Revista Estradas nº 27

REVISTA ESTRADAS

ISSN 1807-426X

Ano 21 - N° 27 - Novembro 2022

Publicação da Sociedade dos Técnicos Universitários do DAER/ Sociedade dos Engenheiros Civis do DAER Av. Borges de Medeiros, 1555 - Prédio Anexo CEP 90110-150 - Porto Alegre - RS (51) 3210.5076

SUDAER

PRESIDENTE

Eng. Paulo Ricardo Aquino de Campos Velho VICE-PRESIDENTE

Enga. Mara Regina Bianchini SECRETÁRIA

Bibliotecária Lívia Job Benvegnu

Contadora Ivanise Sostisso

IDEALIZADORA

Eng. Sayene Paranhos Dias

SSÃO EDITORIAL

Enga. Bibiana Cardoso Fogaça Eng. Carlos Alexandre Pinto Toniolo Eng. Fabiano Fabrin Secchi Enga. Daiani Trisch Enga. Luana Rossini Eng. Márcio Tassinari Stumpf Enga. Marlova Grazziotin Johnston Eng. Rodrigo Malysz Enga. Sônia Maria Bortoluzzi

COMITÊ CIENTÍFICO

Prof. André Bock - UNIJUI

Prof. Daniel Garcia - UFRGS Profa. Gracieli Bordin Colpo - PUCRS

Prof. Lélio Brito – UFRGS

Prof. Luciano Pivoto Specht - UFSM

Prof. Matheus Lemos Nogueira - UCS

TA RESPONSÁVEL

Francisco Canabarro

IAGRAMAÇÃO E FINALIZAÇÃO

Padda Comunicação

LIZAÇÃO

Padda Comunicação (51) 98280 2743

Reportagem Enacor

Edição de 2022 bateu recorde de participantes e artigos apresentados 05

Artigos

Avaliação de métodos topográficos para obtenção da irregularidade longitudinal em pavimento rodoviário

Contribuição para o dimensionamento de pavimentos rodoviários pelo método mecanístico-empírico

Proposta de projeto para substituição de ponte na rodovia ERS-130, localizada no município de Venâncio Aires/RS 15

Sistema de aquecimento de água a partir de um coletor solar asfáltico 28

Prata da Casa

Desenvolvimento de Sistema on-line para AET - Autorização Especial de Trânsito 34

Enacor

Aplicação de um método de análise de ativação do ligante asfáltico de um Rap convencional 42

Avaliação do desempenho de pavimento semirrígido: segmento monitorado da SC-390, trecho Orleans – Pedras Grandes 50

Estudo Comparativo entre Fontes de Materiais Comerciais e Não Comerciais 58

Impacto das mudanças climáticas nas temperaturas máximas de pavimentos e no grau de desempenho exigido para ligantes asfálticos: projeções futuras para o Rio Grande do Sul 66

Investigação da deformação permanente de brita graduada simples a partir da metodologia multiestágios 74

Metodologia bim em obras de infraestrutura: uma revisão sistemática 80

Utilização de misturas asfálticas com material fresado e ligante de alta penetração na rodovia SP-070 88

Sistema gerência de pavimentos e modelagem de programas sustentáveis de manutenção rodoviária do DER Minas Gerais 94

Agenda

As informações, os conceitos e as opiniões emitidos nos textos assinados são de inteira responsabilidade de seus autores.

Prezado leitor,

Seguindo a proposta da Revista Estradas de sempre trazer novos temas à discussão no setor rodoviário e tentar trazer um pouco do que se pesquisa e discute em todo o mundo, o tema Sustentabilidade para este número, buscando atualizar nossos leitores sobre este tema cada vez mais presente nas discussões sobre o futuro da infraestrutura rodoviária. Novas ideias têm surgido e pesquisas desenvolvidas.

Com a realização do Encontro Nacional de Conservação Rodoviária e da Reunião Anual de Pavimentação no Rio Grande do Sul, com o envolvimento direto do DAER e seus servidores na organização, não poderíamos deixar de trazer uma amostra dos temas debatidos e soluções apresentadas nestes eventos, principalmente os que tinham alguma ligação com tema sustentabilidade. Na seção Especial Enacor, apresentamos alguns trabalhos selecionados dentre os mais de 100 apresentados no evento. O Enacor realizado em Bento Gonçalves, de 9 a 12 de agosto, bateu recordes de participação e de artigos submetidos e teve um significado especial para os servidores do DAER, não só pelo excelente trabalho desenvolvido na organização, mas por marcar a passagem dos 85 anos do Departamento.

Nossa seção Pratas da Casa está de volta, trazendo a produção intelectual e profissional dos técnicos do DAER. Destaque o para o relato sobre o desenvolvimento de um sistema online para as Autorizações Especiais de Trânsito, parceria entre a Superintendência de Transporte de Cargas e a Superintendência de Tecnologia da Informação.

Além disso, artigos com foco na construção, com diferentes estudos sobre pavimentos, misturas e ligantes também se fazem presentes. Boa leitura!

De 9 a 12 de agosto Bento Gonçalves, no Rio Grande do Sul, recebeu a 24ª edição do Encontro Nacional de Conservação Rodoviária e a 47ª edição da Reunião Anual de Pavimentação. Eventos promovidos pela ABDER–Associação Brasileira dos Departamentos Estaduais de Estradas de Rodagem, ABPv – Associação Brasileira de Pavimentação e DAER- Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem.

O evento conjunto já se consolidou como um dos maiores eventos de infraestrutura de transporte, logística, tecnologia e trânsito do país, um encontro de profissionais de órgãos públicos e privados, empresas e universidades num ambiente de troca de conhecimentos, experiências e discussão de estratégias, ações e perspectivas na área da infraestrutura de transportes.

Durante os quatro dias os participantes puderam acompanhar 26 palestras, seis minicursos e 3 mesasredondas onde 56 profissionais compartilharam seu conhecimento em diferentes áreas, como meio ambiente; conservação rodoviária; Sistema de Custos Referenciais de Obra - SICRO; programa de concessões; fiscalização de obras; novas tecnologias; controle tecnológico; Metodologia BIM aplicada à infraestrutura rodoviária; segurança viária entre outros.

Nesta edição alguns temas se destacaram como os ligantes asfálticos, o revestimento em placas de concreto como alternativa aos revestimentos asfálticos, como Whitetopping., novas tecnologias de investigação da condição do pavimento, visando propor soluções técnica e financeiramente adequadas. Também houve a participação expressiva de empresas que atuam nas concessões de rodovias, apresentando práticas inovadoras tanto em tecnologias, como execução e fiscalização de obras.

Edição de 2022 bateu recorde de participantes e artigos apresentados

reportagem

Uma apresentação, com significado especial para um dos organizadores, o DAER, foi a que tratou da obra da duplicação da ERS -118, que contou com soluções inovadoras, tais como: Rubblizing (técnica que consiste em fragmentar o pavimento, sem desagregá-lo, criando uma base granular drenante, com alta resistência estrutural e que, após, recebe a camada de revestimento, seja asfáltico ou rígido), e o CBUQ de Alto módulo (camada com maior rigidez, maior capacidade de suporte, menor capacidade de deformação, basicamente é um ligante diferenciado, que exige mais controles, com uma faixa granulométrica específica, exigindo uma execução cuidadosa).

Outro destaque do evento foi a própria participação do DAER, como organizador local do evento. Nas palavras da engenheira Lia Cateri Rech Martinazzo, presidente da Comissão Organizadora:

“Foi uma experiência ímpar, uma experiência única. Quando recebemos a notícia pelo diretor geral, de que íamos organizar o Enacor foi um momento de empolgação, de orgulho. Um evento que recebe profissionais de todo o Brasil e mesmo de outros países. Depois da primeira reunião, quando vês a quantidade de assuntos que tem que organizar. Assustou um pouco. Porque uma das coisas que temos que ressaltar, é que os membros da comissão, não deixaram de fazer as suas atividades normais de trabalho. Estávamos no meio de um plano de obras, todo mundo com muitas tarefas e tínhamos que organizar um evento da magnitude, da grandiosidade do Enacor. O maior encontro de infraestrutura do país, além das incertezas frente à pandemia. Mas

passados 10 meses de trabalho, eu posso dizer: Que bom, se as pessoas tivessem essa oportunidade de organizar um evento desses, porque a sensação de ter conseguido foi fantástica. Foi cansativo, mas foi gratificante”.

Além da satisfação pessoal, o trabalho de organização proporcionou a ampliação dos contatos e uma aproximação e integração com profissionais das outras entidades organizadoras e apoiadoras. Foram mais de 30 reuniões virtuais e presenciais com os demais integrantes da comissão, da ABDER, ABPv e UFRGS, instituição que conduziu o processo de avaliação dos trabalhos submetidos e contribui para despertar o interesse da participação do meio acadêmico de diversas instituições.

“Acabamos nos tornando uma família, um time. Uma das coisas que funcionou bem, principalmente aqui no DAER, é que tínhamos equipes bem definidas, com responsabilidades muito bem definidas. Todos os grupos, o da comunicação, o técnico-científico, o de tecnologia da informação, o da infraestrutura, funcionaram muito bem, porque cada grupo vestiu a camiseta e trabalhou incansavelmente” ressalta a engenheira Lia.

A participação e o apoio das duas grandes instituições, ABDER e a ABPv cada uma com sua expertise nas áreas de atuação e públicos específicos e a experiência da realização de 23 edições do Enacor, trouxe tranquilidade e segurança. Mas, esta reportagem é um reconhecimento e uma homenagem aos servidores do DAER pela dedicação, o comprometimento e o belo trabalho realizado, sem deixar de atender as suas obrigações diárias para com o DAER.

A ligação do DAER com o 24 º Enacor ficou ainda mais forte pela data escolhida, o evento incluiu a comemoração dos 85 anos do DAER, em 11 de agosto. Data que foi marcada por homenagem no evento e um jantar.

Outro destaque dessa edição foi a consolidação de um perfil mais amplo do evento, trazendo visões, experiências e conhecimento de outras áreas do setor, ampliando para além da questão da conservação e pavimentação e abordando também questões de segurança viária, meio ambiente, gestão, financiamento e outras. Além disso, um maior espaço para o estado da prática, trazendo as experiências e o conhecimento do dia a dia das obras, da vivência, para complementar o conhecimento trazido pela área acadêmica, das pesquisas.

O sucesso do evento fica claro quando se analisa os números finais desta edição: 1.300 participantes; 124 trabalhos enviados e 104 selecionados e apresentados; 37 expositores, 26 palestras, 6 minicursos e 3 mesas-redondas, um recorde destas 24 edições.

A Sudaer também contribui com a realização do evento, colaborando com a execução do vídeo em de comemoração dos 85 anos do DAER, proporcionando transporte aos associados e contribuindo na locação do espaço do jantar.

Além do sucesso, a oportunidade de ampliar conhecimentos, ter contato com novas técnicas e tecnologias, retomar o contato com colegas e fazer novas conexões, a experiência de organizar o evento deu visibilidade a capacidade técnica dos servidores e reafirmou o DAER como referência técnica no setor rodoviário.

COMISSÃO ORGANIZADORA

LOCAL - DAER

Aquiles Carlos Costa Ferreira

Bibiana Cardoso Fogaça

Celso Samael dos Santos Fossa

Débora Alessandra Machado Alves Emmanuel Carvalho Moreira

Janete Colombo

Lia Cateri Rech Martinazzo

Livia Oliveira Job

Luciano Faustino

Mara Regina Bianchini

Sabrina Santos Monteiro

Susana Goerck

artigos

Brasil: sem a regulamentação, ITS

continua na teoria

Avaliação de métodos topográficos para obtenção da irregularidade longitudinal em pavimento rodoviário

Levi Benevides Rodrigues de Oliveira

Universidade Federal do Ceará

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes - PETRAN

Universidade Federal do Ceará

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes - PETRAN

O estudo do Índice Internacional de Irregularidade - IRI é necessário para avaliar a condição da superfície do pavimento, sendo comumente realizado por diversos equipamentos, como perfilômetro a laser, Bump Teste e Nível e Mira. Todavia, alguns medidores apresentam alto custo de utilização e baixa produtividade. Por este motivo, a busca por equipamentos mais eficientes vem intensificando, como a utilização de GPS geodésicos e drones, por exemplo, tendo como base os resultados do levantamento topográfico convencional. Desse modo, este trabalho teve como objetivo comparar os perfis longitudinais e IRI levantados por distintos equipamentos.

Para o estudo, avaliou um trecho de uma rodovia de pavimento flexível, com levantamento por meio do Nível e Mira, GPS (modo RTK) e Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT), comparando os valores de IRI obtidos por cada método. Constatou-se que existe diferença de comportamento entre os perfis longitudinais levantados, como também nos valores de IRI aferidos. Resultando em diferenças que chegaram a 200%, em comparação com outro medidor, classificando o trecho em diferentes condições de trafegabilidade. Diante disso, evidencia-se a necessidade de calibrações mais específicas e a continuidade de estudos que avaliem as novas tecnologias, como alternativas para aferição de parâmetros de qualidade de uma via.

Nayara de Oliveira Gurjão

Universidade Federal do Ceará

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes - PETRAN

Tiago Silveira de Andrade Aquino Universidade Federal do Ceará Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes - PETRAN

1. INTRODUÇÃO

No Brasil, o modo rodoviário é o principal meio de transporte de cargas e passageiros, possuindo grande importância no desenvolvimento econômico e social do país. Todavia, segundo CNT (2019), 59,0% da malha rodoviária pavimentada apresenta algum tipo de problema, sendo considerada regular, ruim ou péssima.

A condição superficial do pavimento, para o usuário, é o fator mais relevante em relação à trafegabilidade. É sabido que a presença de defeitos ou irregularidades na superfície são percebidos mais facilmente, visto que afetam a segurança e o conforto do usuário ao trafegar (BERNUCCI et al., 2010). Para manter um determinado pavimento em condições adequadas/favoráveis, é necessário adotar técnicas de manutenção e reabilitação (M&R), as quais são precedidas por avaliações funcionais e estruturais.

As condições funcionais e estruturais de um pavimento estão associadas a diversos fatores, entre eles, a irregularidade longitudinal, que, de acordo com Bernucci et al. (2010), pode ser estimada por meio do parâmetro estatístico designado Índice Internacional de Irregularidade

Por Ricardo Simões Gerente de produtos da Perkons e membro da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).

Avaliação de métodos topográficos para obtenção da irregularidade longitudinal em pavimento rodoviário

José Wémenson Rabelo Chaves

(International Roughness Index - IRI), que consiste no somatório de desvios verticais da superfície do pavimento em relação à um plano ideal de projeto, expresso em m/km, sendo analisado por meio de medidores de perfil longitudinal ou equipamentos denominados do tipo “resposta”.

O levantamento do perfil longitudinal de um pavimento por meio de métodos topográficos tradicionais, alcança bons níveis de precisão nos resultados, contudo, requer altos investimentos para aquisição de equipamentos, manutenção e treinamento dos operadores (PROSSER-CONTRERAS et al., 2020). Diante do desenvolvimento de novas tecnologias, que auxiliam nas intervenções de M&R das rodovias, como, por exemplo, aplicativos para smartphone e Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT), vêm se tornando uma alternativa para a medição de IRI em pavimentos rodoviários.

Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo, analisar o perfil longitudinal e o Índice Internacional de Irregularidade (IRI) obtidos por meio de métodos diretos, tais como estações topográficas do tipo Nível e Mira, GPS (modo RTK) e Veículo Aéreo Não Tripulado – VANT (aerofotogrametria).

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

O Índice Internacional de Irregularidade (International Roughness Index - IRI) é uma medida global utilizada para o levantamento do perfil longitudinal de um pavimento, relacionando-se com sua idade, tráfego, clima e manutenções realizadas, mostrando que o aumento de deterioração da via tende a aumentar o IRI, o que indica um decréscimo da serventia do pavimento, podendo ser mensurado por meio de diferentes equipamentos (MAZARI e RODRIQUEZ, 2016). Em

relação aos equipamentos, Bernucci et al. (2010) dividem os aparelhos para a medição das irregularidades das vias em duas categorias, direta e indireta, as quais são subdivididas em quatro classes, conforme mostra a Tabela 1.

Tabela 1: Classificação dos medidores da irregularidade longitudinal (Adaptado de Bernucci et al., 2010).

Nas últimas duas décadas, diversos equipamentos foram desenvolvidos para medir as irregularidades longitudinais das superfícies do pavimento. Conforme a Tabela 1, esses equipamentos podem ser classificados de acordo com a metodologia de levantamento (ALBUQUERQUE, 2007). Levantamentos de perfil por meio de dispositivos Nível e Mira e GPS (modo RTK), são classificados na classe 1. Por sua vez, novas tecnologias, como Veículos Aéreos Não Tripulados – VANT são tidos classe II e aplicativos para smartphones classe III (indireto).

Segundo o DNIT (2006), o IRI, por se tratar de um conjunto de medidas referentes a um plano de referência, está diretamente relacionado com a medição da topografia do terreno. A análise topográfica do local deve ser analisada desde a fase de projeto, sendo a base para os métodos de dimensionando, escolha do tipo de pavimento, período de manutenção da via e requisitos de drenagem. Ainda para DNIT (2006), os valores de IRI estimados na superfície do pavimento, podem ser utilizados para classificar a sua condição de serventia (Tabela 2).

Ana Tália Pinto Guilherme Universidade Federal do Ceará Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes - PETRAN

Francisco Heber Lacerda de Oliveira Universidade Federal do Ceará Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes - PETRAN

Tabela 2: Condições de superfície do pavimento (Adaptado de DNIT, 2006).

Segundo Bisconsini (2016), o perfil de referência obtido por meio do método nível e mira, também é empregado para a calibração de sistemas medidores de irregularidade, como os do tipo resposta. Estudos realizados por Almeida (2018) e Bisconsini (2016) utilizaram esse método como referência para o procedimento de calibração dos medidores desenvolvidos.

artigos

De acordo com DNER (1986) e Barella (2008), no Brasil, apesar do parâmetro oficial de medição das condições de irregularidade é o índice QI (Quociente de Irregularidade), as agências e concessionárias utilizam os resultados de IRI, atualmente estabelecido apenas por normas americanas. Nos métodos topográficos, a medição da elevação dos perfis para representar a irregularidade da superfície do pavimento é expresso em QI (contagens/km), desta forma, utilizam-se modelos correlação para converter o valor de QI para IRI. Para isso, os dois mais comuns, IRI = (QI+10) /14 (PATERSON, 1986) e IRI = QI/13 (PATERSON, 1987).1987).

