PROJETO ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL PARA O …
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PROJETO ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL PARA O PORTO DO AÇU Norton de Figueiredo Neto Projeto de graduação submetido ao corpo docente do curso de engenharia civil da escola politécnica da universidade federal do rio de janeiro como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil. Dezembro/2019
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PROJETO ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL PARA O PORTO DO AÇU
Norton de Figueiredo Neto
Projeto de graduação submetido
ao corpo docente do curso de
engenharia civil da escola
politécnica da universidade federal
do rio de janeiro como parte dos
requisitos necessários para a
obtenção do grau de Engenheiro
Civil.
Dezembro/2019
“SÓ HÁ PROBLEMA, QUANDO HÁ SOLUÇÃO”
Og Gomes de Sá
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL
DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A
OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
________________________________________________
Profa. Sandra Oda – DET/POLI/UFRJ
______________________________________________
Profa. Vivian Karla Castelo Branco Louback Machado Balthar - – FAU/UFRJ
________________________________________________
Eng. Felipe Costa Dias – PET/COPPE/UFRJ
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
Dezembro de 2019.
Figueiredo Neto, Norton de
Projeto estrutural de pavimento flexível para Porto do Açu.
xii, 73 p.:il.; 29,7 cm.
Orientador: Sandra Oda
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de
Engenharia Civil, 2019.
Referências Bibliográficas: p. 42-43
1. Introdução 2. Pavimentação Flexível 3. Estudo de caso 4.
Dimensionamento 5. Referências bibliográficas
I. Oda, Sandra; II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Estudo sobre o projeto
estrutural de pavimento flexível para porto do açu com foco na
espessura
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
PROJETO ESTRUTURAL DE PAVIMENTO FLEXÍVEL PARA O PORTO DO AÇU
Norton de Figueiredo Neto
Dezembro/2019
Orientadora: Sandra Oda
Curso: Engenharia Civil
O transporte marítimo depende da infraestrutura oferecida pelos portos e de seus
terminais. O pavimento dessas estruturas deve apresentar desempenho devidamente
dimensionado no projeto estrutural e a categoria dos pavimentos flexíveis, atualmente,
oferece uma das melhores qualidades à operação. Este trabalho apresenta o tipo de solução
em questão e propõe nova estrutura em caso de expansão e aumento de carga em relação à
atualmente utilizada no Porto do Açu, considerando suas características físicas e de
carregamento. O trabalho consistirá em apresentar as características da pavimentação
flexível e seu dimensionamento, estudo de caso e dimensionamento do projeto
apresentado com apresentação da representação gráfica do pavimento em questão.
Palavras-chave: pavimento flexível, Porto do Açu, projeto de pavimento
AGRADECIMENTOS
De forma breve e resumida, gostaria de agradecer a todos que fizeram que essa longa
jornada fosse possível.
À minha família, pelo suporte incondicional, amor e apoio durante todos os anos. Meu
diploma será mais de vocês que meu.
Aos meus colegas de engenharia Naval que apoiaram minha decisão de troca de curso e
me deram força para me preparar para engenharia Civil.
Aos meus novos colegas de civil, que foram de extrema importância na minha adaptação e
sempre se mostraram disponíveis.
Aos professores e funcionários que são nomes renomados em praticamente todas as áreas
de nossa formação.
E principalmente, às boas pessoas que estão sempre dispostas à ajudar, independente de
sua função ou cargo dentro da instituição, já que muitas vezes temos momentos de
dificuldade em nossa caminhada e elas nos surpreendem com sua existência, como uma
luz no fim do túnel.
Dentro dessas pessoas boas, gostaria de destacar minha coordenadora, professora, e em
todos sentidos da palavra, orientadora Sandra Oda. Por ter sido a primeira e a última
pessoa a estar sempre disponível para me ouvir e aconselhar, dentro desta minha jornada
na engenharia civil.
Muito obrigado.
8
SUMÁRIO
1- INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 10
2 – PAVIMENTO FLEXÍVEL............................................................................................. 14
2.1 – VISÃO GERAL ....................................................................................................... 14
2.2 – CAMADAS............................................................................................................ 15
2.2.1 – SUBLEITO.......................................................................................................... 16
2.2.2 – SUB-BASE ......................................................................................................... 16
2.2.3 – BASE ................................................................................................................. 17
2.2.4 – REVESTIMENTO ................................................................................................ 17
2.3 – SERVIÇOS ............................................................................................................ 17
2.3.1 – PINTURA DE LIGAÇÃO ....................................................................................... 17
2.3.2 – IMPRIMAÇÃO ................................................................................................... 18
2.3.3 – FRESAGEM ....................................................................................................... 19
2.3.4 - DOSAGEM ......................................................................................................... 19
2.4 – DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO.................................................................. 21
2.4.1 – DETERMINAÇÃO DO ISC .................................................................................... 21
2.4.2 – DETERMINAÇÃO DO NÚMERO N ...................................................................... 21
2.4.3 – COEFICIENTE DE EQUIVALÊNCIA (k) .................................................................. 24
3 – ESTUDO DE CASO ................................................................................................... 28
3.1 - O PORTO DO AÇU ................................................................................................. 28
3.1.1 – TERMINAL 1 (T1) ............................................................................................... 29
3.1.2 – TERMINAL 2 (T2) ............................................................................................... 30
3.1.3 – TERMINAL MULTICARGAS ................................................................................. 32
3.2 – EXPANSÃO ........................................................................................................... 34
4 – PROJETO DE PAVIMENTAÇÃO ................................................................................. 35
4.1 - CARACTERIZAÇÃO DO SUBLEITO........................................................................... 35
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4.2 - NÚMERO DE SOLICITAÇÕES DO EIXO PADRÃO (N) ............................................... 36
4.3 – DIMENSIONAMENTO ........................................................................................... 37
4.4 - VERIFICAÇÃO DAS CAMADAS ............................................................................... 38
4.6 – ESQUEMA ESTRUTURAL DAS CAMADAS DO PAVIMENTO..................................... 41
5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS ........................... 43
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 44
10
1- INTRODUÇÃO
Um sistema de transporte é constituído por três tipos de componentes: veículos,
terminais e vias. No modo marítimo de transporte, os veículos são embarcações e as vias
são rotas marítimas (GOLDBERG, 2009).
