Desempenho de Pavimentos

Universidade do Estado de Santa Catarina

Pós-Graduação em Engenharia Civil – Mestrado

Acadêmico

Profa. Adriana Goulart dos Santos

Desempenho de Pavimentos:

Variação da serventia ao longo do tempo (ou

do tráfego) de uso do pavimento

Degradação – Perda da qualidade estrutural ou

funcional dos pavimentos.

Umidade, calor, tensões, deformações e esforços

abrasivos do tráfego consomem sua vida útil

Dimensionar pavimentos torna-se algo impossível

se não é estabelecido o seu modo de ruptura a

priori

A expressão RUPTURA poderá ser usada para

caracterizar a perda completa das condições

funcionais e/ou estruturais do pavimento

O estado ou as condições de um pavimento,

pode ser caracterizado em dois aspectos:

Aspecto funcional

Aspecto estrutural

Do ponto de vista funcional o pavimento pode ser

avaliado segundo o serviço ou função que está

desempenhando

A primeira experiência para avaliação funcional

dos pavimentos foi feita na pista experimental da

AASTHO (Association of State Highway and Transportation

Officials), década de 60

Definição

Serventia Atual: habilidade de uma seção

específica do pavimento, nas condições em que

está, de acomodar um tráfego misto (caminhões e

automóveis), com alto volume e alta velocidade

Serventia:

O valor de serventia atual é uma atribuição numérica compreendida em uma escala de 0 a 5, dada pela média de notas de avaliadores para o conforto ao rolamento de um veículo trafegando em um determinado trecho, em um dado momento da vida do pavimento

Esta escala compreende cinco níveis de serventia,

e é também adotada no país pelo DNIT 009/2003-PRO (DNIT, 2003d)

Variação da serventia com o tráfego ou

com o tempo decorrido de utilização da via

O VSA (Valor de serventia atual) do pavimento diminui com

o passar do tempo por dois fatores principais: o tráfego e

as intempéries

Período recomendável para a manutenção dos

pavimentos:

A manutenção de um pavimento asfáltico não deve ser realizada tão

somente como correção funcional ou estrutural e próxima ao limite de

aceitabilidade.

===É aconselhável um plano estratégico de intervenções periódicas,

envolvendo também manutenção preventiva, de modo a garantir um

retardamento do decréscimo das condições de superfície

Variação da serventia no tempo (desempenho do

pavimento)

A qualidade de rolamento é avaliada na escala de zero a cinco

(ordenadas)

Tempo decorrido ou tráfego acumulado (abscissas)

Fonte: Balbo, (2007)

A restauração por recapeamento é admitida até determinada condição,

e na ausência de manutenção naquele momento, o pavimento vai se

degradar tão intensamente== reconstrução, parcial ou total, será

inevitável

Os custos de manutenção crescem

exponencialmente com o aumento da degradação

do pavimento

A manutenção de um pavimento asfáltico não deve

ser realizada tão somente como correção funcional

ou estrutural e próxima ao limite de aceitabilidade

===É aconselhável um plano estratégico de intervenções periódicas,

envolvendo também manutenção preventiva, de modo a garantir um

retardamento do decréscimo das condições de superfície

Cabe nesse ponto do curso recordar alguns

importantes modos de ruptura dos materiais de

pavimentação

1. Esforços sucessivos em camadas – RUPTURA

POR RESISTÊNCIA:

Os materiais de pavimentação, desde que adensados, apresentam resistências características a determinados tipos de esforços

Caso algum ponto da estrutura do pavimento supere numericamente o valor da resistência específica do material quanto àquele tipo de esforço===ocorrerá a sua ruptura

O material se rompe por esforço aplicado igual ou

superior à sua resistência específica

RUPTURA em diversos arranjos de ensaios:

Tração direta (BGTC)

Resistência à compressão diametral

Tração na flexão

Fonte: Google imagens, 2016

1.Esforços sucessivos em camadas – RUPTURA

POR RESISTÊNCIA:

Um subleito pode romper por esforço excessivo?