2.1. Nível e mira

Levantamento topográfico de perfil longitudinal por meio de equipamento Nível e Mira, é mais conhecido e empregado internacionalmente. Entretato, é considerado um método de baixa produtividade e trabalhoso, dependendo do número de visadas e obstáculos a serem levantados (JERONYMO et al., 2015; BISCONSINI, 2016;).

Com o uso de Nível e Mira, obtém-se a representação da superfície de uma determinada área de interesse. A operação com esse tipo equipamento, consiste na coleta de dados altimétricos por meio da determinação do desnível entre dois pontos da superfície (Figura 1) (CORDINI, 2014). Nesse método, o levantamento de perfil longitudinal para fins de obtenção de irregularidade longitudinal de pavimento, deve ser realizado em intervalos de 0,1 e 0,5 m (DNER, 1986; GILLESPIE et al., 1986).

2.2. GPS geodésico

Equipamentos com uso de GPS (Sistema de Posicionamento Global) vêm sendo amplamente utilizados para auxílio nas medições de pontos topográficos por meio do georreferenciamento, no qual, os dados obtidos são tratados em softwares. Nas medições topográficas, como aquelas realizadas por Oliveira (2019), o GPS geodésico (Figura 2) é conectado ao equipamento RTK (Real Time Kinematic), por meio de um tripé de metal e uma haste de medição.

Figura 1: Desenho esquematizado do levantamento por meio de Nível e Mira (Sayer e Karamihas, 1998).

Figura 2: Equipamento GPS Geodésico (Oliveira, 2019).

Ao combinar o equipamento GPS com a metodologia RTK, obtêm-se resultados de posicionamentos em tempo real, eliminando os erros em relação à distância de base, dessa forma, as medidas topográficas são realizadas mais rapidamente e com maior acurácia (ROMERO e ABELLÁN, 2010). De acordo com Brandalize (2016), o uso de GPS (modo RTK) produz levantamentos planialtimétricos com precisão de centímetros, de forma que podem ser usados como referência para comparar com os demais métodos.

Em estudo feito por Carvalho (2018), que comparou a precisão de um levantamento utilizando GPS (modo RTK) e Nível e Mira, os perfis longitudinais aferidos tiveram valores de cotas próximos. No entanto, existe uma preocupação com o uso de GPS que está relacionada à sua imprecisão e dificuldade de compatibilizar seus dados com o georreferenciamento realizado em projeto. Todavia, como apresentado por Oliveira Filho et al. (2019), o GPS geodésico permite uma localização de precisão adequada e pode apresentar resultados satisfatórios na correlação.

2.3. Aerofotogrametria

A fotogrametria é a técnica que utiliza imagens para determinar o local e dimensões de objetos, no qual se realiza o cruzamento entre imagens superpostas em uma determinada extensão, obtendo-se um projeto completo do local (Figura 3). Nesse caso, quando se utiliza imagens com dispositivos aéreos, têm-se a aerofotogrametria, podendo ser realizada com aviões e VANT, conhecidos como DRONES (GRANADOS, 2021; OLIVEIRA, 2019)

conhecida como Estrada Garrote Cumbuco, localizada no município de Caucaia - CE (Figura 4). O trecho em estudo possui um comprimento de 250 metros, executado em pavimento flexível, com uma faixa de mão dupla. Por motivo de segurança, foi realizado levantamento somente na trilha de roda externa, pelo fato de estar mais afastada dos veículos que ali trafegavam. Assim, a marcação foi realizada distando 1 m da borda externa.

Durante o levantamento de campo, foram realizadas marcações no pavimento de 50 em 50 metros. Para tal, utilizou-se trenas com graduações centimétricas que permaneceram esticadas no chão ao longo do trecho, fazendo com que os pontos coletados tivessem equidistâncias exatas de 0,50 metros entre as estacas.

Conforme estudado por Del Rio-Santana et al. (2019), a medição de levantamento topográfico do terreno a partir da utilização de drones se mostrou eficiente com a redução de 70% do custo, bem como de tempo e esforço para a atividade. A principal vantagem é a praticidade e a segurança de seu uso, não sendo necessário transportar a estação total para locais possivelmente perigosos, além disso, as fotografias aéreas permitem maior qualidade da imagem e acesso à locais com grandes árvores, falésias e elevações montanhosas.

Ainda de acordo com pesquisas realizadas por Del RioSantana et al. (2019), Cruz e Gutierrez (2019) e ProsserContreras et al. (2020), concluíram que a utilização de VANT para a obtenção do perfil longitudinal e cálculo do IRI, se mostrou adequada para representar a condição funcional do pavimento, estando os valores dentro de uma faixa aceitável. Entretanto, Carvalho (2018) discorre que a precisão e acurácia dos levantamentos realizados por drones, quando comparados com outros métodos topográficos, como Nível e Mira, apresenta uma significativa margem de erro no valor real dos pontos georreferenciados.

3. MÉTODO DE PESQUISA

Os levantamentos de perfis longitudinais e de IRI foram realizados em um trecho da Rodovia Estadual CE-090,

Figura 4: Localização do trecho levantado

Para a aferição dos valores de IRI foram adotados três métodos topográficos, utilizando equipamentos do tipo Nível e Mira, GPS (modo RTK) e VANT (aerofotogrametria).

3.1. Levantamento topográfico com Nível e Mira

O levantamento topográfico foi realizado no dia 01 de março de 2019, das 9:00h até às 14:00h, seguindo as orientações do DNER (1986). Os equipamentos utilizados para a medição foram um nível ótico Nikon modelo AP-8, com luneta de focalização interna e traços estadimétricos, com precisão de 1,5 mm/km, uma mira topográfica de alumínio com 5,0 metros de comprimento equipada com bolha de nível e uma trena de aço graduada em centímetros com 50,00 metros de comprimento.

Para a referência de nível foram utilizados pregos existentes no asfalto que serviam para segurar os tachões refletivos, onde suas cotas foram arbitradas e corrigidas após cálculo da planilha de campo. As informações levantadas foram anotadas em uma tabela criada especificamente para

Figura 3: Levantamento fotogramétrico (Del Rio-Santana et al., 2019).

artigos

este trabalho, que continha a leitura obtida, a distância a qual essa leitura se referia e as leituras de vante e de ré, quando era necessária a mudança do local do equipamento por falta de visibilidade.

3.2. Levantamento topográfico com GPS Geodésico em modo RTK

Para esse levantamento foi empregado um GPS Geodésico da marca Trimble, modelo R4, habilitado para trabalho em modo RTK e uma trena de aço graduada em centímetros com 50,00 metros de comprimento para facilitar a determinação dos intervalos de 0,50 metros exigidos em norma. O Datum utilizado foi o SIRGAS 2000 com a Projeção Universal Transversa de Mercator (UTM).

Utilizando o GPS, foram levantados os mesmos pontos de referências coletadas pelo equipamento Nível e Mira. Por meio da função RTK, rastreou as coordenadas e emitiu um sinal para o equipamento auxiliar, conhecido como “móvel”, possibilitando a coleta de informações pelo profissional.

3.3. Levantamento topográfico com Aerofotogrametria

O VANT utilizado para a coleta de dados aerofotogramétricos foi o Drone da marca DJI, modelo Phantom 4 Pro que é equipado com uma câmera de 20 Megapixels de resolução, fornecendo imagens de alta resolução. Antes do voo, é necessária a programação do voo, o que foi feito utilizando o Software Pix4D Capture, instalado no celular, onde delimitou-se a área de estudo, a altitude (50,00m), sobreposição das imagens (80%) e velocidade do VANT (9,50m/s). O voo foi realizado por volta das 12:00h, horário mais adequado para esse tipo de serviço devido à posição do sol à pino, eliminando ao máximo as sombras geradas.

3.4. Processamento dos dados

Por sua vez, para o processamento das informações obtidas em campo e geração das peças técnicas foram utilizados os softwares: Microsoft Excel, Autodesk AutoCAD Civil 3D, Pix4D Capture, Agisoft Photoscan e Trimble Business Center.

Após a determinação dos perfis longitudinais do trecho analisado, levantados por meio de Nível e Mira, GPS (modo RTK) e VANT, calculou-se com base nas especificações do DNER (1986), os índices de irregularidade longitudinal, QI e IRI, que representam mediante um número a condição de trafegabilidade do pavimento inspecionado. Para a

determinação do IRI com base nos perfis longitudinais medidos, primeiramente, obteve-se os valores de QI utilizando o método de cálculo descrito na equação 01. Em seguida, converteu o valor de QI para IRI por meio da equação 1 proposta por Paterson (1987).

Para isso, foi necessário realizar o cálculo da Aceleração Vertical Média Quadrática (VA), com distâncias de base de 1,00m e 2,50m, por meio das equações 2 e 3.

Sendo:

Em que B é o comprimento da base, S a distância entre duas cotas consecutivas (0,50m) e N o Número de cotas levantadas.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nesta seção, são discutidos e apresentados os perfis longitudinais levantados por três distintos métodos topográficos: Nível e Mira, GPS (modo RTK) e aerofotogrametria com VANT. Além da análise dos valores de IRI estimados por cada equipamento empregado.

4.1. Perfis longitudinais

De posse dos perfis longitudinais da superfície do trecho inspecionado, levantados por diferentes métodos estudados, elaborou-se o gráfico da Figura 5. Percebe-se por meio de comparativo visual, que existe uma similaridade de comportamento entre os perfis topográficos estimados. Os perfis obtidos pelo método Nível e Mira e com o GPS (modo RTK) foram os que tiveram resultados mais próximos, enquanto o VANT aferiu valores inferiores.

Figura 5: Perfis longitudinais levantados pelos três equipamentos empregados

Constatou-se que, apesar dos perfis longitudinais apresentarem semelhança de comportamento ao longo do trecho, possuem divergências de cota para um mesmo ponto, conforme o método de levantamento usado, onde a maior variação ocorreu entre as distâncias 25 e 160 metros (Figura 6). Verificou-se que os levantamentos topográficos feitos por meio do GPS (modo RTK) e do VANT contêm picos de elevações mais discrepantes quando comparados ao perfil aferido pelo Nível e Mira. Essa divergência de valores e comportamento também foi observado nos estudos realizados por Carvalhos (2018) e Oliveira (2019).

10,02 m/km estimado pelo GPS (modo RTK), é que, como no VANT, também se verificou picos de elevação no perfil longitudinal levantado, que chegaram a ser de 50 cm. Além disso, os valores das cotas aferidas se mantiveram em todo o percurso acima dos demais perfis obtidos (Figuras 5 e 6), denotando irregularidades longitudinais mais severas no trecho.

Ainda de acordo com a Figura 6, deve-se ressaltar que as variações de elevações no trecho inspecionado têm relação com a precisão do equipamento empregado, visto que a unidade de medida do perfil longitudinal é o milímetro. Quando se compara as cotas aferidas entre os equipamentos, verifica-se que a diferença média entre o GPS (modo RTK) e o VANT é 28 mm, Nível e Mira e VANT é 25 mm. Por sua vez, entre Nível e Mira e GPS (modo RTK) foi de 9 mm, menor variação observada (Tabela 3).

Tabela 3: Diferença média e máximo dos pontos de elevações por cada método

Figura 7: Valores de IRI estimado por cada equipamento

Observa-se, na Figura 7, que o valor de 3,25 (m/km) aferido pelo método Nível e Mira indica um pavimento com baixo grau de irregularidade. Por sua vez, os valores obtidos a partir dos perfis longitudinais do GPS (modo RTK) e do VANT, denotam um trecho com o pavimento deteriorado ou de uma superfície equivalente a de estradas não pavimentadas, segundo os padrões estabelecidos pelo DNIT (2011).

Comparando de forma qualitativa (excelente, bom, regular, ruim e péssimo) os valores de IRI, conforme o DNIT (2006), obtidos por meio dos equipamentos empregados, verifica-se que que o Nível e Mira aferiu uma condição de trafegabilidade regular. Em contrapartida, a partir dos perfis longitudinais levantados pelo GPS (modo RTK) e VANT, o trecho foi classificado em ambos com o conceito péssimo.

4.2 Processamento de IRI

Após os levantamentos de perfis longitudinais com os equipamentos propostos, obteve- se o valor de IRI conferindo a condição de trafegabilidade do trecho por cada método. No Nível e Mira o IRI aferido foi igual a 3,25 m/km, enquanto que, pelo GPS (modo RTK,) foi de 10,02 m/km e o VANT aferiu um valor de 8,93 m/km (Figura 7). Quando comparado com o Nível e Mira essas diferenças são de 208% e 175%, respectivamente.

Uma possível explicação para o valor de IRI igual a

Observa-se por meio da Figura 6 e da Tabela 3, que existem divergências de elevações para um determinado ponto de distância, com frequentes picos de valores. Sendo mais notável para os obtidos por meio de VANT, que em algumas posições a diferença chegou a 67 mm, quando comparado aos valores estimados por Nível e Mira. Apesar de ser uma divergência relativamente pequena, influencia diretamente no resultado do IRI calculado.

O Nível e Mira é um medidor utilizado como referência para o procedimento de calibração de outros equipamentos, apresentando valores coerentes de IRI, seus resultados são aqueles que classificam as condições da superfície no perfil levantado. Tendo em vista que o GPS (modo RTK) e

artigos

o VANT não são aparelhos desenvolvidos especificamente para esse tipo de levantamento, é evidente que precisam de uma calibração mais sofisticada, justificando as diferenças de valores de IRI significativas entre os métodos. Além disso, de acordo com os próprios fabricantes, existe uma imprecisão das elevações medidas, devendo-se considerar ainda a dependência de fatores como condições ambientais, visibilidade e manuseio,

5. CONCLUSÃO

Este estudo analisou os perfis longitudinais e valores IRI aferidos por equipamentos do tipo Nível e Mira, GPS (modo RTK) e Veículo Aéreo não tripulado - VANT (aerofotogrametria por meio de drones) em um trecho rodoviário de pavimento flexível. Os equipamentos GPS (modo RTK) e VANT, apesar da alta produtividade e fácil manuseio para sua operação, não apresentaram uma acurácia na medição do índice IRI, quando comparado ao método Nível e Mira, que é usado como referência para calibração de medidores. Desta forma, percebe-se a importância do ajuste na calibração do equipamento para a eficácia da precisão na medição.

REFERÊNCIAS

Albuquerque, F. S. Oliveira, R. F. S. de. (2017) Avaliação de perfil longitudinal de pavimento de concreto de cimento Portland com perfilômetro inercial a laser.

TRANSPORTES, [s.l.], v. 25, n. 1, p.82-92, 1 mar.

Barella, R. M. (2008) Contribuição para a avaliação da irregularidade longitudinal de pavimentos com perfilômetros inerciais / R.M. Barella – ed.rev. – São Paulo –SP, 362 p.

Bernucci, L. B.; Motta, L. M. G. Ceratti, J. A. P.; Soares, J. B. (2010) Pavimentação asfáltica – Formação básica para engenheiros. 3. ed. Rio de Janeiro: PETROBRAS: ABEDA.

Bisconsini, D. R. (2016) Avaliação da Irregularidade Longitudinal dos pavimentos com dados coletados por smartphone. 208 f. TCC (graduação) - Curso de Engenharia de Transportes, Universidade de São Paulo, São Carlos.

Brandalize, M. C. B. 2016 Apostila: Topografia. Disciplina de topografia: Pontifícia Universidade Católica do Paraná - PUC/PR.

Carvalho, H. (2018) Análise comparativa de levantamentos planialtimétricos: topografia convencional, GPS e drone. Dissertação (Bacharelado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Goiás, Goiás.

Coello R, A.; Ballesteros A., G. (2010) Fotogrametría de UAV de ala fija y comparación con Topografía clásica.

España - Madrid: Universidad Politécnica de Madrid.

Cordini, J. (2014) Altimetria: teoria e métodos visando a representação do relevo. 87 p. Material de apoio.

Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC.

CNT. Confederação Nacional do Transporte – Anuário CNT do transporte: estatísticas consolidadas 2018. Brasília, CNT, 2018. Anual.

Del Río-Santana O. Espinoza-Fraire T. Sáenz-Esqueda A.; Cortés-Martínez F. Levantamientos Topográficos con Drones. Revista Ciencia, Ingeniería y Desarrollo Tec Lerdo, online, v. 1, n. 5, p. 15-19, jun. 2019. Disponível em: http://revistacid. itslerdo.edu.mx/coninci2019/CONINCI2019.pdf.

Departamento Nacional de Estradas de Rodagem: DNER-ES 173/86. (1986) Método de nível e mira para a calibração de sistema medidores de irregularidade longitudinal.

Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, DNIT (2006). Manual de

Os resultados mostraram variações médias de 170% a 200%, para GPS (modo RTK) e VANT, respectivamente, em relação ao equipamento de Nível e Mira, resultando em um elevado valor de IRI, classificado com o conceito péssimo, com base nos níveis de aceitação do DNIT. Enquanto que, no equipamento convencional, o índice apresentou classificação regular para trafegabilidade.

Dessa forma, os métodos considerados mais atuais não apresentaram desempenho adequado para a determinação do IRI no trecho rodoviário inspecionado. Todavia, demonstraram uma detalhada apresentação da superfície topográfica da região, com noções claras do relevo, vegetação nas proximidades, condição da qualidade dos acostamentos e até possíveis defeitos no trajeto. Assim, é evidente a necessidade de estudo de novos métodos de medição de irregularidade longitudinal em pavimento rodoviário, para otimizar suas respostas e utilizá-los como auxílio em medição e elaboração de projetos. É compreensível que a utilização de técnicas de refino do processamento dos dados possivelmente eliminaria distorções identificadas na comparação dos métodos estudados em relação ao método de referência de calibração (nível e mira).

Restauração de Pavimentos Asfálticos. Diretoria Executiva, Institutos de Pesquisa Rodoviárias. Rio de Janeiro. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, DNIT (2011). Manual de gerência de pavimentos.

Diretoria Executiva. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Rio de Janeiro, 189p. (IPR. Publ. 745).

Granados, B. C. (2021) Análisis comparativo técnico-económico entre el levantamiento topográfico aerofotogramétrico usando drones y el método tradicional con estación total.. 129 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Civil, Universidad Peruana del Centro, Huancayo. Gillespie, T. D.; Paterson, W. (1986) Conducting and calibrating road roughness measurements. World bank paper number 46, 87p.

