ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE MÉTODOS NACIONAIS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

1. RESUMO

A partir da evolução e consolidação dos métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos mecanístico-empiricos que passam a considerar o comportamento mecânico dos materiais e a possibilitar a simulação da previsão de desempenho do pavimento durante sua vida de serviço, com enfoque nos defeitos recorrentes no Brasil, tais como fadiga e deformação permanente. Evidenciou-se uma necessidade crescente pela utilização de métodos cada vez menos empíricos. Considerando este panorama, a presente pesquisa dedicou-se a comparar os principais aspectos relacionados ao dimensionamento de pavimentos asfálticos utilizando métodos empíricos e mecanístico-empiricos, quais sejam (i) Método tradicional do DNER, (ii) Método da Resiliência COPPE/UFRJ e (iii) Método de Dimensionamento Nacional (MeDiNa). A metodologia proposta foi realizada pela comparação de pavimentos dimensionados pelo MeDiNa, lançado em 2018, de trechos de rodovias do estado do Ceará utilizando como referência as alternativas sugeridas por Benevides (2000), o referido autor, por sua vez, fez uso do método de dimensionamento da Resiliência COPPE/URJ, e executou a comparação entre os métodos (i) e (ii). Foi possível verificar que as alternativas do trecho com tráfego mais intenso, BR-116 (Fortaleza/Pacajus), apresentaram valores de área trincada bem superiores ao critério de parada estabelecido pelo MeDiNa sendo as espessuras do revestimento bastante alteradas. Para os trechos com menor volume de trafego, CE-040 Messejana/Aquiraz) e CE-060 (Pajuçara/Pacatuba), entretanto as alternativas sugeridas não ultrapassaram o limite máximo de fadiga considerado pelo programa. As conclusões obtidas reafirmam a versatilidade dos métodos mecanístico-empiricos, ao analisar variáveis que interferem diretamente no desempenho do pavimento, possibilitando a simulação do comportamento dos materiais ao logo do período de projeto da via, frente às limitações dos métodos tradicionais de dimensionamento.

Palavras-chave: Métodos de Dimensionamento. Pavimentos Asfálticos. MeDiNa.

ABSTRACT

From the evolution and consolidation of the Mechanistic-Empirical asphalt pavement sizing methods that consider the mechanical behavior of the materials and enable the simulation of pavement performance prediction during its service life, focusing on recurrent defects in Brazil, such as fatigue and permanent deformation. There was a growing need for increasingly less empirical methods. Considering this scenario, this research was dedicated to comparing the main aspects related to the dimensioning of asphalt pavements using empirical and Mechanistic-Empirical methods, which are (i) DNER traditional method, (ii) COPPE / UFRJ resilience method and (iii) National Dimensioning Method (MeDiNa). The proposed methodology was performed by comparing pavements sized by MeDiNa, launched in 2018, of stretches of highways of the state of Ceará using as reference the alternatives suggested by Benevides (2000), the author, in turn, made use of the method of Resilience COPPE / URJ, and performed the comparison between methods (i) and (ii). It was possible to verify that the alternatives of the most intense traffic section, BR-116 (Fortaleza/Pacajus), presented cracked area values ​​much higher than the stopping criterion established by MeDiNa and the coating thicknesses were significantly altered. For sections with lower traffic volume, CE-040 Messejana/Aquiraz) and CE-060 (Pajuçara/Pacatuba), however, the suggested alternatives did not exceed the maximum fatigue limit considered by the program. The conclusions reaffirm the versatility of the Mechanistic-Empirical methods, by analyzing variables that directly affect the pavement performance, allowing the simulation of the behavior of materials throughout the design period of the road, given the limitations of traditional design methods.

Keywords: Sizing Methods. Asphalt Pavements. MeDiNa.

2. INTRODUÇÃO

O desenvolvimento do setor rodoviário nacional é gerado pela necessidade de escoamento da produção industrial e agrícola, este acarreta em uma ampliação na utilização com incremento nos níveis de desgastes das rodovias. Segundo a Pesquisa Rodoviária da Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2018) o sistema rodoviário representa a principal forma de locomoção de pessoas e cargas no Brasil, sendo responsável por aproximadamente 61% do transporte de cargas e 95% dos passageiros utilizam as rodovias para seu deslocamento.

Apesar do referido crescimento no uso das rodovias observa-se que os investimentos para construção e conservação da malha rodoviária são insuficientes e pouco efetivos uma vez que, as condições dos pavimentos das vias brasileiras são, em geral, insatisfatórias. Em razão da pouca efetividade dos investimentos em pavimentação e na estrutura rodoviária a competitividade da economia brasileira é prejudicada, uma vez que isso acarreta um número crescente de acidentes, desperdício de carga e gasto elevado com manutenção e combustíveis.

Pavimentos rodoviários devem apresentar condições de rolamento adequadas, proporcionando segurança e conforto aos usuários, garantindo assim que o transporte nas vias seja realizado de forma eficiente. De acordo com CNT (2018) 50% da extensão total das rodovias federais brasileiras são avaliadas como sendo regular, ruim ou péssima. Especificamente no estado do Ceará, este índice é mais elevado, atingindo o valor de 56,7%.

Um dos fatores com potencial de influenciar na performance dos pavimentos é o dimensionamento. É através da elaboração do projeto estrutural que se pode obter uma previsão de desempenho da via ao longo do seu período de serviço. Quanto mais precisa for à análise de desempenho do pavimento, processo que consiste em mensurar o comportamento a partir de critérios estabelecidos para determinar sua qualidade, ainda na etapa de projeto, maiores serão as possibilidades de se obter um pavimento com mais capacidade de resistir a defeitos. Como resultado podemos citar: a melhoria da relação custo-benefício dos recursos (materiais e financeiros) e o aumento da satisfação dos usuários.

O método de dimensionamento atualmente vigente no Brasil, o método de dimensionamento de pavimentos asfáltico do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem - DNER (neste trabalho chamado de Método Tradicional), tem como referência o ensaio de ISC (Índice de Suporte Califórnia, do inglês California Bearing Ratio - CBR). O referido método foi desenvolvido, com referência no trabalho proposto em 1962, Design of Flexible Pavements Considering Mixed Loads and Traffic Volume, pela USACE (United States Army Corps of Engineergs), e posteriormente adaptado à realidade rodoviária brasileira pelo Eng. Murillo Lopes de Souza. O estudo considera a utilização de cargas mistas e a variação do volume de tráfego para o dimensionamento de pavimentos flexíveis, apresenta ainda definição de eixo-padrão (8,2ton) e considera os fatores de equivalência de operações (FEO) e o número de solicitações do eixo-padrão (N), para a elaboração das curvas de dimensionamento asfálticos (CONCEPA/ANTT, 2017).

Em 1966 o DNER, hoje Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), torna o método oficial para dimensionamento de pavimentos asfálticos no Brasil. Ao longo desses mais de meio século houve apenas uma revisão em 1981, continua sendo o principal método utilizado pelos profissionais para dimensionamento de pavimentos asfálticos no país.

O desenvolvimento técnico e cientifico na área da pavimentação, desde então contribuíram para o surgimento de novos métodos de dimensionamento que passaram a contemplar variáveis importantes para uma maior eficiência em relação ao dimensionamento como: os fatores de equivalência de cargas, as influências climáticas, as deformações da estrutura, a modelagem computacional, a análise de desempenho e a Retroanálise.

Ainda na década de 90, o Método da Resiliência COPPE/UFRJ consolidado por Motta (1991), propôs a inserção de novas condicionantes no dimensionamento, através da análise de tensões e deformações das camadas do pavimento, a partir de ensaios de caracterização do comportamento resiliente dos materiais, além de levar em consideração a influencia climática, os limites de suporte do pavimento, a deformação permanente em todas as camadas e a fadiga do revestimento. Este método consolidou a época os avanços realizados até então no âmbito da pavimentação nacional.

Reconhecendo a necessidade de atualização do Método Tradicional de dimensionamento em busca de um método mais moderno e menos empírico que passa a considerar características relacionadas às novas tecnologias na área da pavimentação, portanto mais adequado às condições atuais de tráfego do país, o DNIT apresentou em 2018 o novo Método de Dimensionamento Nacional de pavimentos (MeDiNa). O programa computacional desenvolvido pelo novo método possibilita o dimensionamento mecanístico-empírico, possibilitando uma análise mais completa sobre os critérios a serem considerados em projetos de dimensionamento de rodovias, propõe a verificação de estruturas de novos pavimentos ou ainda de pavimentos já existentes, através da análise elástica das múltiplas camadas que compõem o pavimento.

2.1. Justificativa

O avanço das novas tecnologias na área da pavimentação, a partir do desenvolvimento do conhecimento sobre as características dos materiais, em especial da evolução da capacidade de previsão do desempenho estrutural do pavimento durante sua vida de serviço ao longo das últimas décadas, evidenciam uma necessidade crescente pela utilização de métodos cada vez menos empíricos.

No país, predomina-se o uso de métodos de dimensionamento que não contemplam os atuais avanços alcançados na pavimentação rodoviária, como o Método Tradicional do DNER, pois sua análise não leva em consideração, por exemplo, os novos tipos de materiais, a nova composição do tráfego, principalmente do transporte de cargas, e os novos tipos de veículos que circulam sobre as rodovias do país. Além disso, o dimensionamento pelo método do DNER se restringe a definição das espessuras das camadas do pavimento, através de equações empíricas e utiliza com referência o CBR dos materiais não possibilita, portanto uma análise mais completa sobre o comportamento da estrutura ao longo do período de projeto.

Assim, a utilização de métodos mecanístico-empiricos que fornecem uma análise mais precisa e próxima da realidade do comportamento estrutural dos pavimentos, que contemplam informações a cerca do comportamento elástico das camadas do pavimento, importante fator para se prever a ruptura por fadiga, além da consideração da deformação a que os materiais estão submetidos pela carregamento dos veículos, vem se mostrando uma tendência natural de evolução nos métodos de dimensionamento.

A importância de se buscar pavimentos mais eficientes em relação às condições de rolamento e satisfação dos usuários, características essas que estão diretamente relacionadas ao investimento em infraestrutura rodoviária justificam o desenvolvimento de métodos mais precisos e modernos que contemplam o projeto estrutural, as propriedades mecânicas dos materiais constituintes do pavimento contribuindo assim para o desenvolvimento de projetos de dimensionamento em que os pavimentos oferecem mais qualidade e eficiência.

3. Objetivos

3.0.1. Objetivo Geral

Avaliar os impactos na estrutura de pavimentos da utilização de diferentes métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos.

3.0.2. Objetivos Específicos

• Realizar pesquisas bibliográficas dos diversos métodos de dimensionamento.

• Aplicar o MeDiNa para o dimensionamento de pavimentos de trechos em rodovias do estado do Ceará.

• Estabelecer correlações e comparar os resultados obtidos pelo MeDiNA com os Métodos de dimensionamento do DNER e da Resiliência COPPE/UFRJ.