Os engenheiros civis têm função significativa na construção dos terminais e na parte
logística de um sistema de transporte. O modo marítimo de transporte, contudo,
apresenta a peculiaridade de as vias não serem objetos como rodovias, mas regiões de
delimitação para o tráfego dentro do espaço marítimo. Já a construção de um terminal
envolve grandes desafios. Por ser uma obra de grande porte, que demanda alto
desempenho operacional e elevados critérios de segurança, torna-se necessário o
emprego das mais avançadas técnicas construtivas e controle tecnológico. O projeto
então deve levar em consideração estes aspectos, sobretudo, contemplando também os
custos de implantação e de posterior manutenção.
Um elemento central na operação comercial de um porto é o nível de qualidade da
infraestrutura do terminal. É necessário que as condições ofertadas à estocagem e
circulação da carga atendam aos padrões esperados de eficácia, segurança e conforto, de
modo que o porto mantenha-se competitivo (GOLDBERG, 2009).
O pavimento é a estrutura responsável por receber diretamente a carga vertical dos
guindastes, caminhões e containers e transmiti-las à fundação (subleito). Subleito é o
terreno natural, onde o solo deve estar preparado e bem compactado para suportar a
estrutura ou sistema de pavimentação. A fundação pode, ainda, ser reforçada com uma
camada corretiva adicional (reforço do subleito).
Além da camada de reforço, o pavimento pode ainda ser constituído por mais camadas:
revestimento, base e sub-base (Figura 1.1). A base é a camada que fornece suporte
estrutural, a subbase evita o fenômeno de bombeamento do subleito e o revestimento é a
camada de rolamento do tráfego e desgaste (CAPUTO, 1983).
11
Figura 1.1: Camadas do pavimento (CAPUTO, 1983)
Os pavimentos são normalmente separados em duas categorias: rígidos e flexíveis. A
diferença estrutural se dá na forma como são distribuídas as tensões. O pavimento rígido
oferece maior distribuição pressão na fundação, enquanto o flexível, aprsenta maior
concentração de pressão na fundação (Figura 1.2) (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE
CIMENTO PORTLAND, 2010)
Figura 1.2: Categorias de pavimento
(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND, 2010)
12
Os pavimentos rígidos tem boa resistência às tensões de tração em que se originam na
flexão e não acompanham as deformações do subleito, em que relação aos flexíveis que,
por sua vez, se adaptam mais facilmente às deformações do subleito sem tensões
adicionais. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND, 2010)
A composição do revestimento também é diferente (Figura 1.3). Pavimentos rígidos
usualmente utilizam placas de concreto de cimento Portland, enquanto os revestimentos
de pavimentos flexíveis são compostos por misturas asfálticas (CAPUTO, 1983).
Figura 1.3: Tipos de pavimentos (CAPUTO, 1983).
As principais variáveis de escolha do tipo de pavimento estão vinculadas a composição
de tráfego que irá solicitar o pavimento e, consequente, ao carregamento que o porto irá
operar, além da disponibilidade de materiais e condições climáticas do local. Também
são consideradas a frequência de operação, a qualidade do subleito e os custos de
manutenção e construção (CAPUTO, 1983).
O pavimento flexível portuário apresenta desempenho distinto daquele destinado a
rodovias. Os fundamentos qualitativos de projeto a serem considerados em ambos os
casos são geralmente os mesmos. As diferenças surgem, contudo, em caráter
quantitativo. A Tabela 1.1 apresenta, em resumo, as principais peculiaridades de
rodovias e de portos.
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Tabela 1.1: Comparação quantitativa entre rodovias e portos
ASPECTO RODOVIAS PORTOS
Densidade de Tráfego Alta Baixa
Carregamento Peso de Caminhões
(Médio)
Peso de carga e maquinário
(Alto)
Posição do
Carregamento Maior parte nos bordos
Centralizado em rotas
terminais
A realização deste trabalho se dá pelo estudo e proposição de projeto estrutural de
pavimento flexível no Porto do Açu em um de seus terminais. Este tema é de grande
importância para a discussão sobre alternativas para pavimentação de portos.
O objetivo deste trabalho foi dimensionar um novo pavimento para o terminal do porto.
Neste trabalho, o caso do porto do Açu é utilizado como referência de caráter acadêmico.
A estrutura do trabalho consiste na exposição do método de dimensionamento,
fundamentação da obtenção dos parâmetros necessários a esse método (Capítulo 2).