Oliveira, L. B. R. (2019) Aferição do Índice de Irregularidade Longitudinal (IRI): um estudo comparativo entre os métodos topográficos, de GPS e aerofotogrametria. 70 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Universidade de Fortaleza, Fortaleza.

Oliveira Filho, J. A.; Almeida, L. C. Oliveira, F. H. L; Bonfim, V. B. (2019) Obtenção da Irregularidade Longitudinal em pavimento rígido por meio de equipamentos de avaliação indireta. In: 61° CONGRESSO BRASILEIRO DE CONCRETO, 61., Fortaleza. Anais [...] . Fortaleza: Ibracon, 2019.

Paterson, W. D. O. (1986) International Roughness Index: Relationship to Other Measures of Roughness and Riding Quality. Transportation Research Record, n. 1084. Washington.

The highway design and maintenance standard series. The World Bank. Washington.

Prosser-Contreras, M. Edison A; Felipe M. L. R.; Rodrigo F. H. 2020 Use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and Photogrammetry to Obtain the International Roughness Index (IRI) on Roads. Applied Sciences 10, no. 24: 8788. https://doi.org/10.3390/ app10248788.

Sayers, M. W.; Karamihas, S. M. (1998) The Little book of profiling. Ann Arbor: Transportation Research Institute, University of Michigan, USA.

Toribio, J. C.; Lazares. W. G. (2019) Determination of the Pavement Condition Index (PCI) and International Roughness Index (IRI) in Urban Roads Using Images Obtained by Unmanned Air Vehicle (UAV). 26th World Road Congress. Location: Abu Dhabi, United Arab Emirates Date: 2019-10-6 to 2019-10-10

Proposta de projeto para substituição de ponte na rodovia ERS-130, localizada no município de Venâncio Aires/RS Proposta de projeto para substituição de ponte na rodovia ERS-130, localizada no município de Venâncio Aires/RS

Com a necessidade de adequar antigas estruturas de Obras de Arte Especiais (OAE) às novas demandas de tráfego, neste trabalho foi proposta uma solução de projeto para substituição de ponte na rodovia ERS-130, localizada no km 29,78 do município de Venâncio Aires/RS. Assim, o presente trabalho teve como objetivo elaborar um projeto de ponte com foco em sua superestrutura. O vão de 60 m a ser atendido foi proposto como dois vãos de 30 m biapoiados, de longarinas pré-fabricadas em concreto protendido. A seção transversal proposta, possui 12 m de comprimento com cinco longarinas dispostas a 2,50 m entre eixos. Para a realização deste projeto, utilizaram-se os softwares Ftool, para verificação das linhas de influência, TQS e VPRO, para o dimensionamento das estruturas em concreto armado e protendido, atendendo às determinações da NBR 6118 (ABNT, 2014), e o Scape, para dimensionamento dos aparelhos de apoio em neoprene fretado. A superestrutura atendeu a todas as verificações de segurança em seus Estados Limites, com uma taxa de aço de 157 kg/m³.

1 INTRODUÇÃO

A utilização das pontes foi de extrema importância para o desenvolvimento dos centros urbanos. Com o expressivo aumento do tráfego viário, cada vez mais essas obras de arte especiais tornaram-se necessárias, sendo exigidas melhorias, ampliações e até mesmo substituições, para que atendam às normativas atuais. As pontes em viga de concreto préfabricado surgiram para atender tais demandas, diminuir o tempo de execução e melhorar o controle de qualidade (VALERIANO, 2021). Conforme El Debs (2017), as pontes em concreto pré-moldado são as mais comuns, com principal utilização em sua superestrutura, sendo capazes de vencer vãos na ordem de 50 m. O sistema estrutural mais comum é o de ponte em viga simplesmente apoiada com a utilização do concreto protendido. Conforme Cholfe (2018), a utilização

da protensão na armação das longarinas pré-moldadas traz melhorias no desempenho e segurança das estruturas, reduzindo a fissuração e as deformações do sistema.

Com base nisso, a ponte em estudo no presente trabalho necessita de substituição devido a limitações em relação à sua utilização. A ponte existente possui apenas uma pista de rolamento, impossibilitando o tráfego de dois veículos em sentido contrário simultaneamente. Além disso, está limitada a receber cargas inferiores a 12 toneladas, impossibilitando o tráfego de grandes caminhões. Diante do exposto, o presente trabalho teve como objetivo realizar o projeto de uma ponte com extensão total de 60 m, utilizando o sistema estrutural de ponte em viga, atendendo aos requisitos mínimos de largura e cargas de tráfego, além das normas vigentes. O projeto se limita à superestrutura, devido à ausência de estudos hidrológicos e de solo, o que impede o correto dimensionamento da mesoestrutura e infraestrutura.

Rafael Henrique Zotti Engrnheiro Civil

Rebeca Jéssica Schmitz2 Professora da Universidade do Vale do TaquariUnivates, Lajeado/RS.

2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

2.1 CONCEPÇÃO DA PONTE

A concepção da estrutura iniciou-se com a visita para conhecimento da ponte existente e o local de estudo. A

artigos

As características geométricas da OAE foram definidas em conjunto com o órgão responsável pela infraestrutura estadual (DAER-RS), tendo a dimensão máxima de seção transversal de

ponte localiza-se na ERS-130, no km 29,780 do trecho 130ERS0010, no município de Venâncio Aires/RS, fazendo a travessia do Arroio Taquari Mirim, tendo extensão de 60 m. É projetada nos moldes antigos de dimensionamento, com superestrutura em três vãos de treliças metálicas e tabuleiro de madeira, conforme a Figura 1.

12 m. O projeto considera duas faixas de rolamento com 3,60 m de comprimento cada, acostamentos de 2 m e guarda-rodas de 40 cm, conforme observado na Figura 2.

Figura 2 – Seção transversal da ponte e das longarinas

Fonte: do autor (2021)

Figura 1 – Ponte existente Fonte: do autor (2021)

A definição do modelo estrutural para vencer a extensão de 60 m foi baseada em uma alternativa de dois vãos de 30 m biapoiados. Os vãos projetados estarão apoiados nos encontros, que estão situados nas extremidades, e na viga travessa, no meio do vão. Nestas condições, a repetição de elementos estruturais, o rigoroso controle de qualidade na fabricação e a agilidade na execução e instalação, foram determinantes para a escolha do modelo estrutural de ponte em vigas pré-fabricadas. O projeto levou em conta o processo executivo da ponte, que neste caso, foi pensado de modo que as longarinas e pré-lajes, peças pré-moldadas, sejam executadas em fábrica e transportadas ao canteiro de obras, prontas para a instalação. Já os elementos em concreto armado, como transversinas e a laje, tem sua execução prevista para serem moldados in loco.

Para isso, foram projetadas cinco longarinas com 30 m de comprimento, dispostas a 2,50 m entre eixos ao longo da seção transversal do tabuleiro. A escolha deste espaçamento se deu devido às recomendações do manual de Projeto de Obras de Arte Especiais (DNER, 1996), indicando que para um bom equilíbrio estrutural da seção transversal, deve-se adotar o espaçamento entre vigas próximo ao dobro do comprimento em balanço, que neste caso, é de 1 m. A determinação das geometrias das longarinas se deu através do índice de esbeltez, Martinelli (1971, apud EL DEBS; TAKEYA, 2007) sugere que a altura das longarinas deve atender à divisão do vão total pela altura, obedecendo um intervalo adimensional de 15 a 20. Neste caso, para o vão de 30 metros, foi adotada a altura de 1,75 m (FIGURA 2).

Foi prevista a utilização do concreto protendido nas longarinas para auxiliar no suporte às deformações excessivas e fissuras ao longo da extensão do vão. A protensão adotada foi a de pós-tração com aderência posterior. Segundo Carvalho (2017), é o processo em que o pré-alongamento da armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto. O próprio elemento estrutural serve como apoio para a armadura de protensão e, através de bainhas, a calda de concreto é injetada, criando aderência permanente entre armadura e concreto. Além disso, seguindo recomendações da NBR 6118 (ABNT, 2014) adotou-se a protensão limitada. Portanto, para as armaduras passivas foi utilizado o aço CA-50, já para as ativas, foram adotadas cordoalhas de relaxação baixa RB190.

As longarinas servem de base para apoiar as pré-lajes. O dimensionamento destas foi realizado considerando uma

laje pré-fabricada unidirecional em concreto armado, com dimensões de 100 cm de base, 170 cm de comprimento e 7 cm de espessura. A NBR 7187 (ABNT, 2021) determina que o valor mínimo de espessura para lajes rodoviárias destinadas ao tráfego é de 15 cm. Com isso, está previsto em projeto a posterior concretagem de 13 cm de espessura, totalizando 20 cm de laje. Sobre a laje final, ainda está prevista a pavimentação asfáltica, com camada de 7 cm e 8 cm adicionais para recapeamento.

Os aparelhos de apoio das longarinas da ponte foram projetados em neoprene fretado, de modo que foram posicionados nas extremidades de cada longarina. Estes, são responsáveis por receber as cargas provenientes do tabuleiro e transmiti-las aos encontros e à viga travessa.

2.2 ANÁLISE ESTRUTURAL

Definida a concepção da ponte, o lançamento da estrutura foi realizado utilizando o software TQS. Para isso, foi criado um edifício de três pavimentos, englobando a infraestrutura, mesoestrutura e superestrutura, de modo que os dois primeiros foram lançados apenas para coerência do modelo. Foi considerada a Classe de Agressividade Ambiental (CAA) II, com a utilização do concreto C45 e cobrimentos conforme a NBR 6118 (ABNT, 2014), em todos os elementos estruturais. Com exceção das longarinas, que foram dimensionadas em concreto protendido pré-fabricado, e as pré-lajes, em concreto préfabricado, os demais elementos foram dimensionados em concreto armado.

Para o lançamento das longarinas e da pré-laje, foi necessário realizar o cadastramento das seções transversais, nas dimensões apresentadas na Figura 2. Com isso, no pavimento referente à superestrutura, foram lançadas as cinco longarinas e as pré-lajes, já considerando a posterior solidarização de 13 cm de espessura. Para o travamento das longarinas, foram lançadas duas transversinas, uma em cada extremidade, com 30 cm de base e 175 cm de altura.

Com o lançamento da superestrutura finalizado, foi necessário prever os apoios das longarinas sob cada extremidade. Estes, foram posteriormente dimensionados com o software Scape, inserindo dados de esforços provenientes do modelo estrutural, de modo que sejam atendidos os limites de deformação e estabilidade. O lançamento da estrutura sem a etapa de solidarização, pode ser visualizado na Figura 3.

artigos

Com o modelo estrutural definido, foram lançadas as cargas que atuam sobre o tabuleiro. A NBR 7187 (ABNT, 2021) determina que as cargas a serem consideradas em uma ponte são permanentes, variáveis e excepcionais.

Em relação às permanentes, neste projeto foram consideradas as cargas de peso próprio das estruturas, pavimentação, forças de protensão e respectivas perdas. O peso próprio das estruturas de concreto armado e protendido foi calculado automaticamente pelo software, considerando o peso específico de 25 kN/m³. Já para a pavimentação, o peso específico de 24 kN/m³ foi inserido sobre a laje do tabuleiro considerando a capa de 7 cm de revestimento asfáltico, totalizando uma carga distribuída de 1,68 kN/m² . Além disso, a NBR 7187 (ANBT, 2021) sugere que seja adicionada uma carga de recapeamento Para isso, foram considerados 8 cm adicionais para recapeamento, totalizando 3,60 kN/m² de carga distribuída sobre o tabuleiro. Portanto, após os 15 cm de pavimentação e recapeamento, deve-se atentar à realização da fresagem das camadas de concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) e refazê-las. Por fim, o guarda-rodas, que percorre os 30 m de vão, foi representado como uma carga linear de 5,55 kN/m.

As forças de protensão são ações permanentes que garantirão o estado de protensão do elemento ao longo da vida útil da longarina, além de melhorar o desempenho da peça (CHOLFE, 2018). Entretanto, segundo Carvalho (2017), após a aplicação da protensão na armadura, não é possível obter um esforço constante ao longo da vida útil da estrutura, devido às perdas de protensão. O cálculo das perdas é essencial para atender às condições de durabilidade e utilização da estrutura, devendo ser previstas em relação ao seu valor inicial. Em seções pós-tracionadas com aderência, as perdas de protensão ocorrem de forma imediata e progressiva. As perdas imediatas ocorrem por atrito, devido à acomodação, e encurtamento imediato do concreto. Já as perdas progressivas, são diferidas pela retração e fluência do

concreto, além da relaxação da armadura ativa. Portanto, para o cálculo da protensão das longarinas, foi utilizado o software VPRO, onde foram inseridos os dados da seção transversal, com dimensões e carregamentos já descritos neste trabalho.

Em relação às cargas variáveis, a ação do vento e empuxos foram desconsideradas, por não ser feito o dimensionamento dos pilares e fundações, elementos responsáveis por absorver tais carregamentos. Portanto, foram consideradas apenas as cargas móveis. É importante destacar que as cargas móveis são determinadas a partir de recomendações da NBR 7188 (ABNT, 2013), sendo provenientes de um veículo tipo. Este é nomeado TB-450, exercendo uma carga móvel de 450 kN, possui seis rodas com valor de carga igual a 75 kN por roda. Seus três eixos são afastados entre si 1,50 m, ocupando uma área total de 18 m² circundada por uma carga de multidão uniformemente distribuída de 5 kN/m². Ainda, a NBR 7188 (ABNT, 2013) determina os coeficientes de ponderação das cargas móveis, sendo eles o Coeficiente de Impacto Vertical (CIV), Coeficiente do Número de Faixas (CNF) e Coeficiente de Impacto Adicional (CIA).

Para determinar a posição das cargas móveis na seção transversal da ponte, foi necessário realizar o estudo das linhas de influência. A representação da seção transversal da ponte foi realizada no software Ftool, de modo que cada apoio represente as longarinas. Como a seção é simétrica, foram consideradas três situações de localização da carga vertical, uma para cada longarina, conforme a Figura 4. Os valores em cada linha de influência indicam a carga absorvida por cada longarina se a seção transversal é percorrida por uma carga unitária. Assim, quando o valor é igual a 1, 100% da carga é absorvida pela longarina em questão. Além disso, os valores positivos indicam os vãos em que as cargas de multidão foram consideradas.

4 – Estudo das linhas de influência na seção transversal Fonte: Elaborado pelo autor (2021).

Figura 3 - Modelo estrutural, vista em 3D

Fonte: Elaborado pelo autor (2021)

Figura

Com o estudo do posicionamento de cargas realizado, foi necessária a configuração das combinações das cargas provenientes do veículo tipo e da multidão. Conforme a NBR 8681 (ABNT, 2003), foram determinados os ponderadores de ações variáveis (Gama F) e os fatores de redução de combinações (Ψ0 , Ψ1 e Ψ2 ). Para pontes, o valor de Gama F em combinações normais é de 1,50, entretanto, este deve ser majorado pelo CIV, que para o vão de 30 m é de 1,265, sendo então, o valor de Gama F igual a 1,898. Já os valores de Ψ0 , Ψ1 e Ψ2 , para pontes rodoviárias, são 0,7, 0,5 e 0,3, respectivamente.

Além de configurar as cargas móveis, foi necessário adicionar as combinações que estas iriam gerar. Para isso, foram criadas as combinações adicionais no Estado Limite Último (ELU). As combinações das cargas de “Veículo” foram programadas com as cargas de peso próprio da estrutura, cargas permanentes, cargas do veículo tipo e cargas de multidão. Já nas combinações das cargas de “Multidão”, foram inseridas as cargas de peso próprio, permanentes e multidão.

Para inserção das cargas móveis no tabuleiro, segundo a NBR 7188 (ABNT, 2013), em distâncias de até 5,00 m das juntas de dilatação ou descontinuidade estrutural, devem ser majoradas pelo CIA, sendo acrescidas em 25% no caso de obras em concreto. As cargas verticais do veículo tipo foram inseridas conforme a distribuição das linhas de influência, de modo que fossem posicionadas nas extremidades e no meio do vão da ponte longitudinalmente. Nas extremidades, foram inseridas com o valor de 93,80 kN/roda, já no meio do vão, adotaram-se as cargas base de 75 kN/roda. Da mesma forma, foram inseridas as cargas distribuídas de multidão, tendo até 5 m das extremidades, o valor de 6,25 kN/m², e nos 20 m restantes do meio do vão, o valor base de 5 kN/m².

Com a finalização da concepção e análise estrutural, o processamento do modelo estrutural foi realizado. A análise dos resultados do modelo da ponte teve como foco os esforços atuantes, as geometrias propostas e o cálculo e detalhamento das peças da superestrutura.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

O primeiro item do dimensionamento analisado foram os esforços atuantes. A verificação inicial ocorreu nas longarinas, onde o modelo biapoiado apresentado na Figura 5, foi comprovado ao observar apenas esforços de momento fletor positivos nestes elementos, não sendo transmitidos esforços de momento negativo para os apoios.

Figura 5 – Momentos fletores atuantes nas longarinas Fonte: Elaborado pelo autor (2021).

Todo o lançamento estrutural foi realizado de forma simétrica, conforme dimensões descritas anteriormente. Consequentemente, os esforços gerados na superestrutura em seu Estado Limite Último, também mostraram-se simétricos, conforme apresentados na Tabela 1.

TABELA 1 – ESFORÇOS ATUANTES MÁXIMOS NAS LONGARINAS

Com os esforços definidos, a geometria dos elementos do tabuleiro pode ser verificada. Nesta etapa, verificaram-se as longarinas, a laje e as transversinas. Utilizando o software VPRO, as verificações de cálculo de protensão, o nível de perdas e o dimensionamento de armaduras passivas e ativas das longarinas, foram realizadas. Foi considerada a aplicação da protensão em fábrica, logo após a cura das longarinas. Foram utilizados quatro cabos de protensão, cada um com 10 cordoalhas de aço CP190 de relaxação baixa de 12,7 mm. O desempenho dos cabos de protensão se mostrou eficaz em reduzir os deslocamentos das longarinas, visto que no modelo estrutural sem protensão, a flecha nas longarinas foi de 12 cm, já neste modelo, a flecha foi reduzida para 3 cm, estando de acordo com os limites da NBR 6118 (ABNT, 2014). A distribuição de armaduras passivas e ativas das longarinas pode ser vista na Figura 6, de modo que as nomenclaturas “C” representam os cabos de protensão e “N”, as armaduras passivas.