3.1. Metodologia

O presente trabalho realizou análise comparativa entre métodos nacionais de dimensionamento de pavimentos asfálticos, sendo eles: (i) Método Tradicional do DNER, (ii) da Resiliência COPPE/UFRJ e (iii) novo Método de Dimensionamento Nacional - MeDiNa.

Para esta pesquisa adotou-se como referência Benevides (2000), no referido trabalho foi executada uma comparação entre os métodos de dimensionamento (i) e (ii), a partir da caracterização dos materiais de pavimentação dos seguintes trechos de rodovias do estado do Ceará: BR116-Fortaleza/Pacajus, CE060-Pajuçara/Pacatuba e CE040-Messejana/Aquiraz, a partir dessas informações e das espessuras dos trechos dimensionados originalmente pelo método do DNER, o autor propôs então novas alternativas nas configurações das espessuras das camadas dimensionando os trechos pelo método da Resiliência COPPE/UFRJ.

Utilizando como referência as alternativas propostas por Benevides (2000), a presente pesquisa dimensionou os mesmos trechos de rodovias através do programa MeDiNa e realizou a análise a partir do parâmetro utilizado pelo programa para prever o comportamento da estrutura durante a sua vida útil, sendo o trincamento do revestimento por fadiga e determinou a viabilidade das alternativas a partir do número N equivalente para determinados valores de área trincada em cada trecho. Toda a metodologia empregada, assim como as variáveis utilizadas para o dimensionamento estão apresentadas com detalhes no capitulo 4.

3.2. Pavimento

Para Bernucci et al. (2010), o pavimento consiste em um sistema formado de camadas com espessuras pré-definidas, construído sobre o terreno compactado destinado a suportar os esforços provenientes do tráfego de veículos. Pode-se ainda definir pavimento como uma estrutura composta por camadas sobrepostas de diferentes materiais compactados, com a função de atender estrutural e operacionalmente o tráfego, de maneira durável e ao mínimo custo possível (BALBO, 2007).

Para Senço (2007), o pavimento é uma estrutura formada por múltiplas camadas construídas sobre a terraplanagem destinada a resistir aos esforços verticais do tráfego de veículos e distribuí-los; melhorar as condições de rolamento em relação ao conforto e segurança e resistir aos esforços horizontais.

Os pavimentos são classificados de acordo com os materiais utilizados na sua composição estrutural, em: flexíveis, rígidos e semirrígidos. De forma resumida, os pavimentos flexíveis são compostos de revestimento asfáltico e os pavimentos rígidos utilizam concreto na sua camada de revestimento. Os pavimentos semirrígidos também possuem revestimento asfáltico e a camada de base é constituída de solo estabilizado com cimento (base cimentada).

A função estrutural dos pavimentos está relacionada à capacidade das camadas absorverem e transmitirem os esforços oriundos dos carregamentos ao subleito de forma dissipada, impedindo a ocorrência de deformações incompatíveis com a utilização da estrutura o que pode induzir o pavimento a um comportamento mecânico inapropriado e a degradação acelerada (BALBO, 2007). A Figura 1 apresenta uma seção típica transversal dos elementos que compõem o pavimento flexível.

Figura 1 – Estrutura típica de um pavimento flexível.

Fonte: CNT (2017).

Identifica-se na Figura 1 um esquema genérico das camadas do pavimento. Cada uma dessas camadas apresentam características distintas e compõem a estrutura do pavimento.

• Subleito

O subleito é o terreno natural compactado, sobre o qual o pavimento irá se apoiar. É a camada de fundação, responsável por absorver todos os esforços verticais produzidos pelo tráfego. A investigação do solo que servirá de fundação para o pavimento deverá analisar o material a uma profundidade entre 0,60 a 1,50 metros. É aproximadamente nesse intervalo de profundidade que as cargas oriundas do tráfego geram esforços mais significativos para o pavimento DNIT (2006a).

• Regularização do subleito

De acordo com o DNIT 137/2010, a regularização do subleito é uma operação destinada a nivelar transversal e longitudinalmente o terreno natural. A espessura da regularização irá depender das irregularidades da superfície, terrenos mais irregulares necessitam de mais materiais para seu nivelamento. Geralmente as espessuras variam até 20 centímetros. Sua execução deve sempre seguir todos os requisitos técnicos previstos em projeto, pois se mal executada a regularização pode comprometer todo o trabalho de pavimentação.

• Reforço do subleito

O reforço é construído acima do subleito regularizado. Sua execução, entretanto não é obrigatória. Utiliza-se o reforço quando o material do subleito possui baixa resistência, por razões econômicas, pois subleitos com baixa qualidade exigiriam camadas de base e sub-base mais espessas. Considera-se ainda a execução do reforço quando o tráfego considerado no dimensionamento é muito intenso e com cargas muito elevadas (BALBO, 2007). O material empregado na construção do reforço deve apresentar condições mínimas de qualidade. Todos os materiais utilizados, solo ou mistura de solos devem apresentar qualidade superior ao do subleito, às especificações dessas condições são estabelecidas no Manual de Pavimentação do DNIT (2006a).

• Sub-base

É a camada que complementa a base auxiliando na resistência aos esforços provenientes do tráfego. Sua execução é necessária quando a camada de base exigida no pavimento for muito espessa, nesse caso por questões técnicas e econômicas a camada de complemento da base deve ser construída, sendo assim, o material da sub-base deverá ter características superiores as do material de reforço (SENÇO, 2007). Diversos materiais podem ser empregados na sua construção, sendo o mais comum no Brasil as misturas de solos e agregados, o chamado solo-brita. Outros materiais bastante utilizados são o solo estabilizado com cimento e cal ou com algum ligante asfáltico DNIT (2006a).

• Base

É a principal camada estrutural do pavimento, tem a função de resistir aos esforços oriundos do tráfego e distribui-los de forma atenuada as demais camadas do pavimento (SENÇO, 2007). Os materiais empregados na base devem apresentar características tecnológicas superiores, seguindo os critérios de qualidade estabelecidos no Manual de Pavimentação do DNIT (2006a).

• Imprimação

Segundo o DNIT 144/2014-ES, a imprimação consiste na aplicação - uma espécie de pintura - de material com características betuminosas, em geral utiliza-se material asfáltico, sobre a superfície da base concluída, portanto antes da execução do revestimento asfáltico. O material empregado na imprimação tem a finalidade de aumentar a coesão da superfície através da penetração do material asfáltico, além de impermeabilizar a camada de base e promover uma melhor aderência entre esta e o revestimento.

• Revestimento

É a última camada do pavimento sobre a qual os veículos trafegam. Sua execução deve proporcionar aos usuários condições satisfatórias de rolamento quanto à segurança e conforto. O revestimento protege as outras camadas do pavimento e deve ter a capacidade de resistir à deterioração ao decorrer do tempo aumentando assim a durabilidade da estrutura (SENÇO, 2007). A maior parte das rodovias pavimentadas no país utilizam no revestimento material asfáltico. Na Tabela 1 estão dispostas as designações dos revestimentos asfálticos e suas características.

Tabela 1 - Designações das camadas de revestimento.

Fonte: Balbo (2007).

3.3. Classificação dos pavimentos

3.3.1. Pavimento flexível

No Brasil 95% dos pavimentos são flexíveis DNIT (2018). Os pavimentos flexíveis caracterizam-se pela utilização de camadas na sua construção (Figura 1) e por possuir uma camada de revestimento com material asfáltico. Os materiais que compõem essas camadas são em geral materiais granulares, solos ou mistura de solos DNIT (2006a). O pavimento flexível quando submetido a uma carga atuante sofre deformações que impõe a estrutura um campo de tensões muito concentrado (Figura 2), portanto a pressão exercida sobre as camadas não se distribui de forma equivalente (BALBO, 2007).

Figura 2 – Distribuição do carregamento sobre o pavimento flexível.

Fonte: Balbo (2007).

Nos pavimentos flexíveis, em relação aos materiais que compõem o revestimento, cerca de 90% a 95% são agregados, tendo como principal função absorver e transmitir os esforços oriundos do tráfego e resistir ao desgaste sofrido pelo pavimento ao longo da sua vida útil. O material betuminoso (asfalto) compõe cerca de 5% a 10 % do revestimento, tem função de aglutinar as partículas dos agregados e impermeabilizar a superfície do pavimento (FILHO; ROCHA, 2018). Nas Tabelas 2 e 3 estão especificados os principais tipos de bases e sub-bases e os principais tipos de revestimentos utilizados em pavimentos flexíveis no Brasil.

Tabela 2 – Principais tipos de bases e sub-bases.

Fonte: Adaptado de DNIT (2006a).

Tabela 3 – Principais tipos de revestimentos flexíveis.

Fonte: Adaptado de DNIT (2006a).

O CBUQ (Concreto Betuminoso Usinado a Quente), também conhecido como CA (Concreto Asfáltico) é um dos tipos de revestimento mais utilizado nas rodovias brasileiras. É produzido em usinas asfálticas e em sua composição são utilizados agregados de vários tamanhos (areia e brita) adicionados a um ligante asfáltico, o CAP (Cimento Asfáltico de Petróleo), os materiais são então aquecidos em temperaturas definidas, em função da característica de viscosidade-temperatura do ligante (BERNUCCI et al., 2010).

3.3.2. Pavimento rígido

Os pavimentos rígidos caracterizam-se por apresentarem a camada de revestimento composta por placas de concreto de cimento Portland (BERNUCCI et al., 2010). De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006a) nesse tipo de revestimento a elevada rigidez em relação às camadas inferiores (base e subleito) faz com que a placa de concreto absorva praticamente todas as tensões provocadas pelos carregamentos oriundos do tráfego. A Figura 3 apresenta a resposta mecânica do pavimento rígido quando submetido às cargas dos veículos.

Figura 3 – Distribuição do carregamento sobre o pavimento rígido.

Fonte: Balbo (2007).

O pavimento rígido é composto basicamente de duas camadas principais. A camada de sub-base é geralmente constituída de materiais granulares estabilizados granulometricamente ou quimicamente por aditivos (Cimento ou cal). A base e o revestimento compõem uma camada única, constituída de concreto de cimento Portland. Na construção das placas, que compõem a camada de base e revestimento, vários tipos de concreto podem ser empregados, desde o concreto convencional até o concreto de alta resistência, podendo ou não ser armadas com barras de aço (BALBO, 2007).

No Brasil o pavimento de concreto simples (PCS) é o mais utilizado nos pavimentos rígidos. Na Tabela 4 estão especificados os principais tipos de pavimentos rígidos empregados no Brasil.

Tabela 4 – Tipos de pavimentos rígidos.

Fonte: CNT (2017).

De acordo com o DNIT (2013), a execução do pavimento de concreto simples deve obedecer as seguintes etapas:

1. Preparação da sub-base: a sub-base deve estar nivelada e regularizada. Colocação das formas, em geral utiliza-se um sistema de fôrmas deslizantes.

2. Lançamento e espalhamento do concreto: o lançamento do concreto deve ser executado de forma que a distribuição do material seja uniforme por toda a largura da pista.