Após este embasamento, é feito um estudo de caso, em que as características do porto do
Açu são apresentadas (Capítulo 3). Em seguida, são utilizados os parâmetros específicos
do caso para um novo dimensionamento e, ao término, são apresentados os resultados
finais estimados para espessura da estrutura de pavimento (Capítulo 4).
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2 – PAVIMENTO FLEXÍVEL
2.1 – VISÃO GERAL
O pavimento flexível (Figura 2.1) é composto por diferentes camadas que são
determinadas em função do carregamento ao qual deve resistir e das características do
subleito da região onde será executada a obra. Sua estrutura normalmente é composta
por revestimento asfáltico, base, sub-base e reforço do subleito.
Figura 2.1: Estrutura de um pavimento flexível (SPTSONDAGENS, 2019).
Esse tipo de pavimento pode ter resistência muito variável, na medida que, por ser
realizado com material asfáltico, a espessura em sua camada de revestimento é
determinante para o aumento ou diminuição da resistência (BALBO, 2007).
Por conta de seu caráter flexível, a absorção de esforços é feita de forma parcial entre as
camadas verticais, porém geralmente concentradas próximo ao local onde a carga é
aplicada (BALBO, 2007).
O pavimento flexível pode ser definido como o tipo em que todas suas camadas sofrem
deformação elástica de forma significativa, quando se encontra carregado. Além disso,
segundo o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), a distribuição da carga entre as
camadas é relativamente equivalente.
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2.2 – CAMADAS
Após a terraplanagem do local serão construídas, acima do subleito, as camadas
que compõem a estrutura do pavimento e variam de acordo com o tráfego.
Os esforços que chegam ao subleito são dispersos, em geral, em seu primeiro
metro de profundidade (BALBO, 2007). Em razão disso, é necessário que haja
uma maior atenção em relação ao projeto de suas camadas superiores, pois é o
local onde o carregamento solicitante tem maior atuação. A composição do
subleito se dá por material natural ou transportado (em caso de aterros),
posteriormente compactado e consolidado. Segundo o Departamento de Estradas
de Rodagem (2006), o subleito deve apresentar:
Índice de Suporte Califórnia (ISC) superior à 2%
100% do grau de compactação mínimo Proctor Normal ou 100% do
Proctor Intermediário, em caso de solos finos lateríticos ou granulares.
Expansão máxima de 2%.
Caso a estrutura de pavimentação vá ser implantada em estradas já existentes,
o aproveitamento do subleito na profundidade de 0,2 m abaixo do greide deve
ser umedecido, escarificado e compactado. Caso haja ocorrência de solos com
ISC inferior à 2%, é necessária a revisão geotécnica da espessura da camada e
posterior substituição, obedecendo os critérios estabelecidos (INSTRUÇÃO
DE PROJETO, do Departamento de Estradas de Rodagem do Rio de Janeiro'
de 2006).
16
2.2.1 – SUBLEITO
O primeiro passo a ser dado em relação ao subleito é sua regularização, que pode
ser feita em corte do leito implantado ou em sua sobreposição. O principal
objetivo é conferir à superfície características geométricas, como inclinação
transversal e rampas, para o pavimento acabado.
Após sua regularização, há uma avaliação do solo e do esforço que será
solicitado para definição de um possível reforço do subleito. Essa é uma camada
construída acima da regularização, de espessura constante e serve de
complemento à sub-base (camada situada logo acima). Ou seja, o reforço
também contribui para resistência e distribuição dos esforços verticais, porém
deixando a absorção destes esforços para o subleito propriamente dito (SENÇO,
2007).
Como dito anteriormente, o emprego do reforço não é obrigatório, uma vez que
o aumento da espessura das camadas acima serviria para o mesmo propósito.
Porém, por questões econômicas, procura-se, sempre que necessário utilizar este
recurso. Segundo o Departamento de Estradas de Rodagem (2006), solos de ISC
superior ao do subleito e com expansão máxima de 1% são os indicados para
camada de reforço (BALBO, 2007).
2.2.2 – SUB-BASE
Na mesma lógica anterior, a sub-base é uma camada de complemento à base,
que existe para circunstâncias em que não é aconselhável que se construa a base
diretamente sobre o reforço ou regularização do subleito. O material que
constitui a sub-base deve ter características superiores ao do reforço e inferiores
ao material que constitui a base (BALBO, 2007).
Segundo Departamento de Estradas de Rodagem (2006), os solos (sejam eles
misturas, pétreos ou quimicamente estabilizados) devem apresentar ISC
(capacidade de suporte) igual ou superior a 30% e expansão máxima de 1%.
17
2.2.3 – BASE
Localizada abaixo do revestimento, a base é a camada estrutural mais importante
do pavimento, uma vez que é a responsável por reduzir a intensidade das cargas
que serão dissipadas para as próximas camadas. É imprescindível que o material
constituinte seja de boa qualidade, caso contrário é bastante provável que
aconteçam danos ao pavimento.
Sua função é tão essencial, que o pavimento pode ser constituído apenas de base
e revestimento. A base poderá ou não ser complementada por sub-base e reforço
do subleito.
Segundo o Departamento de Estradas e Rodagem (2006), os materiais
empregados na camada de base do pavimento devem possuir ISC superior ou
igual a 80% e expansão máxima de 1%.
2.2.4 – REVESTIMENTO
É a camada que recebe diretamente a carga atuante provinda do tráfego e é
também a última camada da estrutura. Sua espessura vai variar de acordo com a
resistência do subleito e seu material deve ser de boa qualidade, uma vez que,
além de resistir aos esforços também é responsável pelo bom rolamento da pista.