Figura 6 - Seção transversal das longarinas com armaduras

artigos

As verificações de cálculo realizadas foram os Estados Limites de Formação de Fissura (ELS-F) e descompressão (ELS-D) e ELU no ato de protensão (ELU-ATO). Todos os intervalos das envoltórias calculadas mantiveram-se dentro dos limites e podem ser observados na Tabela 2. O valor de limite igual a zero, representa a impossibilidade de haver tração na peça.

Em cada cabo de protensão, foi aplicada uma força de 1390 kN, totalizando 5560 kN de força máxima na seção da longarina, contudo, é necessário considerar as perdas de protensão. As perdas imediatas de protensão observadas foram de 12,08% em relação à força máxima. Já as perdas totais, expressas pelo somatório das perdas imediatas e progressivas, foram de 29,03%, totalizando uma perda de força de protensão de 1614 kN. Com isso, as forças finais de protensão das longarinas resultaram em 3946 kN, suficientes para suportar os esforços da superestrutura e ao longo de sua vida útil.

Através da Figura 6 e a configuração de distribuição de barras longitudinais e transversais nas longarinas pré-fabricadas, analisou-se também a quantidade de aço dimensionada. Para a armadura passiva, o consumo de barras de aço de 8 mm, 10 mm, 12,5 mm e 20 mm, foi de 833 kg, 1893 kg, 40 kg e 36 kg, respectivamente, totalizando 2802 kg de aço CA50 por longarina. Cada cabo de protensão utilizado pesa em média 258 kg, totalizando 1032 kg de aço CP-190 RB, por longarina. Portanto, a taxa de aço por metro cúbico de concreto das longarinas considerando as armaduras passivas e ativas, é de 185 kg/m³.

TABELA 2 - VERIFICAÇÕES DE ESTADOS LIMITES NA PROTENSÃO DAS LONGARINAS

Os demais elementos da superestrutura foram analisados com o processamento da estrutura e verificação dos esforços. A pré-laje de 7 cm de espessura mostrouse suficiente para suportar os carregamentos de peso próprio e da solidarização de 13 cm das longarinas, comprovando a viabilidade do modelo lançado. Com isso, a taxa de aço da pré-laje e solidarização totalizaram 127,5 kg/ m³ de concreto. As dimensões das transversinas, com 35 cm de base e 175 cm de altura, foram suficientes para suportar o travamento e esforços das longarinas. Para cada transversina foram utilizadas barras de aço CA-50 de 8 mm, 16 mm e 25 mm de diâmetro, totalizando 210 kg, 92 kg e 367 kg, respectivamente com uma taxa de aço de 108,4 kg/m³ de concreto.

O dimensionamento dos aparelhos de apoio em neoprene fretado foi realizado considerando os esforços de força cortante provenientes das longarinas. Com isso, o aparelho de apoio que atende aos esforços possui dimensões de 40 cm de base e 50 cm de comprimento, com quatro camadas de chapas de aço de 4 mm. Este, obedeceu todos os limites de máxima deformação total de cálculo e estabilidades à rotação, flambagem e deslizamento.

4 CONCLUSÃO

Este trabalho teve como principal objetivo dimensionar a superestrutura de uma ponte com 60 m de vão de rodagem, dividido em dois vãos iguais de 30 m. O dimensionamento dos vãos de 30 m foi realizado utilizando conceitos de concreto pré-moldado e protendido, com o auxílio dos softwares Ftool, TQS, VPRO e Scale.

Ao analisar o modelo estrutural estudado, comprovou-se a eficiência da utilização da protensão em vigas de grandes comprimentos, de modo que obteve-se a redução da flecha nos piores casos de cargas das longarinas, de 12 cm para 3 cm, com a aplicação da protensão limitada de pós-tração com aderência. A protensão das longarinas foi dimensionada considerando as perdas totais de forças de protensão, sendo o somatório de perdas imediatas e progressivas igual a 29,03%, totalizando uma força de protensão de 3946 kN por longarina. As transversinas e a laje atenderam aos requisitos de resistência aos esforços do tabuleiro, com taxas de aço de 108,4 kg/m³ e 127,5 kg/m³, respectivamente. Os aparelhos de apoio, dimensionados em neoprene fretado, tiveram suas dimensões e características determinadas, atendendo aos esforços de força cortante provenientes das longarinas.

A ausência do estudo hidrológico

e sondagem do solo do local de implantação desta nova ponte, impossibilitou o dimensionamento da infraestrutura e mesoestrutura. Entretanto, com os dados utilizados, foi possível realizar o completo dimensionamento da superestrutura. Os esforços fornecidos neste trabalho, podem servir para aprofundar o estudo desta nova ponte, de modo que estes sejam utilizados para o dimensionamento dos elementos não estudados.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AGRADECIMENTOS

É com auxílio do DAER que foi possível realizar o estudo proposto neste trabalho, pois a Universidade do Vale do Taquari - Univates e o DAER de Lajeado/RS se uniram em parceria, por meio do Termo de Acordo de Cooperação Técnica nº AJ/TAC/002/20, que objetiva o desenvolvimento de

estudos técnicos na área rodoviária do Rio Grande do Sul.

Agradeço a todos os engenheiros do DAER e em especial a minha orientadora Eng.ª Ma. Rebeca Jéssica Schmitz, que me auxiliaram e não mediram esforços para sanar todas as dúvidas na realização deste trabalho.

.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.

. NBR 7187: Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendidoProcedimento. Rio de Janeiro, 2021.

NBR 7188: Carga móvel rodoviária e de pedestres em pontes, viadutos, passarelas e outras estruturas. Rio de Janeiro, 2013.

NBR 8681: Ações e segurança nas estruturas - Procedimento. Rio de Janeiro, 2004.

CARVALHO, Roberto Chust - Estrutura em concreto protendido: cálculo e detalhamento - 2. ed. - São Paulo: Pini, 2017.

CHOLFE, Luiz; BONILHA, Luciana - Concreto protendido: teoria e prática - 2. ed. - São Paulo: Oficina de Textos, 2018.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. - Manual de projeto de obras-de-arte especiais - Rio de Janeiro: IPR. Publ., 698, 1996.

EL DEBS, Mounir Khalil – Concreto pré-moldado: fundamentos e aplicações – 2. Ed. –São Paulo: Oficina de Textos, 2017.

VALERIANO, Ricardo. - Pontes - 1. ed. - São Paulo: Oficina de Textos, 2021.

Contribuição para o dimensionamento de pavimentos rodoviários pelo método mecanístico-empírico

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O Brasil é um país com uma elevada área territorial. O modo de transporte mais participativo é o rodoviário, com 61% do tráfego de mercadorias e 95% de passageiros. Dessa forma, essas estruturas necessitam fornecer segurança e conforto aos seus usuários. O pavimento pode ser definido, então, como uma estrutura formada por múltiplas camadas com espessuras finitas, construídas numa superfície regularizada de terraplenagem. Assim, o objetivo geral deste trabalho foi comparar os dois métodos de dimensionamento de pavimentos flexíveis, a fim de explanar as principais considerações sobre cada. Para isso, foram descritos os dois métodos (empírico e mecanístico-empírico) e discutidas pesquisas que abordam a temática. Ainda, foram simuladas estruturas de pavimento no software MeDiNa e tecidas análises. Com a observação dos resultados, foi possível constatar a necessidade de implementação do método mecanísticoempírico e de estudo das variáveis de projeto, como módulo de resiliência, deformação permanente e tráfego.

1. INTRODUÇÃO

O Brasil é um país de dimensões continentais. Para que haja o transporte de pessoas e cargas são necessárias malhas e modais de transportes que atendam às necessidades para um amplo desenvolvimento econômico. O modal rodoviário detém da maior participação, correspondendo a aproximadamente 61% do tráfego de mercadorias e 95% do de passageiros perante a matriz de transportes brasileira. Esses índices destacam a relevância da infraestrutura rodoviária para o crescimento do país e para o fornecimento de direitos essenciais à sua população (CNT, 2019).

Dessa forma, projetar uma estrutura rodoviária de forma que possibilite conforto, segurança e trafegabilidade aos seus usuários torna-se um desafio. Assim, visando atender a demanda de infraestrutura rodoviária, o Brasil necessita avançar quanto a quantidade e qualidade de suas rodovias. Mesmo com a extensa dimensão territorial, o país possui apenas 1.720.700 km de rodovias, sendo que apenas 12,4% destas são pavimentadas. Quando comparada a disponibilidade de rodovias pavimentadas com outros países de dimensões territoriais semelhantes, a do Brasil é

considerada baixa, representando apenas 25,1 km a cada 1.000 km² de área (CNT, 2019).

De acordo com Balbo (2007), o dimensionamento de um pavimento ocorre a partir da determinação das espessuras de suas camadas e dos seus materiais constituintes. A partir disso, é possível projetar uma estrutura que resista ao carregamento derivado do volume de tráfego e das condições climáticas do ambiente no qual será construído. Atualmente, o método de dimensionamento de pavimentos adotado no Brasil segue a premissa de adoção do Índice de Suporte de Califórnia (ISC) ou, do inglês, California Bearing Ratio (CBR), sendo do tipo empírico.

Contudo, devido a esse método não considerar a influência de cargas dinâmicas no pavimento, torna-se obsoleto para a situação do tráfego brasileiro. Assim, em 2020 começou a ser implementado no Brasil o método mecanístico-empírico para dimensionar pavimentos, intitulado Método de Dimensionamento Nacional (MeDiNa), em homenagem a Jacques Medina, um de seus preceptores.

Conforme Fonseca (2013), o dimensionamento e a análise de um pavimento por meio do método mecanísticoempírico evidenciam vantagens como a formulação de modelos de previsão da vida útil dos materiais utilizados ao considerar o estudo do conjunto dos materiais empregados e um grupo de variáveis, como as propriedades elásticas de cada material. Assim, Balbo (2007) ressalta que os conceitos da mecânica são utilizados para formular os modelos teóricos aplicados no método mecanístico-empírico.

Diante do apresentado, o problema de pesquisa deste trabalho está relacionado a necessidade de difusão do novo método para que as rodovias brasileiras sejam projetadas de forma a terem o seu tempo de serviço equivalente ao

tempo de vida útil projetado. Logo, o objetivo geral foi analisar o método de dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos flexíveis, a fim de explanar as principais considerações sobre ele.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. O pavimento rodoviário

O pavimento pode ser definido como uma estrutura formada por múltiplas camadas com espessuras finitas, construídas numa superfície regularizada de terraplenagem. Ele é destinado técnica e economicamente a resistir às cargas devido ao tráfego de veículos e do clima, bem como proporcionar aos usuários condições adequadas de rolamento, conforto, economia e segurança. Ainda, ele pode ser classificado como flexível, rígido ou semirrígido, conforme os materiais constituintes (BERNUCCI et al., 2008).

A estrutura classificada como flexível possui um revestimento asfáltico, uma camada de base, uma de subbase e, se necessária, uma de reforço do subleito. Enquanto isso, o rígido possui revestimento com placas de concreto, que funcionam também como camada de base, possuindo ainda uma camada de sub-base. Nesse caso, havendo uma camada de base de material cimentício, a espessura da placa de concreto pode ser reduzida. Os semirrígidos são aqueles com revestimento asfáltico, mas que possuem uma base com materiais cimentícios, sendo os mais comuns a cal e o cimento (BERNUCCI et al., 2008).

As camadas de base, sub-base e reforço do subleito são de grande importância estrutural. Por meio da combinação

Bruno Cavalcante Mota Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - Universidade Federal do Rio de Janeiro

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de materiais e suas espessuras, elas permitem a limitação das tensões e deformações na estrutura do pavimento, reduzindo defeitos como a Deformação Permanente (DP), que juntas influenciam em 68% de sua ocorrência (HUANG, 2004).

Além da Deformação Permanente, outro defeito estrutural recorrente nos pavimentos asfálticos é a fadiga. De acordo com Colpo (2014), esse fenômeno ocorre devido a perda de resistência dos materiais constituintes e a um elevado ciclo de repetições de carga, ocasionando o trincamento da camada.

O dimensionamento de pavimentos asfálticos atualmente é realizado pelo método do DNIT (BRASIL, 2006), contudo, não considera o carregamento dinâmico do tráfego, impossibilitando a previsão e inclusão desses defeitos no método. Mas, desde 2019, está sendo implementando o Método de Dimensionamento Nacional (MeDiNa) de pavimentos, sendo um método mecanísticoempírico, que contempla as cargas cíclicas.

2.2. Dimensionamento empírico

Por volta da década de 60, o engenheiro Murilo Lopes de Souza propôs o método empírico, que é baseado no critério do CBR, em que uma carga de 80 kN é considerada como o eixo-padrão, ou seja, um coeficiente de equivalência obtido nas pistas da AASHTO. Esse método foi adotado pelo DNIT para o dimensionamento de pavimentos rodoviários no Brasil (BALBO, 2007; MEDINA E MOTTA, 2015).

O método do DNIT utiliza de ábacos para contendo o tráfego e as condições de suporte do subleito para determinação da espessura das camadas. Dessa forma, a espessura é determinada para atender ao número de repetições do eixo-padrão, conhecido como o número N (BALBO, 2007; MEDINA E MOTTA, 2015). O ensaio de CBR é condição necessária para a aplicação do método, que é realizado conforme as diretrizes do Método de Ensaio (ME) 172 (BRASIL, 2006).

Assim, após a determinação inicial da espessura de cada camada, são usadas inequações para relacionar as espessuras totais encontradas a partir do ábaco de dimensionamento com os coeficientes de equivalência estrutural, determinando as reais espessuras das camadas e da estrutura final do pavimento.

Contudo, os solos considerados para a elaboração deste método baseiam em características de solo de fundação, com propriedades americanas, não sendo bem representados pelos solos tropicais brasileiros. Ainda, são considerados os materiais constituintes, o tráfego e estima

apenas a utilização unicamente do asfalto no revestimento, sem considerar as novas tecnologias utilizadas para pavimentos flexíveis. Por fim, esse método também não prevê o surgimento de patologias como o afundamento de trilha de roda (ATR) e o trincamento por fadiga, decorrente da utilização e do tráfego atuante (PITANGUI, 2019).

2.3. Dimensionamento mecanístico-empírico

O Método de Dimensionamento Nacional (MeDiNa) é desenvolvido com um software de mesmo nome, idealizado entre 2015 e 2018. Ele surgiu a partir da cooperação entre o Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e o Instituto de Pesquisas Rodoviárias (IPR), contando ainda com a colaboração de outras universidades brasileiras e do Centro de Pesquisas da Petrobrás (CENPES) da Petrobrás (BARBOSA et al., 2021).

O MeDiNa precisa, então, de uma ampla base de dados, coletados através de ensaios laboratoriais, como o estudo dos materiais naturais das jazidas e do solo de subleito que serão utilizados para compor as camadas de base, sub-base e reforço do subleito (BARBOSA et al., 2021). Esses dados passam pelo conhecimento do subleito, como seu módulo de resiliência (MR) e curva de deformação permanente (DP). O número de equivalência de passagens do eixopadrão, Número N, também é necessário para o correto funcionamento do software MeDiNa. Há sensibilidade a pequenas variações do Número N para os modelos empregados no programa, ressaltando a importância de esse parâmetro ser bem estimado (FRANCO E MOTTA, 2018).

De acordo com Nepomuceno (2019), o MeDiNa apresenta a vantagem de, por ser caracterizado como um software de dimensionamento mecanístico-empírico, prever os defeitos de ATR e trincamento por fadiga. O cálculo de distorção incremental ou deformação em cada camada é a base para calcular as deformações permanentes previstas no MeDiNa. As trincas do tipo couro de jacaré são consideradas juntamente com as transversais e longitudinais, sendo assumido como o principal critério de ruptura dos pavimentos asfálticos, ao apresentarem uma porcentagem acima de 30%.

2.4. Comparações entre os métodos empírico e mecanístico-empírico

Diante do exposto, alguns pesquisadores investigaram a relação entre os dois métodos de dimensionamento e

o impacto deles na vida útil do pavimento. Dentre as principais constatações encontra-se a de que o método de dimensionamento empírico é subdimensionado para tráfegos elevados, enquanto que o método mecanísticoempírico é superdimensionado para tráfegos leves.

Brito et al. (2021) avaliaram a estrutura de um trecho da BR-116 no Estado do Ceará, considerando o dimensionamento empírico e o mecanístico-empírico. O material da base foi um solo-brita e da sub-base foi uma areia argilosa. Para um Número N igual a 2,01 × 108, o método do DNIT resultou em espessuras de 12,5 cm para o revestimento, 15 cm para a base e 17 cm para a sub-base. Enquanto isso, o método MeDiNa resultou em uma camada de revestimento de 35,9 cm, sendo 10 cm de capa e 25,9 cm de binder, ambos de Concreto Asfáltico (CA), uma camada de base de 20 cm e uma sub-base de 30 cm, mostrando que o trecho construído e dimensionado pelo método empírico está subdimensionado.

Barbosa et al. (2021) também compararam as estruturas de um pavimento com Número N de 1,2 × 108 para o segmento 1 e 5,4 × 107 para o segmento 3. O material da base e da sub-base foi um solo areno-argiloso para o método empírico. Para o método mecanísticoempírico, a base foi composta de solo-cimento e a subbase de um solo argiloso. Dessa forma, no segmento 1 as espessuras para o método empírico foram 12,5 cm para o revestimento, 15 cm para a base e 15 cm para a subbase e para o MeDiNa foram 12,5 cm, 22,5 cm e 15 cm, respectivamente. Para o segmento 3, com tráfego menor, as espessuras ficaram praticamente iguais, nas quais para o método empírico ficou a mesma estrutura do segmento 1 e para o método mecanístico-empírico a base do segmento 1 foi reduzida de 22,5 cm para 17,5 cm.

