-1- UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA – UNAMA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIA – CCET CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ESTUDO COMPARATIVO ENTRE A PAVIMENTAÇÃO FLEXÍVEL E RÍGIDA GUILHERME LORETO GUIMARÃES NETO BELÉM - PA 2011 -2- UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA – UNAMA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIA – CCET CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ESTUDO COMPARATIVO ENTRE A PAVIMENTAÇÃO FLEXÍVEL E RÍGIDA GUILHERME LORETO GUIMARÃES NETO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial para a obtenção da graduação de Engenheiro Civil, submetido à banca examinadora do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade da Amazônia. Orientador: Prof. Ms. Wandemyr Mata dos Santos Filho BELÉM – PA 2011 -3- UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA – UNAMA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIA – CCET CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GUILHERME LORETO GUIMARÃES NETO ESTUDO COMPARATIVO ENTRE A PAVIMENTAÇÃO FLEXÍVEL E RÍGIDA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade da Amazônia com o intuito de obter a graduação em Engenharia Civil. DATA DE DEFESA: ____ / ____ / ____ CONCEITO: _____________ BANCA EXAMINADORA: _______________________________________ Prof. _______________________________________ Prof. ________________________________________ Prof. -4- AGRADECIMENTOS À Deus acima de tudo por permitir a vida não somente minha como de todas as pessoas amadas. Aos meus pais especialmente, Rui Guilherme Rocha Guimarães e Valéria Augusta da Silva Nascimento, pelo apoio, atenção e carinho que moldaram a minha personalidade e meus valores. À minha família que, além de base sólida em qualquer situação, sempre me incentivou e acolheu nas horas em que foi preciso. Aos meus amigos que contribuíram imensamente para a superação desta fase, me apoiando, incentivando ou mesmo por apenas compreender o quão significante é a presença deles. Às minhas pessoas queridas já falecidas que, além de saudade, deixaram exemplos de vida e memórias inesquecíveis às quais sempre recorrerei em momentos de angústia ou dor. -5- “Há os que se queixam do vento. Os que esperam que ele mude. E os que procuram ajustar as velas.” William G. Ward -6- RESUMO Este estudo reúne informações sobre as pavimentações rígidas e flexíveis abordando estrutura do pavimento, materiais utilizados, técnicas de dimensionamento, técnicas de execução e serviços de manutenção dos mesmos, visando compará-los em cada aspecto, observando pontos positivos e negativos de ambos, para orientação sobre o mais vantajoso a ser utilizado. Foi realizado levantamento bibliográfico sobre as duas metodologias em questão, visando a normatização nacional e estrangeira, além de informações gerais sobre a pavimentação como processo importante no desenvolvimento da sociedade. Palavra-chave: Pavimento Rígido. Pavimento Flexível. Comparação de pavimentos. Pavimentação. -7- ABSTRACT This study gathers information on rigid and flexible pavements covering the floor structure, materials, technical design, technical implementation and maintenance services of the same, in order to compare them in every aspect, noting strengths and weaknesses of both, for guidance on the most advantageous to use. Literature review was conducted on the two methods in question, aimed at national and international standardization, and general information about the paving process as important in the development of society. Keyword: Floor Drive. Flexible Floor. Comparison floors. Paving. -8- SUMÁRIO RESUMO ABSTRACT 1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................11 1.1. JUSTIFICATIVA...................................................................................................11 1.2. METODOLOGIA EXECUTIVA.............................................................................12 2. DADOS GERAIS...................................................................................................13 2.1. DEFINIÇÃO DE PAVIMENTO.............................................................................13 2.2. IMPORTÂNCIA DA PAVIMENTAÇÃO.................................................................13 2.3. BREVE HISTÓRICO............................................................................................14 2.4. CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS...............................................................17 2.4.1. Base Rígida.....................................................................................................18 2.4.2. Base Flexível...................................................................................................19 2.4.3. Revestimento Rígido.......................................................................................20 2.4.4. Revestimento Flexível.....................................................................................21 3. PAVIMENTAÇÃO FLEXÍVEL................................................................................23 3.1. ESTRUTURA DO PAVIMENTO...........................................................................23 3.1.1. Subleito............................................................................................................24 3.1.2. Regularização do Subleito...............................................................................24 3.1.3. Reforço de Subleito.........................................................................................24 3.1.4. Sub-base.........................................................................................................25 3.1.5. Base.................................................................................................................25 3.1.6. Revestimento...................................................................................................25 3.2. MATERIAIS UTILIZADOS....................................................................................26 3.2.1. Solo..................................................................................................................27 3.2.2. Agregados.......................................................................................................31 3.2.3. Betumes...........................................................................................................33 -9- 3.2.4. Aglomerantes Hidráulicos................................................................................34 3.3. METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO........................................................36 3.4. METODOLOGIA DE IMPLANTAÇÃO..................................................................41 3.4.1. Camadas Sem Ligantes..................................................................................41 3.4.2. Camadas Com Ligantes..................................................................................44 3.5. CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS...........................................................47 3.6. MANUTENÇÃO....................................................................................................48 4. PAVIMENTAÇÃO RÍGIDA....................................................................................51 4.1. ESTRUTURA DO PAVIMENTO...........................................................................51 4.1.1. Subleito............................................................................................................51 4.1.2. Regularização do Subleito...............................................................................52 4.1.3. Sub-base.........................................................................................................52 4.1.4. Base e Revestimento.......................................................................................52 4.2. MATERIAIS UTILIZADOS....................................................................................53 4.2.1. Agregados.......................................................................................................53 4.2.2. Cimento Portland.............................................................................................54 4.2.3. Água................................................................................................................55 4.2.4. Aditivos e Adições...........................................................................................56 4.2.5. Selantes de Juntas..........................................................................................57 4.2.6. Aço...................................................................................................................57 4.3. METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO........................................................58 4.4. METODOLOGIA DE IMPLANTAÇÃO..................................................................60 4.4.1. Sub-base.........................................................................................................60 4.4.1.1. Concreto de cimento Portland adensado por vibração..................................60 4.4.1.2. Solo-cimento..................................................................................................60 4.4.1.3. Solo melhorado com cimento........................................................................61 4.4.2. Revestimento...................................................................................................62 4.4.2.1. Concreto simples...........................................................................................62 4.4.2.2. Tipo Whitetopping..........................................................................................63 4.4.2.3. Estruturalmente armado................................................................................63 4.4.2.4. Concreto ralado.............................................................................................64 4.4.2.5. Peças pré-moldadas de concreto..................................................................64 - 10 - 4.5. CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS...........................................................65 4.6. MANUTENÇÃO....................................................................................................66 4.6.1. Utilização do Pavimento..................................................................................66 4.6.2. Conservação do Pavimento.............................................................................67 4.6.3. Reabilitação do Pavimento..............................................................................67 5. COMPARATIVO ENTRE OS PAVIMENTOS LEVANTADOS..............................72 5.1. QUANTO À ESTRUTURA DO PAVIMENTO.......................................................72 5.2. QUANTO AOS MATERIAIS UTILIZADOS...........................................................73 5.3. QUANTO À METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO....................................74 5.4. QUANTO À METODOLOGIA DE IMPLANTAÇÃO..............................................75 5.5. QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS.....................................76 5.6. QUANTO À MANUTENÇÃO................................................................................77 6. CONCLUSÃO........................................................................................................79 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................80 - 11 - 1. INTRODUÇÃO A necessidade de deslocamento das pessoas na sociedade tornou-se um fator de grande importância devido á complexa interligação, não somente de informações como de produção e comercio. A realização desta conexão física entre cidades, regiões, países e até continentes é realizada através dos meios de transporte, terrestres, aquáticos ou aéreos, e dentre os mesmos, o mais utilizado e de menor custo é o rodoviário devido á maior facilidade de acesso. Neste quadro importante em que se observa o transporte rodoviário, tornam-se importantes, igualmente, os estudos realizados na área visando o desenvolvimento da tecnologia que o envolve. Como todo sistema de transporte, o rodoviário necessita de certa infra-estrutura para ser utilizado. Essa infra-estrutura traduz-se na construção de estradas e vias urbanas que possibilitem o seu uso pelos veículos. A tecnologia empregada nessas vias é intensamente relevante com relação à qualidade e aos custos derivados da mesma, para esta tecnologia denominamos de pavimento. Para a tecnologia de pavimentação têm-se inúmeros processos, materiais e outros tipos de estudos realizados, porém, de forma geral, essa tecnologia se divide entre pavimentos rígidos e pavimentos flexíveis. Comparar ambos é inevitável e imprescindível frente o grande impacto que a escolha da metodologia de pavimentação tem em vários âmbitos para qualquer região no mundo. 1.1. JUSTIFICATIVA Dentre as metodologias para pavimentação existentes, a asfáltica e a de concreto são as mais amplamente utilizadas para a finalidade de construção de pavimentos rodoviários. Na Região Metropolitana de Belém, a soberania do asfalto sobre o concreto é evidente, porém não há estudos ou quaisquer motivos aparentes para implantação deste material preferencialmente ao concreto, fato que sugere a indagação da razão pela qual este fenômeno é tão repetido. Assim como a pavimentação asfáltica, comumente chamada de flexível, a de concreto, ou rígida, possui suas características específicas com relação à implantação, materiais de aplicação, durabilidade, manutenção, tecnologia e resistência a cargas dinâmicas e permanentes. Essas características dos diferentes tipos de pavimentos não somente sugerem, mas sim exigem um estudo de caso - 12 - específico para cada região geográfica observando que, para cada uma, há matérias, metodologias, climas e dificuldades diferentes influenciando estas regiões que podem favorecer ou não certa metodologia de pavimentação. Em Belém estes fatores influenciadores vão desde o clima úmido e quente, a matéria-prima encontrada na região e utilizada no revestimento e base dos pavimentos. Fatores estes muito diferentes das demais regiões brasileiras, capacitando um estudo específico para a região sobre a metodologia de pavimentação adequada para implantação. 1.2. METODOLOGIA EXECUTIVA Partindo do pressuposto anterior, o estudo das metodologias de pavimentação para aplicação regional se torna imperativo objetivando não apenas a escolha de uma metodologia especificamente “melhor”, mas sim uma ou mais metodologias indicadas para áreas da Região Metropolitana de Belém levando em consideração fatores, em sua maioria, econômicos sem abdicar da segurança e da normatização exigida. A explanação das definições sobre o assunto abordado é de extrema importância para uma boa compreensão do proposto, sendo realizada como prelúdio ao conteúdo desta tese. Para realização de um comparativo é necessário aprofundar-se no conhecimento sobre os itens abordados, no caso, as duas metodologias de pavimentação escolhidas por serem predominantes, logo, há um levantamento bibliográfico contendo as informações técnicas e econômicas das duas metodologias para realização do proposto. Por fim, a comparação proposta inicialmente poderá ser realizada em cada subitem abordado convergindo na conclusão confirmando, negando ou apenas alterando o legado histórico de pavimentação da Região Metropolitana de Belém. - 13 - 2. DADOS GERAIS 2.1. DEFINIÇÃO DE PAVIMENTO Levando em consideração as características físicas de pavimento, Souza (1976) o define como uma superestrutura composta por camadas de materiais distintos com uma complexa interligação de suas propriedades, como resistência e deformabilidade, calculadas quanto às tensões e deformações solicitadas. Este conjunto é sobreposto ao terreno de fundação, considerado como infra-estrutura, previamente analisado e tratado, denominado de subleito. Ainda segundo Souza (1976), essa superestrutura tem como objetivo fundamental resistir, distribuir e repassar ao subleito as cargas solicitadas à via para qual é dimensionada, melhorando as condições de tráfego quanto à comodidade e à segurança para o usuário. Balbo (2007) acrescenta os traços de uma estrutura pública ao pavimento, na qual se torna igualmente prioritário o controle de custos de implantação e manutenção, haja vista que esta estrutura deve sempre ser mantida em bom estado de rolagem para melhor atender o usuário. 