3. Adensamento do concreto: o adensamento do concreto deve ser feito por vibradores hidráulicos e elétricos de alimentação continua, a fim de manter homogênea a superfície final.

4. Cura do concreto: na cura devem ser utilizados produtos químicos capazes de formar uma película plástica.

5. Execução das juntas: as juntas transversais e longitudinais devem estar em conformidade com as posições indicadas em projeto.

Na Tabela 5 são apresentadas as principais características que diferenciam os pavimentos rígidos e flexíveis. De acordo com o Relatório de Transporte Rodoviário elaborado pela CNT, em 2017.

Tabela 5 – Comparativo entre os pavimentos flexível e rígido.

Fonte: CNT (2017).

3.3.3. Pavimento semirrígido

Segundo o Manual de Pavimentos Flexíveis e Rígidos do DER-PR (2008), o pavimento semirrígido assemelha-se estruturalmente ao pavimento flexível (Figura 4). É constituído de revestimento asfáltico com base estabilizada quimicamente. A principal característica que diferencia o pavimento semirrígido do flexível é a presença de ligantes (Cimento Portland ou Cal hidratada) na composição da camada de base. Os ligantes hidráulicos adicionados à base conferem uma maior rigidez e melhoram sua capacidade de resistir às cargas do tráfego.

Figura 4 – Seção típica de um pavimento semirrígido

Fonte: E-Civil (2018).

3.4. Defeitos de superfície nos pavimentos asfálticos

Ao longo da sua vida útil o pavimento é submetido a variações de cargas, que exercem esforços diferenciados sobre suas camadas, esse processo dinâmico e repetitivo ocasiona o surgimento de defeitos que acabam por prejudicar o grau de serventia do pavimento. Os principais fatores que ocasionam o surgimento dos defeitos de superfície podem ser resumidos em: erros ou inadequação de projeto; seleção e dosagem dos materiais de maneira inadequada; etapas construtivas realizadas em desacordo ao projeto estrutural; alternativas de conservação e manutenção inadequadas aos problemas diagnosticados pela avaliação do pavimento (BERNUCCI et al., 2010).

A seguir serão abordados de forma resumida os defeitos causados pela fadiga das camadas dos pavimentos asfálticos: fissura, trinca e deformação permanente. Além do efeito causado pela temperatura sobre os pavimentos: trincamento térmico.

• Fissura

Pela definição estabelecida no DNIT 005/2003-TER as fissuras são pequenas aberturas nos pavimentos que em face do seu tamanho reduzido ainda não causam problemas funcionais as camadas dos pavimentos, portanto não são consideradas nos métodos atuais de avaliação das condições superficiais quanto à gravidade.

• Trinca

Também pelo DNIT 005/2003-TER as trincas são fendas existentes na superfície do pavimento facilmente identificada no revestimento asfáltico com aberturas superiores a da fissura (Figura 5), sendo consideradas nos métodos de avaliações das condições superficiais. A Tabela 6 apresenta a classificação das trincas de acordo com suas características ao longo da via.

Figura 5 – Superfície de pavimento com trincas interligadas.

Fonte: CAVA (2017).

Tabela 6 – Classificação das trincas.

Fonte: Adaptado de DNIT 005/2003-TER.

• Trincamento Térmico

O trincamento térmico é um defeito caracterizado pela amplitude de temperatura sobre o pavimento. O ligante asfáltico apresenta comportamento distinto quando submetido a variações na temperatura, em caso de temperaturas elevadas o ligante tende a perder consistência e em situação oposta com, incidência de temperaturas mais baixas, o ligante adquire uma rigidez maior. Essa dinâmica acaba por tornar o pavimento mais suscetível ao aparecimento de trincas, que nesse caso se propagam transversalmente a direção do trafego (SAVASINI, 2017). Em locais onde não ocorrem variações bruscas de temperatura, o trincamento térmico não influencia nas condições de desgaste superficial dos pavimentos.

• Deformação permanente

O DNIT 005/2003-TER caracteriza deformação permanente por depressões na superfície dos pavimentos (Figura 6), acompanhadas ou não de solevamento (compensação volumétrica lateral), tal característica pode apresentar-se na forma de afundamento plástico ou de consolidação. Na Tabela 7 estão especificadas as principais características dos principais tipos de afundamentos.

Figura 6 – Deformação permanente por afundamento de trilha de roda.

Fonte: CAVA (2017).

Tabela 7 – Tipos de deformações permanentes nos pavimentos.

Fonte: Adaptado de DNIT 005/2003-TER.

3.5. Dimensionamento de pavimentos

A importância de uma rede viária interligando as regiões brasileiras está diretamente relacionada ao crescimento e ao desenvolvimento econômico do país. O sistema de gestão de pavimentos que incluem desde o planejamento, a elaboração de projetos incluindo o dimensionamento, a execução, a conservação e a análise contínua dos pavimentos, é fundamental para garantir a eficiência e a eficácia do sistema, pois havendo falhas em qualquer parte dele, os custos para a sociedade podem ser elevados (SANTIAGO, 2015).

O processo de dimensionamento de pavimentos flexíveis consiste em se determinar as espessuras das camadas de revestimento, base, sub-base e reforço do subleito. As camadas devem ser projetadas para atender as condições de rolamento, obedecendo aos critérios de segurança e conforto, a fim de suportar e transmitir de forma distribuída os esforços gerados pelo trafego de veículos ao subleito, sem que o pavimento sofra deformações consideráveis ou desgaste excessivo na sua superfície (SENÇO, 2007).

Atualmente existem vários métodos para dimensionamento de pavimentos flexíveis no Brasil e no mundo, de forma geral podemos classifica-los em empíricos ou mecanístico-empiricos:

• Métodos empíricos

Baseia-se na experiência acumulada pela observação das condições dos pavimentos. Os parâmetros analisados estão relacionados a variáveis que medem a repetição das condições dos materiais. O método apresenta uma grande limitação, pois só podem ser reproduzidos de forma satisfatória em ambientes com características semelhantes de clima, material e carregamento as do local onde foram feitas as observações.

• Métodos mecanístico-empiricos

Utiliza conhecimentos teóricos (mecanísticos) associados aos conhecimentos empíricos sobre o comportamento estrutural dos materiais que irão compor as camadas do pavimento. Os resultados obtidos em laboratório e da analise em campo, determinam a elaboração do projeto estrutural do pavimento. Trata-se da análise mais completa sobre os critérios a serem considerados em projetos de rodovias.

3.6. Métodos de dimensionamento de pavimentos internacionais

Neste tópico serão apresentados de forma resumida alguns métodos de dimensionamento de pavimentos no mundo. Inicialmente será abordado o método adotado nos Estados Unidos – MEPDG. Em seguida será apresentado o método de dimensionamento adotado no Japão – TA. E por fim o método adotado em Portugal para dimensionamento de pavimentos asfálticos – MACOPAV.

As referências adotadas para a elaboração dos subitens a seguir tem como base o Relatório de Transporte Rodoviário, elaborado pela CNT em 2017. Os critérios adotados pelo estudo para apresentação dos referidos métodos de dimensionamento deveu-se a colocação dos países citados no ranking de qualidades de rodovias do Relatório de Competitividade Global (2016/2017). Os países cujos métodos de dimensionamento serão descritos a seguir estão entre os dez melhores em termos de qualidade de vias.

3.6.1. Método MEPDG/EUA, 2004

O Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide – MEPDG, em tradução livre “Guia de Dimensionamento Mecanístico-empírico de Pavimentos”, foi lançado em 2004 pelo Programa Nacional Cooperativo de Pesquisa de Rodovias (Nation Cooperative Highway Research Program – NCHRP) americano. O método propunha uma atualização dos guias de dimensionamento de pavimentos da AASHTO que tinham como base equações empíricas elaboradas a partir de testes realizados em pista experimental da A ASHO, ainda na década de 1950.

O MEPGD é um método mecanístico-empírico e divide a modelagem do pavimento em três grandes estágios de dimensionamento. De acordo com Santiago (2015), as três etapas podem ser resumidas conforme descrito a seguir:

1. Entrada de dados (tráfego, clima e características dos materiais).

Nesta etapa o método busca identificar todas as variáveis que compõem o dimensionamento de pavimentos, tais como: a análise da fundação; a caracterização dos materiais a serem empregados e a determinação do tráfego. Para isso é utilizado uma ferramenta de modelagem computacional (software) que inclui o mapeamento de dados de mais de 800 localidades americanas. A partir da obtenção desses dados é possível determinar a espessura prévia das camadas e definir o melhor sistema de drenagem para a rodovia. E por fim, é feita uma avaliação do projeto em termos estruturais e de custo.

2. Análise estrutural e analise de desempenho.

A partir dos dados coletados na etapa anterior utiliza-se um projeto experimental desenvolvido computacionalmente. O modelo é então analisado pelos critérios estabelecidos para sua eficiência e o resultado apresentado prevê o comportamento do pavimento ao longo da sua vida útil. Se os resultados analisados não estiverem de acordo com tais critérios, fazem-se as modificações necessárias e o processo de análise é repetido, até que os resultados obtidos sejam satisfatórios.

3. Tomada de decisão (seleção estratégica).

Pelos resultados obtidos no 2º estágio, define-se a alternativa de estrutura mais viável pelos critérios de engenharia e de custo, em relação ao tempo de vida do projeto. Nesta etapa o projeto mais adequado, escolhido depois de adequado a todos os parâmetros de eficiência estabelecidos, passa a ser o projeto final que deverá ser executado.

3.6.2. Método TA/Japão, 1961

Proposto pela Associação Rodoviária do Japão em 1961 e, posteriormente atualizada em 1992, o método para dimensionamento de pavimentos no Japão e conhecido como TA. É um método empírico cuja referência baseia-se nas curvas de dimensionamento pelo CBR com adaptações as características para as rodovias japonesas. De acordo com o Relatório de Transporte Rodoviário CNT (2017), pode-se resumir as etapas que compõem o método TA, em:

1. Determinação da espessura equivalente do pavimento.

Utiliza-se o fator N49, que representa o numero de passagens de rodas de 49kN por direção da rodovia, em um dia. O valor acumulado de N49 para o período considerado de projeto dá origem ao numero N. Também deve-se conhecer o CBR da fundação. Em seguida escolhe-se o nível de confiabilidade de 90%, 75% ou 50% que se deseja para a rodovia, a partir do critério de confiabilidade estima-se a espessura equivalente necessária para o pavimento (TA).

2. Determinação da espessura das camadas.

Após determinar a espessura total do pavimento (TA), calcula-se a espessura de cada camada (TA’), de forma que a soma da espessura de todas as camadas (TA’) não seja inferior a espessura equivalente calculada (TA).