Silva e Santos (2021) simularam três cenários para uma estrutura anteriormente dimensionada pelo método empírico, anteriormente com um revestimento em Tratamento Superficial (TS) com 2,5 cm, uma base com areia, cascalho e cimento com 15 cm e uma sub-base com cascalho e cal hidratada de 15 cm. Para o cenário 1 foram utilizados os mesmos materiais e o mesmo tráfego, com N = 1 × 106, resultando em 2 cm de revestimento asfáltico, 15 cm de base e 15 cm de sub-base. Na situação 2 o revestimento foi modificado para um concreto asfáltico com borracha, elevando a espessura para 10 cm, enquanto que a base e a sub-base permaneceram iguais. No cenário 3 foi considerado apenas concreto asfáltico, resultando em uma espessura de 5 cm, repetindo-se as mesmas espessuras de base e sub-base. Ao elevarem o

tráfego para N = 1 × 107, o revestimento da situação empírica foi modificado para concreto asfáltico, resultando em 7,5 cm, enquanto que para a mesma situação, no dimensionamento mecanístico-empírico o revestimento passou a ser 9,4 cm.

Dessa forma, diante dos estudos apresentados, observa-se que o método empírico está subdimensionando as estruturas dos pavimentos com tráfegos elevados, fazendo com que surjam defeitos como ATR e trincas por fadiga antes do fim de vida útil, geralmente programadas para 10 anos. Posto isso, ressalta-se a importância de implementar e adotar o Método de Dimensionamento Nacional (MeDiNa) como universal nos projetos de dimensionamento de pavimentos, fazendo com que essas estruturas forneçam conforto e segurança aos seus usuários e não colapsem antes do tempo.

3. ESTUDO DE CASO

Para verificar a sensibilidade do dimensionamento mecanístico-empírico foram dimensionadas estruturas de pavimentos com combinações diversas dos materiais apresentados na Tabela 1, como base e sub-base, considerando os tráfegos de N = 5×106, 107 e 5×107. Para a camada de revestimento foram utilizadas as diferentes classes de misturas asfálticas listadas no software MeDiNa. Para deformações permanentes foram adotados os valores da Tabela 2, considerando que Mistura 1 a 5 são misturas de solo com brita em várias proporções.

Para cada simulação, foi testado um MR distinto para o subleito. E, ainda, um tipo distinto de revestimento, conforme a base de dados do MeDiNa: (i) Concreto Asfáltico: (CAP 50/70 #12,5mm; CAP 30/45 #12,5mm) e (ii) Concreto Asfáltico com Borracha (Capflex B PG 64-22). Então, para cada tráfego, consideraram-se as 6 combinações apresentadas na Tabela 3, os três módulos de resiliência do subleito e os 2 tipos de revestimento testados.

TABELA 1. MATERIAIS DISPONIBILIZADOS PARA BASE E SUB-BASE

TABELA 2. PARÂMETROS DE DEFORMAÇÃO PERMANENTE

ordem de grandezas de espessuras: CAP 50/70 > Asfalto borracha > CAP 30/45. Para alguns casos específicos em que a porcentagem de brita era baixa (15%), nas situações de subleito com MR de 150 e 250 MPa, o asfalto-borracha apresentava as maiores espessuras. Contudo, quando se aumentava a porcentagem de brita, consequentemente aumentando a resistência da camada, a espessura do asfalto-borracha também era reduzida.

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TABELA 3. ESTRUTURAS SIMULADAS

Quando o MR do subleito era aumentado, a espessura do revestimento era diminuída, fazendo com que a proteção para as camadas inferiores fosse menor, devido ao aumento da resistência do subleito, por apresentar um Módulo de Resiliência maior. Em alguns casos, não havia mudança da espessura da camada de revestimento quando o MR do subleito era aumentado de 150 MPa para 250 MPa, mas a porcentagem de área trincada era reduzida.

Outra observação importante foi relacionada ao afundamento de trilha de roda (ATR), que na medida que o subleito apresentava um aumento em seu módulo de resiliência, também ocorria um aumento desse defeito. Um dos parâmetros de análise é que um ATR acima de 12,5 mm já seria prejudicial para a estrutura do pavimento. Em algumas das simulações a estrutura como um todo apresentou ATRs maiores que esse, mesmo sendo dimensionada pelo software.

Foram adotados os seguintes modelos de deformação permanente para os solos: (i) Solos+Brita (55+45)%Mistura 5 da tabela 2; MS = 1,95 g/cm³; CP = 0,30; (ii) Solo+Brita (70+30)% - Mistura 2 da tabela 2; MS = 1,86 g/cm³; CP = 0,30; (ii) Solo+Brita (85+15)% - Mistura 1 da tabela 2; MS = 1,77 g/cm³; CP = 0,30; (iii) Brita graduada (BGS) – Lima (2020), MS = 2,28 g/cm³; CP = 0,30; (iv) Solo puro (NG) – Norback (2018), MS = 1,68 g/cm³; CP = 0,35; (v) Subleito (NA) – Norback (2018), MS = 1,68 g/ cm³; CP = 0,40.

4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

O CAP 30/45 é mais consistente que o CAP 50/70, pois a penetração é menor. Assim, foi possível perceber pelo dimensionamento que as espessuras de revestimento para o CAP 50/70 eram maiores, por é composto de um ligante menos consistente. Em alguns casos, como para as situações de MR do subleito igual a 50 MPa, o revestimento com asfalto borracha apresentava espessuras menores que o de CAP 50/70. Ficando então na seguinte

Ainda, foi observado que quando havia um aumento da porcentagem de brita na camada de base, por exemplo, passando de 15% para 30% e depois para 45%, a contribuição da base para o ATR diminuía, consequente diminuindo o afundamento do pavimento como um todo. A combinação com brita graduada apresentou espessuras maiores que a combinação de solo-brita com 55%45% de composição, mostrando que uma estabilização granulométrica as vezes seja mais vantajoso que a utilização de um único material.

Quando foram testados tráfegos maiores, percebeu-se que a espessura do revestimento era aumentada em mais de 50% na maioria dos casos, ocasionando um aumento ainda da porcentagem de área trincada. Contudo, como a espessura do revestimento era acrescida, o afundamento de trilha de roda acabava sendo diminuído, pois havia uma espessura maior protegendo as camadas granulares. Em alguns casos foi necessário adicionar uma camada de binder com as mesmas configurações da camada de capa, pois era atingido o limite de 15 cm para a espessura da camada de revestimento.

Para o tráfego mais pesado, foi necessário incluir uma camada de reforço em todas as estruturas simuladas, com

uma espessura de 40 cm. Ainda, também era necessário adicionar uma cada de binder no revestimento, pois em todos os casos o máximo de 15 cm era atingido.

Também foi possível perceber que o aumento da porcentagem de brita não diminuía a espessura do revestimento, ocasionando em um aumento para os casos em que havia a modificação da porcentagem de 85-15% para 70-30% e posteriormente para 55-45%. Ocorria apenas uma diminuição da porcentagem de área trincada.

Entre as limitações, ressalta-se a necessidade de ter os modelos de módulo de resiliência e de deformação permanente para cada tipo de solo simulado, além das massas específicas do material e o coeficiente de Poisson. Sem esses dados fielmente ensaiados em laboratório, a análise pode não ocorrer de forma fidedigna, o que pode ser uma limitação das realizadas neste trabalho, visto que dados do modelo de deformação permanente, massas específicas e coeficientes de Poisson foram adotados com base na literatura.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O estudo analisado permitiu analisar o dimensionamento mecanístico-empírico para estruturas de pavimento, cumprindo o objetivo geral desta pesquisa. Essa análise permitiu observar a necessidade de realização de ensaios como módulo de resiliência (MR) e deformação permanente (DP) para o projeto de pavimentos, visto que estes são considerados no dimensionamento do MeDiNa e ajudam a prever defeitos como o afundamento de trilha de roda e o trincamento por fadiga.

Foi possível observar que para tráfegos elevados o dimensionamento empírico do DNIT subdimensiona as camadas, enquanto que os pavimentos dimensionados pelo MeDiNa resultam em estruturas mais robustas. Ainda foi destacado que o método do DNIT não considera o comportamento dos solos tropicais existentes no Brasil, dessa forma, não representando de forma fidedigna os seus materiais.

Assim, destaca-se a necessidade de adoção universal do método MeDiNa, a implementação de um vasto banco de dados, resultado da realização de ensaios laboratoriais e estudos em trechos experimentais. Desse modo, tornase possível que os pavimentos rodoviários brasileiros apresentem menos defeitos estruturais, fornecendo conforto e segurança aos usuários, baixos custos de manutenção ao governo e uma elevada vida útil à sua estrutura.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BALBO, J. T. Pavimentação asfáltica: materiais, projeto e restauração. São Paulo: Oficina de Textos, 2007.

BARBOSA, D. S.; SILVA, D. C.; AGUIAR, M. F. M. Análise comparativa entre o novo método de dimensionamento nacional de pavimentos - MeDiNa e o método do DNIT. In: Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes da ANPET, 35, 2021. Anais [...]. Online: ANPET, 2021.

BERNUCCI, L. B.; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J. A. P.; SOARES, J. B. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro: PETROBRAS-ABEDA, 2008. BRASIL. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Manual de Pavimentação. Rio de Janeiro: IPR, 2006.

BRITO, M. S.; MOTA, B. C.; OLIVEIRA, F. H. L.; BARROSO, S. H. A. Análise da influência do aumento de carga por eixo na estrutura do pavimento em um trecho da BR-116 no Ceará. In: Reunião Anual de Pavimentação, 46, 2021. Anais [...]. Brasília: ABPv, ABDER, 2021.

CNT. Confederação Nacional do Transporte. Condições das Rodovias. Brasília: CNT, 2019.

COLPO, G. B. Análise de fadiga de misturas asfálticas através do ensaio de flexão em viga quatro pontos. 2014. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2014.

FONSECA, L. F. S. Análise das soluções de pavimentação do programa CREMA 2a Etapa do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) –Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2013.

FRANCO, A. C. P.; MOTTA, L. M. G. Análise elástica de múltiplas camadas. Manual de Utilização. Versão 2.4. Rio de Janeiro, 2018.

HUANG, Y. H. Pavement Analysis and Design. Kentucky: PEARSON, Prentice Hall, 2004. MEDINA, J.; MOTTA, L. M. G. Mecânica dos Pavimentos. 3 ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2015.

LIMA, C. D. A. Avaliação da deformação permanente de materiais de pavimentação a partir de ensaios triaxiais de cargas repetidas. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.

NEPOMUCENO, D. V. Avaliação em campo de estrutura de pavimento incorporado solo estabilizado com escória KR sujeita à carregamento com simulador HVS e comparação com previsões de desempenho segundo o novo método brasileiro de dimensionamento Medina. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2019.

NORBACK, C. Caracterização do módulo de resiliência e da deformação permanente de três solos e misturas solo-brita. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2018.

PITANGUI, L. C. Análise comparativa do método do DNER com o método mecanístico-empírico MeDiNa. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade de Brasília, Brasília, 2019.

SILVA, L. M.; SANTOS, R. O. G. Estudo comparativo: método empírico do DNIT e mecanístico-empírico (Medina) no dimensionamento de pavimentos flexíveis. Engineering Sciences, v.9, n.1, p.114-124, 2021.

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Sistema de aquecimento de água a partir de um coletor solar asfáltico

Os pavimentos asfálticos representam uma elevada área de cobertura terrestre. A sua utilização, primordialmente, visa servir como superfície de rolamento para o tráfego de veículos, contudo somado a isso, a geração de energia térmica pode ocorrer ao mesmo tempo. A geração de energia térmica, como uma fonte de energia limpa devido as propriedades térmicas do pavimento podem servir com uma alternativa para o aquecimento de água e sua utilização a nível residencial. Coletores Solares Asfálticos (CSA) consistem em um pavimento asfáltico, com tubos de cobre inseridos dentro da camada de revestimento, que ao circular um fluido, coleta a energia térmica absorvida pelo sol através da massa asfáltica e transfere para a água, que ao ser aquecida pode ser utilizada para diversos fins. O presente trabalho buscou demonstrar os principais conceitos de utilização do CSA, como um sistema de geração de energia térmica para fins residenciais, bem como explanar métodos de montagem do sistema. Como forma de monitoramento do sistema foi proposto um sistema Arduíno de monitoramento. Após montagem, ocorreu a análise do aquecimento de água durante períodos de dias ensolarados ao longo no ano de 2020, obteve-se em média um aquecimento da água no reservatório de 13,52°. A temperatura da água no reservatório, ao final dos dias analisados, variou entre 29,10°C e 42,47°C o que torna possível a sua utilização para fins residenciais.

1. INTRODUÇÃO

A demanda por fonte de energia vem crescendo a todo o momento. Para suprir essa necessidade, novas fontes necessitam ser encontradas, estudadas ou aprimoradas. “É um grande problema social fornecer uma fonte sustentável de energia” (Shaopeng et al., 2011, p2).

O constante aumento da demanda de energia faz com que questões fundamentais, sobre sistemas geradores, sejam abordadas (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2019). Dentre elas, que ocorra inovações de tecnologias, tanto para suprir a necessidade de maior geração bem como desenvolver uma tecnologia que aproveite os recursos naturas, visando a eficiência energética e a sustentabilidade, possibilitando um desenvolvimento com impactos ambientais reduzidos (E. B. Pereira, Martins, Abreu, & Rüther, 2017).

A energia solar é uma fonte abundante, inesgotável, limpa e livre (Sable, 2017), além de ser o maior recurso energético que a humanidade dispõe, o Sol sozinho irradia 1,0x1022TJ para todo o universo, vindo somente uma pequena parte para a Terra (Moreira, 2018). Se toda a energia solar que chega ao planeta for captada, a irradiação de cerca de 90 minutos seria suficiente para fornecer a energia necessária por um ano ao planeta (Saad, Kaddah, Sliem, Rafat, & Hewhy, 2019).

Leonardo Lunkes Wagner Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Jorge Luis Palacios Felix Universidade Federal da Fronteira Sul – Campus Cerro Largo

A utilização de energia solar como sistema de aquecimento de água até temperaturas de 100°C é a aplicação mais difundida no Brasil, principalmente em substituição de sistemas de aquecimento elétrico ou a gás (PEREIRA et al., 2017). Um sistema de geração de energia térmica, para aquecimento de água, pode ser obtido a partir de coletores solares asfálticos.

Os pavimentos asfálticos são partes integrantes de nossa sociedade. O desenvolvimento de pavimentos sustentáveis e a integração dos mesmos nos senários urbanos associado a geração de energia é um objetivo importante a ser conquistado (Mallick, Chen, & Bhowmick, 2012). A malha rodoviária brasileira possui 65614,5km em âmbito federal e 147838,3km de âmbito estadual e municipal, totalizando 213452,8km (SNV Rodoviário 2017 apud. CNT 2018). Ou seja, a uma grande área de possíveis introduções de coletores solares, utilizando o asfalto como material coletor. Associado a isto, este sistema pode ser instalado não somente durante a construção, mas também, durante processos de manutenção de rodovias (Bobes-Jesus, Pascual-Muñoz, Castro- Fresno, & RodriguezHernandez, 2013).

O coletor solar asfáltico (CSA) é executado na camada de revestimento, ao qual além de proteger e aquecer os tubos, gerando energia térmica, continua servindo ao seu proposito básico, que é como a camada de contato entre pneu e o pavimento em estradas, estacionamento e entradas de residências. O CSA demonstrado no presente artigo, é obtido através da inserção de tubos de cobre em formato serpentino e um pavimento asfáltico, construído dentro de uma bancada de madeira. Este sistema tem por finalidade auxiliar na produção de energia térmica através do aquecimento de água para utilização residencial, substituindo total ou parcialmente a utilização de sistemas de aquecimento tradicionais como aquecedores a gás e chuveiros elétricos, caracterizando-se assim como uma fonte sustentável de geração de energia. Este artigo tem por objetivo demonstrar uma aplicação conjunto da camada de revestimento asfáltico com tubos de cobre para a geração de energia térmica.

O CSA demonstrado no presente artigo, é obtido através da inserção de tubos de cobre em formato serpentino e um pavimento asfáltico, construído dentro de uma bancada de madeira. Por ser um experimento em pequena escala e em nível laboratorial, teve-se por objetivo demonstrar uma aplicação conjunta da camada de revestimento asfáltico com tubos de cobre para a geração de energia térmica.

2. COLETOR SOLAR ASFÁLTICO

A utilização do coletor solar asfáltico representa três benefícios: quando possível realizar a extração, armazenamento e restaurar o calor que se acumula nos pavimentos asfálticos com uma eficiência razoável, e baixo custo, representa uma fonte interessante de energia para o aquecimento de edifícios. O calor armazenado e o sistema de tubos também poderiam ser usados para manter as estradas livres de neve e gelo no inverno. Ao extrair calor no verão, as altas temperaturas no pavimento asfáltico são reduzidas, o que aumenta a resistência ao sulco (PascualMuñoz, Castro- Fresno, Serrano-Bravo, & Alonso-Estébanez, 2013; van Bijsterveld, Houben, Scarpas, & Molenaar, 2001).

O coletor solar asfáltico (CSA) é um sistema de geração de energia térmica através do aquecimento de um fluido, geralmente água, que circula através de tubos de cobre ou alumínio que são inseridos em pavimentos asfálticos, removendo o excesso de temperatura, absorvida pelo pavimento, devido a irradiação solar (Bobes-Jesus et al., 2013; Pascual-Muñoz et al., 2013; Shaopeng et al., 2011). Vários estudos vêm sendo realizados sobre o CSA, principalmente buscando configurações e aprimoramentos de características geométricas e propriedades dos materiais utilizados para uma melhor eficiência do mesmo.

Pavimentos asfálticos, sem modificações, podem chegar a temperaturas internas de 60 a 70°C, em dias quentes e ensolarados do verão, devendo-se a isto as suas características térmicas de absorção de calor, bem como sua capacidade de retenção de temperatura absorvida, mesmo após o anoitecer (Chen, Wu, Wang, & Zhang, 2011; Shaopeng et al., 2011; van Bijsterveld et al., 2001). Ao circular água dentro dos tubos, ocorre uma trocar de calor, devido ao gradiente de temperatura do pavimento, proveniente da incidência solar e do fluido que circula nos tubos, provocando o aumento da temperatura do fluído e uma queda na temperatura do pavimento (Bobes-Jesus et al., 2013).

Pavimentos asfálticos possuem a capacidade de absorver 40MJ/m² de radiação solar por dia, o que acarreta no aumento da temperatura de sua estrutura, sendo assim, pode representar um auxiliar no desenvolvimento sustentável, reduzindo a poluição e gerando uma energia sustentável (Dezfooli, Nejad, Zakeri, & Kazemifard, 2017).

