CONSIDERAÇÕES SOBRE A DEFORMAÇÃO
PERMANENTE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS NO
DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO-EMPÍRICO A
PARTIR DE ENSAIOS ACELERADOS E
INSTRUMENTAÇÃO EM CAMPO
Juceline Batista dos Santos Bastos
Jorge Barbosa Soares
Suelly Helena de Araújo Barroso
CONSIDERAÇÕES SOBRE A DEFORMAÇÃO PERMANENTE DE PAVIMENTOS
ASFÁLTICOS NO DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO-EMPÍRICO A PARTIR
DE ENSAIOS ACELERADOS E INSTRUMENTAÇÃO EM CAMPO
Juceline Batista dos Santos Bastos
Jorge Barbosa Soares
Suelly Helena de Araújo Barroso
Universidade Federal do Ceará
Departamento de Engenharia de Transportes
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes - PETRAN
RESUMO
A tese de doutorado em andamento tem como objetivo principal contribuir para o desenvolvimento do novo
método brasileiro de dimensionamento de pavimentos asfálticos por meio da investigação da deformação
permanente em todas as camadas e no subleito. Para tanto, será avaliado o comportamento de misturas asfálticas
em laboratório a partir do ensaio triaxial de carga repetida com confinamento e do creep dinâmico, e serão
também executadas e monitoradas pistas experimentais a partir de ensaios acelerados e instrumentação para
avaliar os deslocamentos que ocorrem em todas as camadas do pavimento e no subleito. Para as camadas
granulares, serão adotadas as soluções tipicamente utilizadas no Ceará e para o revestimento, misturas asfálticas
(i) com diferentes granulometrias e (ii) com ligantes modificados com diferentes tipos de polímeros. A partir da
base de dados gerada espera-se desenvolver modelos de desempenho de pavimentos asfálticos para a região, em
termos de deformação permanente.
1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A experiência adquirida pelos órgãos rodoviários no uso de métodos empíricos de
dimensionamento de pavimentos e a simplicidade dos mesmos faz com que estes permaneçam
em uso desde 1966 no Brasil, sem transformações significativas. Isso ocorre a despeito do
surgimento de novos materiais de pavimentação e correspondentes métodos de caracterização,
e do crescimento na magnitude das cargas e no volume do tráfego. No entanto, a deterioração
prematura dos pavimentos exigiu o desenvolvimento de um novo método brasileiro de
dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos asfálticos que encontra-se em
elaboração para ser lançado em 2016.
A utilização de métodos mais modernos de dimensionamento, que fazem uso da resposta
estrutural do pavimento, já possui um histórico na literatura nacional (Motta, 1991; Motta e
Medina, 1991; Benevides, 2000; Bezerra Neto, 2004; Medina e Motta, 2005; Franco, 2007;
Soares et al., 2009; Bastos, 2013). Contudo, o uso de métodos mecanísticos-empíricos tem
sido restrito a algumas empresas consultoras, mais como verificação do dimensionamento
oficial que utiliza o CBR (California Bearing Ratio) e eventualmente de forma completa em
poucas obras, sendo mais comum em vias concessionadas. Mesmo quando aplicados,
diferentes critérios de desempenho têm sido usados, não havendo ainda no país um consenso
sobre os modelos de desempenho mais apropriados e, portanto, uma metodologia
devidamente formalizada ou de uso corrente.
Em um método mecanístico-empírico, os valores de tensão/deformação nos pavimentos são
determinados a partir de simulações analíticas ou numéricas que têm como dados de entrada
as propriedades dos materiais obtidas em ensaios laboratoriais. Os resultados dessas análises
são comparados com critérios de dimensionamento pré-definidos, considerando diversos
modos de deterioração aos quais esses pavimentos estão submetidos. Destacam-se em nosso
país a fadiga do material (associada ao trincamento do revestimento ou de camadas
cimentadas) e a deformação permanente (Pinto, 1991; Soares et al., 2009), que pode ser
atribuída ao revestimento, às camadas subjacentes, ao subleito ou ainda à combinação de
defeitos em diversas camadas.