Ainda de acordo com o Relatório de Transporte Rodoviário (2017), apesar de o método ter passado por uma modificação em 2011, em que se propunha a utilização de parâmetros de desempenho, o que proporcionou bastante flexibilidade para o dimensionamento de pavimentos, com a inserção de novas variáveis no cálculo e a consideração de novos materiais, o método TA ainda continua sendo o principal método para dimensionamento de pavimentos flexíveis no Japão, principalmente pela sua facilidade de aplicação.

3.6.3. Método MACOPAV/Portugal, 1995

O método de dimensionamento de pavimentos flexíveis adotado em Portugal é mecanístico-empírico e baseia-se no Manual de Pavimentação Shell (1978). Atualmente as principais orientações para o dimensionamento estão contidas no MACOPAV (Manual de Concepção de Pavimentos para a Rede Rodoviária Nacional), lançado em 1995. Entre as variáveis consideradas pelo método estão à caracterização do tráfego, das condições do clima, das condições do subleito e dos materiais a serem empregados na pavimentação.

Para análise do tráfego inicialmente determina-se o número N, que representa a quantidade de eixos-padrão (80kN) acumulada para o período de projeto. Para o cálculo dessa variável são considerados: o tráfego médio anual; a taxa de crescimento no período (tabelado); o fator de agressividade do tráfego (valores tabelados) e o período de dimensionamento. As condições do clima são incorporadas ao projeto de acordo com a zona climática que o pavimento se encontra no país. Para isso o país foi dividido em três zonas climáticas com características e condições distintas. Em cada zona são especificados ligantes asfálticos com classificações diferentes, a depender das condições de temperatura a que estão expostos os pavimentos (MACOPAV, 1995).

Ainda de acordo com o MACOPAV (1995), a classificação da fundação do pavimento é determinada pelo CBR. A partir dessas informações permite-se calcular as espessuras das camadas do pavimento através de tabelas que relacionam os diversos tipos de materiais aos seus respectivos CBR’s. Os materiais são ainda relacionados quanto a sua capacidade de resistência e deformação. A Tabela 8 apresenta um resumo das características dos métodos de dimensionamento internacionais descritos anteriormente.

Tabela 8 – Resumo Comparativo dos métodos de dimensionamento internacionais.

Fonte: Adaptado de MACOPAV, 1995; SANTIAGO, 2015 e CNT, 2017.

3.7. Métodos de dimensionamento de pavimentos no Brasil

3.7.1. Método tradicional DNER, 1966

O método tradicional empírico do DNER de dimensionamento de pavimentos flexíveis elaborado pelo Eng. Murillo Lopes de Souza foi desenvolvido a partir da adaptação do método de dimensionamento americano, tendo como base o trabalho intitulado Design of Flexible Pavements Considering Mixed Loads and Traffic Volume, de autoria da USACE e conclusões obtidas na pista experimental da AASHTO DNIT (2006a). O método visa à proteção do subleito de deformações plásticas ao longo da sua vida útil do pavimento. O mesmo baseia-se na identificação da capacidade de suporte dos materiais granulares construtivos do pavimento (SANTIAGO, 2015). As etapas que constituem o método serão descritas a seguir, de acordo com (SOUZA, 1981).

1. Definição da capacidade de suporte do subleito

Através de corpos de prova indeformados ou moldados em laboratório, submetidos ao ensaio de CBR. Em determinados projetos de pavimentos pode-se aplicar a correção pelo Índice de Suporte (IS). Os materiais a serem empregados devem obedecer às especificações mínimas de capacidade de suporte e expansão. Além dos Limites de Plasticidade (LP), liquidez (LL) e granulometria.

2. Determinação do tráfego

Definição do número N que representa o número de operações de um eixo-padrão (8,2ton), através da determinação das características do tráfego. A partir do número N obtém-se a espessura mínima do revestimento.

3. Definição dos coeficientes de equivalência

Determinar a relação entre a capacidade de suporte de cada material, através dos coeficientes de equivalência estrutural (K). Esses coeficientes são tabelados e tem origem nos estudos nas pistas experimentais da AASHTO ainda na década de 60.

4. Dimensionamento do pavimento

Determinação das espessuras mínimas das camadas, através do gráfico que relaciona as curvas com valores de CBR em função do número N. A partir da definição dos CBR’s das camadas dos pavimentos e a definição do tipo de materiais que serão usados no dimensionamento, determina-se os valores mínimos das espessuras das camadas. Aplicam-se fórmulas empíricas para o dimensionamento das camadas. O revestimento é determinado diretamente pelo número N. A Figura 7 mostra uma seção típica para dimensionamento de pavimentos flexíveis.

Figura 7 – Seção típica do dimensionamento de pavimento flexível (DNER).

Fonte: Adaptado de SOUZA (1981).

3.7.2. Método da Resiliência COPPE/UFRJ

A evolução da mecânica dos pavimentos desde a década de 70, com o desenvolvimento do conhecimento sobre o comportamento resiliente dos materiais obtidos através dos ensaios dinâmicos de caracterização dos solos e misturas asfálticas, assim como a análise de tensões e deformações das camadas através de técnicas computacionais e os estudos desenvolvidos na COPPE/UFRJ por Preussler (1978), Svenson (1980) e posteriormente Motta e Pinto (1991), entre outros, permitiu estabelecer paramentos analíticos e experimentais para o aperfeiçoamento do dimensionamento dos pavimentos asfálticos (BENEVIDES, 2000).

O método da COPPE/UFRJ consolidado por Motta (1991) caracteriza-se por considerar no projeto de dimensionamento de pavimentos asfálticos: a influência climática, os limites de suporte do pavimento, a deformação permanente em todas as camadas e a fadiga do revestimento. Tendo como base o “método da resiliência”, desenvolvido pela COPPE/UFRJ ainda na década de 80, por Preussler no âmbito de sua pesquisa de doutorado em 1983 (SANTIAGO, 2015).

Em linhas gerais, o método da COPPE/UFRJ elaborado por Motta (1991), propõe uma análise que leva em consideração os seguintes aspectos: 1. Caracterização do tráfego para a obtenção do número N sendo consideradas duas versões, na simplificada ele é obtido pelo método do DNER e na completa utilizam-se os Fatores de Equivalência de Cargas (FEC), que fornece a carga equivalente a 8,2ton; 2. Os fatores climáticos são utilizados nesse método para avaliar o comportamento dos materiais em condições naturais adversas como umidade e temperaturas excessivas. Essas características podem afetar significativamente o desempenho das camadas do pavimento. Para isso, utilizam-se os dados de pluviometria e temperatura para se avaliar a necessidade de ensaios de laboratório nas condições especificadas; 3. Os materiais granulares são avaliados para se obter o MR (Módulo de Resiliência) da camada de revestimento em função da temperatura. De posse desses dados são elaborados os modelos de tensão e deformação; 4. Na análise de desempenho das estruturas do pavimento leva-se em consideração a investigação estrutural do pavimento em relação aos seguintes defeitos: fadiga (bastante recorrente no Brasil) utilizando como referencia as curvas de fadiga da COPPE e deformação permanente pelo afundamento da trilha de roda (SANTIAGO, 2015).

3.7.3. MeDiNa/DNIT, 2018

O novo método de dimensionamento nacional de pavimentos flexíveis denominado MeDiNa, em homenagem ao Prof. Jacques de Medina (2019), foi desenvolvido através da parceria entre a COPPE e a Rede Temática de Asfaltos e apresenta uma atualização da técnica utilizada no país desde a década de 1960 (DNER).

A partir da inserção de tecnologias mais avançadas de pavimentação, como a utilização de novos materiais, a exemplo do asfalto borracha e os modificados por polímeros, além da consideração das diferentes condições climáticas do Brasil, o novo método de dimensionamento nacional se torna mais adequado às novas necessidades das rodovias brasileiras (DNIT, 2018).

Ainda em 2009, a Rede Temática de Asfaltos, formada por várias universidades brasileiras em parceria com o Instituto de Pesquisas Rodoviárias, iniciaram o projeto experimental de pavimentação de trechos de aproximadamente 300 metros de rodovias em todo o país e utilizou diferentes tipos de soluções para monitorar o desempenho de cada um deles em situações climáticas distintas. A partir dos resultados obtidos através da análise dos trechos monitorados pelo projeto, desenvolve-se o novo método de dimensionamento nacional (IPR/DNIT, 2018).

O MeDiNa é um software de modelagem computacional que possibilita o dimensionamento mecanístico-empírico e a verificação de estruturas de pavimentos, através da rotina AEMC - Análise Elástica de Múltiplas Camadas (FRANCO; MOTTA, 2018). O programa Permite ainda a criação de projetos de reforço estrutural para pavimentos já existentes. Para isso utiliza a AEMC para calcular as tensões e deformações nas estruturas dos pavimentos sob carregamento, aplicando os critérios de fadiga e deformação permanente para calcular de forma satisfatória a espessura das camadas (SOUZA JÚNIOR, 2018).

Segundo Franco e Motta (2018), alguns considerações devem ser observadas para o correto funcionamento do MeDiNa:

• Correta determinação do tráfego: pois o programa se ajusta as pequenas variações do número N, obtidos a partir do volume médio diário (VMD) em conjunto com o fator de veículos (FV).

• Definição de qual modo o programa irá tratar os dados: se pavimento novo ou projeto de reforço, no caso de reforço serão necessárias às informações dos valores retroanalisados de bacias obtidas em campo.

• Definição do tipo de via a ser analisado e dimensionado: para cada tipo incide um critério de dimensionamento, bem como os graus de confiabilidade das análises realizadas pelo programa.

Para facilitar a navegação e identificar todas as características do pavimento, a interface do software MeDiNa apresenta-se dividida em abas: estrutura, modelagem e resultados (Figura 8). Ao inicia-lo, o mesmo se apresenta na aba estrutura, onde deverão ser inseridas as informações do projeto: estrutura do pavimento e informações do tráfego no painel onde o MeDiNa registra o resumo dos resultados das análises ou dimensionamento (FRANCO; MOTTA, 2018).

Ainda segundo Franco e Motta (2018), outra informação de suma importância para a correta análise do dimensionamento é a definição do modo pelo qual o programa irá tratar os dados. Nessa fase inicial de implementação só estão disponíveis dois modos:

• Pavimento Novo (Nível 1): utiliza-se esse modo para a elaboração de novos projetos, onde as propriedades das camadas são obtidas por ensaios de laboratório.

• Projeto de Reforço: nesse modo para a elaboração de projeto de reforço é necessária às informações sobre as propriedades das camadas existentes por meio de Retroanálise de bacias deflectométricas.

O modo reforço solicita ao projetista a entrada de valores retroanalisados de bacias de campo obtidas com equipamento tipo FWD (Falling Weight Deflectometer), outra opção disponibilizada pelo programa é importação dos dados das bacias retroanalisadas pelo BackMeDiNa. O projetista deverá concluir o preenchimento dos dados da camada asfáltica existente, com os dados de percentual de área trincada e a idade do pavimento, para permitir o programa rodar as análises ou o dimensionamento (SOUZA JÚNIOR, 2018).

Figura 8 – Tela Inicial do MeDiNa.

Fonte: Manual de Utilização MeDiNa (FRANCO; MOTTA, 2018).