2.2. IMPORTÂNCIA DA PAVIMENTAÇÃO Sempre foi de grande importância para a sociedade realizar deslocamentos entre regiões diferentes como forma de integração social, econômica, cultural e/ou política. Um dos meios pelo qual são realizados esses deslocamentos é pelo intermédio de estradas, que são responsáveis por uma grande parcela dos mesmos, o pavimento é uma forma de aprimorar essas estradas garantindo segurança, conforto, eficiência e economia aos seus usuários. Uma estrada pavimentada de forma correta apresenta a superfície regular e mais aderente aos pneus utilizados nos meios de transporte, proporcionando, assim, menores riscos quanto à perda de controle do veículo e garantindo a resposta à qualquer necessidade de frenagens ou desvios repentinos. - 14 - Da mesma forma, uma viagem mais suave e confortável permite uma velocidade maior de tráfego reduzindo o tempo necessário para o deslocamento e evitando a acumulação de veículos na via. Reduzindo o tempo de viagem e a densidade de veículos, um maior número de deslocamentos poderá ser realizado em menores períodos de tempo, acelerando a circulação de bens e pessoas. A economia em manutenção, tanto do pavimento, quanto dos veículos utilizados, estão entre as principais vantagens ao usuário com relação a uma pavimentação de qualidade, haja vista que o recurso para implantação e manutenção da pavimentação de estradas vem de impostos cobrados do mesmo. 2.3. BREVE HISTÓRICO O primeiro conceito de pavimentação registrado, segundo Corini citado por Balbo (2007), advém do Egito antigo, inicializando a idéia de drenagem e pavimentação de vias. Este conceito de pavimentação, utilizado igualmente pelos gregos, no entanto, não condiz com a objetividade designada para a pavimentação, haja vista que esses povos utilizavam-na com o simples intuito decorativo para festividades. Considerando a objetividade a qual a pavimentação deve ser designada, os primeiros povos a criar metodologia para implementá-la foram os etruscos e cartagineses. Mais tarde, romanos iam absorver esta metodologia e incrementá-la criando modelos de pavimentação aplicados por milhares de anos posteriormente. No decorrer do período republicano de Roma, com a expansão de territórios dominados, foram pavimentadas inúmeras vias como meio de acesso às cidades, transporte de bens e materiais, além de servirem de vias para locomoção de tropas militares. A pavimentação ganhou seu sentido de engenharia, haja vista que os construtores romanos eram exigidos a usufruir dos materiais e terrenos encontrados em cada região e adaptando a metodologia implantada aos mesmos (BALBO, 2007). Segundo Corini citado por Balbo (2007), essa metodologia de pavimentação rudimentar compreendia certas etapas. Primeiramente, procurava-se preparar o terreno natural procurando camada resistente ou agregando resistência a existente. Um lastro de pedras era executado em seguida com o intuito de oferecer melhores - 15 - condições de apoio às camadas superiores. Posteriormente uma camada constituída por uma mistura de entulhos de construções aglomerados por uma pasta de cal, areia, argila e pozolanas era lançada no pavimento. Logo após viria a camada a qual garantiria a impermeabilidade do sistema pela mistura de pedras miúdas à mesma pasta aplicada anteriormente. Finalmente viria o revestimento constituído, em caso de vias importantes, por rochas básicas recortadas e justapostas. Durante a decadência econômica dos povos europeus, as estradas criadas para interligá-los foram abandonadas e deterioraram-se com o passar do tempo, porém com o ressurgimento do comércio, voltaram a ser construídas vias pavimentas a fim de atender às novas necessidades da época, porém com algumas alterações devido às carências encontradas como o abandono da utilização do revestimento em pedras justapostas e eliminando as misturas quando possível (Balbo, 2007). Esta técnica de pavimentação foi utilizada por um longo período até o francês PierMaria Jerolame Trésaguet, em 1770, aprimorar esta metodologia executiva propondo a divisão das camadas constituintes do pavimento em dois grupos, a Fundação e a Camada superior. O primeiro caracterizava-se por uniformizar o terreno através da cravação de pedras para gerar um melhor apoio para as próximas camadas, destaca-se que o terreno deveria ser moldado em forma de arco. A camada superior era designada pela compactação de pedras trituradas, com o diâmetro de aproximadamente 70mm à 80mm, com o intuito de minimizar os vazios estruturais do pavimento (apud Bonzano; Balbo, 2007). Décadas depois, mais precisamente em 1820, John Loudon Mac-Adam, engenheiro escocês, publicou técnicas que iam de encontro aos ensinamentos do seu predecessor francês. Dentre o proposto por John, os principais pontos eram a inutilidade da camada de fundação, juntamente com a compactação do material granular. As pedras empregadas também deveriam passar por rigoroso controle de qualidade com relação às dimensões das mesmas e não deveria ser utilizado nenhum tipo de ligante, criando assim a primeira especificação para o material empregado. Por sua vez, o estudioso que apresentava argumentos contra os apresentados por Mac-Adam era o engenheiro inglês Thomas Telford, o qual pregava que os resultados obtidos pelo seu contemporâneo eram devidos às boas condições de terreno e tráfego utilizadas nos experimentos empíricos que o escocês realizava. - 16 - Felford defendia a implementação de uma camada de fundação para a homogeneidade do pavimento frente às fundações compostas por solos variáveis (apud Bolis e Di Renzo; Balbo, 2007). O inglês obteve o título de “Pontífice Máximo das Estradas” pelos seus estudos na área (Balbo, 2007). Durante os anos seguintes do século XIX foram apresentadas e consolidadas várias teorias sobre a elasticidade, resistência dos materiais, geodésica e geometria, dentre outras que contribuíram para a metodologia atual de pavimentação. Segundo Balbo (2007), em 1870 foi realizado o primeiro pavimento betuminoso em New Jersey nos Estados Unidos com o auxílio do químico belga E.J. DeSmedt. Em 1876, ainda nos EUA, foi pavimentada a primeira via com revestimento betuminoso do tipo sheet asphalt. No mesmo ano e país, porém na cidade de Bellafontaine no estado de Ohio, era construído o primeiro pavimento urbano de concreto. Anteriormente no mesmo ano de 1876, na França, mais especificamente em Grenoble, o concreto foi utilizado pela primeira vez na pavimentação de uma via (apud Corini; Balbo, 2007). No quesito estudo estrutural dos pavimentos, foi J. Boussinesq, ao publicar “Application des potentiels a I’étude de I’equilibre et du movement dês solides elastiques” em 1885, que viria a marcar o inicio da criação de modelos analíticos para tal fim, porém, somente cinco décadas mais tarde. A partir do final do século XIX e durante todo séculos XX, foram realizados inúmeros estudos na área de pavimentação que evoluíram a metodologia de aplicação até o conhecido atualmente. Ensaios determinantes à qualidade dos materiais empregados, à eficiência da estrutura aplicada e, inclusive, à qualidade do pavimento já construído foram desenvolvidos, principalmente nos E.U.A., para o aprimoramento das metodologias executivas de pavimentação. A utilização de pavimentos mais complexos, tanto de concreto quanto asfálticos, foi sendo amplamente instaurada haja vista o aumento do volume de tráfego apresentado com o passar dos anos. Especificamente no Brasil, o desenvolvimento da pavimentação pode ser observado a partir do início do século XX, quando foram pavimentadas, mesmo que de forma rústica, vias nas regiões de São Paulo e Rio de Janeiro. Os revestimentos de concreto foram primeiramente aplicados em regiões de serra devido a necessidade - 17 - de pavimentos mais estáveis nessas áreas, posteriormente, outras vias foram pavimentadas desta mesma forma. A partir do ano de 1927, o governo inicia projetos de incentivo à pavimentação de vias federais, acelerando o processo de pavimentação (apud Penteado; Balbo, 2007). Em 1956, foi instituído plano de pavimentação das rodovias paulistas, introduzindo novos conceitos e técnicas de pavimentação ao âmbito nacional. Mais recentemente, durante a década de 1990, iniciaram-se planos de concessão de operação e manutenção de rodovias, tanto estaduais quanto federais, a fim de garantir o investimento privado na área esperando a melhoria das condições de pavimentação, além da manutenção mais atenta, nacionalmente (Balbo, 2007). Com relação ao desenvolvimento de estudos e pesquisas na área da pavimentação no Brasil, os grandes incentivos foram por parte de investimentos públicos de universidades renomadas no assunto. Um grande alavanque ao estudo do pavimento asfáltico foi, e ainda está sendo, o auxílio prestado pela Petrobrás, que financia amplamente as pesquisas desenvolvidas nessa área. Já a pavimentação de concreto é tratada em universidades relacionadas ao assunto. 2.4. CLASSIFICAÇÃO DOS PAVIMENTOS No meio acadêmico, há varias incertezas com relação à metodologia de classificação dos pavimentos devido às inúmeras alternativas estruturais existentes e utilizadas amplamente. De forma generalizada, podemos classificar os pavimentos em Rígidos e Flexíveis, havendo ainda uma classificação intermediária utilizada por alguns autores, o pavimento Semi-rígido, o qual não será abordado devido a imprecisão da definição. a) Pavimento Rígido Segundo Senço (1997), pavimento rígido é caracterizado pela inaptidão à deformação, o qual sofre estruturalmente pela tração na flexão quando deformados. À exemplo deste têm-se os pavimentos constituídos principalmente de concreto de cimento. - 18 - b) Pavimento Flexível Caracteriza-se pela possibilidade de limitada deformação sem acarretar danos estruturais. Dimensionados a resistir à tração e compressão na flexão proveniente da carga aplicada sobre o pavimento, porém que podem vir a apresentar deformação permanente e possível rompimento por fadiga (Senço, 1997). Recorrentes indagações sobre a classificação dos pavimentos ocorrem pela variabilidade dos materiais componentes das camadas que constituem o mesmo, a exemplo de um pavimento que possui um revestimento asfáltico, considerado flexível, apoiado sobre uma base em concreto, classificada como rígida. A solução adotada para esta problemática é a classificação do pavimento não como estrutura unificada, mas avaliando cada camada da estrutura com relação ao material com o qual é constituída. 2.4.1. Base Rígida Estas bases são caracterizadas, genericamente, pela participação de cimento em sua composição e oferecem uma resistência considerável para aplicação do revestimento. A base de concreto de cimento consiste em uma dosagem de agregados, areia, cimento e água que atendem ao dimensionamento exigido, podendo ou não ter armadura metálica em sua estrutura. Esta é utilizada tanto como base quanto como revestimento (Senço, 1997). O macadame de cimento é constituído por agregados graúdos unidos por uma mistura a base de cimento onde os vazios são preenchidos por materiais mais finos, chamados de material de enchimento (Senço, 1997), caracterizando o que denominamos de “concreto magro”. Existe ainda o solo cimento, onde é misturado cimento e água ao solo escolhido em dosagens convenientes e determinadas, posteriormente uniformizado e compactado, garantindo a estabilidade e resistência exigidas em uma base para pavimentação (Senço, 1997). - 19 - 2.4.2. Base Flexível Estas compreendem tanto as bases flexíveis, quanto as bases que alguns autores denominam de semi-rígidas, podendo este conjunto ser divido em estabilizadas e granulares segundo Souza (1976). Com intuito de facilitar a compreensão não serão adotadas estas divisões, seguindo o proposto por Senço (1997). O solo estabilizado determina-se pelo cumprimento de certas determinações quanto às características físico-químicas pertinentes à pavimentação. Estes parâmetros podem ser alcançados naturalmente no caso da base estabilizada granulometricamente; através da adição de pedra britada suprindo a ausência de agregado graúdo no caso da base solo-brita; ou obtida através da mistura de aglutinante, como o asfalto, ao solo denominando-o de solo betume. Tem-se outra base flexível ao se justapor pedras britadas e uni-las através de material de enchimento, sendo este material de enchimento introduzido com o auxílio de água preenchendo os vazios, o macadame hidráulico. Este material funciona como travamento para as pedras e como aglutinante, ligando-as. Esta base também é utilizada como revestimento. Com uma variação no material empregado, o macadame hidráulico pode ser denominado como macadame betuminoso. Ao se utilizar betume como material de enchimento e aglutinante obtém-se esta nova base que deve obedecer à espessura de projeto reduzindo a granulometria de seus agregados de baixo para cima. Outra base flexível é a de brita graduada que consiste na mistura realizada em usinas de agregado dosado, água, material de enchimento e, caso seja necessário, cimento. É uma base substituta do macadame hidráulico que possui características semelhantes, excluindo a granulometria. Dentre as bases flexíveis, incluem-se as bases de paralelepípedos e alvenarias poliédricas que foram utilizadas como pavimento em diversas vias antigas e não se tornam viáveis quanto ao conforto e segurança devido a irregularidade do leito, servindo de bases por aproveitamento à revestimentos flexíveis. Há ainda várias bases que utilizam diversos materiais com suas características singulares, vantagens e desvantagens, porém não vem ao caso estudá-las devido à - 20 - utilização escassa ou implantação problemática. A classificação resumida das bases para pavimentação é disposta na Tabela 2.1. Tabela 2.1: Classificação das Bases para Pavimentação. Concreto de Cimento Rígidas Macadame de Cimento Solo-cimento Granulometricamente Solo Estabilizado Bases Solo-betume Solo-brita Macadame Hidráulico Flexíveis Macadame Betuminoso Brita Graduada com ou sem cimento Paralelepípedos Por Aproveitamento Alvenaria Poliédrica Fonte: Senço, 1997 (adaptada). 2.4.3. Revestimento Rígido O revestimento rígido segue a mesma composição das bases da mesma categoria, tendo como característica geral a composição por cimento, resistentes à esforços horizontais e distribuindo esforços verticais à sub-base. Também podem ser classificados como rígidos pavimentos com paralelepípedos rejuntados com argamassa a base de cimento e areia (Senço, 1997). Ainda segundo Senço (1997), este tipo de revestimento, apesar de utilizado em vias importantes na antiguidade, atualmente encontra-se esquecido frente ao flexível, porém é de importância um estudo do mesmo como uma alternativa ao betume. - 21 - 2.4.4. Revestimento Flexível Com relação ao revestimento flexível, baseado na utilização de betume como aglutinante, além de ser o mais frequentemente aplicado por calculistas e construtores, também é o mais complexo, englobando várias formas de pavimentar. O modelo de revestimento flexível que alcança a melhor qualidade entre os mesmos é o concreto betuminoso devido ao rigoroso controle requerido desde a sua mistura, realizada em usinas, até a sua aplicação. Por tal motivo é o mais utilizado em autoestradas e vias expressas (Senço, 1997). Logo após o concreto betuminoso, temos o pré-misturado à quente, o qual consiste à mesma mistura em usina a qual é submetido o betuminoso, porém com rigorosidade amena. Este se diferencia do pré-misturado à frio apenas no fato do agregado utilizado neste ultimo não sofrer aquecimento prévio ao ser misturado, caracterizando a diferença na nomenclatura (Senço, 1997). Ainda há os modelos aplicados in-loco classificados como flexíveis. No caso dos tratamentos superficiais, é aplicada uma ou mais camadas de agregado ligas por uma pintura betuminosa superficial. Os calçamentos são aplicados atualmente apenas em áreas urbanas, pois sua relativa lentidão de aplicação, trepidação e sonoridade são menos sentidas em locais onde a velocidade média de circulação deve ser reduzida, além de permitirem o reaproveitamento e caso de necessidade de retirada para serviços no subsolo (Senço, 1997). Dentre estes calçamentos pode-se discorrer sobre três materiais aplicados, os paralelepípedos, a alvenaria poliédrica e os blocos de concreto pré-moldados articulados. O primeiro consiste em pedras em formato de paralelepípedo assentadas sobre camada de areia e rejuntados por material betuminoso ou outros bem compactados. O segundo também é constituído por pedras, porém estas sendo irregulares e assentadas sobre determinado solo. Por ultimo os blocos de concreto, por definição, são pré-fabricados de concreto com formas e dimensões definidas que, justapostos e rejuntados, oferecem um pavimento resistente e adaptável (Senço, 1997). Assim como as bases, também existem tipos de revestimento diversos e diferenciados, porém com aplicação limitada e classificação duvidosa, que não vêm - 22 - a serem tratados neste. Abaixo segue, resumidamente, a classificação dos revestimentos. Tabela 2.2: Classificação dos Revestimentos para Pavimentação. Concreto de Cimento Rígidos Macadame de Cimento Paralelepípedos Rejuntados com Cimento Concreto Betuminoso Usinados Pré-misturado à Quente Pré-misturado à Frio Betuminosos Penetração Revestimentos Tratamento Superficial Flexíveis Direta Penetração Invertida Simples Duplo Triplo Quádruplo Alvenaria Poliédrica Calçamentos Paralelepípedos Blocos de Concreto Pré-moldados Articulados Fonte: Senço, 1997 (adaptada). - 23 - 3. PAVIMENTAÇÃO FLEXÍVEL Na atualidade não é preciso ser um estudioso do assunto para perceber a preferência compartilhada por calculistas e construtores por esta metodologia de pavimentação, basta ser um bom observador que é possível notar que uma boa porcentagem da malha viária nacional é composta por este tipo de pavimentação, isto se deve a fatores históricos, geográficos e culturais, portanto torna-se imprescindível o estudo do mesmo, porém é necessário desvincular-se desses fatores para compreender o motivo pelo qual esta hegemonia predomina e se não há melhor solução para determinadas regiões. 