SIM

Trata-se de uma das condições de proteção quando

utilizamos o Método do DNER ( ou do CBR) para

dimensionar o pavimento

Resistência ao cisalhamento do subleito, medida

com base comparativa ao valor de resistência ao

cisalhamento do material tomado como referência

(brita padrão)

1.Esforços sucessivos em camadas – RUPTURA

POR RESISTÊNCIA:

Uma camada cimentada (BGTC, Solo-cimento,

CCR, etc) trabalha notavelmente à flexão

Caso um esforço momentâneo de tração na flexão

supere a capacidade do material resistir a ele

Fissura imediata

Ruptura por resistência

RUPTURA POR RESISTÊNCIA:

Qualquer ruptura motivada por esforços solicitantes

superiores à resistência típica do material quanto

àquela forma de solicitação

Quando se refere à ruptura do pavimento por

resistência

Associa o critério do CBR, relacionado ao subleito e

demais camadas granulares

A literatura nacional

2. Fissuração de materiais – DANIFICAÇÃO POR

FADIGA:

FAFIGA === deve-se ao fato que muitos materiais,

sendo sucessivamente solicitados em níveis de

tensão inferiores àqueles de ruptura, pouco a pouco

desenvolvem alteração em sua estrutura interna

Perda de características estruturais originais

Processo de microfissuração

excessiva ==desenvolvimento

de fraturas=== rompimento do

material

Fonte: Pavimentação asfáltica – formação básica para engenheiros (2008)

2.Fissuração de materiais – DANIFICAÇÃO POR

FADIGA:

Os níveis de deformação aplicados ao material não

são suficientes para levá-lo instantaneamente à

ruptura

Cada deformação aplicada vai causando um

acúmulo de zonas de plastificação

Ao longo do tempo de uso do pavimento===planos

de fratura e descontinuidades===prejudicando as

respostas estruturais inicialmente apresentadas

Fonte: Balbo (2007)

MECANISMO DE FRATURA:

Zonas de gradientes uniformes de paralelos de

tensões

Zonas em que, pela existência de uma fissuração

microscópica, surgem locais de concentração de

tensões nas extremidades de fissuras

Nessas regiões, o excesso de esforço é responsável

pela continuidade e progressão da abertura da fissura

até a ocorrência da fratura do material

Três causas principais do processo de FADIGA:

Vazios iniciais em misturas, ou pelo menos presença

de fissuras iniciais nos materiais;

Deformação plástica excessiva, prematura ou a

longo prazo, na estrutura do material, seja composta

por ligantes dúcteis, seja por frágeis cristais de

silicatos de cálcio hidratado, gera as primeiras

fissuras dos materiais;

Ocorrências de zonas de concentração de tensões

na superfície (como ranhuras ou

sulcos)===concentração de tensões que podem

provocar as primeiras fissuras===que tendem à

progressão

Recordar que FADIGA é um processo:

Associado a misturas com ligantes hidráulicos ou

asfálticos, em geral, e pavimentos muito solicitados

Exemplos de equipamentos de ensaios de fadiga:

Fonte: Pavimentação asfáltica – formação básica para engenheiros (2008)

3. Contaminação dos materiais– BOMBEAMENTO

DE FINOS:

Impregnação de material fino nos interstícios de grãos do material original, o que também é relacionado ao processo de bombeamento de finos do subleito para estratos superiores do pavimento

Camadas inferiores de solos se encontram saturadas, seja por drenagem inadequada do pavimento, seja por percolação de água pluvial da superfície para o fundo do pavimento, pelas fissuras existentes nas camadas inferiores

Fenômeno que ocorre quando:

3. Contaminação dos materiais– BOMBEAMENTO

DE FINOS:

Com a passagem de cargas sobre o pavimento, nas camadas inferiores, com água em excesso

BOMBEAMENTO DE FINOS

Resultante do alívio de pressão neutra na estrutura, com lançamento de água ascencional

Motiva-se a ocorrência do:

3. Contaminação dos materiais– BOMBEAMENTO

DE FINOS:

Tal fenômeno resulta na contaminação de bases granulares ou até mesmo a ocorrência de pequenos vazios na estrutura de pavimento em virtude da perda de material

A estrutura passa a apresentar elevada deformação

Processos de afundamentos, de fissuração e de desagregação, que culminam em buracos, em pavimentos asfálticos, ou perda de suporte nas placas de concreto (próximos às juntas)

Gerando:

3. Contaminação dos materiais– BOMBEAMENTO

DE FINOS:

Ocorrência de bombeamento de finos do subleito para as bases granulares e revestimento === são notáveis manchas (cor de solo) expelidas pelas fissuras presentes nos revestimentos asfálticos

Rápida degradação da estrutura do pavimento

Bases contaminadas constituem um problema estrutural de difícil solução

3. Contaminação dos materiais– BOMBEAMENTO

DE FINOS:

Durante o movimento ascensional, a água carrega as

partículas finas dos solos do subleito === mistura de

água+solo percorre as camadas granulares de sub-base

e base

O solo, em forma de lama, se posiciona entre os

grãos do material granular

Diminuição da capacidade de os agregados compactados

resistirem às ações por meio de atrito e contato entre os

grãos do material granular

3. Contaminação dos materiais– BOMBEAMENTO

DE FINOS:

Queda na resistência do material (valor de CBR) e

Módulo de Resiliência

Situação não prevista no dimensionamento

Trata-se de um fenômeno importante para as camadas

regulares

Na fase de projeto é difícil prever a ocorrência

desse modo de ruptura da estrutura do pavimento

4. Degradação Funcional– Perda da condição

operacional adequada:

Função primordial do pavimento

Proporcionar condições de rolamento confortável,

seguro e econômico

Surgimento de deformações plásticas em trilhas de

rodas, que geram:

• Irregularidades transversais e longitudinais na

superfície

Inúmeros fatores contribuem para

a perda do conforto e suavidade do

rolamento do ponto de vista do usuário:

4. Degradação Funcional– Perda da condição

operacional adequada:

Nível de atendimento funcional ou da qualidade de

rolamento

Valor de Serventia Atual (VSA)

É o primeiro dos indicadores a ser estabelecido para a

aferição do atendimento funcional do pavimento

Parâmetro que se destaca na

avaliação:

4. Degradação Funcional– Perda da condição

operacional adequada:

O VSA não permite a consideração das condições de

aderência pneu-pavimento

Serventia=== conceito de ruptura afeto

somente à questão de conforto ao rolamento e à

economia do transporte rodoviário

A perda de serventia está associada a processos de

degradação estrutural dos pavimentos

Infiltração de água, bombeamento de finos, perda de

resistência, desenvolvimento de fissuras, degradação do

revestimento asfáltico

Que ocorrem de maneira progressiva

devido a:

Superfícies deformadas e irregulares

Fonte: Google imagens, 2016

Em vias não atendidas por manutenção planejada, o processo de

degradação ocorre de maneira progressiva

4. Degradação Funcional– Perda da condição

operacional adequada:

Outra forma de ruptura é aquela por falta de segurança

A superfície do pavimento não propicia, por meio de

sua macrotextura, condições adequadas de

rolamento

Níveis ideais de aderência pneu-pavimento

A fim de garantir

Ruptura por segurança

4. Degradação Funcional– Perda da condição

operacional adequada:

Viscoplanagem e Hidroplanagem

Não são previstos na fase de projeto de um

pavimento, em países em desenvolvimento

Um concreto ou uma mistura asfáltica para o

revestimento

Onde se buscaria projetar

Superfície altamente aderente

5. Deformação plástica das camadas

Solos, misturas estabilizadas granulometricamente,

pedras britadas e pedregulhos

Apresentam uma componente de deformação

residual, que, de forma cumulativa, no decorrer da

vida de serviço do pavimento

Manifestações de deformações permanentes

A cada aplicação de carga

Trilhas de roda

Contribuirá para:

5. Deformação plástica das camadas

Condição de ruptura associada à ruptura funcional

Perda da qualidade de rolamento, mais evidente em situações onde há baixa resistência das camadas inferiores (critério do CBR)

Quando fluxo de veículos comerciais é muito canalizado em faixas de rolamentos estreitas

5. Deformação plástica das camadas

Em relação aos solos:

a) Quando as solicitações de carga passam de um determinado limite (elástico), a deformação plástica cresce muito=== aparecem deformações permanentes significativas

Exemplo: Subleito fraco com pavimento de espessura insuficiente

As tensões impostas pelo tráfego chegam ao subleito com um intensidade tal, que, a cada aplicação da carga, a deformação permanente é considerável

5. Deformação plástica das camadas

Em relação aos solos:

b) Mesmo abaixo do limite elástico os solos podem acumular deformações permanentes pelo efeito do grande número de aplicações de carga

Embora em cada aplicação a parcela de deformação não recuperável seja pequena===ao fim de um grande número de aplicações o montante acumulado pode ser considerável

Efeito = formação das trilhas de roda

Referências bibliográficas:

Balbo, J. T. Pavimentação Asfáltica: materiais, projeto e

restauração. Oficina de Textos, São Paulo, 2009.

BERNUCCI, L. L. B; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J. A. P.; SOARES,

J. B. Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros.

Programa Asfalto na Universidade. Petrobrás, Abeda. Rio de

Janeiro, 2008.

Sória, M.H.A. Projeto de Pavimentos. Universidade de São Paulo,

Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de

Transportes, São Carlos-SP, 1987.