Na tela inicial, a estrutura apresentada é composta por quatro camadas (subleito e mais três camadas de materiais distintos), pelo programa é possível alterar essa configuração, entretanto só são permitidas, no mínimo três e no máximo, oito camadas. Os materiais que compõem as camadas também poderão ser alterados, na memoria do programa já estão disponíveis vários tipos de materiais, no entanto é permitido o cadastro de novos materiais, sendo necessário o preenchimento de informações especificas como: resistência, características físicas e deformação permanente (SOUZA JÚNIOR, 2018).

Segundo Franco e Motta (2018), a análise e o dimensionamento das estruturas do pavimento consideram o eixo padrão rodoviário, na Figura 9 são apresentadas suas características. O software ainda calcula a quantidade de eixos padrões anual (Numero N) automaticamente. O grau de confiabilidade das análises realizadas pelo MeDiNa são determinadas a partir dos tipos de vias (Tabela 9), eles definem os critérios de paradas do dimensionamento.

Figura 9 – Características do eixo padrão rodoviário.

Dados do eixo padrão

Carga de Eixo: 8,2 tonf

Pressão dos Pneus: 0,56 Mpa

Raio da área de contato: 10,79 cm

Distância entre rodas: 16,2 cm

Fonte: (FRANCO; MOTTA, 2018).

Tabela 9 – Grau de confiabilidade e critérios de parada das análises realizadas pelo MeDiNa.

Fonte: Manual de Utilização do MeDiNa (FRANCO; MOTTA, 2018).

Conforme Franco e Motta (2018), como resultado da análise da estrutura ou dimensionamento, os relatórios ficam disponíveis na aba resultados, sendo eles:

• Evolução Mensal de Danos: apresenta os resultados do comportamento da estrutura em relação à área trincada e deformação permanente total.

• Resumo de Deformação Permanente e Bacias de Deflexão: apresenta de forma resumida a deformação permanente da estrutura ao fim do período de projeto.

• Relatório Completo de Análise: apresenta todas as informações utilizadas no dimensionamento ou na análise da estrutura.

Por fim, a análise da estrutura do pavimento, bem como seu dimensionamento requer um conjunto amplo de informações para que os resultados obtidos sejam confiáveis. Para um completo e preciso dimensionamento é necessária uma análise detalhada sobre todos os materiais que iram compor as camadas de base, sub-base e reforço do subleito, além de uma investigação do subleito a fim de obter informações acerca do seu módulo de deformação. Caso contrário os dados obtidos pelo MeDiNa não apresentarão os resultados esperados em relação a melhoria no desempenho dos pavimentos (FRANCO; MOTTA, 2018).

A Tabela 10 apresenta um resumo comparativo dos três métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos descritos nesse subitem.

Tabela 10 – Comparativo entre os métodos DNER, COPPE/UFRJ e MeDiNa/DNIT.

Fonte: Elaborado pelo autor (baseado em SOUZA, 1981; MOTTA, 1991 e FRANCO; MOTTA, 2018).

4. METODOLOGIA

O presente trabalho se propôs a analisar e comparar três métodos de dimensionamento de pavimentos flexíveis utilizados no Brasil, quais sejam (i) Tradicional do DNER, (ii) Resiliência COPPE/UFRJ e (iii) MeDiNa. Para isso, adotou-se como referência Benevides (2000), no referido trabalho foi executada uma comparação entre os métodos (i) e (ii). O referido autor considerou três trechos de rodovias no Ceará, quais sejam: CE-060 (Pajuçara/Pacatuba), CE-040 (Messejana/Aquiraz) e BR-116 (Fortaleza/Pacajus). Benevides (2000) coletou os materiais das camadas dos referidos trechos que estavam em fase de construção à época (Tabela 11). Os materiais então coletados foram caracterizados, seus módulos de resiliência foram verificados. Os referidos trechos foram dimensionados pelo método tradicional do DNER. Em seguida, e a partir da análise das características físicas dos materiais, Benevides (2000) propôs então alternativas de estruturas para os pavimentos obtidas pelo método da Resiliência COPPE/UFRJ.

Com o objetivo de se verificar as premissas e a versatilidade do novo Método de Dimensionamento Nacional, além de propor uma nova perspectiva de análise levando-se em consideração a influência do trincamento por fadiga sobre as camadas dos pavimentos, a presente pesquisa realizou o dimensionamento dos trechos de rodovias através do MeDiNa, tendo como referência as mesmas espessuras das camadas sugeridas por Benevides (2000), obtidas pelo emprego do método da Resiliência COPPE/UFRJ.

O dimensionamento utilizando o MeDiNa avalia os dois principais defeitos experimentados por pavimentos brasileiros, o trincamento por fadiga e a deformação permanente. Ressalta-se, entretanto que as análises propostas no presente trabalho não comtemplam as informações de deformação permanente para os trechos, pois não foi possível determinar a partir da pesquisa de Benevides (2000) os coeficientes de regressão para o cálculo do afundamento de trilha de roda, para os materiais granulares de base e subbase. Contudo essa análise é possível, no MeDiNa a análise da fadiga é independente da verificação da deformação permanente.

Os trechos de rodovias foram dimensionados considerando dois cenários (i) análise da estrutura sugerida por Benevides (2000) e (ii) dimensionamento sugerido pelo programa MeDiNa, quando o critério de fadiga (30% de área trincada máxima) não foi atendido no primeiro cenário. Para isso os valores dos módulos de resiliência dos materiais asfálticos e granulares, assim como os coeficientes de regressão para o cálculo de área trincada, obtidos por Benevides (2000), foram cadastrados na base de dados do MeDiNa e as simulações realizadas. Os resultados encontrados expressam a porcentagem do trincamento por fadiga ao final do período de projeto.

Como critério para avaliar a viabilidade das alternativas propostas foi considerado o maior número N equivalente para 30% de área trincada (Nf @ 30%AT) para as alternativas do trecho da BR-116 (Fortaleza/Pacajus), contudo como as alternativas dos trechos da CE-040 (Messejana/Aquiraz) e CE-060 (Pajuçara/Pacatuba) alcançaram valores de fadiga menores que 30% foram considerados então numero N equivalente para 20% de área trincada (Nf @ 20%AT) para o trecho da CE-040 e número N equivalente para 10% de área trincada (Nf @ 10%AT) para o trecho da CE-060 (Pajuçara/Pacatuba).

Os resultados encontrados foram então comparados entre si, possibilitando-se assim a verificação de quais alternativas de dimensionamento apresentam as melhores escolhas para o aproveitamento mais eficiente dos materiais de pavimentação diante dos métodos analisados.

Tabela 11 – Trechos das rodovias utilizados na pesquisa.

Fonte: Benevides (2000).

A descrição das etapas desenvolvidas no presente trabalho encontra-se descritas nos itens subsequentes:

1. Revisão bibliográfica

A revisão da literatura nesse trabalho foi baseada em dois tópicos: nas características dos tipos de pavimentos existentes, com ênfase no pavimento flexível e nos métodos de dimensionamento de pavimentos. Sobre os métodos de dimensionamento, foi feita uma pesquisa sobre os métodos utilizados no Brasil, com foco nos métodos Tradicional do DNER, da Resiliência COPPE/UFRJ e MeDiNa.

Além disso, a pesquisa abordou características de métodos de dimensionamento adotados em outros países como forma de comparação. Com isso foi possível perceber a evolução das técnicas de dimensionamento ao longo das décadas, em especial no desenvolvimento do conhecimento sobre as características dos materiais de pavimentação.

A evolução nos métodos de dimensionamento proporcionaram a inserção de modelos menos empíricos e mais mecanísticos, baseados no comportamento mecânico dos materiais quando submetidos às tensões geradas pelo tráfego de veículos.

2. Dimensionamento dos trechos em estudo

O MeDiNa tem duas maneiras de emprego, a primeira (i) é chamada de análise, esta avalia a estrutura proposta pelo usuário fornecendo como output a previsão de área trincada (fadiga) e afundamento de trilha de roda (deformação permanente) para o tempo de projeto. A segunda maneira de utilização do MeDiNa faz a verificação do (ii) dimensionamento, nessa configuração de operação o software verifica a estrutura proposta pelo usuário e sugere uma nova configuração para estrutura do pavimento.

Contudo caso esses critérios não sejam aceitos, o programa aumenta gradativamente a espessura da camada de revestimento em intervalos fixos que variam de 0,5 cm a 1,0 cm, até os critérios serem atendidos. O Medina estabelece um intervalo de espessura para os materiais asfálticos (entre 5,0cm e 15,0cm) e para materiais granulares (entre 15,0 a 40,0cm).

3. Analise geral dos resultados obtidos

A partir dos resultados obtidos na etapa anterior foram realizadas as análises comparativas das alternativas de dimensionamento dos trechos de rodovias abordados no presente trabalho. Considerando a previsão de desempenho dos pavimentos de acordo com os métodos e os resultados obtidos a partir dos dimensionamentos dos trechos realizados pelo MeDiNa.

Com isso foi possível verificar quais alternativas de dimensionamento apresentam os resultados mais satisfatórios, quando levado em consideração uma das principais variáveis analisadas pelo Medina, a fadiga do pavimento. Agrupando os resultados e conclusões obtidas durante o desenvolvimento da pesquisa.

4.1. Dados dos trechos em estudo

Os trechos analisados nessa pesquisa estão situados na malha rodoviária do estado do Ceará e interligam cidades da Região Metropolitana de Fortaleza.

• 4.2. Trecho CE-060 (Pajuçara/Pacatuba)

O trecho da rodovia CE-060 que interliga as cidades de Pajuçara (CE) e Pacatuba (CE) tem aproximadamente 19,7 Km de extensão sendo uma rodovia estadual de responsabilidade do DER-CE. A Figura 10 apresenta a localização desse trecho.

Figura 10 – Localização geográfica trecho CE-060 (Pajuçara/Pacatuba).

Fonte: Google Maps (2019).

• 4.3. Trecho CE-040 (Messejana/Aquiraz)

O trecho da rodovia CE-040 que interliga as cidades de Messejana (CE) e Aquiraz (CE) tem aproximadamente 16,0 Km de extensão sendo uma rodovia estadual de responsabilidade do DER-CE. A Figura 11 apresenta a localização desse trecho.

Figura 11 – Localização geográfica trecho CE-040 (Messejana/Aquiraz).

Fonte: Google Maps (2019).

• 4.4. Trecho BR-116 (Fortaleza/Pacajus)

O trecho da rodovia BR-116 que interliga as cidades de Fortaleza (CE) e Pacajus (CE) tem aproximadamente 53,7 Km de extensão sendo uma rodovia federal de responsabilidade do DNIT. A Figura 12 apresenta a localização desse trecho.

Figura 12 – Localização geográfica trecho BR-116 (Fortaleza/Pacajus).

Fonte: Google Maps (2019).