3.1. ESTRUTURA DO PAVIMENTO Assim como definido em item anterior, a estrutura de um pavimento destina-se a resistir às cargas impostas a ele repassando, atenuadamente, estes carregamentos ao terreno de fundação sem acarretar danos ao mesmo nem à estrutura. No caso do pavimento flexível, suas camadas têm uma relação complexa, na qual a função, ou funções, de cada é interligada com as demais garantindo a uniformidade do comportamento do pavimento. Essas camadas, dispostas de acordo com a Figura 01, são o Subleito, a Regularização de Subleito, o Reforço de Subleito, Subbase, Base e Revestimento, podendo, no entanto, algumas dessas camadas serem desnecessárias dependendo do caso específico (Balbo, 2007). Figura 01: Seção transversal de pavimento flexível. Fonte: questoesdeconcurso.com.br (adaptada). - 24 - 3.1.1. Subleito Senço (1997) descreve o subleito como o terreno de fundação do pavimento, no entanto, deve-se limitar este conceito apenas à camada superficial do terreno, haja vista que os esforços exercidos sobre o subleito são dispersos poucos metros abaixo do solo, sendo desprezível o efeito atuante nas camadas inferiores. Esta camada deve oferecer características necessárias ao suporte do pavimento, havendo a necessidade de compactação e/ou substituição do material original para alcançar tais fins (Balbo, 2007). 3.1.2. Regularização do Subleito A regularização do subleito, também denominada de preparo do subleito, consiste em uma camada de espessura irregular de aterro compactado com a finalidade de garantir ao subleito as características geométricas transversais e longitudinais de projeto para a via, evitando gastos desnecessários com subleitos irregulares que apresentem alta resistência (Senço, 1997). 3.1.3. Reforço de Subleito Este reforço é uma camada que visa atenuar as cargas aplicadas sobre um subleito frágil ao ponto em que este seja capaz de suportar tais cargas. Também pode ser considerado como camada complementar à base, haja vista que ambas possuem funções semelhantes (Senço, 1997). O material utilizado no reforço de subleito obrigatoriamente deve apresentar maior resistência que o material encontrado no subleito, pois se fosse diferente a camada tornar-se-ia sem propósito. A utilização desta parte da estrutura é facultativa, haja vista que outras camadas superiores poderiam suprir sua necessidade, porém pelo ponto de vista econômico, reforçar o subleito é uma opção mais viável que aumentar a espessura das demais camadas (Balbo, 2007). - 25 - 3.1.4. Sub-base Além da função de resistir e repassar os esforços aplicados sobre as camadas superiores às inferiores, esta camada também atua na drenagem do pavimento. A sub-base torna-se necessária quando, ao dimensionar o pavimento, a camada de base obtém espessura demasiada a fim de resistir aos carregamentos, sendo assim, é viável economicamente dividir esta camada em duas, onde a inferior (sub-base) é composta por materiais de menor custo (Balbo, 2007). 3.1.5. Base As bases, assim como as sub-bases, podem ser constituídas por solo estabilizado, solo-brita, brita graduada, brita graduada tratada com cimento, solo estabilizado quimicamente com ligante hidráulico ou asfáltico, dentre outros. Sua função continua sendo a distribuição de cargas oriundas das camadas superiores, porém, no caso das bases, a única camada acima é o revestimento, fazendo com que a camada responda mais diretamente aos carregamentos verticais derivados do tráfego de veículos (Senço, 1997). 3.1.6. Revestimento É a camada mais nobre do pavimento, ou seja, a de maior custo para construção, porém também é a camada de maior importância para o pavimento, haja vista que esta interage diretamente com o tráfego, sendo responsável pela resposta direta aos esforços verticais e horizontais aplicados pelos veículos. Os materiais utilizados para tal devem estar bem conectados entre si evitando grandes deformações no revestimento para não afetar a estrutura do pavimento. Esta ligação também deve evitar a infiltração de água na estrutura ao máximo possível, função bem exercida pelos betumes. Segundo Balbo (2007), há classificações dentro desta camada que diferenciam a aplicação do revestimento asfáltico, como a camada de rolamento, diretamente ligada aos esforços externos e intempéries, a camada de ligação, realizando a conexão entre a anterior e a base do pavimento, camada de nivelamento, utilizada na correção pontual da pista quando necessário manutenção, e a camada de - 26 - reforço, chamada de recapeamento e realizada após pavimentação prévia com o intuito de renovação e reforço do revestimento. Senço (1997) ressalta que esta camada, apesar de ser a mais onerosa dentre as demais, tem em seu dimensionamento critérios específicos e que podem garantir a esta espessuras demasiadas, forçando o projetista a considerar soluções a serem aplicadas nas demais camadas da estrutura a fim de manter a construção economicamente viável. 3.2. MATERIAIS UTILIZADOS Como observado no item anterior, o pavimento é uma estrutura complexa constituída por camadas distintas que interagem entre si para garantir as características estruturais necessárias ao projeto, o que diferencia e garante as propriedades necessárias a cada uma destas camadas são, além da disposição e espessura individual, os materiais constituintes das mesmas. Senço (1997) destaca os solos dentre os materiais que compõem os pavimentos, pois, mesmo este podendo ser excluído da composição das camadas projetadas, sempre terá papel de grande importância na atuação como subleito para a pavimentação, reforçando a necessidade de estudá-lo. Outro material imprescindível é o agregado utilizado em larga escala ao longo da estrutura do pavimento, haja vista que várias, senão todas, as camadas do mesmo possuem agregados. Assim como o solo, os agregados abrangem uma imensa gama de características que influenciam na sua utilização para a pavimentação. Para a pavimentação flexível, os betumes são utilizados na maioria de seus revestimentos e, eventualmente, em outras camadas como ligantes. Balbo (2007) explica que Betumes são divididos entre os asfaltos derivados de petróleo e os alcatrões derivados da destilação destrutiva do carvão, porém existem asfaltos provenientes de rochas ou depósitos lacustres que também são utilizados na pavimentação. Existem também aglomerantes utilizados em certos pavimentos como a cal, pozolanas e cimento que podem ser utilizados conforme a disponibilidade local e o projeto realizado para a via. - 27 - 3.2.1. Solo Trata-se de uma estrutura de grande importância não somente para a pavimentação, mas igualmente para todos os campos de aplicação da construção civil e de características tão complexas e significantes que sua simples utilização gera inúmeros estudos relatados em livros, artigos e afins. Apesar de tal importância, torna-se inviável abordar todos os aspectos atribuídos ao solo, focando-se apenas em suas características como material relevante à pavimentação. Devido à vasta gama de áreas de estudo que englobam o solo, uma definição geral e concreta para o mesmo é impraticável, porém, Senço (1997) procura defini-lo de forma geral da seguinte maneira: “Solo é uma formação natural, de estrutura solta e removível e de espessura variável, resultante da transformação de uma rocha-mãe, pela influência de diversos processos físicos, físico-químicos e biológicos”. De forma mais específica, Balbo (2007) agrega mais características pertinentes à engenharia civil a esta definição afirmando que: Solo é qualquer depósito solto ou fofo, resultante da ação do intemperismo ou da degradação de rochas ou ainda da decomposição de vegetais. Incluem-se assim, na categoria dos solos, diversos materiais não consolidados como sedimentos (pedregulhos, areias, siltes ou argilas), turfas, depósitos calcários como as areias de conchas e corais (como em Fernando de Noronha), os depósitos piroclásticos resultantes de erupções e lavas (cinzas vulcânicas) bem como os solos residuais jovens ou maduros. A origem desse “material” advém da decomposição de rochas matrizes e/ou material orgânico através de intempéries, acumulando estes detritos no próprio local, no caso do solo residual, ou em locais diferentes aos quais foram deslocados, no caso do solo transportado. Este transporte do material decomposto pode ser realizado por meio aquático, eólico ou gravitacional, acarretando diferentes características ao solo em cada método de formação. É importante salientar que para cada região, clima, flora, dentre outros, o processo de formação do solo altera drasticamente e, consequentemente, as suas características relevantes á construção civil. Pela sua formação, o solo passa a apresentar vazios em sua estrutura que são preenchidos por água e/ou ar, caracterizando-o como um sistema polifásico, geralmente constituído por três fases, sólida, líquida e gasosa (Senço, 1997), tratado, no entanto, como uma estrutura única para a engenharia. A porcentagem - 28 - em que se encontram cada uma destas parcelas componentes do solo é de grande importância para o estudo das características do mesmo, levando os estudiosos da área a criarem índices e classificações para averiguação em laboratório do comportamento do solo como estrutura de fundação. Na Tabela 3.1 é possível observar algumas características do solo relacionadas às parcelas de cada fase física em que este se encontra, analisando sua origem e definição segundo Balbo (2007). Tabela 3.1: Características do solo com relação as suas fases. Parâmetro Relação Definição É a soma de todos os volumes dos Volume Total componentes, podendo-se desprezar o ar. Índice de Vazios Porosidade Grau de Saturação Umidade do Solo Peso Unitário ou Específico do Solo A relação entre o volume de vazios (ar +água) e o volume de sólidos. A relação entre o volume de vazios e o volume total. A relação entre o volume de água e o volume de vazios A relação entre o peso de água e o peso de sólidos no solo A relação entre o peso total do solo e seu volume total, incluindo vazios preenchidos e não preenchidos Peso Específico É o peso específico, eliminada a Aparente Seco água presente no solo Fonte: Balbo, 2007 (adaptado). - 29 - A granulometria, relevante à parte sólida do solo, busca compreender e classificar quanto às dimensões de cada partícula pertencente às frações de grãos, dividindoas em argila, silte, areia e pedregulho segundo a Tabela 3.2. Esta área de estudo dos solos é de vasta aplicação na construção de estradas, sendo base para classificação não somente de solos, mas de material para aterro, vinculando várias propriedades do subleito, regularização e/ou reforço do subleito apenas à dimensão dos grãos componentes. Tabela 3.2: Divisões granulométricas. Classificações Órgão Peneiras (mm) Classificador Argila Silte Areia Pedregulho 0,000 ~ 0,002 0,002 ~ 0,074 0,074 ~ 4,760 4,760 ~ 100 DER/SP 0,000 ~ 0,005 0,005 ~ 0,050 0,050 ~ 4,800 4,800 ~ 76 ABNT 0,000 ~ 0,005 0,005 ~ 0,050 0,050 ~ 5,000 5,000 ~ 100 IPT 0,000 ~ 0,005 0,005 ~ 0,075 0,075 ~ 2,000 2,000 ~ 76 DNER 0,000 ~ 0,005 0,005 ~ 0,074 0,074 ~ 2,000 2,000 ~ 76 AASNTOASTM Sociedade 0,000 ~ 0,002 0,002 ~ 0,020 0,020 ~ 2,000 2,000 ~ 20 Internacional de Solos 0,000 ~ 0,005 0,005 ~ 0,050 0,050 ~ 2,000 2,000 ~ 76 0,000 ~ 0,002 0,002 ~ 0,060 0,060 ~ 2,000 2,000 ~ 76 Fonte: Senço, 1997 (adaptada). U.S. Corps of Engineers MIT - 30 - É estudada também a consistência do solo como um todo, fator muito influenciado pela parcela de água presente no mesmo, e para tal foram definidos os estados líquido, plástico, semi-sólido e sólido, em ordem decrescente de umidade (Senço, 1997). Na transição entre cada estado de consistência há um limite específico utilizado para distingui-los. O Limite de Liquidez (LL) consiste na transição do estado plástico para o líquido, aumentando a presença de água. O Limite de Plasticidade (LP) é determinado pela passagem do estado semi-sólido para o plástico, com maior umidade. O Limite de Contração (LC) é definido pela transição do estado sólido para o semi-sólido, em ordem crescente de umidade. A diferença entre o Limite de Liquidez e o de Plasticidade consiste no Índice de Plasticidade (IP), quanto maior for o valor deste índice, maior o volume de água ao qual o solo é capaz de absorver ou perder, acarretando grandes alterações no seu volume e, consequentemente, inviabilizando-o para o uso como fundação devido a instabilidade do mesmo. Dentre um grandioso número de aspectos estudados para utilização de certo solo em uma fundação ou pavimento, há a mesma exorbitância em ensaios laboratoriais designados à obtenção desses aspectos, aprofundando ainda mais a complexidade do estudo de solos para fins de construção civil. Com relação á pavimentação, este estudo é relevante pela aplicação obrigatória do solo natural como subleito para a estrutura, podendo ser utilizado, ainda em estado natural, para a regularização e reforço do subleito. A partir de tratamento especializado de solos, a área de aplicação destes nas camadas de um pavimento amplia-se para a sub-base ou até mesmo a base, barateando a custo de construção de vias em que esses materiais pudessem ser utilizados. Balbo (2007) ressalta que as metodologias de classificação do solo mais utilizadas globalmente não recomendariam a utilização dos solos encontrados no pais para camadas superiores ao reforço de subleito, porém, estudos e experiências empíricas realizadas por brasileiros afirmam que a utilização destes solos em sub-bases e bases é viável e produzem resultados satisfatórios, reforçando a necessidade de estudos específicos para cada região com relação à utilização de materiais encontrados nas proximidades. - 31 - 3.2.2. Agregado A utilização de agregados na construção civil em geral foi motivada pela busca da economia visando o preenchimento de grande parcela do volume de misturas asfálticas, cimentíceas ou quaisquer outras utilizadas na área, agregando ao material a caracterização como material inerte, sem forma ou dimensões definidas, que pode ser aglutinado por um ligante na formação de argamassas, concretos, camadas, dentre outros, no entanto, a evolução da utilização dos mesmos e o consequente estudo realizado sobre o assunto acarretaram muito mais valor ao agregado como material da construção civil. Segundo Woods apud Souza (1976), o agregado não pode ser dito inerte, haja vista sua capacidade de reação, na mistura, ao ligante, intempéries e esforços propostos, não desprezando também as características de sua superfície, expandindo o horizonte do agregado como material utilizado na engenharia. Atualmente uma definição mais adequada seria como material granular, natural ou artificial, britado ou não, adequado a utilização em camadas, misturas estabilizadas, argamassas, concretos