Utilizando-se sistemas como o CSA tem-se uma eficiência mais baixa em comparação com os painéis

artigos

coletores solares clássicos, no entanto os materiais utilizados num coletor no pavimento apresentam menor custo (Vuye, Guldentops, Rahbar, Nejad, & Van den bergh, 2016). Contudo, a utilização desta energia térmica proveniente destes sistemas ainda é incerta, pois modelos em maior escala ainda não foram estudados completamente, bem como a aplicabilidade, em determinadas situações, de água circulante no sistema, com baixas temperaturas colhidas.

Para melhorar a eficiência do sistema as pesquisas estão buscando o melhoramento da mistura asfáltica utilizada, com adição de aditivos, agregados e fibras (MALLICK; CHEN; BHOWMICK, 2012). Somado a isso, a variação da taxa fluxo, irradiação, disposição e espessura de tubos, dimensões do sistema também influenciam em um melhor desempenho do coletor (Alonso- Estébanez, Pascual-Muñoz, SampedroGarcía, & Castro-Fresno, 2017).

3. MÉTODO

Desenvolveu-se um coletor solar com dimensões 1m X 0,60m X 0,15m, moldado em uma bancada de madeira e inseridos tubos de cobre de 20mm de diâmetro externo disposto em forma serpentina, com afastamento de 15cm entre os tubos e 10cm da lateral do protótipo. Na Figura 1, tem-se as configurações geométricas do sistema

a uma placa Arduíno UNO R3. Ligado também a placa Arduíno, para realizar medições e o controle do sistema, utilizou-se quatro sensores de Temperatura DS18B20 à prova d’água, localizados na entrada e saída da tubulação, no reservatório e no centro do coletor solar na altura dos tubos, conforme pode ser observado na Figura 1. Utilizouse também um sensor de fluxo de água C ½ polegadas – 1 a 30 l/min, para monitoramento da constância da vazão.

Um programa de controle do CSA foi desenvolvido a partir do compilador Arduíno Software (IDE) versão 1.8.13. A lógica desenvolvida, a partir da linguagem C++, foi o acionamento da bomba por um minuto a cada quatro minutos, onde durante o acionamento da bomba, foram realizadas leituras de temperatura e vazão e feita sua média, e ao final do ciclo, registradas no programa PLX-DAQ desenvolvido em uma planilha Excel. Assim, desenvolveuse as análises de variação de temperatura para diferentes vazões de água no sistema, conforme demonstradas no item de resultados e discussões.

4. MONTAGEM COLETOR SOLAR ASFÁLTICO

O sistema foi construído sobre uma bancada de madeira com rodas, que permitiam a sua locomoção. O mesmo sistema de locomoção já foi utilizado em estudo desenvolvidos por Mallick; Chen; Bhowmick (2012). Moldou-se três camadas de 5cm cada. As duas primeiras camadas são compostas somente pela mistura asfáltica. Para cada camada de 5cm moldada foram utilizados 2 sacos de mistura asfáltica de 25kg, que foram, despejados, distribuídos uniformemente e compactados.

Figura 1 – Geometria Coletor Solar Asfáltico

Para a moldagem utilizou-se o asfalto ensacado comercial da empresa Rio Grande Asfaltos de Carazinho – RS. A mistura utilizada se enquadra nas especificações da faixa C-DNIT, com um teor de betume 5,7%, Estabilidade 979kgf, Fluência 3,5mm e densidade aparente 2,347 g/cm³.

Como reservatório de armazenamento de água, utilizou-se uma caixa de isopor de capacidade máxima 50L. A circulação da água foi realizada por uma bomba água com potência 32W, frequência 60Hz, e vazão máxima de 12 l/min, controlada por um módulo Relé 5V 10A 1 Canal - SRD05, ligado

Sobre a segunda camada, após a compactação da mesma, inseriu-se o tubo de cobre que em formato serpentina, que junto com a mistura asfáltica formou a terceira e última camada. Após a montagem foram inseridos os sensores na entrada e saída da tubulação, bem como no ao centro do coletor na posição 30x50cm. A Figura 2a apresenta a conferencia da segunda camada onde foi inserido o tubo de cobre. A Figura 2b apresenta o tubo inseridos sobre a segunda camada.

A Figura 3 apresenta o coletor solar asfáltico com os sensores instalados, e os tubos ligados ao reservatório. Consegue-se observar na foto a ligação dos sensores de temperatura na entrada e saída dos tubos de cobre, bem como ao centro do coletor.

A B

Figura 2 – conferencia nível da segunda camada

Figura 2 – Inserção do tubo de cobre

Figura 3: CSA operante

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5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Ao realizar a circulação de água com vazão de água de 12, 9 e 6L/min diferentes variações de temperatura forma encontradas. O Figura 4 apresenta a temperatura final do reservatório e a variação da temperatura da água ao longo do dia com vazão de 12l/min. O dia com maior variação da temperatura do reservatório, 18,22°C, foi o terceiro dia com maior aquecimento da água. O dia com menor variação, 10,66°C, foi o 8° dia com maior aquecimento para a vazão de 12l/min. Em média, a variação de temperatura inicial e final ao longo do período analisado foi de 14,02°C. Observa-se que o volume de água representou os melhores aquecimentos da água no reservatório.

As maiores variações de temperatura ocorreram com um volume de água no reservatório de 20L, o que acabou colocando estes dias como o segundo e terceiro dia com maior aquecimento. Um ponto a ser considerado, que mesmo apresentando as variações na temperatura da água do reservatório, é que a temperatura inicial da água, no dia analisado, também contribuiu para que o coletor tivesse um bom rendimento.

inicial da água, não foi a mais elevada. O dia 01/10/2020 teve a maior temperatura inicial de circulação da água no reservatório, sendo o 4° dia com maior aquecimento de água e o dia com menor variação de temperatura na casa dos 8,15°C.

Figura 4: Variação e temperatura final da água no reservatório - vazão 12l/min

A Figura 5, apresenta a relação entre o aquecimento da água no reservatório e a variação da temperatura da água em graus Celsius ao longo do período das 9 horas às 18 horas para a vazão de 9l/min. Em média, considerando os dias analisados com vazão de 9l/min, a água foi aquecida 13,94°C. Variações maiores comparado com as análises realizadas na vazão de 12l/min foram encontradas. O dia 20/10/2020 apresentou uma variação da água no reservatório de 17,87°C, no dia que também representou o dia com maior aquecimento da água no reservatório. Neste dia é observado que a temperatura

Figura 5: Variação e temperatura final da água no reservatório - vazão 9l/min

A Figura 6, apresenta a variação de temperatura da água durante o período de coleta para a vazão de 6l/min. Em média, a variação entre o início e o fim do período analisado foi de 12,62°C. O dia com maior variação de temperatura inicial e final da água foi o oitavo colocado na temperatura do reservatório, contudo a água foi aquecida em 14,59°C ao longo do período de análise (9h às 18h).

Figura 6: Variação e temperatura final da água no reservatório - vazão 6l/min

Os dias que apresentaram a maior temperatura final da água no reservatório, foram os que tiveram a menor variação de temperatura da água ao longo do dia com 11,97 para 24/11/2020 que apresentou um aquecimento final de 42,47°C e 10,94°C para 23/11/2020 que apresentou um aquecimento final de 10,94°C., o que pode ter sido influenciado, pois apresentavam a maior temperatura inicial da água no reservatório.

6. CONCLUSÃO

O presente trabalho buscou elucidar o processo de montagem e monitoramento de um coletor solar asfáltico. A revisão na literatura, embora tendo diversos estudos, ainda traz lacunas que precisam ser preenchidas.

O processo de monitoramento leve em consideração os principais pontos de medição já utilizados por outros autores, contudo a utilização do Arduíno como uma forma barata e pratica é interessante. O trabalho desenvolvido também mostra que o aquecimento ocorre em média de 13,52°C ao longo do dia, o que já torna possível a sua utilização para fins residenciais com uma temperatura final entre 29,10°C e 42,47°C. A variação do volume da água no reservatório e da vazão fizeram com que o coletor obtivesse melhores coletas de temperatura, no entanto a radiação solar global e a temperatura externa foram determinantes para o aquecimento final da água.

Conclui-se assim que a montagem do coletor solar é fácil, requer poucos materiais podendo ser facilmente instalado em residências ou locais onde busca-se um sistema de aquecimento de água alternativo.

A variação do volume da água no reservatório e da vazão fizeram com que o coletor obtivesse melhores coletas de temperatura, no entanto a radiação solar global e a temperatura externa foram determinantes para o aquecimento final da água.

Conclui-se assim que a montagem do coletor solar é fácil, requer poucos materiais podendo ser facilmente instalado em residências ou locais onde busca-se um sistema de aquecimento de água alternativo. Mesmo em pequena escala, o CSA mostra o potencial para a geração de energia térmica, sendo, contudo, mais estudos necessários para sua aplicação em grande escala.

REFERÊNCIAS

ALONSO-ESTÉBANEZ, A. et al. 3D numerical modelling and experimental validation of an asphalt solar collector. Applied Thermal Engineering, v. 126, p. 678–688, 2017.

BOBES-JESUS, V. et al. Asphalt solar collectors: A literature review. Applied Energy, v. 102, p. 962–970, 2013.

CONFEDERAÇÃO NACIONAL DO TRANSPORTE – CNT. Anuário CNT do Transporte: Estatística consolidadas. 2018. Disponível em: <http://anuariodotransporte.cnt.org.br/2018/Rodoviario/1-1-/ Principais-dados>. Acesso em: 1 jun. 2019.

CHEN, M. et al. Study of ice and snow melting process on

conductive asphalt solar collector. Solar Energy Materials and Solar Cells, v. 95, n. 12, p. 3241–3250, 2011.

DEZFOOLI, A. S. et al. Solar pavement: A new emerging technology. Solar Energy, v. 149, p. 272–284, 2017.

GAO, Q. et al. Experimental study of slab solar collection on the hydronic system of road. Solar Energy, v. 84, n. 12, p. 2096–2102, 2010.

MALLICK, R. et al. Evaluation of the potential of harvesting heat energy from asphalt pavements. International Journal of Sustainable Engineering, v. 4, n. 2, p. 164–171, 2011.

MALLICK, R. B.; CHEN, B. L.; BHOWMICK, S. Harvesting heat energy from asphalt pavements: development of and comparison between numerical models and experiment. International Journal of Sustainable Engineering, v. 5, n. 2, p. 159–169, 2012.

MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Balanço Energético Nacional 2019. p. 303, 2019.

MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Resenha Energética Brasileira. Ministério de Minas e Energia, p. 31, 2018.

MOREIRA, J. R. S. Energias Renováveis, geração distribuída e eficiência energética. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.

NASIR, D. S. N. M.; HUGHES, B. R.; CALAUTIT, J. K. Influence of urban form on the performance of road pavement solar collector system: Symmetrical and asymmetrical heights. Energy Conversion and Management, v. 149, p. 904–917, 2017.

PASCUAL-MUÑOZ, P. et al. Thermal and hydraulic analysis of multilayered asphalt pavements as active solar collectors. Applied Energy, v. 111, p. 324–332, 2013.

PEREIRA, E. B. et al. Atlas Brasileiro de Energia Solar. 2. ed. São José dos Campos: INPE, 2017.

SAAD, H. E. et al. The effect of the environmental parameters on the performance of asphalt solar collector. Ain Shams Engineering Journal, 2019.

SABLE, A. Experimental and economic analysis of concrete absorber collector solar water heater with use of dimpled tube. Resource-Efficient Technologies, v. 3, n. 4, p. 483–490, 2017. S

HAOPENG, W.; MINGYU, C.; JIZHE, Z. Laboratory investigation into thermal response of asphalt pavements as solar collector by application of small-scale slabs. Applied Thermal Engineering, v. 31, n. 10, p. 1582–1587, 2011.

VAN BIJSTERVELD, W. T. et al. Using Pavement as Solar Collector: Effect on Pavement Temperature and Structural Response. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, v. 1778, n. 1, p. 140–148, Jan. 2001.

VUYE, C. et al. Analysis of a heat exchanging asphalt layer using a finite element approach. Proceedings of 6th Eurasphalt & Eurobitume Congress. Anais...Czech Technical University in Prague, 30 jun. 2016Disponível em: <http://guarant.topinfo.cz/ee2016/download/proceedings/data/ c361.html>

ZHOU, Z. et al. Effectiveness of pavement-solar energy systemAn experimental study. Applied Energy, v. 138, p. 1–10, 2015.

Prata da Casa

Desenvolvimento de Sistema on-line para AET - Autorização Especial de Trânsito

1.

A

presente narrativa apresenta a trajetória das equipes da Superintendência de Transporte de Cargas (STC) e Superintendência de Tecnologia da Informação (STI) na elaboração de um Sistema on-line para solicitação e emissão de AET (Autorização Especial de Trânsito) aos veículos e combinações de veículos de carga. O processo inicia quando o sistema é alimentado pelo requerente com informações cadastrais e dados técnicos da sua frota, e, após análise e aprovação do DAER, finaliza com a AET liberada para impressão, com a garantia de autenticidade por QR-CODE.

INTRODUÇÃO

O Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem (DAER) tem como missão gerir o Sistema Rodoviário Estadual, garantindo sua mobilidade e segurança, com integração às rodovias municipais, federais e outros modais, para promover o desenvolvimento da sociedade através do transporte de pessoas e cargas. Além disso, seus valores primam pelo foco nos resultados para a sociedade, para o servidor, na sustentabilidade, na credibilidade e na transparência.

Indo ao encontro da missão e dos valores do

Departamento e dentro das atribuições e competências da Superintendência de Transporte de Cargas, vinculada à Diretoria de Operação Rodoviária, em 2015, iniciaram-se as pesquisas das possibilidades de melhorias no processo de solicitação, análise e emissão de Autorizações Especiais. Nesse sentido, o intuito foi torná-lo ágil, eficaz e imparcial. Naquele momento, as soluções aventadas conduziam para a contratação via licitação de empresa ou consórcio de empresas, desenvolvimento pelas equipes do Centro de Tecnologia da Informação e Comunicação do Estado do Rio Grande do Sul (PROCERGS), ou, ainda, pelos especialistas rodoviários do DAER, através da STI, sendo esta a última alternativa contando com a disponibilidade de recursos de armazenamento em banco de dados da PROCERGS.

Diná Fernandes

Superintendência de Transporte de Cargas- DAER

Rogério Carbonera da Silva Superintendência de Tecnologia da Informação - DAER

2. BREVE HISTÓRICO

Em 2021, ainda sob os efeitos da pandemia do coronavírus, em que o transporte de cargas teve substancial crescimento através do modal rodoviário, a Superintendência de Transporte de Cargas vislumbra o momento de retomada do desenvolvimento do Sistema on-line para solicitações das Autorizações Especiais de Trânsito.

Originalmente todo processo de solicitação das autorizações era realizado através de expedientes físicos, em que os interessados encaminhavam requerimento preenchido

manualmente. Nele, constavam cópias da documentação da empresa, de procurações, do licenciamento dos veículos, licenciamento ambiental, Anotação de Responsabilidade Técnica (ART), Croquis, Projetos Técnicos, entre outros exigidos na legislação federal, principalmente através do Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN) e das Normativas do DAER, tendo em vista as particularidades das rodovias sob sua jurisdição. Todas as informações encaminhadas eram analisadas e transcritas por servidores para um sistema interno do DAER, que, então, gerava o documento a ser impresso.

Figura 1 – Pesquisa e inserção de informações cadastrais

Figura 2 – Pesquisa e inserção de dados técnicos

Prata da Casa

Figura 3 – Exemplo de AET emitida até dezembro de 2021

Naquela condição, havia o dispêndio com papel, gráfica e impressoras. E a necessidade de deslocamento dos requisitantes à sede do Departamento ou às Superintendências Regionais, conforme a modalidade requerida, para retirada

da AET aprovada e assinada manualmente por um especialista rodoviário, em dias e horário de expediente do Departamento. Além disso, era muito difícil controlar, manter e garantir ordenamento na fila de processos.

Figura 4 – Relação de placas vinculadas à AET

Figura 5 – Relação de percursos permitidos a AET

A primeira evolução nesta sistemática deu-se em 2016 com a implantação do sistema PROA- Processos Administrativos Eletrônicos no Estado, uma vez que a utilização e movimentação de papel foi drasticamente reduzida. Porém, no tocante às Autorizações Especiais, apenas houve a alteração no modo de armazenamento das informações, uma vez que toda documentação passou a ser digitalizada pelos requerentes e anexada ao respectivo PROA pela equipe de protocolo do Departamento.

Ainda neste período, a STC e a STI iniciaram os estudos para implantação do Sistema on-line para as Autorizações Especiais de Circulação (AECs), restritas a ERS-389 (Estrada do Mar). A implantação ocorreu em 2018, juntamente com as Autorizações Especiais de Trânsito (AETs), para a modalidade Combinação para Transporte de Veículos (CTV) e Combinação para Transporte de Veículos e Cargas Paletizadas (CTVP), popularmente conhecidos como cegonheiros, por se tratarem de autorizações de menor complexidade, tanto para análise, quanto para o desenvolvimento pela STI.

Os testes finais para a implantação do Sistema online, contemplando todas as modalidades de veículos e composições de veículos de carga, aconteceram em dezembro de 2021 e contaram com a colaboração da sociedade, através de representantes e responsáveis técnicos de empresas que usualmente solicitam AET.

Disponibilizado ao público em janeiro de 2022 passou, portanto, a atender todas as solicitações de AET para

Combinações de Veículos de Carga (CVC), entre elas o transporte de Carga Viva; Indivisíveis de maior complexidade (ex.: pás eólicas, transformadores, etc); CTV/CTVP; veículos para transporte de produtos perigosos, entre outros.

Uma avalanche de cadastramentos de empresas aconteceu imediatamente após seu início, o que corroborou com a premissa inicial relativa à agilidade que a informatização do processo proporciona, uma vez que o número de solicitações de AETs aumentou de forma expressiva, figura 6, mostrando o crescimento do transporte de cargas no modal rodoviário e a necessidade do órgão acompanhá-lo.

Em decorrência dos ajustes intrínsecos a uma mudança de tamanha amplitude, adotou-se como procedimento inicial a absorção de toda a demanda, incluindo aquela originalmente atribuída às Superintendências Regionais, pela STC, na sede do DAER, em Porto Alegre.