4.5. Dimensionamento dos trechos pelos métodos Tradicional (DNER) e da Resiliência (COPPE/UFRJ)

Neste item foram abordados os dimensionamentos dos trechos de rodovias, já mencionados anteriormente, pelos métodos do DNER e da Resiliência COPPE/UFRJ. Os subitens a seguir apresentam uma síntese do estudo realizado por Benevides (2000) utilizado com referência para a presente pesquisa. Para maiores detalhes recomenda-se a leitura do referido texto.

4.5.1. Método Tradicional (DNER)

De acordo com Benevides (2000), os trechos analisados foram dimensionados por consultores, para segmentos homogêneos de aproximadamente 1,8 km. Os ensaios realizados nos revestimentos e nas camadas granulares determinaram: as características dos solos; os módulos resiliente de todos os materiais; fadiga e a resistência à tração estática das misturas betuminosas. Os resultados dos parâmetros mecânicos obtidos nos ensaios das camadas dos pavimentos são mostrados na Tabela 12.

Tabela 12 – Propriedades mecânicas das camadas asfálticas dos pavimentos.

Fonte: Benevides (2000).

5. As seguintes considerações foram utilizadas para o dimensionamento dos trechos das rodovias de acordo com Benevides (2000).

Determinação do Número N.

Para o número N foram consideradas as repetições do eixo simples padrão de 8,2 tf, para os trechos das rodovias. Os valores das variáveis utilizadas para o cálculo do número N estão descritas na Tabela 13.

Tabela 13 – Determinação do número N.

Fonte: Benevides (2000).

2. Dimensionamento da camada de revestimento.

Para o revestimento todos os trechos foram dimensionados utilizando-se Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ), o tipo de revestimento mais utilizado nas vias urbanas e rodovias brasileiras.

3. Dimensionamento da camada de ligação.

Para a camada de ligação os trechos foram dimensionados da seguinte forma: para o trecho CE-060-(Pajuçara/Pacatuba) não foi utilizada camada de ligação; o trecho CE-040-(Messejana/Aquiraz) foi utilizado o Pré-Misturado a Quente (PMQ) e para o trecho BR-116-(Fortaleza/Pacajús) foi utilizado CBUQ.

4. Dimensionamento da camada de base e subbase.

As espessuras das camadas foram obtidas em função do número N e dos ensaios efetuados no revestimento e nas camadas granulares, utilizando-se as equações empíricas do método Tradicional do DNER.

A Tabela 14 apresenta as espessuras das camadas dimensionadas pelos projetistas utilizando o método Tradicional do DNER.

Tabela 14 – Espessuras das camadas dos trechos pelo método do DNER.

Fonte: Benevides (2000).

5.0.2. Método da Resiliência (COPPE/UFRJ)

Para o dimensionamento dos trechos utilizando o método da Resiliência, além de verificar se a estrutura adotada nos trechos reais em campo adequava-se ao dimensionamento feito pelo método da resiliência, Benevides (2000) executou ainda simulações de diferentes estruturas derivadas a partir da estrutura inicial (DNER).

Para isso os valores de tensões e deformações obtidos através do programa computacional (FEPAV2) foram comparados aos critérios de aceitação estabelecidos pelo autor, deflexão máxima admissível (D), as diferença de tensões (Δσ) no revestimento e na camada de ligação e a tensão admissível no subleito (σv adm), conforme apresentado na Tabela 15. Para maiores detalhes a cerca dos resultados encontrados na pesquisa recomenda-se a leitura completa de Benevides (2000).

Tabela 15 – Critérios de aceitação para os trechos das rodovias em análise para o Método da Resiliência.

Fonte: Benevides (2000).

Os parâmetros para o cálculo do módulo de resiliência dos materiais granulares usados para o dimensionamento pelo método da Resiliência COPPE/UFRJ estão descritos na Tabela 16. Assim como os valores dos coeficientes de regressão utilizados para a determinação da fadiga nos trechos em estudo estão descritos na Tabela 17.

Tabela 16 – Parâmetros para cálculo do módulo de Resiliência.

Fonte: Benevides (2000).

Tabela 17 – Parâmetros para a determinação da fadiga dos materiais asfálticos.

Fonte: Benevides (2000).

Os coeficientes marcados com (*) indicam que os módulos de resiliência para o subleito dos trechos das CE-060 e CE-040, apresentaram comportamento diferentes quando analisados em laboratório. Seus módulos de resiliência tiveram seus valores mais próximos de solos coesivos (finos), portanto para esses trechos forma realizados dimensionamentos considerado os dos tipos de subleitos encontrados – solo granular e solo coesivo.

Os coeficientes de Poisson para o dimensionamento foram utilizados conforme descrito na Tabela 18 de acordo com os materiais das camadas dos pavimentos.

Tabela 18 – Parâmetros para as camadas dos pavimentos.

Fonte: Benevides (2000).

• BR-116 (Fortaleza/Pacajus).

No trecho indicado foram consideradas as camadas de subbase, base, de ligação e o revestimento. As seguintes alternativas de variação da estrutura foram propostas, cujos resultados são apresentados na Tabela 17.

Alternativa 1: Mantiveram-se a mesmas espessuras encontradas no método do DNER.

Alternativa 2: Retirou-se a camada de ligação e mantiveram-se as demais.

Alternativa 3: Modificaram-se as espessuras da camada de ligação e do revestimento de 5,0cm para 4,5cm e mantiveram-se as demais.

Alternativa 4: Modificaram-se as espessuras da camada de ligação de 5,0cm para 4,0cm e da subbase de 20,0cm para 18,0cm e mantiveram-se as demais.

Alternativa 5: Modificou-se a espessura da camada de subbase de 20,0cm para 28,0cm. Retirou-se a camada de base e mantiveram-se as demais.

Alternativa 6: Modificaram-se as espessuras da camada de ligação de 5,0cm para 4,0cm e da subbase de 20,0cm para 30,0cm. Retirou-se a camada de base e mantiveram-se as demais.

Alternativa 7: Modificaram-se as espessuras da camada de ligação de 5,0cm para 4,0cm, e da subbase de 20,0cm para 28,0cm. Retirou-se a camada de base e mantiveram-se as demais.

• CE-040 (Messejana/Aquiraz).

No trecho indicado foram consideradas as camadas de subbase, base, de ligação e o revestimento. As seguintes alternativas de variação da estrutura foram propostas, cujos resultados são apresentados na Tabela 18.

Alternativa 1: Mantiveram-se a mesmas espessuras encontradas no método do DNER.

Alternativa 2: Retirou-se a camada de ligação e mantiveram-se as demais.

Alternativa 3: Modificaram-se as espessuras da camada de ligação de 4,5cm para 4,0cm, da camada de base de 19,0cm para 15,0cm, da subbase de 20,0cm para 15,0cm e mantiveram-se as demais.

Alternativa 4: Modificaram-se as espessuras do revestimento de 4,0cm para 5,5cm, da camada de base de 19,0cm para 15,0cm. Retirou-se a camada de ligação e mantiveram-se as demais.

Alternativa 5: Modificaram-se as espessuras do revestimento de 4,0cm para 5,5cm e da camada de subbase de 20,0cm para 25,0cm. Retirou-se a camada de ligação e a camada de base.

Ainda para o trecho da CE-040, as mesmas alternativas descritas acima foram dimensionadas alterando-se o módulo de Resiliência do material do subleito com característica de solo coesivo.

• CE-060 (Pajuçara/Pacatuba).

No trecho indicado foram consideradas as camadas de subbase, base e o revestimento. As seguintes alternativas de variação da estrutura foram propostas, cujos resultados são apresentados na Tabela 19.

Alternativa 1: Mantiveram-se a mesmas espessuras encontradas no método do DNER.

Alternativa 2: Modificou-se a espessura da camada de subbase de 20,0cm para 22,0cm e mantiveram-se as demais.

Alternativa 3: Modificou-se a espessura da camada de subbase de 20,0cm para 25,0cm. Retirou-se a camada de base e mantiveram-se as demais.

Alternativa 4: Modificaram-se as espessuras da camada de subbase de 20,0cm para 30,0cm e do revestimento de 5,0cm para 4,0cm. Retirou-se a camada de base.

Novamente para o trecho da CE-060, as mesmas alternativas descritas acima foram dimensionadas alterando-se o módulo de Resiliência do material do subleito com característica de solo coesivo.

Os resultados encontrados por Benevides (2000) demonstraram a versatilidade do método da Resiliência em relação ao método tradicional do DNER, pois possibilita a execução de várias alternativas de dimensionamento mudando-se a configuração estrutural do pavimento, com nível de confiabilidade e valores de deflexão e tensão dentro de valores aceitáveis.

6. RESULTADOS

Neste capítulo são apresentados os resultados das análises do dimensionamento das estruturas dos pavimentos realizados com o programa MeDiNa versão 1.1.1.0 de novembro de 2018. Para isso as seguintes considerações foram feitas para todos os trechos em estudo.

• Período de projeto de 10 anos.

• Taxa de crescimento do tráfego de veículos de 2,0% (CE-060-Pajuçara/Pacatuba); 5,0% (CE-040-Messejana/Aquiraz) e 6,5% (BR-116-Fortaleza/Pacajus) ao ano.

• 100% dos veículos na faixa de projeto.

6.1. Trecho BR-116 (Fortaleza/Pacajus)

Todas as alternativas para esse trecho foram dimensionadas a partir dos seguintes parâmetros.

1. Número N considerado foi de 3,84x10⁷. Os valores de VMD do 1° ano (2001 veículos), da taxa de crescimento (6,5%) e do período de projeto (10 anos), estão de acordo com Benevides (2000).

2. Foram considerados no dimensionamento veículos simples de roda dupla de 8,2ton.

3. Classificação da via em sistema arterial primário com um grau de confiabilidade de 85%.

4. O MeDiNa estabelece para o tipo de via em análise o valor máximo de 30% para a Área Trincada.

5. O revestimento e a camada de ligação foram dimensionados com material asfáltico e as camadas de base e subbase com materiais granulares.

6.1.1. Alternativa 1

Mantidas as mesmas espessuras obtidas no método do DNER, sendo: revestimento de 5,0cm; camada de ligação de 5,0cm; base de 15,0cm e subbase de 20,0cm.

No cenário (i) quando é analisada a estrutura com os valores das espessuras das camadas descritas anteriormente, ao concluir a verificação o programa emitiu o alerta de tráfego elevado, isso indica que a estrutura apresentou fadiga maior (95,3% de área trincada) do que o limite máximo (30% de área trincada) permitida na camada de revestimento pelo MeDiNa para o período de projeto (Figura 13). A análise da evolução mensal dos danos demonstrou que o valor máximo de área trincada é alcançado no 60° mês.

Figura 13 – Avaliação da alternativa 1 do trecho da BR-116 para o cenário (i).

Fonte: MeDiNa (2019).

Como o critério de área trincada não foi atendido para a alternativa 1 foi proposto então um segundo cenário (ii) agora com o dimensionamento feito pelo próprio MeDiNa, o programa sugeriu uma nova configuração das camadas, aumentando a espessura do revestimento para 11,2cm. As demais características das camadas do pavimento e do tráfego de veículos foram mantidas constantes. Com isso o valor da área trincada diminuiu para 22,7% ao final do período de projeto (Figura 14).