asfálticos ou cimentíceos, dentre outros empregados à construção civil (Senço, 1997 e Balbo, 2007). A classificação dos agregados pode seguir diferentes vertentes. Com relação à sua origem, estes podem ser classificados em naturais ou artificiais, onde os primeiros recebem esta denominação pelo fato de não dependerem de nenhum trabalho prévio para sua utilização após a retirada da sua fonte natural, já os últimos são chamados de artificiais pela necessidade de passarem por certo tratamento ou por serem reutilizados de outras áreas ou até mesmo da própria construção civil. Os agregados naturais provêm alterações físico-químicas ocorridas ainda na rocha matriz, mantendo as características gerais da mesma, depositados em jazidas no próprio local de formação ou transportados, tendo como exemplos as areias, pedregulhos, seixos, dentre outros. Os agregados artificiais derivam de processos realizados pelo homem, sejam com a finalidade exclusiva de preparação deste material, como a argila expandida, sejam apenas materiais reutilizados de outros processos não relacionados, como as escórias de alto-forno. Nesta classificação, no entanto, há um impasse com relação à classificação das pedras britadas, haja vista que estas necessitam de do processo britagem para utilização como agregados, - 32 - porém mantém as mesmas características no material original, alterando apenas duas dimensões. Assim como para os solos, uma metodologia de classificação dos agregados é através das suas dimensões, mais especificamente do seu diâmetro, para tal classificação denomina-se Granulometria dos agregados. Separa-se com relação aos diâmetros, relacionados às peneiras utilizadas nesse processo, os agregados em graúdos, os quais são detidos na peneira de número 10 (Ø = 2mm), finos, que atravessam a peneira No 10 (Ø = 2mm ) e são retidos na peneira No 200 (Ø = 0,074mm) e filler ou material d enchimento, são os com diâmetro menor que a malha da peneira No 200 (Ø = 0,074mm). Quando se trata de concreto de cimento, há ainda subclassificações específicas para areias e britas. Areias se diferenciam de britas pelo diâmetro ao passarem na peneira de número 4 (Ø = 4,8mm), na qual as britas são retidas. As areias são classificadas em finas, entre 0,05mm e 0,425mm, médias, entre 0,425mm e 2mm, e grossas, entre 2mm e 4,8mm. As britas dividem-se em brita 0, entre 4,8mm e 9,5mm, brita 1, entre 9,5mm e 19mm, brita 2, entre 19mm e 38mm, e brita 3, entre 38mm e 76mm. Esse estudo da granulometria é utilizado para prever o comportamento do agregado quanto ao preenchimento de vazios e interligação entre os grãos, sendo necessário um gama de diâmetros diferentes para um menor número de vazios, economizando aglutinante. Além do diâmetro e reatividade do material, são vários os aspectos que levam à utilização deste material como agregado, haja vista que para cada designação em que esse agregado será utilizado, são requisitadas características e propriedades diferentes dos seus grãos. Uma dessas características é a superfície específica do mesmo, ou seja, a área de contato com o aglutinante por metro cúbico, aspecto este inversamente proporcional ao diâmetro, que permite uma idéia do consumo. Outros aspectos são a densidade e massa específica determinantes para a obtenção do peso e volume final da mistura. Têm-se ainda a resistência a esforços e a absorção de água, fatores de extrema importância para o emprego na construção civil. - 33 - Devido à importância da utilização dos agregados, principalmente para fins rodoviários onde sua proporção de volume em relação aos demais materiais é uma das maiores na construção civil, o controle relacionado á qualidade desde a obtenção deste agregado até o emprego do mesmo deve ser rígida e merecedora de ensaios específicos que garantam as propriedades necessárias à sua finalidade. 3.2.3. Betumes Seguindo o proposto por Souza (1976), “Os materiais betuminosos são, por definição, associações de hidrocarbonetos solúveis em bissulfeto de carbono e que têm propriedades de aderência aos agregados”. Senço (1997) acrescenta que esses hidrocarbonetos são de cor, dureza e volatilidade variáveis, encontrados, em certas ocasiões, associados a materiais naturais. Já Balbo (2007) ressalta, além das propriedades ligantes, a elevada viscosidade em temperatura ambiente e a inflamabilidade como características definidoras dos betumes. Existem indícios da aplicabilidade deste material desde a época bíblica com o intuito de impermeabilização, sendo assim caracterizado como o mais antigo material impermeabilizante utilizado pelo homem (Senço, 1997). O emprego de betumes ainda é notado no Egito antigo, na Mesopotâmia, na Roma clássica como herança dos gregos, deste último de onde deriva sua nomenclatura Betume, que significa criador de piche, e asfalto, que significa firme, estável. Os betumes compreendem os asfaltos e os alcatrões. Asfaltos são definidos como aglutinantes constituídos basicamente por betumes e podem ser encontrados na natureza, em rochas ou depósitos lacustres, ou produzidos a partir do petróleo refinado. Alcatrões são obtidos através da destilação do carvão e, para a aplicabilidade na pavimentação, ainda necessitam ser refinados posteriormente. Os materiais betuminosos utilizados para a pavimentação derivam, em sua maioria, do petróleo, o qual é encontrado em depósitos naturais nas proximidades dos mares, atuais ou antigos (mar Cáspio, mar Morto, Mar de Aral, dentre outros) (Senço, 1997). A origem mais provável deste material é orgânica, através da decomposição milenar por bactérias anaeróbicas em conjunto com pressões e - 34 - temperaturas elevadas, gerando discussão sobre a perpetuidade desses depósitos de petróleo. Balbo (2007) ressalta que a utilização de petróleo para produção de materiais destinados à pavimentação é intensa, haja vista que este é um processo constante e que vem sendo acelerado nos últimos anos, levantando a possibilidade de crises internacionais com a possível escassez do material para as próximas décadas, sugerindo o planejamento de uma alternativa para a utilização na pavimentação. A utilidade dos materiais derivados de petróleo na pavimentação (CAP – Cimento Asfáltico de Petróleo, Asfáltos Diluídos e Emulsões Asfálticas), de forma geral, está na aglutinação das partículas de agregados para revestimento, na impermeabilização de camadas desse pavimento e na ligação entre essas camadas (Souza, 1976). A averiguação da qualidade dos betumes utilizados na construção civil é realizada através de diversos ensaios laboratoriais específicos para determinação de características importantes como a viscosidade, adesividade, suscetibilidade térmica, endurecimento, densidade, solubilidade, ductilidade, dentre outros que permitem um estudo do comportamento do material em contato com os demais componentes do pavimento e com as intempéries. 3.2.4. Aglomerantes Hidráulicos Mesmo para a pavimentação flexível, ainda torna-se passível a utilização de aglomerantes não betuminosos em certas ocasiões e camadas específicas sem alterar suas características como pavimento flexível. Define-se por aglomerante hidráulico “material pulverulento mineral finamente moído que, por meio de adição de água, forma uma pasta que após determinado tempo, solidificando-se, permite sua ligação com outros materiais, e tal processo pode ocorrer mesmo em meio aquoso” (Halberli e Wilk apud Balbo, 2007). Como representantes dessa categoria temos os cimentos, a cal e as pozolanas que podem ser utilizados como ligantes. Os cimentos podem ser subdivididos em cimentos naturais, cimento Portland, cimento de alto-forno e cimento pozolânico. - 35 - A cal é resultante do aquecimento de mármores, calcários, detritos de organismos marinhos, dentre outros, ricos em carbonato de cálcio que, através do processo de calcinação, produz óxido de cálcio, comumente chamado de cal. Ao contato com a água, ocorre o processo de endurecimento lento da pasta de cal liberando calor. A forma mais pura da cal, chamada de cal virgem, obtida a partir de calcários com teor de pureza maior que 95%, não é reagente quando imersa em água. Com a adição de uma pequena porcentagem de argila durante o aquecimento do calcário, produzse a cal hidratada, capaz de realizar o endurecimento mesmo sob a água. Este material é utilizado, principalmente, na estabilização de solos garantindo maior capacidade de resistência a esforços solicitantes e reduzindo variações de volume ao contato da água (Senço, 1997). Compreendem-se por pozolanas grãos muitos finos que, ao contato com a cal e a água, proporcionam elementos aglomerantes em temperaturas ambientes (Balbo, 2007). Este material pode ser classificado em natura ou artificial, onde o primeiro são comumente sílico-argilas de origem vulcânica com sua estrutura não cristalizada (Souza, 1976), já as artificiais são obtidas através da queima de argilas, lateritas e terras diatomáceas, à exemplo das argilas calcinadas e pulverizadas, escórias de alto-forno pulverizadas e cinzas volantes. Cimento, como comentado anteriormente, pode ser subdividido em categorias com relação à forma com que é produzido ou, no caso dos naturais, extraído. No caso deste último, a formação do mesmo se dá através da calcinação de material com calcário e argila, geralmente rochas, de forma natural, seu emprego é raro devido à falta de controle de suas propriedades. O cimento Portland é definido como aglomerante obtido por uma mistura especial de calcários e argilas, além de outros materiais como sílica ou alumina que podem integrá-lo, à temperaturas muito elevadas e posteriormente triturados, criando o clinquer. Atualmente, durante o processo de produção ou posteriormente ao mesmo, são adicionados diferentes materiais com intuitos específicos à criação de cimentos designados às mais diversas funções, alterando suas características. A moagem do clinquer resulta em material pulverulento que, em fim, é chamado de Cimento Portland. - 36 - O cimento de alto-forno, também denominado de cimento siderúrgico, é obtido através do acréscimo de escorias de alto-forno, após moagem, ao clínquer em grandes proporções. Apesar de este cimento chegar a alcançar resistência esperada de mesma ordem do cimento Portland comum, seu ganho em resistência é lento e inviabiliza a utilização para muitos fins (Balbo, 2007). Por último, o cimento pozolânico caracteriza-se pela adição de certo tipo de pozolana ao clínquer previamente à moagem, podendo ultrapassar a resistência final do cimento Portland, porém com uma resistência inicial inferior (Souza, 1976). 3.3. METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO Dimensionar um pavimento consiste em calcular a espessura do mesmo em função da carga solicitante ao qual será projetado correlacionada à carga permissível ao subleito sem acarretar ao mesmo grandes deformações ou alterações danosas. Lembrando que o pavimento possui camadas que podem ser constituídas de diversos materiais, o dimensionamento traduz-se no calculo da espessura de cada camada, delimitando os possíveis elementos utilizáveis na estrutura levando em consideração suas características físico-químicas. A partir da evolução da pavimentação e dos consequentes estudos realizados na área, os métodos de dimensionamento também evoluíram ramificando-se com relação aos índices, ensaios e formulações adotados, no entanto, de forma geral, os parâmetros estudados para o desenvolvimento dessas metodologias são comuns (Senço, 1997). a) A carga de roda com superfície de contato considerada circular; b) A distribuição desta carga considerada uniforme em toda área de contato; c) O subleito recebendo uma pressão inferior à infringida no pavimento em função dos materiais e espessuras das camadas do mesmo; d) As especificações dos materiais utilizados em cada camada; e) O decréscimo de qualidade dos materiais empregados nas camadas conforme o decréscimo da pressão e, conseguentemente, de acordo com a profundidade; - 37 - f) As condições climáticas; g) As condições de drenagem adequada; h) O grau de compactação do subleito; i) A velocidade de aplicação das cargas sobre o pavimento; j) A manutenção do pavimento; k) As solicitações propostas ao pavimento. Para a pavimentação flexível, Senço (1997) classifica as metodologias existentes em duas vertentes conforme a elaboração de suas formulações, os métodos empíricos e os métodos teóricos, onde os empíricos ainda são subdivididos naqueles que não se baseiam em ensaios de resistência dos solos e nos que se baseiam nestes ensaios. A Tabela 3.3 resume as metodologias abordadas e classificadas por Senço (1997). Por definição, as metodologias empíricas são obtidas através de experiências práticas e coeficientes observados in loco com o intuito de compor cada formulação. De forma adversa, as metodologias teóricas procuram adequar o comportamento observado na prática à formulações teóricas já existentes, apenas adaptando-as. Há também o conceito de metodologias que se encontram no limiar entre estas classificações, porém, devido à complexibilidade que esta acarretaria, é evitado classificá-las separadamente. Devido à amplitude de proposições e metodologias criadas para realizar o dimensionamento de pavimentos flexíveis, haja vista as inúmeras variáveis a serem observadas e estudadas para realização deste cálculo, é inviável discorrer sobre todas ou sequer compará-las, tendo em foco o objetivo desta tese. - 38 - Tabela 3.3: Metodologias de dimensionamento de pavimento flexível. Classificação Metodologia Dados Base Granulometria; Método do Índice de Limite de Liquidez; Grupo - IG Índice de Plasticidade; Classificação do Tráfego. Granulometria; Limite de Liquidez; Limite de Plasticidade; Classificação de solos da Public Roads Administration – Não se baseiam em ensaios do Solo Método do Highway Research Board – H.R.B. P.R.A. Métodos Empíricos Método Califórnia Bearing C.B.R. (ensaio de penetração); Ratio – C.B.R. Carga por roda por classificação de tráfego. Equivalent Wheel Load – EWL (número equivalente de Baseados em ensaios do Solo Método de Hveem Método do Departamento repetições ao ano de carga de roda de 5.000 lb); Resistência do solo – R (através do Estabilômetro); Coesão – C (através do Coesímetro). C.B.R. (ensaio de penetração); - 39 Nacional de Estradas - Índice de Grupo – IG; DNER Tráfego - Equivalente de repetições de eixo padrão; Fator de Equivalência de Operações – f; Fator Climático Regional – FR. Método da Prefeitura C.B.R. (ensaio de penetração); Municipal de São Paulo - Tráfego – Faixas de volumes de tráfego; PMSP Coeficiente de Equivalência de Estrutural – K. Classificação de Plataforma – PF; Classificação Geotécnica do Solo; Classificação do Tráfego. Load Distribution Factor – L.D.F. (Módulo Elástico Método Francês Método Shell Método do Texas Método da American Association of State Dinâmido; Carga de Tráfego por eixo, por faixa. Teoria de estudos do Prof. Burmister; Classificação do materiais do solo e camadas do pavimento; Tráfego – Cargas por roda. Dados obtidos na pista experimental da AASHTO para o The AASHTO Road Test; - 40 Highway and Índice de Serventia – p; Transportation Officials – Equivalency Axle Loads Factors – E.A.L.F.; AASHTO Classificação dos subleitos – H.R.B.; Fator Regional – R; Admite módulo de elasticidade do solo constante; Lei de Hooke. Teoria de Boussinesq; Espessura Equivalente – heq; Módulos de Elasticidade do Subleito e do Pavimento. Teoria da Elasticidade; Módulos de Elasticidade do Subleito e do Pavimento; Deslocamento Vertical Admissível. Módulo de Elasticidade; Deslocamento vertical; Módulo de Equivalência. Modelo de A. H. A. Hogg; Modelo de Jones-Peattle; Modelo de Jeuffroy e Bachelez. Teoria de Boussinesq Proposta de E. S. Barber Métodos Teóricos Modelo de Busmister Método de Ivanov Outros Modelos - 41 - 3.4. METODOLOGIA DE IMPLANTAÇÃO A pavimentação, ao deparar-se com inúmeras problemáticas em diversas regiões, diversifica, igualmente, suas metodologias, materiais, e processos, impossibilitando a síntese de uma metodologia universal para implantar um pavimento flexível. Levando em consideração que a estrutura é formada por diferentes camadas, algumas podendo não ser necessárias, constituídas por materiais diversos, propõese a metodologia de implementação de alguns desses materiais, escolhidos por serem mais amplamente reconhecidos. A título de organização, foram separados os processos os quais envolvem ligantes hidráulicos ou asfálticos dos quais não os utilizam, caracterizando-os quanto a este parâmetro. 