Nos últimos anos, a ocorrência prematura e/ou excessiva da deformação permanente nos
pavimentos asfálticos tem sido motivo de preocupação entre técnicos e pesquisadores
brasileiros da área de pavimentação. Dentre os diversos tipos de defeitos a que um pavimento
está sujeito, a deformação permanente em trilha de roda da camada de rolamento é um dos
mais importantes. Esse tipo de defeito além de propiciar uma degradação acelerada da
estrutura do pavimento, reduz consideravelmente o conforto ao rolamento, a segurança do
usuário, e aumenta os custos operacionais.
Os materiais sob o revestimento podem apresentar deformações permanentes, sobretudo por
densificação adicional pelo tráfego e por ruptura ao cisalhamento. A deformação permanente
em misturas asfálticas ocorre devido a uma combinação do fluxo do material (viscoelástico ou
viscoplástico) e do dano neste material, representado pela formação e propagação de trincas
(Bernucci et al., 2010). No caso da deformação permanente em misturas asfálticas, esta ocorre
em temperaturas a partir de 60ºC (frequentemente encontrada em campo), no qual é observada
a redução da rigidez do ligante. Ainda que a rigidez do ligante tenha grande efeito na
resistência à deformação permanente, o intertravamento dos agregados e suas características
de forma (angularidade e textura) são frequentemente apontados como os maiores
responsáveis por essa resistência.
O Brasil ainda não possui estabelecido um ensaio de caracterização da deformação
permanente de misturas asfálticas, embora esteja previsto o desenvolvimento de uma norma
para 2014 no âmbito da Comissão de Asfalto do IBP (Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e
Biocombustíveis). O ensaio mais comumente realizado no país é o de creep dinâmico sem
confinamento para determinação do chamado Flow Number, e também o ensaio de placas por
meio de simuladores de laboratório. Para a presente pesquisa além do creep dinâmico será
realizado o Triaxial Stress Sweep – TSS (Choi, 2013), que é um ensaio sob condições de
confinamento, a fim de melhor se aproximar das condições encontradas em campo. O
Laboratório de Mecânica dos Pavimentos da Universidade Federal do Ceará (LMP/UFC) já
possui a infraestrutura necessária e vem realizando esse ensaio, havendo hoje uma dissertação
de mestrado em conclusão no Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes da
UFC (Borges, 2014). É necessária a continuidade da pesquisa com vistas a realizar o maior
número possível de ensaios em misturas locais.
Outra forma de avaliação da deformação permanente em pavimentos asfálticos é por meio do
uso de simuladores de tráfego. Ainda que estes equipamentos não repliquem aspectos como a
estocasticidade das cargas ou o envelhecimento das misturas testadas, são capazes de simular
mais proximamente a situação de campo por terem uma carga cíclica aplicada sobre uma
estrutura em geral por meio de pneumáticos. No entanto, o confronto do ensaio triaxial de
carga repetida com confinamento em laboratório com misturas monitoradas em campo ainda é
uma carência na literatura, mesmo internacional.
A fim de contribuir para o desenvolvimento de modelos de desempenho quanto à deformação
permanente de pavimentos asfálticos, buscando a previsão de um parâmetro indicativo desta
falha, objetiva-se nesta pesquisa correlacionar granulometrias e propriedades de forma dos
agregados com a capacidade de resistir à deformação permanente de misturas em laboratório e
em campo.
Através do exposto nos parágrafos anteriores, o objetivo geral da tese de doutorado é
contribuir para o desenvolvimento do novo método brasileiro de dimensionamento de
pavimentos asfálticos por meio da investigação da deformação permanente, levando em
consideração resultados laboratoriais de misturas asfálticas obtidos pelo TSS, creep dinâmico
e resultados de deslocamentos obtidos em campo considerando todas as camadas do
pavimento e o subleito. Estes últimos serão coletados pelo monitoramento de pistas
experimentais.