Figura 14 – Sugestão para a alternativa 1 do trecho da BR-116 para o cenário (ii).

Fonte: MeDiNa (2019).

6.1.2. Alternativa 2

Retirando-se a camada de ligação (Binder) e mantendo as espessuras do revestimento de 5,0cm; base de 15,0cm e subbase de 20,0cm.

Quando a estrutura é analisada com os valores das espessuras das camadas descritas anteriormente, cenário (i) o pavimento apresentou fadiga maior (99,0% de área trincada) do que o limite máximo (30% de área trincada) permitida na camada de revestimento para o período de projeto (Figura 15). Ao se analisar a evolução mensal dos danos pôde-se observar que o valor máximo para a área trincada já é ultrapassada no 30° mês. A alternativa proposta não é viável, pois devido ao tráfego elevado não é adequado retirar a camada de ligação. Ao aplicar o cenário (ii) o MeDiNa não executou uma solução para o dimensionamento, pois a camada de revestimento teria que ser aumentada acima do limite máximo permitido pelo programa para as camadas asfálticas (15,0cm).

Figura 15 – Avaliação da alternativa 2 do trecho da BR-116 para o cenário (i).

Fonte: MeDiNa (2019).

6.1.3. Alternativa 3

Para essa alternativa não foi possível diminuir as espessuras das camadas de revestimento e de ligação para 4,5cm, pois o MeDiNa estabelece uma espessura mínima de 5,0cm para as camadas asfálticas. Para a análise pelo cenário (i) foi considerada então uma espessura de 5,5cm tanto para o revestimento como para o binder, mantendo as espessuras das demais camadas. Ao concluir a verificação o programa emitiu o alerta de tráfego elevado, com fadiga maior (79,6% de área trincada) do que o limite máximo (30% de área trincada) permitida pelo programa para o período de projeto (Figura 16), entretanto observa-se que ao aumentar 1,0cm nas camadas asfálticas a área trincada apresentou significativa queda. A evolução mensal dos danos indicou que o valor máximo de área trincada é alcançada com mais tempo no 72° mês.

Figura 16 – Avaliação da alternativa 3 do trecho da BR-116 para o cenário (i).

Fonte: MeDiNa (2019).

Novamente como o critério de área trincada não foi atendido para a alternativa 3 foi proposto então um segundo cenário (ii) agora com o dimensionamento feito pelo próprio MeDiNa, o programa sugeriu uma nova configuração das camadas, aumentando a espessura do revestimento para 10,3cm. As demais características das camadas do pavimento e do tráfego de veículos foram mantidas constantes. Com isso o valor da área trincada diminuiu para 24,9% ao final do período de projeto (Figura 17).

Figura 17 – Sugestão para a alternativa 3 do trecho da BR-116 para o cenário (ii).

Fonte: MeDiNa (2019).

6.1.4. Alternativa 4

Diminuindo-se a camada de subbase para 18,0cm, mantendo a espessura do revestimento e da base, entretanto novamente não foi possível diminuir a camada de ligação para 4,0cm, logo para a análise foi mantida a espessura de 5,0cm para o binder.

No cenário (i) a fadiga apresentou valor maior (97,6% de área trincada) do que o limite máximo (30% de área trincada) permitido pelo MeDiNa para o período de projeto (Figura 18). A evolução mensal dos danos indicou que o valor máximo para a área trincada é superado a partir do 60° mês.

Figura 18 – Avaliação da alternativa 4 do trecho da BR-116 para o cenário (i).

Fonte: MeDiNa (2019).

No cenário (ii) agora com o dimensionamento sugerido pelo programa, a espessura do revestimento foi aumentada para 11,8cm com as demais características das camadas do pavimento e do tráfego de veículos mantidas constantes. Com isso o valor da área trincada diminuiu para 21,0% ao final do período de projeto (Figura 19).

Figura 19 – Sugestão para a alternativa 4 do trecho da BR-116 para o cenário (ii).

Fonte: MeDiNa (2019).

6.1.5. Alternativas 5, 6 e 7

Para as estruturas propostas nas alternativas 5, 6 e 7 o dimensionamento foi realizado excluindo a camada de base, pois nos ensaios de caracterização realizados nos materiais granulares para o trecho da BR-116 (Fortaleza/Pacajus) foi observado que o Módulo de Resiliência das camadas de subbase apresentava valores maiores quando comparados aos da base.

Todos os cenários analisados ficaram abaixo do limite máximo de Área Trincada (30%) estabelecido como critério de parada do MeDiNa. Na alternativa 5 foram consideradas as espessuras de 5,0cm para a camada de revestimento e camada de ligação (Binder) e a subbase teve sua espessura aumentada para 28,0cm.

Para a alternativa 6 não foi possível diminuir a camada de ligação para 4,0cm, pois estaria abaixo do limite estabelecido pelo MeDiNa para as camadas asfáltica, sendo mantida então com 5,0cm. Manteve-se a espessura do revestimento em 5,0cm e a subbase aumentou de 20,0cm para 30,0cm.

E por fim, a análise da alternativa 7 manteve a espessura do revestimento em 5,0cm a camada de ligação novamente não pode ser diminuída para 4,0cm permanecendo então com 5,0cm e foi retirado 1,0cm da camada de subbase ao invés de 28,0cm, conforme Benevides (2000) foi analisada com 27,0cm. Em todos os dimensionamentos verificados pelo MeDiNa os valores de fadiga (9,7% de área trincada) ficaram bem abaixo do limite máximo (30% de área trincada) admissível pelo programa para o período de projeto considerado. As Figuras 20, 21 e 22 mostram os resultados fornecidos pelo MeDiNa para as alternativas 5, 6 e 7 respectivamente.

Figura 20 – Avaliação da alternativa 5 do trecho da BR-116.

Fonte: MeDiNa (2019).

Figura 21 – Avaliação da alternativa 6 do trecho da BR-116.

Fonte: MeDiNa (2019).

Figura 22 – Avaliação da alternativa 7 do trecho da BR-116.

Fonte: MeDiNa (2019).

6.2. Trecho CE-060 (Pajuçara/Pacatuba)

Todas as alternativas simuladas para esse trecho não atingiram o valor máximo de 30% para a área trincada, portanto só foram avaliadas levando-se em consideração o cenário (i). Os seguintes parâmetros foram considerados.

1. Número N considerado foi de 3,74x10⁶. Os valores de VMD do 1° ano (560 veículos), da taxa de crescimento (2,0%) e do período de projeto (10 anos), estão de acordo com Benevides (2000).

2. Foram considerados no dimensionamento veículos simples de roda dupla de 8,2ton.

3. Classificação da via em sistema coletor primário com um grau de confiabilidade de 85%.

4. O MeDiNa estabelece para o tipo de via em análise o valor máximo de 30% para a Área Trincada.

5. O revestimento foi dimensionado com material asfáltico e as camadas de base e subbase com materiais granulares.

6. As alternativas de 1 a 4 foram dimensionadas considerando o subleito com módulo de resiliência mais próprio de solos granulares - Subleito (1). Já as alternativas de 5 a 8 foram analisadas com subleito com características mais próximas de solos coesivos (finos) – Subleito (2).

6.2.1. Alternativa 1

Mantidas as mesmas espessuras obtidas no método do DNER, sendo: revestimento de 5,0cm; base de 16,0cm e subbase de 20,0cm.

No cenário (i) quando é analisada a estrutura com os valores das espessuras das camadas descritas anteriormente o pavimento apresentou fadiga menor (10,8% de área trincada) do que o limite máximo (30% de área trincada) permitida na camada de revestimento pelo MeDiNa para o período de projeto.

6.2.2. Alternativa 2

Aumentando a espessura da subbase de 20,0cm para 22,0cm, mantendo as espessuras das demais camadas.

Para cenário (i) o pavimento apresentou fadiga menor (10,7% de área trincada) do que o limite máximo permitido na camada de revestimento pelo programa para o período de projeto.

6.2.3. Alternativas 3 e 4

Para as estruturas propostas nas alternativas 3 e 4 o dimensionamento foi realizado excluindo a camada de base, haja vista que nos ensaios de caracterização realizados por Benevides (2000), nos materiais granulares para o trecho da CE-060 (Pajuçara/Pacatuba) foi observado que o Módulo de Resiliência das camadas de subbase apresentava valores maiores quando comparados aos da base.

Na alternativa 3 foi considerada a espessura de 5,0cm para a camada de revestimento e a subbase teve sua espessura aumentada para 25,0cm, indicando ao final da análise 8,1% de área trincada. Para a alternativa 6 não foi possível diminuir a camada de revestimento para 4,0cm, pois estaria abaixo do limite estabelecido pelo programa para as camadas asfáltica, sendo mantida então com 5,0cm. A espessura da subbase aumentou de 20,0cm para 30,0cm, o MeDiNa indicou ao final do período de projeto 8,3% de área trincada.

6.2.4. Alternativas 5, 6, 7 e 8

Para as alternativas de 5 a 8 os módulos de resiliência do Subleito foram alterados, pois suas características obtidas nos ensaios demonstraram valores diferentes para as amostras ensaiadas. O subleito considerado para o dimensionamento das alternativas aqui apresentadas apresenta característica de solo mais coesivo (fino).

Para isso foram utilizadas as mesmas espessuras descritas nas alternativas anteriores, seguindo a mesma ordem, com isso a alternativa 5 foi dimensionada com as mesmas espessuras da alternativa 1 a alternativa 6 foi dimensionada com as mesmas espessuras da alternativa 2 e assim sucessivamente. Os resultados para a área trincada obtidas pelo MeDiNa para as alternativas de 5 a 8 estão descritas na Tabela 19.

Tabela 19 – Área Trincada das alternativas 5, 6, 7 e 8 do trecho da CE-060.

Fonte: MeDiNa (2019).

Observa-se que os valores encontrados nessa segunda análise são próximos dos resultados obtidos nas alternativas de 1 a 4, quando o módulo de resiliência do subleito apresenta valores dos Módulos de Resiliência mais próximos de materiais granulares.

7. Trecho CE-040 (Messejana/Aquiraz)

Todas as alternativas simuladas para esse trecho não atingiram o valor máximo de 30% para a área trincada, portanto só foram avaliadas levando-se em consideração o cenário (i). Os seguintes parâmetros foram considerados.

1. Número N considerado foi de 7,43x10⁶. Os valores de VMD do 1° ano (850 veículos), da taxa de crescimento (5,0%) e do período de projeto (10 anos), estão de acordo com Benevides (2000).

2. Foram considerados no dimensionamento veículos simples de roda dupla de 8,2ton.

3. Classificação da via em sistema coletor primário com um grau de confiabilidade de 85%.

4. O MeDiNa estabelece para o tipo de via em análise o valor máximo de 30% para a Área Trincada.

5. O revestimento e a camada de ligação foram dimensionados com material asfáltico e as camadas de base e subbase com materiais granulares.