Meses após reconhecida a estabilidade do sistema, a modalidade indivisível sem exigência de responsável técnico, indicada no Art. 20º da Decisão Normativa 113/2018 do Departamento, volta a ser atendida pelas Regionais, em julho deste ano, vislumbrando a esperada celeridade do processo.

3. INFORMATIZAÇÃO DO PROCESSO

A parceria entre a STC e a STI na elaboração da ferramenta permitiu a adequada verificação das informações

Figura 6 – Página inicial novo Sistema on-line

Prata da Casa

encaminhadas pelas empresas e seus responsáveis técnicos, assegurando a isonomia do processo como um todo. Dentre as ferramentas, o Sistema on-line permite que alguns cadastros sejam feitos através de consultas, evitando que o usuário precise digitar todas as informações, tais como CNPJ e veículos (convênio DETRAN).

Além disso, para a garantia de isenção nos encaminhamentos, foram instituídas filas no atendimento às análises cadastrais e técnicas, por modalidade.

A mão de obra dos servidores, destinada, por exemplo, à consulta ao sistema de arrecadação para verificação de pagamentos e eventuais inadimplências dos requerentes, foi eliminada, pois o Sistema on-line informa e registra toda a movimentação no histórico do processo. Isso permite o posicionamento da solicitação, em fila de análise, somente após a devida quitação da guia correspondente ao serviço.

O Sistema on-line também registra as atividades de aprovação e reprovação de cadastros e de solicitações técnicas encaminhando-as diretamente para o e-mail dos usuários evitando a necessidade de consulta ao andamento da solicitação a todo o momento, e no caso de rejeição por parte do DAER, possibilita a rápida correção pelo requerente.

Figura 7 – Pesquisa de Empresa/Proprietário para análise

Figura 8 – Pesquisa Veículos Tracionadores

Figura 9 – Pesquisa Veículos Tracionados

Figura 10 – Análise de solicitação por fila e por modalidade

Figura 11 – Veículo adquirido para análise

Figura 12 – Nova apresentação AET

Figura 13 – Relação de placas vinculadas a nova apresentação de AET

4. CONSEQUENTES MELHORIAS ATRIBUÍDAS AO PROCESSO

A expectativa da Superintendência de Transporte Cargas de dinamizar os procedimentos relativos ao processo, bem como incentivar a regularidade e

Figura 14 – Relação de percursos permitidos a AET nova apresentação de AET

segurança no transporte de cargas no Estado, vem sendo concretizada com a implantação do Sistema on-line.

Nesse contexto, e considerando igualmente os anseios da sociedade, especialmente relacionados ao custo do transporte, deu-se início aos estudos para revisão das taxas, originalmente atribuídas à emissão destas autorizações pelo DAER. Essa análise tem como base os dados e critérios utilizados pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), tendo em vista a expertise do órgão federal no assunto.

É uma solicitação antiga e que, neste momento, justifica-se pela evidente mudança estrutural que o Sistema on-line proporcionou e que, certamente, implicará na redução dos custos atribuídos ao serviço.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A informatização do processo de solicitação e emissão de Autorizações Especiais de Trânsito, através da implantação do Sistema on-line, veio ao encontro da iminente necessidade do DAER de ampliar sua capacidade de atendimento para abarcar a demanda relacionada ao transporte de cargas nas rodovias de sua competência, bem como ofertar um serviço que efetivamente tenha abrangência nacional.

A repercussão inicial do Sistema on-line já desencadeou uma importante visibilidade ao Estado, resultando, inclusive, em uma proposta de parceria apresentada pelo sindicato da categoria, o Sindicato dos Transportadores de Carga do Rio Grande do Sul (SETCERGS), nos moldes de um Termo de Cooperação.

Prata da Casa

Nesse cenário, o DAER teve a oportunidade de divulgar o sistema na 22ª TRANSPOSUL – Feira Congresso de Transporte e Logística. Certamente o trabalho realizado pelo DAER, no universo das inúmeras competências atribuídas ao órgão, e em meio a tantas restrições presentes, evidenciou a capacidade de contribuição da instituição no desenvolvimento social e econômico do Estado.

Figura 12 – Estande do DAER na TRANSPOSUL para divulgação do Sistema on-line

Aplicação de um método de análise de ativação do ligante asfáltico de um rap convencional

Enacor

Em vista da crescente demanda na manutenção e recuperação das rodovias brasileiras e o elevado custo para execução e manutenção, busca-se por soluções técnicas que sejam economicamente viáveis e ambientalmente corretas de manutenção e reciclagem dos pavimentos asfálticos envelhecidos e deteriorados. No Brasil, uma das técnicas de manutenção de rodovias mais empregadas é a da fresagem, a qual realiza a retirada de parte do revestimento deteriorado, o fresado, também conhecido como RAP (do inglês, Reclaimed Asphalt Pavement), onde, posteriormente, executam-se as manutenções necessárias. O material gerado pela fresagem ainda não é muito utilizado em misturas com materiais virgens, misturas estas que poderiam baixar os custos com uso de ligantes asfálticos e, também, diminuir o uso de materiais não renováveis extraídos da natureza. Em vista disso, essa pesquisa objetivou realizar um estudo sobre a aplicação da metodologia proposta por Pires (2018), com adaptações de Gaspar (2019), para um RAP de ligante convencional, buscando determinar a temperatura de reativação deste ligante, com foco em determinar, por meio do parâmetro DoA (Degree of Binder Activity), qual a porcentagem do ligante asfáltico presente no material estudado pode ser considerado como ativo, para um posterior possível uso em novas misturas. Por meio da metodologia, encontrou-se uma temperatura de ativação do ligante em torno de 155°C e um DoA de 87,85%. Assim, pela determinação do potencial de um RAP, baseado também em outros estudos da literatura, seria possível a sua reutilização em revestimentos asfálticos novos, preservando os recursos naturais virgens e diminuindo custos de manutenção.

1. INTRODUÇÃO

Em razão do elevado custo para a manutenção dos pavimentos asfálticos, atualmente, tem-se estudado diversas alternativas técnicas e tecnologias ambientalmente corretas na indústria da pavimentação asfáltica, para que, assim, seja possível fazer reuso dos resíduos gerados pela reciclagem dos pavimentos, estes conhecidos como pavimentos asfálticos reciclados ou Reclaimed Asphalt Pavement (RAP). No Brasil, uma técnica muito utilizada na recuperação das rodovias deterioradas é a da fresagem dos revestimentos asfálticos, a qual consiste na retirada de parte da camada de revestimento do pavimento antigo onde, após, é realizada a manutenção da via por outra camada nova de revestimento. A fresagem dos revestimentos asfálticos gera uma grande quantidade de resíduos, os quais ainda não possuem uma destinação correta. Com isso, é difícil encontrar locais de bota-fora legalizados para armazenamento do material, permanecendo esse à beira das rodovias.

Pedro Guilherme Fochesatto Klein Estudante de Engenharia Civil: Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões

Roberta Centofante Professora de Engenharia Civil: Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões

Lucas Festugato Professor de Engenharia Civil: Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Na pavimentação asfáltica das rodovias, há um aumento na demanda de matéria prima para as novas obras e na manutenção das vias já existentes, com isso, os recursos naturais estão cada vez mais escassos e, assim, alternativas técnicas para o uso de novos materiais, como é o caso dos resíduos da fresagem dos pavimentos, têm por objetivo diminuir a exploração de novos recursos naturais (BATISTA, 2016). Desta forma, há diversos autores testando e aplicando tecnologias e técnicas em diferentes fontes de RAP, como é o caso da metodologia de Pires (2018), que propõe um método de análise do grau de ativação do ligante, o Degree of Binder Activity (DoA).

O método proposto por Pires (2018), que posteriormente teve adaptações de Gaspar (2019), tem como objetivo elaborar uma técnica na qual seja possível classificar diferentes RAP’s conforme a facilidade ou dificuldade de ativar e mobilizar o ligante asfáltico presente nestes. Segundo Pires (2018), o valor do DoA% obtido de um RAP representa a porcentagem sobre o teor de ligante que esse RAP possui, o qual pode ser considerado como ativo em uma nova mistura.

Levando em consideração a busca para aumentar índices de reutilização do RAP agregando valor a esse resíduo, aliado aos benefícios ambientais, este trabalho teve por objetivo estudar e aplicar a metodologia proposta por Pires (2018) na determinação do DoA%, e da temperatura que alcança a ativação de 100% do ligante asfáltico do material, em um RAP com ligante convencional CAP 50/70 proveniente da restauração da rodovia RS 400, fresado no munícipio de Candelária – RS em trecho próximo ao km 8, onde, segundo o Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem (DAER/ RS), o material tinha cerca de 10 anos de uso, tendo sido submetido ao envelhecimento e ao tráfego frequente de veículos.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Atualmente, as más condições de conservação das rodovias brasileiras constituem uma realidade normal. De acordo com a pesquisa da CNT (2021), que avaliou 109,103 mil quilômetros das rodovias brasileiras pavimentadas, constata-se que 52,2% dos pavimentos apresentam deficiências, onde foram classificados, 30,6% sendo pavimento regular; 15,8%, sendo ruim, e 5,8% avaliado como péssimo. Esses dados demostram a grande problemática enfrentada no país no que diz a respeito a problemas de infraestrutura nas rodovias pavimentadas.

De acordo com Bernucci et al. (2008), a durabilidade e qualidade de trafegabilidade de um pavimento depende

dos projetos e da execução adequada dos mesmos. Os principais defeitos observados nos pavimentos asfálticos são as deformações elásticas e plásticas, em que a primeira é classificada como uma deformação recuperável e a outra permanente. Diante disso, evidencia-se que grande parte dos defeitos nos revestimentos asfálticos está relacionado às deformações permanentes, fadiga do material e ação climática.

Diante do elevado número de rodovias pavimentadas, da alta demanda de recuperação dessas, e pelos altos custos demandados para sua conservação e restauração, há uma preocupação devido ao elevado uso de recursos naturais não renováveis que são empregados, como por exemplo, o Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) e os agregados. Com isso, diversos estudos vêm sendo feitos para buscar uma solução para reutilização de pavimentos asfálticos deteriorados (SILVA, 2013; CENTOFANTE, 2016; CANCHANYA, 2017; BOHN, 2017; MAIA, 2019), de modo a compreender por meio de ensaios, o comportamento do material, de tal maneira que seu uso proporcione as condições mínimas de desempenho, para que seja possível a sua reutilização em misturas. Neste contexto, Pires (2018) e Gaspar (2019) estudaram as potencialidades do agregado reciclado e desenvolveram metodologias e estudos para a determinação da ativação dos ligantes presentes nos materiais fresados, conhecido como o índice DoA (do inglês, Degree of binder Activity).

O índice DoA indica a quantidade mínima de ligante RAP ativo que pode ser considerado por um projetista, o valor desse índice dependerá do tipo de RAP e das condições associadas ao seu uso, tais como temperatura, tempos de condicionamento e mistura (LO PRESTI et al., 2019). Além disso, o ligante ativo, determina, à quantidade de aglutinante envelhecido que não precisa ser substituído por um novo agente. De acordo com Pires (2018), se um RAP contendo 6% de teor de ligante, por exemplo, for considerado tendo um DoA de 75%, 4,5% do ligante presente nesse, pode ser considerado ativo em uma nova mistura.

Desta forma, determinar o DoA do material, se torna crucial para obter misturas que atendam a padrões específicos de projeto e desempenho. Segundo Pires (2018), as metodologias de projeto de misturas visam estimar o teor ideal de ligante de uma mistura asfáltica, a qual pode ser diretamente afetada pelo DoA assumido. Com isso, conforme Gaspar (2019), o DoA propõe, classificar o material de acordo com a facilidade ou dificuldade para reativar e mobilizar o ligante oxidado presente no RAP, eliminando a necessidade de extração e recuperação do ligante para caracterizar o RAP.

Portanto, para que isso seja possível, analisa-se o efeito da temperatura como a principal variável para a ativação do ligante envelhecido, e a partir disso, identificar a temperatura que resulta na maior ativação para o processamento do material, ou seja, obtém-se o melhor que o material ainda tem a oferecer em relação a disponibilidade de ligante, o que possivelmente possibilitara uma melhor interação com outros materiais que pode ser incorporado na mistura.

3. METODOLOGIA

Para a determinação da temperatura ótima de trabalho do RAP utilizado, o presente trabalho utilizou o método de análise de ativação do ligante (DoA), proposto por Pires (2018), em um RAP proveniente de uma restauração da rodovia RS 400, no munícipio de Candelária – RS, que corresponde a um processo de fresagem de um RAP com ligante convencional – CAP 50/70.

É importante ressaltar que a metodologia utilizada por Pires (2018), adaptada posteriormente por Gaspar (2019), consiste em uma variação da metodologia proposta por Tebaldi et al. (2018), a qual utiliza um método a partir dos estudos de Campher (2012), cujo objetivo era criar um método simples para classificar diferentes RAP’s, conforme a facilidade ou dificuldade observada para ativar e mobilizar o ligante asfáltico oxidado presente nestes, utilizando equipamentos de laboratório convencionais.

3.1. Determinação do Degree of Binder Activity

Para fazer a determinação do DoA, primeiramente, analisou-se, os efeitos que a temperatura gera no material, como sendo a principal variável para ativação do ligante asfáltico envelhecido presente no RAP e, a partir disso, verificar qual foi a melhor temperatura que resultou na maior ativação do material, ou seja, determinado a melhor temperatura, obtém-se as melhores características que o material possa fornecer devido à disponibilidade de ligante que está presente nele e, com isso possivelmente o mesmo poderia ter uma melhor interação com outros materiais que possivelmente possam ser incorporados em uma mistura. O índice DoA foi determinado por meio do protocolo proposto por Pires, Lo Presti e Airey (2019) com algumas adaptações propostas por Gaspar (2019), conforme Figura 1. O procedimento realizado foi o de submeter amostras de 100% de RAP de diferentes temperaturas de condicionamento, ao ensaio de resistência a tração por compressão diametral.

Figura 1. Protocolo para determinação do DoA do RAP (KLEIN, CENTOFANTE E FESTUGATO, 2022).

Para os ensaios, a granulometria das amostras ensaiadas não foi controlada de forma individual, o material utilizado foi, em sua totalidade, passante na peneira 3/4”, sendo descartado o seu conteúdo retido, portanto, as amostras podem não ter apresentado uma distribuição granulométrica idêntica. O não controle da granulometria das amostras foi devido ao fato que, para uma aplicação de uso do método atual, o controle da granulometria do RAP para a sua reutilização na prática seria algo que acrescentaria um custo considerado alto e, por isso, não praticado.

Para realização dos ensaios, foram adotadas seis temperaturas de mistura e compactação das amostras (70°C, 100°C, 140°C, 155°C, 170°C e 190°C). Primeiramente, o RAP utilizado nas moldagens foi colocado em estufa a 40°C por 48 horas para a devida secagem do material. A temperatura de 40°C foi escolhida baseada no estudo de Gaspar (2019), tendo em vista que temperaturas maiores poderiam influenciar na ativação do ligante de forma prematura. Para o preparo e moldagens das amostras, o material foi condicionado em estufa nas temperaturas predeterminadas por, aproximadamente, 4 horas e, posteriormente, foram revolvidas manualmente. Após, foram moldadas 5 amostras por temperatura com, aproximadamente, 100 mm de diâmetro e 63,3 mm de altura em um compactador Marshall manual, com 50 golpes por face. Todas as moldagens foram realizadas em triplicata.

A densidade específica aparente das amostras compactadas (Gmb) foi determinada por pesagem hidrostática, segundo AASHTO T 166 (2021), e o volume de vazios calculado pela densidade máxima medida (Gmm). A determinação da temperatura de máxima ativação baseouse em análise conjunta de força (resistência a tração) e a compactibilidade das amostras (volume de vazios – Vv).

A análise de força foi realizada por meio do ensaio de resistência à tração por compressão diametral, seguindo preceitos da norma ASSTHO D6931 (2017). O teste consiste em aplicar forças de compressão diametralmente opostas nas amostras cilíndricas, com carregamento a 50 mm/ min, na temperatura de 25°C, previamente condicionadas por 24 horas. O ensaio de RT para obtenção dos resultados preliminares foi conduzido na prensa manual da marca Contenco para ensaios de compressão simples com anel dinamométrico e capacidade de 300 kgf, com dois extensômetros com resolução de 0,01 mm, disponibilizada pelo Laboratório de Solos da Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões Campus de Frederico Westhalen/RS (Figura 2).

A resistência à tração (RT, em MPa) dos resultados foi calculada de acordo com a Equação 1, na qual P é a força aplicada por unidade de espessura do cilindro e D é o diâmetro do cilindro.

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cada temperatura de ensaio (RTX°C) com o valor obtido para a temperatura de 170°C (RT170°C). Vale ressaltar, no entanto, que o autor considerou que a temperatura de 170°C é correspondente à ativação de 100% do ligante asfáltico presente no RAP, sendo que nessa temperatura se alcançaria o valor máximo de RT. Entretanto, conforme Gaspar (2019), Pinheiro (2017) e Teixeira (2017), nem sempre a máxima resistência é atingida na temperatura de 170°C e, quando isto ocorre, o cálculo do parâmetro DoA% é realizado de acordo com a Equação 3, na qual RTmáx é o valor máximo de RT obtido para toda a faixa de temperaturas analisada.

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A partir disso, a determinação do grau de atividade dos materiais também é analisada pela compactabilidade das amostras. Isso é possível em função de que a facilidade na compactação da amostra está relacionada à disponibilidade de ligante entorno dos agregados, que funciona como um lubrificante no contato agregado-agregado, facilitando a desinficação das amostras (GASPAR, 2019). Com isso, as temperaturas que apresentarem os maiores valores de RT e o menor volume de vazios foram assumidos como a máxima ativação, ou seja, 100% de DoA.

4. RESULTADOS

Nesta seção estão representados os resultados obtidos pela metodologia de determinação do DoA, onde essa constituiu em encontrar uma temperatura de ativação do RAP utilizado na pesquisa, ao qual foi realizado por meio da aplicação de parte do método de análise de ativação do ligante (DoA), proposto por Pires (2018), em um RAP com ligante convencional – CAP 50/70. Vale ressaltar que todos os ensaios realizados foram feitos em triplicata e, os resultados apresentados correspondem à média dos valores ensaiados.