2. METODOLOGIA E RESULTADOS ESPERADOS
Para alcançar o objetivo proposto, este projeto tem o desafio de projetar, construir e
acompanhar trechos experimentais a partir de ensaios acelerados. Dessa forma, será utilizado
o Robô Simulador de Grande Porte (RSGP) que foi construído no âmbito da Rede Asfalto
N/NE financiada pela Petrobras e FINEP. Esse simulador será utilizado em trechos
experimentais construídos especificamente para os ensaios acelerados. Conta-se também com
um sistema de aquisição de dados com arranjo de sensores para leitura da umidade e
temperatura, células de pressão e sensores de deformação (straingages) para monitorar os
trechos experimentais. Esse acompanhamento possibilitará a modelagem da evolução das
falhas a partir de informações estruturais (deslocamentos no sistema de camadas) que surgem
a partir da passagem do referido simulador, agregando informações relevantes para o projeto.
Em laboratório, o Flow Number obtido através do ensaio uniaxial de carga repetida pode não
ser o parâmetro mais adequado podendo variar com, por exemplo, o confinamento do corpo
de prova. Dessa forma, este trabalho utilizará o TSS comparando-o com o creep dinâmico
sem confinamento, objetivando determinar qual desses ensaios melhor se aproxima das
condições encontradas em campo.
Para tanto, o trabalho experimental foi dividido em quatro etapas. Na primeira etapa, serão
coletados solos, agregados e ligantes para ser aplicado na área piloto de estudo; esses
materiais serão caracterizados em laboratório, para serem aplicados em camadas dos
pavimentos; em seguida será realizada a dosagem da mistura asfáltica de controle e de dois
outros grupos de misturas. No primeiro grupo haverá misturas com variações da composição
granulométrica a fim de verificar a influência dessa variação na resistência à deformação
permanente das misturas (para proporcionar uma maior resistência à deformação permanente,
especialmente na fase de compactação da mistura optou-se por utilizar a metodologia Bailey
para gerar uma curva granulométrica com maior intertravamento entre os agregados). O
segundo grupo conterá misturas dosadas com a mesma granulometria e percentual de ligante,
porém com ligantes modificados com diferentes tipos de polímero. Esse grupo tem o intuito
de verificar a influência da modificação dos ligantes na resistência à deformação permanente
das misturas asfálticas (metodologia Superpave); em seguida essas misturas serão avaliadas
quanto à deformação permanente a partir do ensaio TSS (Choi, 2013) e do creep dinâmico
sem confinamento (Witczak et al., 2002).
Na segunda etapa, um trecho experimental já construído será utilizado para testar o simulador
de grande porte e a instrumentação de campo. Essa etapa terá a função de validação,
realização de testes e operação do RSGP e da instrumentação de campo. Na terceira etapa, os
trechos serão construídos com os materiais caracterizados em laboratório, para posterior
monitoramento. Serão determinados os módulos de elasticidade efetivos in situ das camadas,
utilizando-se o GeoGauge (ASTM D6758/08) e serão realizadas leituras de bacias de
deflexões de superfície, utilizando-se o Falling Weight Deflectometer - FWD (DNER-PRO
273/96). Na quarta etapa, serão realizadas medições de afundamentos em trilha de roda com a
treliça metálica (DNIT-PRO 006/03) e avaliação da condição de superfície. Em seguida será
realizada a interpretação dos dados obtidos pela instrumentação nas pistas experimentais
quanto a medição de umidades nas camadas granulares e no subleito, medição da temperatura
na camada asfáltica e dos deslocamentos que ocorrem na estrutura de todas as camadas do
pavimento e no subleito.
Espera-se com o monitoramento das pistas experimentais o desenvolvimento de tendências de
modelos de desempenho de pavimentos asfálticos, em termos de afundamento de trilha de
roda, a exemplo do que foi realizado internacionalmente (Monismith et al., 1975; Uzan, 1982;
NCHRP, 2004; Boateng e Maina, 2012; Choi, 2013). Estas informações são fundamentais
para a nova metodologia de dimensionamento de pavimentos em desenvolvimento no país.
Assim, será possível confrontar ensaios de deformação permanente em misturas asfálticas de
laboratório com os resultados dos trechos experimentais no Ceará e estabelecer um modelo
regional quanto à deformação permanente.
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