolerância para os valores retroanalisados, o que
gerou a seguinte Tabela 3:
ESTACA TIPO
BACIA D0 D20 D30 D45 D60 D90 D120
315+160 CAMPO 46,280 40,490 30,850 25,070 11,570 9,640 5,780
RETRO 51,760 40,400 32,120 22,190 15,480 8,680 6,080
316+300 CAMPO 42,112 30,627 21,056 19,142 13,399 9,571 5,743
RETRO 41,360 30,360 23,770 17,300 13,340 8,890 6,520
324+000 CAMPO 46,642 33,038 25,264 17,491 13,604 9,717 7,774
RETRO 47,160 33,770 26,100 18,860 14,510 9,670 7,110
326+100 CAMPO 26,812 21,066 17,236 13,406 9,576 5,745 3,830
RETRO 29,420 22,090 17,490 12,730 9,760 6,460 4,740
327+100 CAMPO 31,983 22,576 15,051 11,288 7,525 3,763 1,881
RETRO 33,160 22,720 16,320 10,240 7,050 4,370 3,260
327+500 CAMPO 52,524 38,906 31,125 17,508 13,617 9,727 3,891
RETRO 55,160 39,420 29,190 18,790 12,950 7,860 5,820
328+500 CAMPO 66,680 51,439 34,293 19,052 17,146 11,431 5,715
RETRO 68,730 47,180 34,200 22,200 15,840 10,060 7,440
331+100 CAMPO 34,954 31,070 23,303 17,477 11,651 9,709 5,826
RETRO 38,240 28,730 22,680 16,370 12,400 8,030 5,840
332+150 CAMPO 75,733 56,314 46,605 33,012 25,244 13,593 7,768
RETRO 78,680 58,800 45,740 31,810 23,260 14,630 10,680
348+600 CAMPO 80,022 57,690 39,081 18,610 13,027 7,444 1,861
RETRO 76,810 54,190 40,580 26,230 17,240 8,870 6,120
48
Tabela 3 - Tolerância para valores retroanalisados
ESTACA Erro(%)
0cm Erro (%)
20cm Erro (%)
30cm Erro (%)
45cm Erro (%)
60cm Erro (%)
90cm Erro (%) 120cm
315+160 -11,841 0,222 -4,117 11,488 -33,794 9,959 -5,190
316+300 1,787 0,873 -12,888 9,623 0,443 7,115 -13,537
324+000 -1,111 -2,216 -3,308 -7,829 -6,661 0,484 8,537
326+100 -9,728 -4,859 -1,473 5,042 -1,925 -12,438 -23,751
327+100 -3,679 -0,636 -8,432 9,286 6,318 -16,139 -73,278
327+500 -5,019 -1,320 6,217 -7,323 4,900 19,191 -49,590
328+500 -3,074 8,280 0,270 -16,526 7,619 11,993 -30,173
331+100 -9,402 7,531 2,671 6,333 -6,426 17,296 -0,247
332+150 -3,891 -4,414 1,856 3,641 7,861 -7,628 -37,496
348+600 4,014 6,068 -3,837 -40,947 -32,342 -19,158 -228,859
As células destacadas em vermelho mostram as bacias deflectométricas que
ultrapassaram a tolerância, isso possivelmente ocorreu pois no levantamento em
campo utilizou-se a viga Benkelman, e este equipamento não fornece alta precisão,
outro fator ao qual pode-se atribuir esse problema é a leitura equivocada do
operador do equipamento.
Nas Figuras 25 a 34 estão representadas graficamente as bacias de
deflexões reais e retroanalisadas por estaca. Os pontos utilizados para medição
estão em centímetros e as deflexões em 10−2mm.
49
Figura 25 - Bacia real x Bacia retroanalisada (324+000)
Figura 26 - Bacia real x Bacia retroanalisada (326+100)
Figura 27 - Bacia real x Bacia retroanalisada (327+500)
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fle
xõe
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Pontos de medição
Bacia 324+000 (campo)
Bacia 324+000 (retro)
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Pontos de medição
Bacia 326+100 (campo)
Bacia 326+100 (retro)
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Pontos de medição
Bacia 327+500 (campo)
Bacia 327+500 (retro)
50
Figura 28- Bacia real x Bacia retroanalisada (331+100)
Figura 29- Bacia real x Bacia retroanalisada (332+150)
Os gráficos apresentados nas Figuras de 25 a 29 mostram bacias retroanalisadas
das estacas 324+000, 326+100, 327+500, 331+100 e 332+150, onde foram
totalmente atendidos os critérios de tolerância.