O custo de material é, proporcionalmente, o maior da estrutura e, portanto, deve
ter sua espessura corretamente dimensionada.
Além de resistir ao desgaste, é a camada que deve ser o mais impermeável
possível e responsável pelo conforto, durabilidade e segurança da estrutura.
2.3 – SERVIÇOS
2.3.1 – PINTURA DE LIGAÇÃO
É executada com objetivo de aumentar a aderência entre a camada asfáltica e o
revestimento que será executado (Figura 2.2). É feita com aplicação de ligante
asfáltico (RR-1C) sobre superfície de base ou revestimento. As diretrizes e
18
equipamento necessários para execução deste serviço podem ser encontrados na
norma 145/2012-ES do DNIT.
Figura 2.2: Execução de pintura de ligação sobre pavimento existente (ODA,
2016).
2.3.2 – IMPRIMAÇÃO
Esse tipo de ação tem como objetivo impermeabilizar, aumentar a aderência e
conferir coesão superficial entre a base e o revestimento (Figura 2.3). Segundo a
norma 144/2014 do DNIT, consiste em aplicar emulsão asfáltica ou asfalto
diluído antes da execução do revestimento, sobre a superfície da base.
Figura 2.3: Execução de imprimação (ODA, 2016).
19
2.3.3 – FRESAGEM
É um procedimento utilizado apenas quando se vai executar uma nova camada
sobre um pavimento existente e consiste na realização de corte a frio de uma ou
mais camadas do pavimento (Figura 2.4). As diretrizes e equipamentos
necessários podem ser encontrados na norma 159/2011-ES do DNIT.
Figura 2.4: Execução de fresagem do revestimento (ODA, 2016).
2.3.4 - DOSAGEM
É um processo que visa determinar a combinação dos materiais que constituirão
as camadas, portanto é necessário que haja uma boa avaliação e caracterização
dos mesmos de modo a garantir que o pavimento tenha um bom desempenho. A
falta de conhecimento das características dos materiais constituintes e suas
propriedades é uma das principais causas do insucesso da estrutura do
pavimento.
A proporção de cada material em suas misturas podem ser definidas mediante a
diferentes métodos. Alguns dos mais conhecidos e utilizados hoje em dia são: o
método das tentativas (consiste em acertar as proporções de material por meio de
tentativas, utilizando combinações que atendam aos limites especificados de
cada material), o método de Ruthfucs (é o mais utilizado entre os métodos
gráficos, por conta de sua praticidade e eficiência e consiste em determinar
graficamente uma mistura que se enquadre na faixa especificada, Figura 2.5) e o
método de Bailey (é um metodo que visa impedir possíveis fadigas e desgastes
20
por focar na obtenção de uma mistura que apresente um maior intertravamento
dos agregados graúdos, Figura 2.6).
Figura 2.5: Exemplo de dosagem pelo método Ruthfucs (ODA, 2016).
Figura 2.6: Exemplo de dosagem pelo método Bailey (ODA, 2016).
21
2.4 – DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO
O método de dimensionamento mais utilizado hoje em dia no Brasil foi
desenvolvido na década de 1970 pelo Eng. Murilo Lopes de Souza, mas foi
publicado somente em 1981 e é conhecido como Método do DNER ou Método
do CBR.
O procedimento consiste, em resumo, em determinar as espessuras das camadas
que constituem a estrutura do pavimento de forma à atender o número de
operações de um eixo considerado padrão (número N). Para essa determinação,
o ensaio conhecido como Índice de Suporte Califórnia ou California Bearing
Ratio (ISC / CBR) torna-se indispensável.
O método do DNER relaciona dados dos materiais do subleito com valores de
tráfego por meio de ábacos, para cada tipo de pavimento.
2.4.1 – DETERMINAÇÃO DO ISC
A norma que define as diretrizes para determinar o valor CBR é a norma
172/2016-ME do DNIT. Em qualquer cálculo de pavimento, a determinação
deste índice é o fator mais importante.
2.4.2 – DETERMINAÇÃO DO NÚMERO N
O dimensionamento é feito com base em um número equivalente (N) de
operações durante um período de projeto (p) em um eixo tomado como padrão.
Deve ser considerado o prazo de duração do pavimento, os tipos e a quantidade
de veículos que vão transitar pela via e as cargas por eixo de cada tipo de
veículo.
Vp = Vo . (1 + p . t)
onde:
Vo = Veículo Diário Médio inicial em um sentido;
t = taxa média anual de crescimento de tráfego;
Vp = Veículo Diário Médio em um sentido, no fim do período p;
p = número de anos de projeto
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O volume diário médio será:
Vm = (Vo + Vp ) / 2
O volume total de tráfego durante o período de projeto será:
Vt = 365. P . Vm
Considerando uma taxa não linear de crescimento t, temos:
Vp = Vo . (1 + t) . p
Sendo assim, o volume total de tráfego será:
Vt = 365 . Vo . ((1 + t)p – 1) / t)
Portanto, o número de operações, N, durante o período de projeto é equivalente
a:
N = 365 x p x Vm x FE x FC x FR
N = Vt x FE x FC
FE x FC = FV
N = Vt . FV
onde:
FC: fator de Carga
FV: fator de veículo
FE: fator de eixos
Em que os fatores de carga e de eixos podem ser definidos da seguinte forma:
FE: % veíc. de 2 eixos x 2 + % veíc. de 3 eixos x 3 + ...