3.4.1. Camadas Sem Ligantes Nessas camadas que contam apenas com a granulometria, compactação e interligação dos grãos, não há a necessidade de um ligante, haja vista que o preenchimento dos vazios é realizado por partículas menores ou outros materiais. a) Bica Corrida A Bica Corrida consiste em material britado não graduado, ou seja, sem processo de classificação quanto ao diâmetro. Geralmente é empregado em base ou sub-bases de vias com tráfego de baixo à médio. Com relação à metodologia de implantação, primeiramente é necessário transportar o material até a área de destino. No local, é realizado o espalhamento, com motoniveladora ou distribuidor de agregados, e umedecimento da camada, através de caminhão-pipa. A compactação finaliza o processo, sendo esta realizada com rolo de pneu com 2,5t por roda ou rolo liso de 3t (Balbo, 2007). - 42 - b) Brita Graduada Simples Trata-se de material britado com um controle rigoroso quanto à granulometria, misturando agregados de faixas de diâmetro diferentes para alcance de uma maior estabilidade ao ser compactado. É utilizado em base e sub-bases para pavimentos projetados visando quaisquer níveis de tráfego. Na aplicação, é vital o controle da mistura, em usina, dos agregados de granulometrias diferentes com a adição de água. Após o transporte e disposição do material no local indicado, o espalhamento do mesmo é realizado da mesma forma que a Bica Corrida, assim como a compactação posterior, realizada nas mesmas condições. Destaca-se o cuidado para a não segregação da parcela de finos da Brita Graduada Simples durante o transporte e aplicação (Balbo, 2007). c) Macadame Hidráulico Uma camada de Macadame Hidráulico consiste na compactação de agregados graúdos preenchendo seus vazios estruturais com agregados miúdos auxiliados por água, varrição e compactação. É utilizado para bases e sub-bases sem um controle rigoroso com relação á granulometria ou preenchimento dos vazios, garantindo a qualidade da camada pela experiência do engenheiro encarregado. Ao se utilizar o Macadame Hidráulico, espalha-se e compacta-se o agregado graúdo no local com o auxílio de pás-carregadeiras, motoniveladoras e rolos lisos de 10t à 12t para estabilizá-lo. Somente então é aplicado o agregado miúdo, espalhando-o e preenchendo os vazios para ser compactado novamente. Ainda é realizado novo espalhamento de finos com o auxílio de água e mais uma ultima compactação (Balbo, 2007). d) Macadame Seco Este macadame se assemelha ao hidráulico, é composto por material graúdo seguido de preenchimentos dos vazios por finos, porém se diferencia com relação à - 43 - força de compactação que é superior e o fato de não haver a presença de água. Tem serventia como base e sub-base para pavimentação. Sua aplicação também não diferencia em larga escala da sua variação hidráulica, o espalhamento do agregado graúdo é realizado com os mesmos equipamentos, da mesma forma que sua compactação inicial. A partir do espalhamento do material de enchimento que sua metodologia difere ao passo que este deverá manter-se o mais seco possível e a compactação realizada com rolos vibratórios de alta carga para preenchimento total dos vazios (Balbo, 2007). e) Paralelepípedo Os Paralelepípedos de caracterizam por serem pedras regulares, com formato pelo qual se nomeia, de dimensões aproximadas assentadas sobre um colchão de areia e rejuntadas com areia grossa, pó-de-pedra ou até mesmo por emulsões e argamassas. Empregada como revestimento na antiguidade, atualmente é geralmente reutilizada como camada de base para tráfego de veículos, porém ainda vê-se uso como revestimento para tráfego de pedestres. Para início da aplicação é necessário o preparo da superfície para a execução do colchão de areia, somente então são assentados os Paralelepípedos manualmente com espaçamento controlado e leves batidas na superfície para fixação. Posteriormente é espalhado e varrido o material de enchimento, preenchendo as juntas e sendo retirado o excesso. A compactação é por rolo liso de 10t à 12t. f) Solo-Brita ou Solo-Agregado Caracterizado pela mistura de agregado ou brita ao solo natural visando melhoramento das características do mesmo. Esta metodologia, também chamada de Solo Estabilizado Granulometricamente, é aplicada para bases e sub-bases. Recomenda-se que o agregado misturado tenha uma granulometria contínua e esteja em maior quantidade que o solo natural, reduzindo ao máximo o Índice de Plasticidade da mistura, porém no Brasil é comum serem empregados agregados - 44 - granulometricamente descontínuos com maior numero de finos e em parcelas iguais ás de solo, alcançando características aceitáveis para pavimentação. A mistura é realizada “in loco” independentemente de usinas, necessitando apenas do auxílio de pá-carregadora ou motoniveladora para distribuição dos agregados. Para a compactação deste material é necessário o rolo vibratório (Balbo, 2007). 3.4.2. Camadas Com Ligantes Para estas camadas, a correlação entre agregados é garantida pelo uso de material aglutinante, garantindo melhor interligação e características diferenciadas á camada. a) Concreto Asfáltico Usinado à Quente Chamada comumente apenas de CAUQ, esta camada é a mais utilizada no país como revestimento asfáltico à quente. Constituída de uma mistura homogênea de agregados bem graduados, material de enchimento e cimento asfáltico, a fabricação deste concreto é realizada em usinas sob rigoroso controle de qualidade, mantendo mínima a quantidade de vazios estruturais. Geralmente empregada como revestimento, este material também tem a serventia de realizar a ligação entre camadas subjacentes, impermeabilizando a estrutura. A metodologia que garante a qualidade deste revestimento inicia-se desde sua produção onde os agregados são dosados e secos para serem aquecidos á temperaturas próximas á do CAP para usinagem sem reduzir a temperatura da mistura. No local de pavimentação, o CAUQ deverá ser aplicado com temperaturas de 140oC à 145oC, para isso devem ser observados vários fatores, como transporte e clima, mantendo as características desejáveis do pavimento. b) Pré-misturado à Quente Esta mistura é muito semelhante ao CAUQ, no entanto, o controle qualitativo dos materiais empregados não é tão rígido, facilitando e barateando o processo - 45 - produtivo, haja vista que não há finos na maioria das misturas. É mais utilizado como camada de ligação. A metodologia executiva segue a mesma linha do concreto asfáltico, utilizando-se de vibro-acabadoras para distribuir e compactar. Neste caso é possível a utilização de motoniveladoras para distribuição desde que tomados certos cuidados (Balbo, 2007). c) Pré-misturado à Frio O Pré-misturado à Frio consiste na mistura de agregados e ligante asfáltico à temperatura ambiente, utilizando-se apenas equipamentos para esta mistura, não sendo necessário o aquecimento de nenhum dos materiais. O processo deve ser realizado com mais cautela devido à fraca ligação existente, permitindo a ação de intempéries, porém esta deficiência pode ser superada em caso de uso adequado da granulometria dos agregados, criando uma mistura mais densa. Com a interligação entre os agregados reduzida, o pavimento produzido por esta mistura torna-se permeável, ou seja, inapropriado para revestimento, logo sua utilização é restrita às bases ou camadas de regularização para pavimentos já construídos. A mistura pode ser realizada em usinas misturadoras ou outros equipamentos destinados à este serviço e o espalhamento dessa mistura pode ser realizado com motoniveladoras, apesar de serem mais recomendadas as vibro-acabadoras para a não segregação do material (Balbo, 2007). d) Areia-Asfalto à Quente Pela denominação desta mistura é fácil distinguir sua composição. Areia-asfalto é composta, em sua maioria, por agregados finos e materiais de enchimento ligados por CAP. Sua utilização é observada em diferentes camadas, como a de revestimento, regularização e base. - 46 - A execução da Areia-Asfalto é realizada através de vibro-acabadoras. Assim como no Pré-misturado à Quente, a utilização de motoniveladoras é possível se tomados cuidados com relação à segregação do material. São empregados rolos de pneus rolos lisos para garantir a compactação necessária (Balbo, 2007). e) Areia-Asfalto à Frio A Areia-Asfalto à Frio segue a mesma caracterização da AAQ, diferindo somente com relação ao ligante utilizado e, consequentemente, ao processo de execução, haja vista que não há aquecimento do mesmo. Com relação à execução, suas características se assemelham ao Pré-misturado a Frio, ou seja, a mistura é realizada em equipamentos próprios e aplicada sobre o pavimento, atendo-se à compactação necessária através de rolos lisos tipo tandem. No entanto, é necessário aerar a mistura antes de compactá-la (Balbo, 2007). f) Tratamentos Superficiais Este é um processo mais simples de revestimento, onde não é realizado nenhum tratamento em usina para sua execução. Trata-se de mistura entre agregados e asfalto aplicados sobre base ou revestimento já existente como recapeamento. A forma de execução deste método traduz-se na aplicação de material asfáltico e, logo em seguida, a distribuição de agregados em toda área de forma igual, por ultimo realiza-se a compactação. Podem ser realizadas mais de uma camada de Tratamento superficial, nesse caso é necessário que os agregados empregados reduzam de diâmetro a cada camada (Balbo, 2007). g) Macadame Betuminoso O Macadame Betuminoso é uma variação do macadame hidráulico, muito utilizado em tempos anteriores, onde a coligação ente os agregados é realizada através de betume. - 47 - A metodologia executiva desta camada compõe-se da repetida aplicação de ligante asfáltico à camada compactada de agregados, não havendo uma correlação especificando os resultados, o que deixa à critério do executor do pavimento a qualidade da camada. Também podem ser realizadas mais de uma camada, da mesma forma que os Tratamentos Superficiais, reduzindo as dimensões de agregados à cada camada (Balbo, 2007). 3.5. CARACTERÍSTICAS FISICO-QUÍMICAS Como características físico-químicas se definem os aspectos relevantes ao pavimento, como um todo, que permitem que o mesmo realize sua função de infraestrutura para o transporte de forma segura, confortável e respondendo as solicitações de projeto. Tendo em mente que a estrutura do pavimento flexível é variável, podendo apresentar-se composta por materiais distintos dependendo da região em que é construída e destinação ao qual é projetada, não é viável delimitar características fixas do pavimento. Existem, no entanto, requisitos de projeto a serem atendidos e, para avaliar se a estrutura está dentro dos conformes, são observados e testados determinados parâmetros do pavimento flexível. a) Elasticidade Uma característica marcante do pavimento flexível, que inclusive o define, é a flexibilidade perante a solicitação de carregamento sobre o mesmo, deformando levemente para absorver a carga, porém é necessário evitar a deformação permanente do pavimento. Este defeito pode ocorrer pela falta de zelo na escolha dos materiais componentes do revestimento ou das camadas inferiores ou ainda pela fraca compactação realizada. Bernucci et al. (2006) destaca como determinantes deste parâmetro os ensaios de creep estático e dinâmico, além dos simuladores de tráfego em laboratório. - 48 - b) Resistência à Cargas Em decorrência desta flexibilidade marcante deste tipo de pavimento, as cargas aplicadas sobre o mesmo não são absorvidas diretamente pelo pavimento, sendo dissipadas para as camadas inferiores, minimizando ou eliminando a ruptura por cisalhamento, no entanto, a possibilidade de ocorrência de rupturas ainda existe em face da fadiga, ou seja, devido à inúmeras solicitações ao decorrer do tempo, a estrutura pode ser afetada pela tração que é imposta sobre ela. Por tal motivo são realizados ensaios laboratoriais relevantes à Resistência á Tração e à Vida de Fadiga. c) Resistência Térmica A deformação elástica dos pavimentos flexíveis é prevista em projeto, seja por esforços externos ou internos. No caso da dilatação térmica, esta deformabilidade permite ao pavimento não sofrer grandes impactos oriundos desta energia interna à estrutura. Em âmbito nacional, Bernucci et al. (2006) afirma que não há necessidade de tratamento específico deste assunto para dimensionamento. Existem, obviamente, muitas outras características inerentes à este modelo de pavimentação, como a impermeabilidade (na maioria dos casos) e a absorção de calor (no caso da utilização dos CAP), porém estes serão melhor tratados posteriormente ao compararmos com a pavimentação rígida. 3.6. MANUTENÇÃO Todo pavimento tem vida útil planejada de acordo com o projeto específico para seu dimensionamento, porém, à proximidade deste prazo de aproveitamento, surgem defeitos no pavimento que caracterizam a perda das propriedades necessárias ao mesmo para serventia ao usuário, sendo necessário o processo de revitalização ou reforço da estrutura, considerado como manutenção do pavimento. - 49 - Para procedimento da revitalização, é necessário realizar estudo prévio do pavimento já existente sob duas vertentes, a avaliação funcional e a avaliação estrutural. Para a primeira, são observados parâmetros para utilização confortável e segura da via como fissuras, deformações permanentes e irregularidades. Na segunda, os parâmetros observados correspondem à resistência e à integridade da estrutura do pavimento como a deflexão da superfície e a formação de bacias de deformação (Bernucci et al. ,2006). Para realização dessas avaliações são observados vários fatores de onde são retirados os dados para permitir o dimensionamento do reforço ao pavimento: a) Serventia Baseada na Deflexão do Pavimento Trata-se na análise, através de modelos criados empiricamente a partir dos experimentos da AASHO Road Test, da serventia proporcionada pelo pavimento em questão a partir das deflexões médias observadas nas suas seções (Balbo, 2007). b) Fadiga Baseada na Deflexão do Pavimento Observa-se a deformação dos materiais constituintes da estrutura do pavimento para reforço da camada com misturas asfálticas densas. A análise é baseada, assim como no item anterior, em modelos adquiridos empiricamente (Balbo, 2007). c) Fadiga Baseada na Deformação da Mistura Asfáltica Este estudo assemelha-se ao estudo citado anteriormente sobre fadiga no pavimento, porém analisando apenas as misturas asfálticas na camada de revestimento com relação à deformações, comparando-as à modelos empíricos montados para situações específicas (Balbo, 2007). d) Formação de Fissuras no Revestimento Em comparação à modelos adquiridos empiricamente, são analisados fissuras provenientes da repetição de cargas no revestimento flexível, definindo a gravidade da situação em que se encontra o pavimento (Balbo, 2007). - 50 - e) Desenvolvimento de Irregularidades Longitudinais O aparecimento e crescimento de irregularidades longitudinais no pavimento também é critério para a avaliação do pavimento e posterior dimensionamento de reforço para o mesmo. Com base nos dados recolhidos através dos métodos expostos, é possível realizar um dimensionamento adequado ao pavimento exigido, nota-se, no entanto, que existem numerosos métodos de dimensionamento de reforço, em que alguns utilizam mais de um dos processos descritos. Estes métodos são diferenciados também com relação á formulação, haja vista que há modelos puramente empíricos e modelos que têm sua parcela mecanicista, inviabilizando novamente um estudo específico dos mesmos. Balbo (2007) ressalta igualmente que os resultados obtidos de diferentes métodos podem diferir. Atenta também ao fato desses métodos levarem em consideração apenas defeitos e irregularidades do pavimento, porém devem ser adotados critérios gerais como traçado da pista, drenagem e viabilidade econômica para determinação de materiais e metodologias de aplicação. - 51 - 4. PAVIMENTAÇÃO RÍGIDA O modelo de pavimentação rígida baseia-se na implementação de cimento como aglomerante hidráulico para interligação dos agregados envolvidos no concreto. A utilização desta metodologia, apenas de largamente utilizada nos primórdios da pavimentação no Brasil, atualmente encontra-se sem representatividade expressiva em âmbito nacional, porém há ocorrências em que seu uso é preferível ao asfalto, logo, as características deste pavimento são relevantes a estudo para melhor aplicação deste método. 