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

9

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 sub-base 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.

13

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).

14

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.

15

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

22

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 .𝑁

0,0482 . 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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Acesso em 04/11/2019.