FC: % de cargas por eixo (tandem e simples) x FEO (ábacos)= (% eixos x FE)
FR é o fator climático regional, adotado FR = 1,00 no Brasil, pois é relacionado
a altura média anual de chuva.
Os ábacos necessários para determinação dos fatores de equivalência para
realizar o cálculo do fator de carga são apresentados nas Figuras 2.6, 2.7 e 2.8.
23
Figura 2.6: Fator de equivalência de operações, Eixo Simples – FEO (ODA,
2016).
Figura 2.7: Fator de equivalência de operações, Tandem duplo – FEO (ODA,
2016
24
Figura 2.8: Fator de equivalência de operações, Tandem Triplo – FEO (ODA,
2016
2.4.3 – COEFICIENTE DE EQUIVALÊNCIA (k)
Variando de acordo com o tipo de camada ou material, o coeficiente de
equivalência é um valor que será determinado para cada camada do pavimento.
Esse coeficiente varia da forma apresentada na Tabela 2.1.
Tabela 2.1: Coeficientes estruturais
Fonte: SOUZA, 1981.
25
O gráfico apresentado na Figura 2.9 relaciona o número de operações do eixo
padrão com valores de espessura com coeficiente de equivalência estrutural
k = 1,00 (para valores de CBR ou IS).
- CBR + Número N » espessura da camada
- Espessura Hm » espessura total da camada de material cujo CBR = m
- Espessura hn » espessura para CBR = n
Figura 2.9: Gráfico de dimensionamento do método do DNER (SOUZA, 1981)
A Tabela 2.2 relaciona a espessura mínima que deve ser utilizada com o número
N, no caso da espessura do revestimento.
26
Tabela 2.2: Espessura mínima do revestimento em função do N.
N Espessuras mínimas do revestimento
N < 106
Tratamentos superficiais
106 ≤ N < 5x10
6 Concreto asfáltico com 5,0cm de espessura
5x106 ≤ N < 10
7 Concreto asfáltico com 7,5cm de espessura
107 ≤ N < 5x10
7 Concreto asfáltico com 10,0cm de espessura
N ≥ 5x107
Concreto asfáltico com 12,5cm de espessura
Fonte: SOUZA, 1981
Depois de obtidos os valores referentes às espessuras H (Hm, Hn e H20)
(utilizando os gráficos de dimensionamento, Figura 2.9), e R (Tabela 2.2 de
espessura mínima de revestimento), os valores de B (espessuras da base), h20
(espessura da sub-base, e hn (espessura do reforço do subleito) são determinados
a partir das seguintes inequações:
- RkR + BkB > H20 (1)
- RkR + BkB + h20ks > Hn (2)
- RkR + BkB + h20ks + hnkRef > Hm (3)
Em que kR, kB, kS, e kRef são os coeficientes estruturais referentes a,
respectivamente: revestimento, base, sub-base e reforço.
Para materiais granulares devem ser atendidas as seguintes características
mínimas:
- Reforço do subleito:
CBR maior que o do subleito
Expansão menor ou igual a 2%
- Sub-base:
CBR maior ou igual a 20%
Expansão menor ou igual a 1%
27
- Base:
CBR maior ou igual a 80% (ou 60% caso N < 106)
Expansão menor ou igual a 0,5%
Limite de Liquidez menor ou igual a 25%
Índice de plasticidade menor ou igual a 6%
O esquema da Figura 2.10 apresenta uma estrutura de pavimento genérica, com
suas respectivas camadas e nomenclaturas.
Figura 2.10: Estrutura genérica de um pavimento flexível (ODA, 2016).
28
3 – ESTUDO DE CASO
3.1 - O PORTO DO AÇU
O Porto do Açu foi construído e desenvolvido pela Prumo Logística, uma
holding que possui como sócio majoritário o EIG Global Energy Partners e
possui algumas outras participações nas industrias de: transporte de minério de
ferro, transbordo de petróleo, combustíveis marítimos, reparo e manutenção
naval, além do projeto em fase de desenvolvimento de duas termoelétricas.
(PRUMO LOGISTICA, 2018).
O Porto do Açu está localizado no município de São João da Barra (norte do
estado do Rio de Janeiro), cerca de 150km de distância da Bacia de Campos
(Figura 3.1).
Figura 3.1: Posição estratégica do Porto do Açu (PRUMO LOGISTICA, 2019).
29
3.1.1 – TERMINAL 1 (T1)
Mais conhecido como “Terminal Offshore” (Figura 3.2), é um terminal onde
estão alocadas 2 empresas da holding Prumo:
- FERROPORT
Joint-venture entre a Prumo Logística e a Anglo American (controla a operação)
que traz minério de ferro através de um mineroduto que será tratado e exportado
para China. Seu contrato é de 25 anos com um volume de 26,5 milhões/ton/ano
(4º maior terminal privado de exportação deste tipo de produto em 2017)
(PRUMO LOGISTICA, 2019).
- AÇU PETRÓLEO
Joint-venture entre Oil Tanking e Prumo Logística (controla a operação) que
realiza transbordo de petróleo, possuindo 3 berços, recolhe óleo cru e transborda
para posterior exportação em uma embarcação maior. Seu contrato é de 3 anos
com a Galp e 20 anos com a Shell, tendo um volume mínimo de 200mil
barris/dia (PRUMO LOGISTICA, 2019).