4.1. ESTRUTURA DO PAVIMENTO A estruturação do pavimento rígido é mais simples em relação ao flexível, haja vista que as camadas de base e de revestimento são unidas em uma única que desempenha, de forma geral, as mesmas funções que suas equivalentes na pavimentação asfáltica, podendo necessitar apenas de mais uma camada de subbase e eventual regularização do subleito da via. Estas camadas, no entanto, atendem às solicitações de tráfego de forma divergente ao método de pavimentação estudado anteriormente devido sua formação e materiais utilizados nas mesmas, sendo assim, a sua caracterização se prova necessária para comparação. 4.1.1. Subleito O subleito para a pavimentação rígida tem a mesma designação que para a pavimentação flexível, sendo o terreno ao qual será construída a estrutura, absorvendo as cargas diluídas aplicadas sobre a mesma e oferecendo suporte para a via manter-se estática. Há a possibilidade da necessidade de tratamento especial ao subleito para sustentabilidade, porém, devido às características do pavimento rígido quanto à estabilidade, esse eventual reforço pode ser considerado inexistente, uma vez que a camada de sub-base pode suprir essas necessidades. - 52 - 4.1.2. Regularização do Subleito Da mesma forma que o subleito, a camada de regularização do subleito oferece as mesmas características para ambos os métodos de pavimentação, ou seja, é uma camada irregular de aterro que visa atribuir ao subleito a geometria esperada para a via sem a necessidade de grandes despesas. 4.1.3. Sub-base Esta camada é abordada pelo DNIT (2005) como uma intercalação entre a camada superior, o revestimento, e o subleito para a pavimentação rígida realizando as funções de uniformizar os esforços aplicados sobre o pavimento ao subleito, amenizar ou eliminar os efeitos de alterações no volume do solo e evitar o bombeamento de finos, presentes no solo, quando a umidade for excedente ou quando as cargas suportadas forem muito grandes. 4.1.4. Base e Revestimento As placas de concreto de cimento desempenham as funções de duas camadas, a de revestimento e a de base, eliminando a necessidade de uma camada diferenciada devido suas características de resistência e estabilidade. Esta parte superior do pavimento pode ser realizada de diversas formas, dependendo do dimensionamento adequado à cada situação encontrada em campo. Segundo Da Silva (2008), o revestimento de concreto pode ser realizados das seguintes formas: a) Concreto Simples; b) Concreto Simples com barra de transferência; c) Concreto com armadura distribuída descontínua sem função estrutural; d) Concreto com armadura contínua sem função estrutural; e) Concreto estruturalmente armado; f) Concreto protendido. - 53 - 4.2. MATERIAIS UTILIZADOS Como pôde ser deduzido a partir do estudo da estrutura do pavimento rígido, as camadas e materiais componentes das mesmas giram em torno do concreto de cimento, tanto para as superiores quanto para as inferiores. A fundação, ou seja, o subleito, possui a mesma função e características apresentadas para qualquer método de pavimentação, haja vista que, apesar de considerado parte importante da estrutura, não é constituído pelo homem, somente pode ser estudado e tratado para adquirir as propriedades necessárias. Tendo este fato em mente, o apresentado para este material em particular já foi comentado no capítulo anterior, logo, não será repetido neste, focando-se apenas na composição do concreto de Cimento Portland. De acordo com o Manual de Pavimentação Rígida do DNIT (2005), os materiais relevantes a serem estudados e avaliados são os agregados, o cimento Portland, a água, os aditivos e os selantes, todos com a finalidade de garantir a qualidade do pavimento. É importante acrescentar, no entanto, o aço que, mesmo não sendo componente indispensável, é de grande importância em determinados pavimentos rígidos dependendo do projeto. 4.2.1. Agregados Os agregados utilizados para a finalidade da pavimentação em concreto de cimento Portland diferem dos demais devido à rigorosidade em sua seleção, exigências e aplicação. A gama de materiais que a definição de agregado engloba é imensa não para de se expandir devido à estudos na área, no entanto, as qualidades que os mesmos devem adquirir são específicas quando se trata de pavimentação, haja vista os esforços únicos aplicados. Sendo assim, a escolha para utilização desses agregados é criteriosa e demanda a realização de diversos ensaios laboratoriais e empíricos visando averiguar a resistência à tração, fadiga e fissuração, a durabilidade perante as intempéries, as variações volumétricas, dentre outras características de extrema importância para o emprego em pavimentos. - 54 - Além de características reativas do material, a seleção granulométrica das partículas é de grande preocupação devido ao fato de que há a necessidade de preenchimento de todos os vazios estruturais presentes no concreto para alcance de melhores respostas aos esforços propostos ao mesmo. A escolha da faixa granulométrica de agregados graúdos e miúdos influencia em grande escala, adquirindo um controle rigoroso para um bom desempenho. Na pavimentação rígida, este agregado estará sempre interligado pela utilização do aglomerante hidráulico em questão, o cimento, portanto a reatividade e interligação com o mesmo também é levada em consideração no estudo. 4.2.2. Cimento Portland Como comentado anteriormente, existem diferentes tipos de cimento, obtidos de formas específicas, porém, para utilização em pavimentos rígidos apenas é tratado o Cimento Portland e suas variações. A composição deste material, a partir de calcário e argilas integrados em altas temperaturas, foi comentada igualmente até a trituração do mesmo para formação do clinquer e a mistura de outros materiais nesta fase anterior à moagem para obtenção do cimento propriamente. A escolha destes materiais para mistura classifica os tipos de cimento Portland alterando suas características e propriedades de acordo com a Tabela 4.1. Para cada tipo de cimento, características importantes, como resistência, tempo de endurecimento e reatividade, são alteradas e/ou incrementadas para melhor atender a designação ao qual é empregado. Para a Pavimentação, os mais indicados são os Cimentos Portland Comum, Composto, de Alto Forno e Pozolânico, não impedindo a utilização dos demais em casos específicos. A escolha do tipo de CP, como é comumente chamado o Cimento Portland, dependerá da resistência exigida em projeto, do tempo em que a pista será liberada ao tráfego, dentre outros fatores que podem privilegiar a utilização de certa característica específica do cimento. - 55 - Tabela 4.1: Tipos de Cimento Portland. Tipo CPI Denominação Cimento Portland Comum Cimento Portland Composto CPII Tipo Específico Característica CPI Sem adição CPI – S Com adição de materiais carbonáticos CPII – E Com adição de escória CPII – Z Com adição de materiais pozolânicos CPII – F Com adição de materiais carbonáticos CPIII Cimento Portland de Alto Forno --- --- CPIV Cimento Portland Pozolânico --- --- CPV Cimento Portland de Alto Desempenho Inicial (ARI) --- --- CPB Cimento Portland Branco Estrutural --- --- --- Cimento Portland Resistente aos Sufatos --- --- --- Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação --- ---- Fonte: DNIT, 2005. 4.2.3. Água Para uma boa qualidade do concreto, a água utilizada para o amassamento e cura também merece passar por um controle tecnológico relevante à presença ou não de impurezas, à acidez e sem esquecer o controle da quantidade de água empregada na mistura. Apesar de estudos na área indicarem que a qualidade da água utilizada não influenciar em grande escala nas características do concreto, a presença de - 56 - algumas características na água pode vir a classificá-la como imprópria à utilização na construção de pavimentos. Pelo apreendido empiricamente por Abrams, citado no Manual de Pavimentação Rígida do DNIT, água muito ácida, carbonatada, com excesso de cloreto de sódio ou sufátos, com açucares ou similares e residuais de curtumes não são apropriadas para utilização no concreto. O mesmo autor autoriza a utilização de água de pântanos e brejos, com baixas concentrações de íons SO 4--, sulfato de sódio e cloreto de sódio, provenientes de minas de carvão e gesso, dentre outras. É importante salientar a relevância da água na mistura para o concreto, haja vista que o cimento reage a partir da presença da mesma, caracterizando-o como um aglomerante hidráulico. 4.2.4. Aditivos e Adições O DNIT denomina como aditivo “toda substância não plenamente indispensável à composição ou à finalidade do concreto em si, mas que, quando nele colocada em pequenas quantidades, antes ou durante a mistura, gera ou reforça certas características do concreto, quer no estado plástico, como no endurecido”. A utilização de aditivos é justificada pelas necessidades específicas de cada cenário em que o concreto é utilizado, garantindo características que suprem essas necessidades para melhor execução possível da estrutura. Dentre as características geradas ou reforçadas que os aditivos garantem ao concreto estão (DNIT, 2005): a) Melhor trabalhabilidade; b) Aceleração ou retardamento do tempo de pega; c) Redução da permeabilidade; d) Aceleração do ganho de resistência inicial; e) Resistência às intempéries; f) Retardação ou diminuição do calor de hidratação; g) Desenvolvimento de características específicas como germicidas, fungicidas ou inseticidas. - 57 - A forma de utilização deste material deve ser controlada seguindo especificações dos fabricantes e focando a destinação do concreto, haja vista que, caso não sejam todas precauções, o uso indevido de aditivos pode exacerbar demasiadamente certas características, transformando-as em defeitos na mistura. 4.2.5. Selantes de Juntas As juntas são espaçamentos, entre placas de concreto do pavimento, preenchidos com material sujeito aos esforços derivados da dilatação térmica dessas placas. Esse recurso tem a função de evitar esforços indesejados no interior da estrutura, prolongando a vida útil do pavimento e evitando possíveis defeitos estruturais que podem vir a representar perigo à integridade do pavimento. Para realização dessas juntas é necessário a utilização dos selantes nos espaçamentos para garantir a não penetração de impurezas ou água na estrutura do pavimento que podem vir a agredir a integridade da mesma. A penetração de água pode vir a corroer o concreto por dentro da estrutura, decaindo suas propriedades. Partículas sólidas criam esforços novos durante o processo de dilatação, esforços aos quais o pavimento não foi dimensionado. Segundo o DNIT, um selante está sempre sobre o efeito dos esforços de dilatação, ou seja, sobre compressão ou tração, e deve apresentar características como fluidez, elasticidade, adesividade, coesão, resistência à fissura e período de cura propícia ao seu uso. 4.2.6. Aço Como apontado anteriormente por Da Silva (2008), a camada superior da pavimentação rígida, composta por placas de concreto, pode ser apresentada de diversas formas, dentre as quais a utilização de armadura de aço é necessária para algumas das disposições. A empregabilidade do aço em congruência com o concreto vem de suas características de resistência oposta ao concreto, onde este é especialista em resistir à compressão, e aquele à tração, complementando suas necessidades. Esta cooperação é observada em larga escala na construção civil. - 58 - Apesar da maior parcela do esforço imposto sopre o pavimento ser de compressão, a tração não pode ser desconsiderada, tornando necessário, em certos casos, a utilização deste material. 4.3. METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO A pesquisa relacionada ao dimensionamento especificamente do pavimento rígido vem sendo incrementada nos últimos anos com a absorção de novos conhecimentos da área. Onde se usavam modelos de dimensionamento baseados nos pavimentos flexíveis que apenas foram adaptados aos rígidos, se inicia a criação de métodos próprios para pavimentos de concreto visando as características específicas do mesmo. Mais informação sobre a pavimentação rígida permite avaliar melhor o comportamento que a mesma apresentará. Através de modelos como de Erosão da Fundação e de Escalonamento de Juntas e com auxílio do Método de Elementos Finitos, é possível observar, além de dos aspectos já observados, um “leque” maior de dados relevantes (DNIT, 2005): a) A influência das Sub-bases estáveis; b) O tipo de transferência de cargas nas juntas e bordas do pavimento; c) As consequências do contato entre o pavimento e a sua fundação; d) A ação de diferentes solicitações de tráfego, em relação à geometria das placas; e) Os efeitos do empenamento térmico e higroscópico do concreto no nível de tensões; f) O reflexo da adoção do reservatório de selante das juntas. Esses avanços permitem o dimensionamento mais preciso e com uma qualidade melhor, abordando as dimensões superficiais das placas de concreto, os tipos, geometrias e localizações de juntas, o tipo, bitola, comprimento e espaçamento dos aços e barras de transferência e ligação, o reservatório de selante, dentre outros aspectos únicos do pavimento rígido. - 59 - Como o foco deste não é discorrer especificamente sobre qualquer método de dimensionamento, da mesma forma como para o pavimento flexível, serão apenas citados, na Tabela 4.2, as principais metodologias utilizadas no dimensionamento e os dados que as mesmas levam em consideração. Tabela 4.2: Metodologias de dimensionamento de pavimento rígido. Classificação Metodologia Portland Cement Assossiation – P.C.A. (Versão de 1966) Dados Base Extensa experiência prática; Modelo de fadiga de concreto; Sistema de análise estrutural (placas elásticas em fundação contínua. Concreto Simples Modelo de fadiga de concreto (modificado); Portland Cement Assossiation – P.C.A. (Versão de 1984) Modelo de erosão; Escalonamento; Análise estrutural por Elementos Finitos. Concreto Armado Modelo proposto por Westergaard Tensões atuantes; Momentos fletores; Cartas de influência de Pickett e Ray; Fonte: DNIT, 2005. Norma NBR 6118. - 60 - 4.4. METODOLOGIA DE IMPLANTAÇÃO Em relação ao pavimento flexível, a formação da estrutura para a pavimentação rígida pouco varia em se falando de materiais utilizados e forma ou modelo de cada camada, reduzindo a gama de opções a serem estudadas e analisadas. A implantação deste pavimento se divide entre a sub-base, que na prática chega perto de ser indispensável, e a camada de rolamento sempre realizada em concreto, porém em diferentes disposições. 4.4.1. Sub-base Assim como comentado anteriormente, esta tem como objetivo uniformizar o suporte à camada superior e protegê-la do bombeamento de material fino do solo. Visando esta função, existem algumas constituições diferentes desta camada normatizadas pelo DNIT e Associação Brasileira de Normas Técnicas. São utilizadas sub-bases estabilizadas granulometricamente e com adições cimentíceas adensadas por vibração ou compactação, sem grandes preocupações com controle de qualidade. A escolha do método utilizado dependerá do projeto designado ao pavimento em questão. 4.4.1.1. Concreto de cimento Portland adensado por vibração (DNIT 065/2004 – ES) A camada deverá exceder os limites horizontais do pavimento, no caso da largura, em 50 cm no mínimo. A superfície deve ser lisa e desempenada. O adensamento é realizado com o auxílio de vibradores de imersão e réguas vibratórias. Para o acabamento, realizado logo após, são utilizadas réguas acabadoras. Logo após, a superfície deverá ser protegida por uma membrana fina de material betuminoso com o intuito de garantir o processo de cura. 4.4.1.2. Solo-cimento (DNIT 058/2004 – ES) Para este modelo de sub-base, há dois métodos de execução baseados no local onde é realizada a mistura do solo com o cimento e a água, em usina, propriamente - 61 - calibrada para realização da mistura conforme dosagem especificada, ou “in loco”, onde o ambiente é preparado e a mistura controlada. Utilizando-se da mistura em usina, é preciso dispor primeiramente do solo e cimento para que a mistura seja realizada pela máquina, observando-se a quantidade e dosagem esperada. O transporte e espalhamento do solo-cimento devem ser realizados por caminhão-basculante, primando pelo controle da umidade e pelo tempo de pega. A superfície deve estar nivelada, isenta de impurezas e com a drenagem pronta. Em seguida é realizada a compactação de acordo com norma utilizando-se de rolos lisos e pés-de-carneiro, além de pneumáticos, de acordo com a necessidade. Somente então é realizado o nivelamento da superfície através de motoniveladoras e, posteriormente, o processo de cura, mantendo umedecida por um período mínimo de sete dias. Realizando-se a mistura na pista é necessário o preparo da área com a pulverização e homogeneização do solo. Somente então é distribuído uniformemente o cimento na superfície. Primeiramente a mistura é realizada sem o acréscimo de água, uniformizando-a e garantindo o nivelamento de projeto. Posteriormente deve ser acrescentada a água de forma progressiva pelo caminhão tanque e revolvido o solo a cada aplicação para evitar o acumulo na superfície. A subsequente compactação e cura da camada serão realizadas da mesma forma que nos itens anteriores, para mistura em usina. 