6. As alternativas de 1 a 5 foram dimensionadas considerando o subleito com módulo de resiliência mais próprio de solos granulares - Subleito (1). Já as alternativas de 6 a 10 foram analisadas com subleito com características mais próximas de solos coesivos (finos) – Subleito (2).

7.0.5. Alternativa 1

Para essa alternativa não foi possível, manter as mesmas espessuras do DNER para as camadas de revestimento e binder, pois as espessuras mínimas para material asfáltico definidas pelo MeDiNa são de 5,0cm, portanto essas camadas foram analisadas com o valor mínimo indicado. As espessuras de base e subbase foram mantidas.

No cenário (i) quando é analisada a estrutura com os valores das espessuras das camadas descritas anteriormente o pavimento apresentou fadiga menor (17,1% de área trincada) do que o limite máximo (30% de área trincada) permitida na camada de revestimento pelo MeDiNa para o período de projeto.

7.0.6. Alternativa 2

Retirou-se a camada de ligação (binder). Mantiveram-se as camadas de base e subbase. Foi proposta uma nova configuração aumentando a camada de revestimento para 8,5cm.

No cenário (i) o pavimento apresentou fadiga bem próxima (29,8% de área trincada) do que o limite máximo (30% de área trincada) permitida na camada de revestimento pelo MeDiNa para o período de projeto.

7.0.7. Alternativas 3, 4 e 5

Para a alternativa 3 as camadas de base e subbase foram reduzidas para 15,0cm, entretanto não foi possível reduzir a camada de ligação para 4,0cm (valor mínimo 5,0cm). O revestimento permaneceu com 5,0cm. Aplicando o cenário (i) o pavimento apresentou fadiga (16,6% de área trincada) abaixo do limite (30% de área trincada) estabelecido como critério de parada pelo programa.

Na alternativa 4 a camada de ligação foi retirada, o revestimento alterado para 5,5cm e a camada de base reduzida para 15,0cm, manteve-se a subbase com espessura de 20,0cm. Para essa configuração estrutural o pavimento apresentou fadiga um pouco acima (31,3% de área trincada) do que limite máximo aceitável.

E por fim, para a alternativa 5 foram retiradas as camadas de ligação e base, o revestimento foi considerado com 5,5cm e a subbase aumentada para 25,0cm. Para o cenário (i) a estrutura foi avaliada e apresentou fadiga (15% de área trincada) abaixo do limite máximo (30% de área trincada) para a camada de revestimento.

7.0.8. Alternativas 6, 7, 8, 9 e 10

Para as alternativas de 6 a 10 os Módulos de Resiliência do Subleito foram alterados, pois suas características obtidas nos ensaios demonstraram valores diferentes para as amostras ensaiadas. O subleito considerado para o dimensionamento das alternativas aqui simuladas apresenta característica de solo mais coesivo (fino).

Para isso foram utilizadas as mesmas espessuras descritas nas alternativas anteriores, seguindo a mesma ordem, com isso a alternativa 6 foi dimensionada com as mesmas espessuras da alternativa 1, a alternativa 7 foi dimensionada com as mesmas espessuras da alternativa 2 e assim sucessivamente. Os resultados para a área trincada obtidas pelo MeDiNa para as alternativas de 6 a 10 estão descritas na Tabela 20.

Tabela 20 – Área Trincada das alternativas 6, 7, 8, 9 e 10 do trecho da CE-040.

Fonte: MeDiNa (2019).

Ao final das simulações de todas as alternativas, realizadas pelo MeDiNa, que indicaram a evolução dos danos pelo trincamento nas camadas do pavimento, em relação ao crescimento do número N, analisou-se a viabilidade de alternativas para cada trecho. Ressaltam-se os valores utilizados com parâmetro para a escolha das melhores alternativas: número N equivalente (Nf @ 30%AT) BR-116; (Nf @ 20%AT) CE-040 e (Nf @ 10%AT) CE-060. Os resultados foram resumidos na Tabela 21.

Tabela 21 – Resultados para a viabilidade das alternativas dos trechos em estudo.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Pode-se concluir a partir das informações da Tabela 21 que as alternativas que não atingiram o limite de área trincada, configuram-se como as melhores alternativas de execução, haja vista que o número N equivalente será o valor máximo ao final do período de projeto.

Com isso no trecho da BR-116 (Fortaleza/Pacajus) as alternativas 5, 6 e 7 apresentaram as melhores sugestões de execução, entretanto as alternativas 3 e 4 demonstraram valores de (Nf @ 30%AT) bem menores quando comparados ao número N (3,44x10⁷) ao final do período de projeto para o trecho, o que também pode ser observado na alternativa 2.

Para o trecho da CE-060 (Pajuçara/Pacatuba) as alternativas 3, 4, 7 e 8 apresentaram as melhores alternativas por atingirem o número N equivalente ao final do período de projeto. Entretanto pode-se destacar que as alternativas 2, 5 e 6 também se configuram viáveis, pois seus valores de Nf @ 10%AT se aproximam do valor do numero N (3,74x10⁶) ao final do período de projeto para o trecho.

E por fim o trecho da CE-040 (Messejana/Aquiraz) as alternativas 3, 5, 6, 8 e 10 apresentaram as melhores sugestões, entretanto ressalta-se que as demais alternativas também seriam viáveis, pois os valores de Nf @ 20%AT obtiveram valores próximos ao número N final para o período de projeto.

A evolução mensal dos danos para o período de projeto de todos os trechos em estudo estão demonstrados nos gráficos a seguir.

Gráfico 1 – Evolução dos danos para o trecho BR-116 (Fortaleza/Pacajus).

Fonte: Elaborado pelo autor.

Pelo Gráfico 1 a fadiga causada pelo trincamento, ocasiona elevados valores de área trincada para as alternativas 1, 2, 3 e 4 do trecho da BR-116. Vale destacar que a alternativa 2, quando a camada de ligação é retirada, o pavimento alcança (99% de área trincada). Os resultados obtidos pelo cenário (ii), quando o trecho é dimensionado pelo MeDiNa com aumento na camada de revestimento, diminui consideravelmente os valores de área trincada para as mesmas alternativas (Gráfico 2).

Gráfico 2 – Evolução dos danos para as alternativas 1, 3 e 4 sugeridas pelo MeDiNa para o trecho BR-116 (Fortaleza/Pacajus).

Fonte: Elaborado pelo autor.

O gráfico 3 apresenta a comparação de todas as alternativas simuladas para o trecho da CE-060, pode-se verificar que nenhuma das alternativas alcançam o limite máximo de fadiga (30% de área trincada) estabelecida pelo MeDiNa, entretanto vale ressaltar que as alternativas 3, 4, 7 e 8 apresentam área trincada ao final do período de projeto variando entre aproximadamente 7,5% a 8,5%, quando o número N atinge seu valor máximo. Pode-se inferir que essa situação ocorre devido ao baixo volume médio diário (560) e a taxa de crescimento reduzida (2,0%).

Gráfico 3 – Evolução dos danos para o trecho CE-060 (Pajuçara/Pacatuba).

Fonte: Elaborado pelo autor.

Por fim a análise comparativa das alternativas do trecho da CE-040 foram agrupadas no Gráfico 4. Observa-se novamente que todas as alternativas ficaram abaixo do limite máximo de área trincada estabelecida pelo MeDiNa, entretanto ressalta-se que em cada alternativa o valor do Nf @ 20%AT apresenta valores distintos.

Gráfico 4 – Evolução dos danos para o trecho CE-040 (Messejana/Aquiraz).

Fonte: Elaborado pelo autor.

8. CONCLUSÕES

O presente trabalho teve como principal objetivo comparar e avaliar os impactos na estrutura de pavimentos pela utilização de diferentes métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos utilizados no país, quais sejam: (i) Tradicional do DNER, (ii) Resiliência COPPE/UFRJ e (iii) MeDiNa/DNIT. Para propiciar um maior entendimento dos detalhes das metodologias utilizadas apresentou-se uma revisão da literatura. Após considerar os resultados obtidos, foi possível delimitar as seguintes conclusões:

- O método empírico tradicional do DNER, apresenta claras limitações por basear-se exclusivamente na capacidade de suporte dos materiais granulares construtivos do pavimento. Limitando-se sua análise ao ensaio de CBR, o que pode ocasionar dimensionamentos imprecisos levando o pavimento a ruptura precoce ou a determinação das espessuras das camadas muito além do necessário, pelo superdimensionamento.

- O método da Resiliência COPPE/UFRJ propôs uma nova abordagem baseada na capacidade resiliente dos materiais através da obtenção dos modelos de comportamento tensão-deformação dos materiais de pavimentação. O referido método trouxe, portanto uma evolução na área da pavimentação ao considerar a relação do módulo de resiliência na estrutura do pavimento.

- O MeDiNa impõe uma abordagem mecanístico-empírico para prever o comportamento da estrutura do pavimento ao longo da sua vida útil, levando-se em consideração uma análise de desempenho com ênfase nos dois principais defeitos recorrentes nos pavimentos brasileiros, o trincamento por fadiga e a deformação permanente. O conhecimento sobre essas manifestações patológicas influenciam diretamente na escolha de materiais de pavimentação mais adequados a realidade das rodovias no país. A previsão sobre os impactos dessas patologias nos pavimentos relaciona-se diretamente na construção de vias com maior qualidade que atendem de forma mais satisfatórias seus usuários.

Por fim, ao comparar os três métodos de dimensionamento de pavimentos asfálticos adotados no Brasil pôde-se verificar a versatilidade dos métodos mecanístico-empiricos. Os métodos da Resiliência COPPE/UFRJ e MeDiNa possibilitam examinar o desempenho dos pavimentos pelas várias alternativas de dimensionamento com nível de confiabilidade de até 95%, entretanto o novo método de dimensionamento nacional permite uma análise mais próxima da realidade dos pavimentos brasileiros ao verificar a evolução das principais manifestações patológicas experimentadas nas vias do país.

8.1. Sugestões para trabalhos futuros

A possibilidade de analisar diversas configurações estruturais de pavimentos de forma prática e rápida como a fornecida pelo MeDiNa, configura-se um ponto de partida inicial para a etapa do dimensionamento. É de fundamental importância destacar que um projeto de pavimentação requer conhecimento amplo das informações a cerca das características e propriedades físicas dos materiais, só assim os resultados obtidos poderão ser aplicados de forma correta e precisa. As seguintes sugestões são recomendadas para trabalhos futuros:

- Avaliar os resultados obtidos de área trincada (AT) pelo MeDiNa com os valores encontrados em campo.

- Analisar os trechos a partir do critério do afundamento de trilha de roda (deformação permanente).

- Realizar uma análise baseadas nos custos inerentes as várias soluções propostas pelo MeDiNa.

- Utilizar outros programas computacionais que considerem o desempenho do pavimento ao longo da sua vida útil através da análise de outras variáveis.

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