30
Figura 3.2: Terminal Offshore do Porto do Açu (PRUMO LOGISTICA, 2019)
3.1.2 – TERMINAL 2 (T2)
Por sua vez, conhecido como “Terminal Onshore” (Figura 3.3), o terminal 2
possui 300m de largura, 14km de cais, 6,5km de extensão e profundidade
variando de 10 a 14,5m. Tem uma área locável de 55km² e total de 90km² em
sua retroárea. (PRUMO LOGISTICA, 2019)
Possui dois molhes como forma de suporte para operações de óleo e gás como
manutenção, troca de turma e atracação.
31
Figura 3.3: Terminal Onshore do Porto do Açu (PRUMO LOGISTICA, 2019)
Segundo dados da Prumo Logística, desde 2018, estavam estabelecidas dentro
do terminal 2 estabelecidas importantes empresas como:
EDISON CHOUEST – Possui 7 berços dedicados (Petrobras e Chevron),
sendo a maior base de apoio offshore da América Latina.
INTERMOOR – Serviços de ancoragem e atracações
WARTSILA – Detentora de uma fábrica hibernada no próprio porto e em
busca de novos negócios.
NOV – Possui uma fábrica de dutos flexíveis no próprio porto para
exploração de óleo e gás.
TechnipFMC – Concorrente da NOV, também possui uma fábrica no
porto.
Além disso, possui outras estruturas importantes em desenvolvimento como
heliporto e centro de conveniência.
32
O Porto do Açu se localiza a 6 horas de navegação da Bacia de Campos, metade
do tempo levado do mesmo local à Macaé. Por isso, possui uma posição
estratégica para o mercado de óleo e gás.
3.1.3 – TERMINAL MULTICARGAS
Mais conhecido como “T-MULT”, o terminal multicargas está inserido no
primeiro dente do Terminal Onshore (T2) e é responsável por movimentar
granéis (como carvão, sucata, coque e bauxita) e cargas de projeto (pás eólicas,
caminhões fora de estrada e bobinas), além de duas sondas em hibernação em
um de seus berços.
Por possuir grande disponibilidade de cais e baixa burocracia (é um terminal
privado em um porto privado), o T-MULT é uma ótima opção logística para seus
clientes. Além disso, é um terminal alfandegado que conta com código
internacional de segurança de instalações portuárias e navios (norma
internacional de segurança e monitoramento).
Sob a responsabilidade da Porto do Açu Operações S.A, o terminal conta com
diversas vias de acesso, área administrativa, estacionamento para veículos leves
e caminhões, área de circulação viária e áreas de estocagem em pilhas de granéis
em uma retroárea de 190.000m².
Segundo dados da Prumo logística, em termos de maquinário e estrutura, o T-
MULT conta com 2 empilhadeiras de pátio para granéis, 10 caçambas
articuladas, 2 guindastes móveis (MHC), 6 grabs para movimentar granel sólido
e mais de 6 spreader bars, entre outros equipamentos. (PRUMO LOGISTICA,
2019)
33
Suas características de atracação são:
350 metros de comprimento útil atual;
14,5 metros de profundidade, com capacidade de expansão para 18m;
500 metros de comprimento operacional do cais;
600 metros de bacia de evolução;
3,6 milhões de toneladas de granel sólido e 0,4 milhões de toneladas de
cargas de projeto, em termos de capacidade de carga;
13,1 metros de calado homologado.
A atual localização do T-MULT dentro do terminal pode ser conferida na Figura
3.4.
Figura 3.4: Localização do T-MULT no Porto do Açu (adaptado de
GoogleEarth)
34
Baseado nesta imagem, está destacado um espaço de 1215 x 300 metros entre o
fim do terminal atual e a NFX, que será usado para expansão do terminal, onde
será considerada uma ampliação do cais para movimentação de containers.
3.2 – EXPANSÃO
Tendo em vista o plano de expansão do terminal para o novo fim já explicitado,
este trabalho propõe dimensionar o pavimento flexível que será utilizado para
implementação do projeto básico de movimentação de containers no T-MULT.
A Figura 3.5 apresenta a estrutura padrão das vias e indica a área de operação do
scanner móvel para conferência de containers que serão movimentados. Esta
área será estruturada em pavimento de concreto, entretanto, as vias de acesso e
transporte serão dimensionadas em pavimento flexível (objeto de estudo deste
trabalho).
Figura 3.5: Área ideal para operação de scanner – TERMINAL DE MULTIPLO
USO (PORTO DO AÇU OPERAÇÕES S.A, 2015)
35
4 – PROJETO DE PAVIMENTAÇÃO
Os materiais para dimensionamento do pavimento em questão foram definidos
utilizando-se documentos e materiais de cálculo referentes à dimensionamentos
de terminais adjacentes já construídos e fornecidos pela Prumo Logística para
informação. Em geral, todas as escolhas se justificaram devido ao fator
econômico, uma vez que a construção da infraestrutura do terminal demandará
um alto custo.
4.1 - CARACTERIZAÇÃO DO SUBLEITO
A capacidade de suporte do subleito da área do scanner foi inferida a partir da
campanha de sondagens próxima à área. Para a análise prévia da capacidade
limite de suporte do subleito e dos materiais granulares constitutivos do
pavimento, foi feita a correlação de Heukelom e Klomp, baseada em
experimentos de campo de solo temperado, utilizada no modelo da AASHTO
(1993) (PRUMO LOGÍSTICA, 2015).