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Pontos de medição
Bacia 331+100 (campo)
Bacia 331+100 (retro)
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Pontos de medição
Bacia 332+150 (campo)
Bacia 332+150 (retro)
51
Figura 30 - Bacia real x Bacia retroanalisada (315+160)
A Figura 30 mostra o comparativo das deflexões por ponto em que foi feito registro,
pode-se observar que os valores são próximos, tendo diferença acima do limite de
tolerância nos pontos 0 cm, 45 cm e 60 cm, como também pôde-se observar na
Tabela 3.
Figura 31 - Bacia real x Bacia retroanalisada (316+300)
A Figura 31 ilustra o que foi mostrado na Tabela 3, o valor da deflexão registrado a
30 cm é o valor que está fora do critério de tolerância.
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Pontos de medição
Bacia 315+160 (campo)
Bacia 315+160 (retro)
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Pontos de medição
Bacia 316+300 (campo)
Bacia 316+300 (retro)
52
Figura 32 - Bacia real x Bacia retroanalisada (327+100)
As bacias deflectométricas apresentadas graficamente na Figura 32
enquadram-se nos critérios de tolerância, com exceção do valor obtido a 120 cm que
teve uma diferença entre o valor obtido em laboratório e o obtido através da
retroanálise 23,278% maior que o permitido.
Figura 33 - Bacia real x Bacia retroanalisada (328+500)
A Figura 33 possui a deflexão obtida no ponto a 45 cm fora dos critérios de
tolerância, todas as outras deflexões foram consideradas aceitáveis.
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5
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Pontos de medição
Bacia 327+100 (campo)
Bacia 327+100 (retro)
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60
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Pontos de medição
Bacia 328+500 (campo)
Bacia 328+500 (retro)
53
Figura 34- Bacia real x Bacia retroanalisada (348+600)
As deflexões mostradas na Figura 34 apresentam três valores de deflexões
que não se enquadram nos critérios de tolerância, esses valores correspondem às
deflexões dos pontos a 45, 60 e 120 cm.
Com a realização do ensaio de compressão diametral para determinação dos
MRs dos CPs obteve-se os resultados da Tabela 4.
Tabela 4 - Valores de MR por ensaio de compressão diametral
ESTACA H (mm) Ø (mm) MR (MPa) Sd Cv
315+160 61,07 100,70 5730,00 114,25 1,99
316+300 51,62 100,76 4834,00 89,21 1,85
324+000 58,41 100,59 5923,00 225,05 3,80
326+100 61,79 100,96 4326,00 150,73 3,48
327+100 54,79 100,83 4130,00 66,47 1,61
327+500 49,75 100,86 3529,00 114,64 3,25
328+500 52,36 100,60 3850,00 81,64 2,12
331+100 55,89 100,71 3687,00 139,40 3,78
332+150 48,35 100,28 ROMPEU
348+600 60,51 101,60 2839,00 130,53 4,60
Visto que o presente trabalho tinha como objetivo comparar o módulo de
resiliência obtido através de ensaios laboratoriais e o inferido a partir da retroanalise,
esses valores são apresentados a seguir na Tabela 5, também é mostrado que em
55% dos casos os valores de MR retroanalisados foram maiores que os obtidos com
a prensa em laboratório.
0
20
40
60
80
100
0 20 30 45 60 90 120
De
fle
xõe
s
Pontos de medição
Bacia 348+600 (campo)
Bacia 348+600 (retro)
54
Tabela 5 - Módulos de resiliência
Comparativo - MR lab X MR retro
ESTACA MR lab (MPa)
MR retro (Mpa)
MAIOR MR DIFERENÇA
(retro-lab)(MPa) DIFERENÇA
(retro-lab) (%)
315+160 5730,00 7575,00 MR retro 1845,00 24%
316+300 4834,00 4545,00 MR lab -289,00 -6%
324+000 5923,00 3915,14 MR lab -2007,86 -51%
326+100 4326,00 6181,96 MR retro 1855,96 30%
327+100 4130,00 5681,96 MR retro 1551,96 27%
327+500 3529,00 5000,00 MR retro 1471,00 29%
328+500 3850,00 3570,35 MR lab -279,65 -8%
331+100 3687,00 6306,07 MR retro 2619,07 42%
332+150 ROMPEU 3030,00
348+600 2839,00 1486,12 MR lab -1352,88 -91%
Nº de MRs maiores na retroanálise 5,00
Nº de MRs maiores em laboratório 4,00
A Figura 35 ilustra graficamente a dispersão dos valores dos MRs obtidos em
laboratório e dos retroanalisados em cada CP.