4.4.1.3. Solo melhorado com cimento (DNIT 057/2004 – ES) Este modelo de sub-base assemelha-se em todos os aspectos executivos ao solocimento. Com relação a mistura ser realizada “in loco” ou em usinas, segue-se o mesmo roteiro para ambos. Os cuidados com a mistura, aplicação, umedecimento, compactação e cura são idênticos. O solo melhorado apenas se diferencia do solo-cimento com relação à proporção da mistura realizada e quanto ao controle tecnológico da mesma. - 62 - 4.4.2. Revestimento A camada superior do pavimento tem como objetivo receber e repassar a carga oriunda do tráfego à sub-base e, posteriormente, ao subleito, atenuando-a o suficiente para não acarretar danos estruturais a nenhum dos citados. Esta camada pode ser realizada por diversas metodologias diferenciadas que dependem da utilização ou não de aço em sua estrutura, da forma como é construído cada trecho e de especificações técnicas mencionadas em norma. 4.4.2.1. Concreto simples Define-se por pavimento de concreto simples o pavimento o qual se utiliza de armadura em sua estrutura, salvo barras de ligação ou ferragens de retração, contando apenas com a resistência do concreto para suporte de cargas. Podendo ser realizado de formas ligeiramente distintas, os métodos abordados pelo Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT (2005) podem ser considerados idênticos, alterando somente com relação ao tipo de forma utilizada, sendo estes equipamentos de pequeno porte, fôrma-trilho ou fôrma deslizante. Depois de preparado o subleito e instalada a sub-base nos conformes do projeto, a primeira preocupação deve ser com o assentamento das fôrmas que, apesar de diferenciarem-se em aplicação, de forma geral são postas às margens do pavimento e com o nível superior ao nível do pavimento acabado. As misturas, realizadas em centrais ou no próprio local com auxílio de betoneiras, devem ser observadas quanto à dosagem e umidade para aplicação dentro de prazo estipulado. O lançamento preferivelmente é realizado lateralmente com ou sem o auxílio de máquinas, realizando o adensamento através de vibradores de imersão ou réguas vibratórias evitando a segregação do material. Em seguida é feito o acabamento com o auxílio de réguas de 3m onde quaisquer irregularidades devem ser corrigidas de imediato. É necessário cuidado especial na realização das juntas, sejam elas longitudinais ou transversais, de construção ou não. Juntamente com as juntas, as barras de transferência também merecem cuidados específicos para implantação nos vão dessas juntas. A selagem das juntas também segue o mesmo cuidado. - 63 - Finalmente é iniciado o processo de cura do concreto, o qual não deve permitir que a perda de umidade aconteça muito rapidamente pelo pavimento, aplicando sobre a superfície um composto líquido de forma a criar uma película plástica. Com o período necessário para realização da desforma, esse líquido também é aplicado nas laterais do pavimento até completar-se o período total do procedimento. 4.4.2.2. Tipo Whitetopping Este modelo de pavimentação caracteriza-se por ser uma forma de revitalização de pavimentos asfálticos que apresentarem algum defeito estrutural. A metodologia de aplicação deste diferencia-se em face do tipo e gravidade do defeito observado no pavimento anterior, podendo ser por colocação direta, fresagem ou construção de uma camada de nivelamento. Para todas as metodologias é recomendado um arrefecimento do pavimento asfáltico primordialmente para não evaporação precoce da água do concreto. Quando os danos necessitam de uma camada niveladora, a aplicação de uma pintura plástica da mesma forma que para a cura do concreto para aspersão da água e refletir os raios solares. O restante da metodologia de aplicação é idêntica ao concreto simples com relação à mistura, ao transporte, ao lançamento, ao adensamento e ao acabamento, não sendo necessária a repetição do processo. Apenas atenta-se para a realização das juntas o mais rapidamente possível para evitar o aparecimento de fissuras. 4.4.2.3. Estruturalmente armado O pavimento estruturalmente armado pouco se diferencia do executado com concreto simples, acrescendo apenas a malha de ferragens com função estrutural no pavimento. O procedimento executivo, no entanto segue o mesmo relacionado para o item 4.4.2.1. , haja vista que não há norma para o emprego deste método em particular atualmente. Apenas atenta-se para os cuidados relacionados à armadura com relação ao posicionamento, suporte e emendas realizadas antes e durante o processo de concretagem. - 64 - 4.4.2.4. Concreto rolado Trata-se de um concreto menos nobre, onde o controle de qualidade na mistura não é o mesmo garantido nos demais tipos de concreto, haja vista que a proporção de cimento utilizado é, na maioria das vezes, notavelmente menor e o controle quanto à granulometria e qualidade dos agregados empregados não é rigoroso, permitindo a utilização de materiais considerados impróprios para outros pavimentos. O concreto rolado apresenta-se de forma seca e consistente, permitindo que a sua compactação seja realizada através de rolos compressores, vibratórios ou comuns, de acordo com a sua trabalhabilidade. A execução deste modelo de pavimento diferencia-se dos demais já citado apenas nos pontos observados, ou seja, na mistura, onde há um grau de controle de qualidade inferior, e no adensamentos que é realizado através de rolos no lugar de vibradores como nos demais pavimentos. 4.4.2.5. Peças pré-moldadas de concreto A pavimentação por peças pré-moldadas de concreto consiste na colocação de peças já prontas de concreto simples justapostas lado a lado no pavimento de forma ao conjunto atender às exigências geométricas e de resistência do pavimento, rejuntando-se com material fino o espaçamento entre peças para oferecer rigidez ao sistema. O processo só pode ser iniciado com o preparo do subleito e da sub-base concluído. Para suporte das peças é necessária camada de areia à base das peças. Primeiramente são instaladas linhas-guia para colocação das peças de forma a manter o nível e o posicionamento das mesmas, somente então são assentadas as peças garantindo-se a geometria da pista. Com as peças justapostas, é homogeneizado o espaçamento entre elas, com auxílio de alavancas próprias, previamente ao rejuntamento, realizado com pedrisco e material betuminoso, preenchendo totalmente a junta, atentando-se para a compactação do pavimento ao realizar esta etapa. - 65 - 4.5. CARACTERÍSTICAS FISICO-QUÍMICAS A caracterização de um pavimento rígido, de forma geral, é delimitada pelo concreto, haja vista que este é componente principal e inevitável da metodologia em questão, portanto as propriedades atribuídas ao concreto são as mesmas atribuídas ao pavimento, destacando-se apenas alguns pontos que são mais pertinentes à uma via que as demais estruturas em que este material é empregado. a) Resistência Relativamente ao pavimento flexível, o pavimento rígido apresenta uma resistência a esforços perpendiculares e rigidez de estrutura superior, caracterizando a sua nomenclatura, permitindo a construção de estruturas menos espessas e com um número menor de camadas. A resistividade química deste pavimento também é de grande importância, tendo em mente as possibilidades da presença de fluídos agressivos no pavimento. b) Visibilidade O transporte rodoviário é importante e requisitado nos mais diversos horários do dia como principal forma de interligação geográfica atualmente, logo a visibilidade do pavimento durante o período noturno torna-se um fator importante e, apesar das marcações em vias não se fixarem tão bem no pavimento de concreto como no pavimento asfáltico, a superfície da estrutura em questão reflete uma boa proporção da iluminação utilizada na mesma, economizando despesas com o sistema. c) Durabilidade A resistência à intempéries e ao tempo que o pavimento rígido suporta é visivelmente maior que a apresentada pelo seu similar flexível, gratificando-o com uma vida útil maior e necessitando de poucos serviços de manutenção, mantendo o pavimento íntegro para transito. Este fator fornece também maior segurança para o usuário ao manter as características de projeto por um período maior e sem grandes alterações. - 66 - 4.6. MANUTENÇÃO Os cuidados adotados com o pavimento rígido são necessários a fim de manter a serventia e qualidade da estrutura, prolongando a vida útil mantendo a segurança e características de projeto. Há, a partir do dimensionamento do pavimento, diretrizes de utilização deste pavimento, levando em consideração o tipo de carga que ele suportará e o tráfego ao qual atenderá, garantindo a segurança e o conforto ao usuário. Defeitos no pavimento de concreto provêm, na maioria das vezes, de falhas executivas ou dos materiais empregados, criando uma necessidade, além do rigoroso controle de qualidade na construção, de realização de manutenções rotineiras. Como parte integrante desta manutenção, há a inspeção visual do pavimento para avaliação de defeitos existentes. Esses defeitos são interpretados pelo tipo e severidade ao serem observados de acordo com normatização existente criada pelo DNIT. Com base nos dados obtidos, é calculado o Índice de Condição do Pavimento – ICP, indicando a necessidade ou não da realização de serviços de recuperação e como procedê-los. A partir da avaliação destes eventuais defeitos no pavimento são estipulados os serviços de revitalização, caso necessário, ou apenas de conservação onde não são realizadas grandes tarefas na estrutura como todo. 4.6.1. Utilização do Pavimento O pavimento deve suportar solicitações operacionais específicas para os usuários ao qual foi dimensionado e solicitações estruturais mantendo sua integridade, além de solicitações gerais do ambiente. Como solicitações específicas, temos as cargas máximas permitidas, as quais devem ser monitoradas sempre, o tráfego da via, que deve atender o dimensionamento realizado para a mesma, e eventuais problemas químicos que podem vir a atacar o pavimento em caso de acidentes automobilísticos. Caso algumas dessas solicitações não sejam atendidas, deve ser realizada uma revisão - 67 - do projeto para verificação da necessidade de novo planejamento de conservação e observação de eventuais defeitos. Dentre solicitações estruturais, devem ser observados quaisquer defeitos que ocorram devido falhas na estrutura, como alçamento das placas, desnível entre pavimento e acostamento ou junta e ocorrência de grandes buracos, acompanhando sua evolução. Também devem ser realizados todos os serviços menores que mantenham a integridade estrutural do pavimento. Outros pontos a serem observados são os acostamentos e áreas próximas que podem vir a apresentar falhas caso não seja feita a manutenção cabível às mesmas. A drenagem também é de grande importância, pois deve ser mantida desobstruída para manter as características esperadas. 4.6.2. Conservação do Pavimento Entende-se por conservação do pavimento serviços preventivos ou localizados realizados rotineiramente para corrigir pequenos defeitos ou sinais que demonstrem o desgaste do pavimento. Esses defeitos podem ser apresentados nas juntas de dilatação, nas bordas do pavimento ou mesmo no próprio pavimento em pequena parcela. Dentre os serviços de conservação do pavimento rígido têm-se: a) Reselagem de juntas; b) Selagem de fissuras; c) Recuperação de juntas esborcinadas; d) Recuperação de desgaste superficial e escamação parciais; e) Alguns reparos que afetam a espessura da placa. 4.6.3. Reabilitação do Pavimento Para a reabilitação do pavimento é requisitado estudo mais criterioso sobre as condições gerais do pavimento, haja vista que este processo é muito mais dispendioso e altera de forma significativa a estrutura do pavimento. - 68 - Neste estudo são necessários dados do projeto original, juntamente com todos os serviços realizados na via até a data do estudo, mesclados a dados observados em campo, como defeitos e condições de drenagem atuais, para uma primeira observação da situação. Caso sejam necessários mais dados de campo, um levantamento complementar, portanto mais minucioso, deverá ser realizado com retirada de corpos-de-prova para avaliação laboratorial. Somente com as informações completas de campo e laboratoriais podem ser avaliadas as condições estruturais e funcionais do pavimento para elaboração de um relatório definitivo. Segundo o DNIT, os principais dados a serem levantados e analisados são: a) Condições globais, ou seja, estruturais e funcionais do pavimento e do acostamento; b) Dados sobre o projeto e sobre a execução do pavimento; c) Materiais utilizados no pavimento; d) Solicitação de tráfego quanto à distribuição e freqüência das cargas; e) Condições climáticas da região; f) Condições da drenagem da via; g) Condições de segurança para o tráfego; h) Quaisquer outras condições julgadas necessárias. A avaliação da condição global do pavimento é definitiva na adoção do método de reabilitação do pavimento, logo, o levantamento dos defeitos deve identificar e quantificar todos os tipos e severidades das irregularidades encontradas na estrutura definindo as técnicas de reabilitação e os ensaios complementares recomendáveis. Como comentado anteriormente, tem-se como condições globais do pavimento as condições estruturais, que avaliam a capacidade de suporte da estrutura com relação aos carregamentos impostos à mesma, e as condições funcionais, que avaliam a satisfação aos critérios de utilização da via, como regularidade superficial, conforto de rolamento, resistência a derrapagem, aparência e segurança. Após o recolhimento e avaliação criteriosa de todos os aspectos acima mencionados, podem ser elaboradas as potenciais soluções para a reabilitação do - 69 - pavimento de acordo com as necessidades. A escolha e priorização dos servi;os a serem realizados seguem os seguintes critérios (Dnit, 2005): a) Custo/benefício; b) Possibilidade de controle e operação do tráfego; c) Vida útil mínima prevista para o pavimento reabilitado; d) Materiais disponíveis na região; e) Geometria das pistas; f) Disponibilidade de equipamentos e mão-de-obra; g) Política global de prioridades da malha rodoviária. Considerados os pontos importantes citados, a escolha da metodologia executiva para reabilitação do pavimento pode ser adotada. Na Tabela 4.3 estão dispostas as principais soluções para conservação e reabilitação do pavimento. - 70 - Tabela 4.3: Metodologias de Conservação e Reabilitação de Pavimentos Rígidos. Tipo de Defeito Bombeamento Método de Reabilitação Escalonamento de Juntas (degraus) Fissuras Lineares Método de Conservação Resselagem de Juntas; Restauração da capacidade de transferência de carga; Nivelamento por meio de injeção Fresagem ou escarificação; Recomposição da drenagem; Recomposição do acostamento. Nivelamento por meio de injeção; Resselagem de juntas; Restauração da capacidade de Alçamento de placa por meio de injeção; Reforço do pavimento. Reparos que abrangem toda a espessura. transferência de cargas; Recomposição da drenagem; Recomposição do acostamento. Nivelamento por meio de injeção; Restauração da capacidade de transferência de carga. - 71 - Placas Divididas Esborcinamento de Juntas Reconstrução da placa. Reforço do pavimento. Reparos que não abrangem toda a Resselagem de juntas. Abertura de juntas de alívio; Resselagem de juntas de fissuras. Nivelamento da placa por meio de injeção; Reparos que abrangem toda espessura da Construção do acostamento rígido; placa. Restauração da capacidade de espessura da placa. Alçamento de Placas Reparos que abrangem toda espessura da placa. Quebras Localizadas transferência de carga. Fonte: DNIT, 2005 (adaptada). - 72 - 1. COMPARATIVO ENTRE OS PAVIMENTOS LEVANTADOS Com base nos dados obtidos sobre os dois modelos de pavimentação é possível compará-los em todos os níveis e pontos abordados, obtendo uma comparação sólida sem o aspecto cultural envolvido, haja vista que este é principal responsável pela predominância da pavimentação asfáltica em comparação à de concreto. 