Esta correlação considera os resultados oriundos dos carregamentos aplicados no
trecho através do ensaio de resistência à penetração, realizado junto às
sondagens realizadas na região. De acordo com os números Nspt alcançados na
cota do futuro pavimento e o tipo de solo, é calculado o módulo de elasticidade.
Em seguida, o CBR foi inferido a partir do módulo de elasticidade de cada
sondagem:
𝑁𝑠𝑝𝑡 = 𝐶𝐵𝑅(%)
𝐸 = 100 . 𝐶𝐵𝑅
onde:
E = módulo de elasticidade do solo, em kgf/cm³ (1 MPa ≈ 10 kgf/cm²);
CBR = Índice de capacidade de suporte do solo, em %.
Assim, os módulos de elasticidade e os índices de suporte obtidos a partir dos
resultados de ensaios das amostras coletadas nas sondagens realizadas na região
estão apresentados na Tabela 4.1.
36
Tabela 4.1: Módulos de elasticidade e índices de suporte das amostras do local
Sondagem E (Mpa) CBR (%)
SEL-SPT-010 36 3,60
SEL-SPT-011 20 2,00
SEL-SPT-016 22,5 2,25
SEL-SPT-017 39 3,90
SEL-SPT-018 20 2,00
Fonte: PRUMO LOGÍSTICA, 2019.
Apesar de por fatores de segurança, usualmente se utilizar o menor valor
encontrado de CBR, para evitar subdimensionamento, foi indicado pela empresa,
que se seguisse o manual (BALBO, 2007) e fosse feita a execução da média dos
valores encontrados. Sendo assim,
Calculando-se a média dos índices:
𝐶𝐵𝑅𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 𝐶𝐵𝑅
𝑛
𝐶𝐵𝑅𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 3,60 + 2,00 + 2,25 + 3,90 + 2,00
5= 2,75%
Para o valor encontrado de 2,75% para o CBR do subleito, será necessária a
utilização de camada de reforço.
4.2 - NÚMERO DE SOLICITAÇÕES DO EIXO PADRÃO (N)
Para o dimensionamento do pavimento flexível, utilizou-se o Método de
Dimensionamento do DNER, também conhecido como Método do Eng.º Murillo
Lopes de Souza. Como explicado anteriormente, este método considera uma
composição das diversas cargas que passam nas vias, dimensionando-se o
pavimento em função do número equivalente de operações do eixo padrão (N),
carregamento de 8,2 tf, durante o período de projeto estabelecido e o valor do
ensaio CBR do subleito. Foram utilizadas as mesmas formulações adotadas por
Turnbull (BALBO, 2007).
37
De acordo com a empresa e documentos referentes a outro terminais do porto,
será adotado um número de solicitações do eixo padrão (N) usualmente
empregado em projetos de pátio de estocagem, que é 1x107. (PRUMO
LOGÍSTICA, 2019).
4.3 – DIMENSIONAMENTO
A partir da equação a seguir (BALBO, 2007), foram calculadas as espessuras
equivalentes das camadas do pavimento. 𝐻𝑒𝑞
= 77,67 .𝑁0,0482 . 𝐶𝐵𝑅−0,598
A equação da espessura equivalente foi elaborada em função do ábaco do DNER
(Página 25) empregado no dimensionamento de pavimento flexível.
Para N = 1,0 x 107, considerando os seguintes CBRs, temos:
CBR = 2,75% (sub-leito):
𝐻2,75 = 77,67 . 107 0,0482 . 2,75 −0,598 = 92,24 cm
CBR = 20% (sub-base):
𝐻20 = 77,67 . (107)0,0482 . (20)−0,598 = 28,16 cm
A respeito do reforço do subleito, os materiais próprios são os de CBR superior
ao apresentado pelo subleito e com expansão inferior a 2%, medida com
sobrecarga de 4,5 kg.
Segundo Departamento de Estradas e Rodagem (SP – M 196), os solos a serem
aceitos devem pertencer aos grupos de solos LA, LA’, LG’, NA’ ou NG’, da
classificação da metodologia MCT ou aos grupos especificados no projeto de
pavimento, onde:
38
LA: areia laterítica quartzosa;
LA’: solo arenoso laterítico;
LG’: solo argiloso laterítico;
NA’: misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não
laterítico (solos arenosos);
NG’: solo argiloso não laterítico.
Geralmente, se utiliza solo de maior qualidade, com CBR mínimo de 7%, para
que a espessura da camada de reforço seja a menor possível para atender às
especificações.
Para o projeto, foi utilizado solo estabilizado granulometricamente com CBR de
7% para o reforço do sub-leito.
CBR = 7% (reforço do sub-leito):
𝐻07 = 77,76 . (107)0,0482 . (7)−0,598 = 52,76 cm
4.4 - VERIFICAÇÃO DAS CAMADAS
A verificação das espessuras das camadas constituintes do pavimento é
determinada em função do número equivalente de operação, do valor do CBR do
material da camada subjacente e do coeficiente de equivalência estrutural (K) do
material constituinte da respectiva camada, conforme Figura 4.1.
Figura 4.1: Ilustração do método Engº Murillo Lopes (BALBO, 2007).
39
R x Kr + B x Kb ≥ H20
R x Kr + B x Kb + h20 x Ks ≥ Hn
R x Kr + B x Kb + h20 x Ks + hn x Kn ≥ Hm
onde: R = espessura do Revestimento;
B= espessura da Base Granular;
h20= espessura da Sub-Base;
hn = espessura do Reforço do Subleito.