Figura 35 – Disersão dos valores de MR
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000
MR
re
tro
(M
Pa)
MR lab (MPa)
Dispersão dos valores de MR
y=1,123x
55
Os resultados obtidos a partir do ensaio de resistência à tração são
apresentados na Figura 36.
Figura 36 – Resultado dos ensaios de resistência à tração
A razão entre MR e RT que é utilizada como indicador da vida de fadiga
de misturas asfálticas é apresentada na Tabela 6.
Tabela 6 - Indicador da vida de fadiga
ESTACA MR RT MR/RT
315+160 5730,00 1,494 3835,34
316+300 4834,00 1,074 4500,93
324+000 5923,00 1,568 3777,42
326+100 4326,00 1,349 3206,82
327+100 4130,00 0,898 4599,11
327+500 3529,00 0,656 5379,57
328+500 3850,00 0,805 4782,61
331+100 3687,00 0,822 4485,40
348+600 2839,00 0,818 3470,66
Comparando os resultados da razão MR/RT com o apresentado como
representativo por Bernucci et al. (2008) na figura 10 da seção 3.2.10 para CAP
50/60, pode-se observar que os indicativos de vida de fadiga dos trechos de
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8R
esi
stê
nci
a à
traç
ão (
MP
a)
56
pavimentos estudados neste trabalho são maiores em 89% dos casos, ou seja,
estão mais próximos de fadigar.
57
5. CONCLUSÃO
Esta pesquisa teve como objetivo observar o comportamento de um trecho
específico de rodovia BR-392/RS, para isso utilizou-se a viga Benkelman para a
delimitação de 10 bacias de deflexões. A partir de amostras consideradas
representativas, foram analisados parâmetros como o módulo de resiliência,
resistência à tração e indicativo de vida de fadiga. A partir do estudo realizado pode-
se concluir:
As bacias deflectométricas delimitadas a partir das deflexões aferidas na pista
com a utilização da viga Benkelman apresentaram valores acima do limite de
tolerância adotada em 50% dos casos. Esse fato ocorreu provavelmente devido a
utilização da viga Benkelman, que não é considerado um defletômetro de
precisão, caso tivesse sido utilizado equipamento FWD nas medidas de
deflexões resultaria em valores mais precisos e possivelmente dentro da
tolerância estabelecida.
Os módulos de resiliência obtidos através do ensaio laboratorial, bem como o
inferido através da retroanálise apresentaram valores coerentes com a literatura,
estando eles na faixa entre 2000 MPa e 8000 Mpa, com exceção do valor obtido
através da retroanálise na estaca 348+600.
Como puderam ser observados na Tabela 5 os módulos de resiliência
inferidos pela retroanalise na maior parte das amostras são maiores que os
laboratoriais em 55% dos casos, o que representa uma diferença de apenas de
uma amostra para mais. No entanto observou-se que na comparação dos MRs
obtidos através dos dois métodos, na estaca 316+300 e na 328+500 os valores
ficaram muito próximos, o que leva a intuir que o módulo de resiliência
retroanalisado tende a não ser menor que o obtido por meio de ensaios
laboratoriais.
Os resultados obtidos no ensaio de resistência à tração mostraram-se
satisfatórios para um pavimento em uso resultando em média em 1,05 MPa, visto
que está dentro dos valores típicos citados na seção 3.2.9 deste trabalho.
Quanto aos resultados da relação MR/RT os valores encontrados para essa
relação mostraram-se acima do esperado, o que leva a intuir que pavimento está
mais próximo de ter problema de fadiga do que o esperado.
58
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Resiliência de Pavimentos Flexíveis a partir da Bacia de Deflexão. Rio de
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