1.1. QUANTO À ESTRUTURA DO PAVIMENTO De forma geral, a estrutura necessária para a pavimentação flexível é mais complexa que a estrutura para a pavimentação rígida, fato este resultante da maior interação entre as camadas devido à forma com que as cargas são absorvidas pelo pavimento flexível. Para o rígido, apesar de sua estrutura mais simples, há uma maior rigorosidade na metodologia construtiva de cada uma de suas camadas. Tendo em mente a formação estrutural de ambos os métodos de pavimentação é importante observar que, inicialmente, todo pavimento é delimitado pela fundação que suportará as cargas de tráfego ao qual o mesmo é submetido, sendo assim, a camada mais importante e comum tanto à estruturas flexíveis quanto à rígidas é o subleito e a regularização do mesmo. A pavimentação rígida, por dispersar mais amplamente as cargas impostas sobre a estrutura, requer menos de sua fundação, economizando esforços e custos em serviços como o reforço de subleito, geralmente necessário para a pavimentação flexível. Apesar de mais simples, a estrutura do pavimento de concreto é mais rigorosamente controlada, quanto à qualidade de seus materiais e metodologia de implantação, que a estrutura do pavimento asfáltico, fato que pode garantir ao primeiro um maior custo de implantação inicial, porém, isto dependerá da situação de projeto em que será construído o pavimento. Desconsiderando um estudo de caso específico, o qual é necessário para cada região que apresente clima, solos e intempéries características, e observando apenas o aspecto estrutural, a pavimentação rígida deve ser mais indicada para solos pouco resistivos, onde seriam necessários grandes serviços de melhoramento do mesmo para suporte de uma via, estes serviços podem ser atenuados com a estrutura mais estável do pavimento rígido. Já a pavimentação flexível pode ser mais indicada no caso de solos mais resistentes, capazes de suportar cargas de tráfego, - 73 - eliminando boa parte dos serviços e camadas necessárias para este modelo de pavimentação, tornando-o menos dispendioso e mais simplificado. 1.2. QUANTO AOS MATERIAIS UTILIZADOS Assim como na estrutura, os materiais utilizados nas misturas de ambos os pavimentos têm características em comum, no caso o uso do solo e de agregados variados, e características distintas no caso do tipo de aglomerante utilizado, principal integrante de quaisquer misturas. Como constatado após a observação dos materiais empregados para pavimentação, os solos e agregados são componentes de extrema importância para todo pavimento. Subentendem-se por solos os componentes da fundação, traduzindo-se na camada do subleito que suporta toda estrutura. Para este fim, o estudo e tratamento dos solos não se diferenciam muito entre metodologia de pavimentação, apenas em se tratando de requisitos mínimos para implantação do pavimento é que as propriedades exigidas são diferenciadas. Tanto para asfaltos como para concretos os agregados representam grande parcela do volume dessas misturas. Utilizados para economizar material ligante sem denegrir demasiadamente os atributos essenciais ao composto, o que se diferencia para pavimentos rígidos e flexíveis é a rigorosidade com que eles são escolhidos e/ou tratados, haja vista que são necessárias propriedades específicas para cada tipo de pavimentação. Para o pavimento flexível o único material importante que resta ser citado é o aglomerante betuminoso que realiza a interação entre os agregados à altas temperaturas ou tratados especialmente. É importante salientar que este material é derivado do petróleo, material retirado de reservas finitas na natureza. Apesar dos aglomerantes hidráulicos poderem ser utilizados em alguns pavimentos flexíveis, sua principal serventia é para a pavimentação rígida onde o cimento Portland é o principal componente. Para este modelo ainda é necessário levar em consideração a utilização de outros materiais como selantes de juntas, aços e água na sua mistura, tornando mais complexo o controle de qualidade para o concreto. - 74 - Partindo dos materiais encontrados na fundação, os métodos de pavimentação em estudo diferenciam-se consideravelmente quanto aos seus componentes, haja vista que o material reagente dessas misturas é distinto para cada, porém o fato de ser necessário um controle de qualidade mais rigoroso dos materiais empregados na pavimentação rígida, devido a influência que o aço, selante de junta e água no produto final, adquire mais possibilidade de aparições de defeitos de execução que o pavimento flexível, onde também é rigoroso o controle de qualidade, mas os principais serviços são realizados em usinas, minimizando a possibilidade de falha. Um aspecto muito importante relacionado aos materiais a ser ressaltado é a possibilidade de esgotamento da matéria prima para os aglomerantes betuminosos, o petróleo, haja vista que não é possível fabricá-lo, apenas retira-lo da natureza. 1.3. QUANTO À METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO Para o dimensionamento de um pavimento, são levados em consideração os mesmos aspectos solicitantes para qualquer modelo de pavimentação, a carga de tráfego ao qual será dimensionado e a resistência do solo ao qual dissipará esta carga, somente com base nesses dados serão calculadas as possibilidades de materiais, camadas, espessuras e serviços empregados. As metodologias de dimensionamento para pavimentação flexível são diversificadas e, em geral, mais elaboradas, devido ao amplo investimento nesta metodologia nas últimas décadas. Apesar do amplo estudo na área ser favorável ao dimensionamento mais criterioso e adequado, a diversificação dos métodos de realização deste dimensionamento acaba por gerar dúvidas e confusões, haja vista que, utilizando-se de diferentes métodos, podem-se chegar à diferentes resultados. Com relação à pavimentação rígida, o dimensionamento não é tão desenvolvido, apesar de serem utilizados desde a antiguidade, em função do limitado estudo realizado na área, porém, a utilização do concreto na construção civil, fora a pavimentação, é consagrada, garantindo sua confiança e conhecimento. O dimensionamento de um pavimento busca os mesmos resultados, independente de modelo empregado, apenas se diferenciando na complexidade e precisão, porém, frente à evolução computacional notada atualmente, esses fatores tornam-se irrelevantes, logo, o dimensionamento, como processo, não é aspecto determinante - 75 - da escolha de um modelo de pavimentação, somente seus resultados são de grande importância. 1.4. QUANTO À METODOLOGIA DE IMPLANTAÇÃO Como pôde ser absorvido neste, há inúmeras possibilidades e metodologias diferentes para implantação de cada camada constituinte dos dois pavimentos estudados, impossibilitando delimitar qual dessas opções é a “melhor”, pois as particularidades de cada uma são determinantes para sua utilização frente as mais diversas situações encontradas. Para a pavimentação asfáltica há uma gama de opções na realização de uma camada que pode suprir a grande maioria das necessidades locais com custos relativamente baixos, porém esta vantagem pode ser reduzida na necessidade de realização de um número maior de serviços ou mesmo de camadas, frente adversidades maiores a serem superadas. As opções disponíveis no pavimento de concreto são mais limitadas e pouco variadas, porém o mesmo apresenta propriedades e características superiores de suporte para o tráfego, evitando um grande número de serviços necessários e, possivelmente, reduzindo os gastos na construção da via ao balancear-se custobenefício. A escolha de um pavimento pela metodologia de implantação que seu sistema envolve pode vir a ser um critério secundário, pois, com as inúmeras técnicas dispostas para ambos os pavimentos, em qualquer situação encontrada em campo haverá uma possibilidade de execução apropriada. O fator predominante neste caso é o custo-benefício, levando em consideração o deslocamento e utilização de máquinas e equipamentos especiais, juntamente com a mão-de-obra qualificada e materiais necessários. 1.5. QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS FISICO-QUÍMICAS O exposto nos capítulos dedicados a cada modelo de pavimentação apenas ressalta as principais características apresentadas em cada, porém não é cabível confrontálas diretamente devido às singularidades de cada pavimento. - 76 - Para a comparação deste aspecto é possível analisar a Tabela 5.1, desenvolvida por Bianchi et. al. (2008), onde são expostas as principais características físico-químicas de ambos os pavimentos, comparando-as de forma direta. Tabela 5.1: Comparativo de Pavimentos Rígidos e Flexíveis. Pavimentos Rígidos Pavimentos Flexíveis Estruturas mais espessas (requer maior Estruturas mais delgadas de pavimento escavação e movimento de terra) e camadas múltiplas Resiste a ataques químicos (óleos, É fortemente afetado pelos produtos graxas, combustíveis) químicos (óleo, graxas, combustíveis) Maior distância de visibilidade horizontal, proporcionando maior segurança A visibilidade é bastante reduzida durante a noite ou em condições climáticas adversas Pequena necessidade de manutenção e Necessário que se façam várias conservação, o que mantém o fluxo de manutenções e recuperações, com veículos sem interrupções prejuízos ao tráfego e custos elevados Falta de aderência das demarcações viárias, devido ao baixo índice de porosidade Vida útil mínima de 20 anos Melhor aderência das demarcações viárias, devido a textura rugosa e alta temperatura de aplicação (30 vezes mais durável) Vida útil máxima de 10 anos (com manutenção) Maior segurança à derrapagem em função da textura dada à superfície (veículo precisa de 16% menos de distância de frenagem em superfície seca, em superfície molhada 40%) A superfície é muito escorregadia quando molhada - 77 - De coloração clara, tem melhor difusão de luz. Permite até 30% de economia nas despesas de iluminação da via O concreto é feito com materiais locais, a mistura é feita a frio e a energia consumida é a elétrica De cor escura, tem baixa reflexão de luz. Maiores gastos com iluminação O asfalto é derivado de petróleo importado, misturado normalmente a quente, consome óleo combustível e divisas Melhores características de drenagem Absorve a umidade com rapidez e, por superficial: escoa melhor a água sua textura superficial, retém a água, o superficial que requer maiores caimentos Mantém íntegra a camada de rolamento, Altas temperaturas ou chuvas não sendo afetado pelas intempéries abundantes produzem degradação Fonte: Bianchi et. al., 2008. Observa-se facilmente que as características relevantes à um bom nível de serventia do pavimento são favoráveis ao modelo de concreto, abrangendo áreas de segurança, resistência à fatores físicos e químicos, consumo energético e manutenção. 1.6. QUANTO À MANUTENÇÃO A realização de uma manutenção em pavimentos é requerida sempre que este não apresenta mais as condições essenciais para sua utilização, logo, o quesito importante neste aspecto é a freqüência e a quantidade de serviços que serão necessários aos pavimentos para manter suas propriedades. A aparição de defeitos em um pavimento pode ser motivada por inúmeros fatores diferentes e cada defeito exige um tratamento específico. A tipologia do pavimento também influencia neste fator devido às razões específicas pelas quais esses defeitos ocorrem em concreto e asfalto. Para a pavimentação asfática, os principais motivos pelos quais aparecem degradações são devidos ao desgaste pelo tempo de - 78 - uso da via e cargas excessivas aplicadas sobre ela. Já a pavimentação de concreto apresenta falhas principalmente quando a estrutura para a mesma é mal executada. Mesmo com as suas características singulares, o desgaste, erros de execução, excesso de carregamento na via e intempéries afetam ambos os tipos de pavimentos, porém de formas e em níveis diferentes. Para compará-los é necessário expô-los às mesmas condições, ou seja, considerá-los corretamente executados, considerar as intempéries locais iguais para ambos e o fluxo de veículos também, e nesse aspecto o concreto apresenta uma vida útil bem superior ao asfalto e uma menor probabilidade de apresentação de defeitos, favorecendo a sua escolha. Outro aspecto, no entanto, que deve ser considerado é o custo desses reparos e a interferência dos processos no fluxo da via. Devido à freqüente necessidade de serviços de manutenção no pavimento asfáltico, o incomodo ao usuário é maior e os gastos são constantes e não muito altos, caso não seja necessário a reestruturação do pavimento. Para o pavimento de concreto essa manutenção é menos frequente, porém com um custo um pouco mais elevado. No geral a pavimentação rígida tem custo-benefício melhor devido à pequena necessidade de manutenção dentro do período de vida útil do pavimento que é notavelmente maior que a vida útil do pavimento flexível. Este fato permite que o fluxo de veículos seja constante por mais tempo, garantindo um maior conforta ao usuário. - 79 - 1. CONCLUSÃO A pavimentação de uma via permite a mesma um tráfego seguro, confortável e fluente, reduzindo a probabilidade de acidentes e o tempo de viagem para os usuários. A objetividade de providenciar um pavimento de boa qualidade e com as melhores propriedades possíveis é maximizar essas vertentes, garantindo ao usuário satisfação ao realizar seu deslocamento. No entanto, retomando à área da engenharia, é necessário realizar este serviço reduzindo ao máximo os custos que envolvidos sem renunciar à qualidade do mesmo. Visando estes pontos, o levantamento bibliográfico realizado, juntamente com as comparações do capítulo anterior, levam à concluir que a escolha do modelo de pavimentação a ser utilizado é subordinada às condições locais, haja vista que o pavimento de asfalto tem um custo inicial mais ameno frente ao de concreto quando não se leva em consideração os serviços prévios para sustentação, ou seja, para solos que demonstrem qualidades favoráveis à pavimentação, o asfalto pode ser uma solução menos dispendiosa, porém o concreto apresenta características mais expressivas quando utilizado como pavimento em caso de grandes solicitações. Para efeito de utilização em nossa região, as intempéries rigorosas e solos frágeis em ampla parcela do território sugerem, e forma geral, a utilização da pavimentação rígida, a qual é mais resistente ao longo do tempo, atentando-se apenas à metodologia executiva que deve ser adotada rigorosamente para não acarretar problemas estruturais. A implementação desta metodologia ainda é pouco difundida na região e necessita de incentivos para se instalar como opção estrutural para a pavimentação, porém, realizados os investimentos iniciais em maquinário e conhecimentos, este modelo pode vir a superar problemas de pavimentação na região de forma segura e prolongada. - 80 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BALBO, José Tadeu. Pavimentação Asfáltica: materiais, projeto e restauração. São Paulo: Oficina de Textos, 2007. SOUZA, Murillo Lopes. Pavimentação Rodoviária. Rio de Janeiro: DNER, 1976. SENÇO, Wlastermiler de. Manual de Técnicas de Pavimentação. 1a Edição. São Paulo: Pini, 1997. BERNUCCI, L. L. B. ; MOTTA, Laura Maria Goretti da ; CERATTI, Jorge Augusto Pereira ; SOARES, Jorge Barbosa . Pavimentação Asfáltica: formação básica para engenheiros. 2a Edição. Rio de janeiro: Petrobras: Abeda, 2006. BRASIL. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Diretoria de Planejamento e Pesquisa. Coordenação Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Manual de Pavimentos Rígidos. 2a Edição. Rio de janeiro, 2005. DA SILVA, Carlos Eduardo Portes. Pavimento de Concreto Simples: Dimensionamento, Execução e Controle Tecnológico. 2008. 53 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2008. BIANCHI, Flavia Regina; BRITO, Isis Raquel Tacla ; CASTRO, Veronica Amanda B. . Estudo Comparativo entre Pavimento Rígido e Flexível. In: 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, 2008, Salvador. Anais dos 50º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, 2008.