Apesar do método de dimensionamento de pavimentos flexíveis do DNER
(SOUZA, 1981) apresentar a tabela de coeficientes estruturais, neste trabalho
foram adotados os coeficientes estruturais do Manual de Pavimentação do DNIT
(2006), apresentados na Tabela 4.2.
Tabela 4.2: Coeficientes de equivalência estrutural (k).
COMPONENTES DO PAVIMENTO Coeficiente
K
Base ou revestimento de concreto asfáltico 2,00
Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação densa 1,7
Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa 1,4
Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,2
Camadas Granulares 1,00
Sub-base granular 0,77 (1,00)
Reforço do subleito 0,71 (1,00)
Solo-cimento com resistência a compressão a 7 dias superior a 45 kg/cm2 1,7
Solo-cimento com resistência a compressão a 7 dias entre 45 e 28 kg/cm2 . 1,4
Solo-cimento com resistência a compressão a 7 dias entre 28 e 21 kg/cm2 . 1,2
Bases de solo-cal 1,00
Fonte: DNIT, 2006.
40
O método do DNER apresenta tabela de espessura mínima de revestimento De
acordo com a Tabela 4.3, para N= 1 x 107, obtém-se a espessura mínima de 7,5
cm para CBUQ.
Tabela 4.3: Espessuras mínimas de revestimentos
N Tipo de Revestimento Espessuras (mm)
≤106 Tratamentos superficiais 15 a 30
106 < N ≤ 5x10
6 CA, PMQ, PMF 50
5x106 < N ≤ 10
7 Concreto Asfáltico 75
107 < N ≤ 5x10
7 Concreto Asfáltico 100
N > 5x107 Concreto Asfáltico 125
Fonte: DNIT, 2006.
Equação I:
R1 = 7,5 cm (Revestimento de Concreto asfáltico – CA);
KR1 = 2,00 (Revestimento);
B = Base de Brita Graduada; (escolhida em função da sua fácil obtenção, bom
intertravamento devido à sua graduação, extenso uso em pavimentação desde a
década de 60 e, principalmente, baixo custo).
KB = 1,00 (Base de Brita Graduada);
H20 = 28,2 cm.
R1 . KR1 + B . KB ≥ H20
7,5 x 2,00 + B x 1,00 ≥ H20 = 28,16 cm
B ≥ 13,16 cm
41
Como há restrição de espessura mínima para camadas granulares, será adotado
B = 15 cm.
Equação II:
SB = Sub-base de Solo Estabilizado Granulometricamente;
KS = 0,77 (Sub-base de Solo Estabilizado Granulometricamente);
H07 = 52,76 cm.
R1 . KR1 + B . KB + SB . KS ≥ H07
7,5 x 2,00 + 15 x 1,00 + SB x 0,77 ≥ H07 = 52,76 cm
SB ≥ 29,56 cm
Portanto, SB = 30 cm.
Equação III:
RSL = Reforço do Subleito;
KSRL = 0,71 (Sub-base de Solo Estabilizado Granulometricamente);
H2,75 = 92,24 cm.
R1 . KR1 + B . KB + SB . KSB + RSL . KRSL ≥ H04
7,5 x 2,00 + 15 x 1,00 + 30 x 0,77 + RSL x 0,71 ≥ 92,24
RSL ≥ 55,12 cm
Portanto, RSL = 55 cm.
4.6 – ESQUEMA ESTRUTURAL DAS CAMADAS DO PAVIMENTO
A Figura 4.2 apresenta o esquema da estrutura de camadas do pavimento.
42
Figura 4.2: Estrutura das camadas do pavimento.
43
5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS
Este trabalho teve como objetivo apresentar o dimensionamento do pavimento
de um terminal de um porto, empregando pavimento flexível. Esse tipo de
pavimento é amplamente empregado em pavimentação de rodovias por conta
da maior facilidade de construção, se comparado com outras alternativas, pois é
a tecnologia mais avançada em termos de disponibilidade de máquinas e
equipamentos para execução.
É importante ressaltar também, a necessidade de se realizar todo planejamento
e todas as etapas do projeto de forma eficiente e garantir a manutenção
preventiva com certa frequência para evitar que haja problemas prematuros nas
vias. Além disso, o controle da execução das camadas e das especificações dos
materiais é a melhor forma de garantir que o pavimento tenha o melhor
desempenho possível ao longo de toda sua vida útil considerada.
É valido mencionar, que apesar do pavimento flexível ter resultados
econômicos, em geral, mais satisfatórios, a pavimentação rígida ou mista tem
mostrado grande evolução ao longo dos anos e pode ser uma saída mais viável
e durável em determinados empreendimentos, como terminais de portos. Vale
lembrar que devem ser levadas em consideração a durabilidade (vida útil) e a
carga de projeto do pavimento a ser dimensionado.
Por esses motivos, novos terminais podem necessitar de uma maior resistência
para atingir um melhor desempenho, que muitas vezes não são atingidas por
pavimentos flexíveis, sendo recomendado a construção de pavimento rígido.
Sendo assim, como sugestão para trabalhos futuros recomenda-se fazer
projetos de pavimentos rígidos para terminais de portos e uma comparação
com outros tipos de pavimentos, incluindo pavimento flexível.
44
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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2006.
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http://www.sptsondagens.com.br/servicos?servico=dimensionamento.
Acesso em 04/11/2019.