4.1. Efeitos da temperatura no RAP

Para avaliação do grau de ativação o do ligante asfáltico, Pires (2018) utilizou o parâmetro DoA%, calculado seguindo a Equação 2, a qual relaciona o valor de RT obtido em

Para a realização da classificação, os procedimentos do método buscaram analisar os efeitos da temperatura, que é considerada como fator primário para ativação do ligante oxidado. O procedimento constituiu em submeter amostras de

Figura 2. Prensa manual (KLEIN, CENTOFANTE E FESTUGATO, 2022).

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100% RAP ao ensaio de resistência a tração por compressão diametral, moldadas com material condicionado a diferentes temperaturas. Na Figura 3 estão apresentados os resultados obtidos de RT para o RAP ensaiado nas temperaturas de condicionamento adotadas nesta pesquisa.

pode influenciar os resultados obtidos nos ensaios. No caso da oxidação, segundo Gaspar (2019), o enrijecimento do ligante asfáltico faz com que o material resista a maiores tensões, ocorrendo uma redução da resposta viscosa do material, o que pode afetar de forma diferente a sua resistência, fato que pode ser relevante para a compreensão de até que ponto o ganho da resistência é em função da ativação do ligante asfáltico.

A análise do grau de ativação do ligante asfáltico foi realizada pelo parâmetro DoA%, calculado por meio da Equação 2 e analisado a partir da RT. Os resultados obtidos estão apresentados na Figura 4.

Figura 3. Resultados de RT obtidos para amostras de RAP 100% (KLEIN, CENTOFANTE E FESTUGATO, 2022).

Analisando os resultados obtidos, a tendência observada foi de aumento da RT com o aumento da temperatura de condicionamento até 155°C. Esse resultado difere com o estudo de Pires (2018), onde o autor considerou que a 170°C (RT170°C) é alcançado uma ativação de 100% do ligante asfáltico presente no RAP, já que a essa temperatura se alcançaria o máximo valor de RT. Com isso, o ganho de resistência do material com o aumento da temperatura fornece um indicativo da quantidade de ligante asfáltico que foi ativado.

É possível observar, ainda, que a máxima ativação do ligante asfáltico presente no RAP estudado ocorre entre as temperaturas 140°C e 170°C, onde os valores médios de RT resultaram em 0,477 MPa e 0,472 MPa, respectivamente, já para a temperatura de 155°C observa-se que o material atingiu um pico mais elevado de resistência, que resultou em valores médios de RT de 0,531 MPa. Evidencia-se também que, após a temperatura de 170°C, a resistência caiu consideravelmente na temperatura de 190°C chegando a uma resistência à tração de 0,195 MPa.

Porém, ressalta-se que os resultados obtidos por Gaspar (2019) mostraram que nem sempre a máxima resistência será atingida na temperatura de 170°C, o que pode ficar evidenciado com os resultados obtidos nesta pesquisa, onde a máxima RT foi atingida na temperatura de 155°C. Outrossim, Pinheiro (2017) e Teixeira (2017) aplicaram procedimentos semelhantes para RAP’s modificados por polímeros e encontraram o pico de resistência das amostras a uma temperatura de 140°C. É importante destacar, ainda, que temperaturas excessivamente elevadas podem gerar outros efeitos, além da ativação do ligante, como a sua oxidação. Para os autores que utilizaram polímeros, a presença desses

O objetivo desse parâmetro, segundo Gaspar (2019), é representar a proporção de ligante ativado em cada temperatura de condicionamento ensaiada e, para isso, é fundamental a identificação do ponto em que o ligante asfáltico presente foi ativado (DoA% = 100%), servindo de referência para esse cálculo. Pela análise do gráfico é possível observar que o parâmetro DoA% atinge um valor máximo na temperatura de 155°C, com valor de DoA% de 87,85%, já nas temperaturas de 140°C e 170°C percebe-se que os valores de DoA% são bem semelhantes, sendo eles de 78,94% e 77,32%, respectivamente, apresentando uma queda brusca na temperatura de 190°C. Observando-se a grande variação nos resultados.

Referente à variação do volume de vazios (Vv), de acordo com as temperaturas de condicionamento do ensaio e sendo este um importante indicativo a ser analisado, visto que está relacionado com a facilidade ou dificuldade com que o ligante asfáltico presente no RAP é ativado, podendo ser um indicador da forma com a qual esse mecanismo ocorre, a Figura 5 demostra os valores médios obtidos de cinco amostras para cada condição. O método utilização para a obtenção do Vv foi o da pesagem hidrostática, seguindo a norma AASHTO T 166 (2021).

Figura 4. Resultados do parâmetro DoA% (KLEIN, CENTOFANTE E FESTUGATO, 2022).

Vale ressaltar que o método da pesagem hidrostática é bastante preciso para amostras com menos de 7% de vazios, sendo utilizado o método baseado nas dimensões da amostra (segundo a norma ASTM D3203-17) para misturas com mais de 10% de vazios, como a maior porcentagem de vazios ocorreu na temperatura de 70°C e foi de 6,95%, pode-se constatar que segundo a norma utilizada os valores obtidos nas amostras são bastante precisos.

Analisando os resultados encontrados, nota-se uma tendência na redução do volume de vazios com o aumento da temperatura, chegando ao seu pico máximo na temperatura de 155°C, ocorrendo o aumento de vazios após essa temperatura. A diminuição do Vv pode significar que os materiais foram compactados com maior facilidade conforme a temperatura aumentou, favorecendo a ativação do ligante, consequentemente atingindo o pico máximo de ativação. Segundo Gaspar (2019), com o ligante asfáltico ativado e com a viscosidade reduzida, o mesmo lubrifica as partículas do agregado e preenche os vazios ao longo da compactação, ajudando na diminuição do número de vazios da amostra. Com isso, identifica-se que nas temperaturas acima de 155°C, ao contrário desta ajudar na ativação do ligante na compactação, teve efeito contrário, podendo ter ocorrido à oxidação excessiva do ligante presente no RAP.

Portanto, analisando a compactabilidade das amostras ensaiadas nesta pesquisa, o grau de atividade dos materiais, infere na facilidade ou não da compactação das amostras, que está ligada à disponibilidade de ligante entorno dos agregados, que funciona na lubrificação entre os agregados, facilitando, a densificação da amostra. Por conseguinte, avaliando os resultados de resistência à tração e volume de vazios da amostra, obtidos pelos valores de uma parte da metodologia proposta por Pires (2018) e adaptada posteriormente por Gaspar (2019), é possível detectar uma faixa de máxima ativação do ligante, que está entre as

temperaturas de 140°C e 170°C, sendo que a temperatura de 155°C a que alcançou a máxima ativação do ligante.

5. CONCLUSÃO

Na determinação da temperatura ótima de ativação de um RAP, foco dessa pesquisa, observou-se o quanto a temperatura foi importante na mobilização do ligante asfáltico presente no material, fazendo com que esse tivesse uma melhor interação entre agregado-agregado e, consequentemente, uma melhor moldagem. A mobilização do ligante, e a consequente melhora dos resultados obtidos nos ensaios, para cada temperatura de condicionamento, demostra que o material, que na maioria das vezes é descartado, possui componentes nobres na sua composição ainda com potencialidade para reuso, como é o caso do ligante asfáltico. Por meio de uma metodologia e ensaios em laboratório, o ligante pode ser reativado, obtendo novamente algumas de suas propriedades, fazendo com que o asfalto fresado ganhe novamente uma melhor interação entre os agregados da sua composição e, consequentemente, uma melhora na capacidade de suporte mecânico. Seguindo os procedimentos da metodologia proposta por Pires (2018) e adaptada por Gaspar (2019), foi possível verificar, por meio dos resultados obtidos nos ensaios de RT e Vv, que conforme houve o aumento da temperatura das amostras compactadas, o volume de vazios das mostras diminuiu e a resistência à tração aumentou, até em um pico máximo para os dois ensaios na temperatura de 155°C. Encontrou-se valores aproximados nos resultados dos ensaio nas temperaturas de 140°C e 170°C, e uma queda elevada nos resultados para a temperatura de 190°C, que pode ter ocorrido pela elevada temperatura, que possivelmente tenha gerado a oxidação do ligante presente no RAP. Evidenciase que os resultados obtidos nos ensaios de RT e Vv para as amostras, possuem uma ligação, visto que, a diminuição do número de vazios devido a uma melhor ativação do ligante asfáltico presente no RAP, melhora a interação entre agregado-agregado, gerando consequentemente, melhores resultados de resistência à tração das amostras.

A temperatura de 155°C, que gerou os melhores resultados nos ensaios, demostra que o material estudado apresenta possíveis potencialidades para reutilização em outras misturas. A temperatura encontrada difere dos resultados obtidos pelo próprio Pires (2018), que considerou a temperatura de 170°C sendo a que mobiliza o ligante do material e alcança uma ativação de 100%, porém, Gaspar

Figura 5. Volume de vazios das amostras de RAP (KLEIN, CENTOFANTE E FESTUGATO, 2022).

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(2019) também estudou as potencialidades da ativação do ligante presente no RAP e obteve resultados que mostraram que nem sempre a máxima temperatura de ativação do ligante será a de 170°C.

Assim, conclui-se, com esta pesquisa, que o ligante asfáltico presente no RAP ensaiado, tem suas propriedades ativadas se condicionada a uma determinada temperatura, onde a temperatura que obteve a máxima ativação do ligante para o RAP ensaiado foi a de 155°C, sendo obtida uma resistência de tração do material de 0,531 MPa e DoA de 87,85%, demostrando, assim, que para a quantidade de ligante presente nesse RAP, 87,85% dele pode ser considerado como ativo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AASTHO (2021) ASSTHO T 166 - Standard Method of Test for Bulk Specific Gravity (Gmb) of Compacted Asphalt Mixtures Using Saturated Surface-Dry Specimens. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC.

AASTHO (2017) – AASTHO D6931 - Standard Test Method for Indirect Tensile (IDT) Strength of Asphalt Mixtures. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC.

BATISTA, R. S. Reciclagem do resíduo pela fresagem do concreto asfáltico. Monografia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2016.

BERNUCCI, L.B. et al. Pavimentação asfáltica –Formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro: PETROBRAS: ADEBA, 3ª Reimpressão, 2010.

BOHN, K. A. Avaliação de misturas asfálticas recicladas mornas com uso de ligantes convencionais e modificado por polímero. Dissertação Mestrado em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Maria, RS, 2017.

CANCHANYA, J. P. Avaliação do comportamento mecânico e reológico de mistura asfáltica com adição de 20% de material fresado: RAP. Dissertação de mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017.

CENTOFANTE, R. Estudo laboratorial da utilização de material fresado em misturas asfálticas recicladas à quente. Dissertação Mestrado em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Maria, RS, 2016.

CNT. Pesquisa CNT de rodovias 2021. Confederação Nacional do Transporte. Brasília, DF, 2021.

GASPAR, M. S. Mecanismos de ativação e interação entre ligantes na reciclagem asfáltica a quente e morna. Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2019.

LO PRESTI et al. On the degree of binder activity of reclaimed asphalt and degree of blending with recycling agents. Road Materials and Pavement Design, 2019.

MAIA, A. O. Avaliação da influência do Grau de Ativação do Ligante Asfáltico nas Propriedades do Agregado Fresado. Trabalho de Conclusão de curso (Graduação), Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.

MELO, J. V. S. Desenvolvimento e Estudo do Comportamento Reológico e Desempenho Mecânico de Concretos Asfálticos Modificados com Nanocompósitos. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina, SC, 2014.

PINHEIRO, H. L. Estudo da reativação de ligantes em misturas asfálticas visando o uso de 100% de RAP. Santa Maria: Universidade Federal de Santa Maria, 2017.

PIRES, G. M. A new methodology for the measurement of the reclaimed asphalt degree of binder activation. PhD Thesis, University of Nottingham, Nottingham, Inglaterra, 2018.

PIRES, G. M.; LO PRESTI, D.; AIREY, G. D. A practical approach to estimate the degree of binder activity of reclaimed asphalt materials. Road Materials and Pavement Design, p. 1-24, 2019. DOI: 10.1080/14680629.2019.1663244.

SILVA, E. S. Utilização de Resíduo de Fresagem de Pavimentos Asfálticos em Bases Estabilizadas Granulometricamente e em Revestimentos Asfálticos na Cidade de Manaus. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil, Universidade Federal do Amazonas, 2013.

TEBALDI, G. et al. Recommendation of RILEM TC237SIB on chohesion test os recycled asphalt. Materials and Structures, v. 51, n. 5, p. 117, 2018.

TEIXEIRA, C. C. Utilização do ITS test para a análise de misturas asfálticas com 100% de RAP. Santa Maria: Universidade Federal de Santa Maria, 2017.

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Avaliação

do

desempenho de pavimento semirrígido: segmento monitorado da SC-390, trecho Orleans – Pedras Grandes

Os solos saprolíticos de origem granítico-gnáissica são materiais abundantes no litoral de Santa Catarina e frequentemente empregados na construção de rodovias de baixo e médio volume de tráfego, porém apresentam grau resiliente de intermediário a elevado. Uma das alternativas para a melhor utilização deste tipo de solo na pavimentação é a estabilização química com cimento, que além de conferir melhorias ao solo, como aumento de resistência e rigidez, reduz os custos de implantação da pavimentação. Entretanto, as bases de solo estabilizado com cimento são propensas ao desenvolvimento de trincas causadas principalmente pela retração hidráulica e pelo fenômeno de fadiga. Em julho de 2015 foi concluída a pavimentação de um trecho de rodovia da SC-390 em Orleans/SC, cuja camada de base foi executada com solo saprolítico de origem granítica, estabilizado com 3% de cimento. Este artigo apresenta a avaliação da evolução da porcentagem da área trincada de um segmento da SC-390 que vem sendo monitorado de forma sistemática desde a sua abertura ao tráfego. O Objetivo do monitoramento é contribuir para o entendimento do comportamento deste tipo de material em pavimentos semirrígidos e para se buscar modelos de desempenho para um dimensionamento mais racional deste tipo de estrutura. Os levantamentos mostraram um bom desempenho da estrutura, não se observando trincas relacionadas com a fadiga da camada cimentada. Observa-se, todavia, o surgimento de trincas isoladas de retração hidráulica e em juntas longitudinais de execução.

1. INTRODUÇÃO

Os solos saprolíticos com origem de granitos e gnaisses são materiais abundantes no litoral de Santa Catarina, onde predomina o domínio de rochas do escudo cristalino, preponderantemente constituído por rochas metamórficas como granulitos e gnaisses (MARCON, 1996). Estes solos possuem baixo custo de exploração, baixas distâncias de transporte e valores satisfatórios de Índice de Suporte Califórnia (ISC), sendo frequentemente empregados na construção de rodovias de baixo e médio volume de tráfego, como reforço do subleito ou sub-base (VALLE,1994).

Entretanto, Valle (1994), ao realizar um estudo em pavimentos onde o solo saprolítico granítico- gnáissico foi empregado na camada de reforço de subleito e camada de sub-base, constatou que alguns destes tipos de solos apresentam grau de resiliência de intermediário a elevado, contribuindo para o trincamento precoce por fadiga da camada de revestimento asfáltico.

Com isso, a estabilização química do solo saprolítico

granítico-gnáissico com cimento surge como uma alternativa para o seu emprego racional na pavimentação de rodovias assentes em regiões de rochas do escudo cristalino em Santa Catarina. A adição de cimento confere ao solo melhorias como a redução na plasticidade, redução na expansibilidade e compressibilidade e aumento de resistência e rigidez (MAKUSA, 2013).

As bases de solo estabilizadas com cimento são propensas ao desenvolvimento de trincas, sendo que as duas principais causas desse trincamento são a retração hidráulica e a fadiga (AUSTST, 2012). Enquanto a retração hidráulica pode ser controlada durante o processo construtivo, o trincamento por fadiga acontece através da atuação de cargas dinâmicas sobre o pavimento, as quais induzem tensões e deformações críticas de tração na parte inferior da camada estabilizada. A resistência a fadiga destas camadas é muito sensível a sua espessura e rigidez, sendo o trincamento por fadiga o principal critério de dimensionamento de pavimentos com camadas cimentadas (SOLANKI E ZAMAN, 2014).

Com o objetivo de reduzir o custo de implantação de rodovias na região de embasamento cristalino, o então

Rachel Izidio de Farias Universidade do Extremo Sul Catarinense

Fernanda Matos Deucher Secretaria de Infraestrutura de Mobilidade de Santa Catarina

Glicério Trichês Universidade do Extremo Sul Catarinense

Departamento Estadual de Infraestrutura do Estado de Santa Catarina (DEINFRA/SC), atual Secretaria de Estado de Infraestrutura e Mobilidade – SEI, concluiu, em julho de 2015, a execução de um trecho de rodovia da SC-390, compreendido entre Orleans e Pedras Grandes, cuja camada de base foi executada com solo saprolitico melhorado com adição de 3% de cimento.

A rodovia foi aberta ao tráfego em julho de 2015. O monitoramento periódico e sistemático do desempenho deste trecho desde 2015 tem como objetivo contribuir para o entendimento do comportamento deste material em campo e fornecer parâmetros e diretrizes para o dimensionamento deste tipo de estrutura de pavimento no Brasil.

Nesse contexto, o objetivo deste artigo é avaliar o desempenho quanto à porcentagem de área trincada e afundamento de trilha de roda do segmento monitorado da rodovia.

2. ESTABILIZAÇÃO DOS SOLOS

A estabilização de solos para uso na pavimentação precisa apresentar melhoria das propriedades de resistência e expansibilidade dos solos, através de métodos físicos, químicos ou físico-químicos, para que atendam aos requisitos necessários para a sua aplicação em estruturas de pavimentos. Com isso, é possível reaproveitar materiais disponíveis na região de construção de um pavimento, diminuindo impactos ambientais e custos de implantação.

Oliveira (1994) afirma que os principais objetivos almejados com a estabilização de solos são: a melhora das características mecânicas do solo, como resistência à tração e resistência ao cisalhamento; a melhora da coesão; e a redução da porosidade e das variações de volume (retração e expansão devido à ação da água). Segundo o mesmo autor, a estabilização atua na textura e na estrutura dos solos através de três meios de ação: atuação na porosidade por meio da redução do volume de vazios; atuação na permeabilidade por meio do preenchimento dos vazios que não podem ser eliminados; e atuação na resistência mecânica através da cimentação entre os grãos.

Macedo (2004) destaca três tipos de estabilização de solos: granulométrica, química e mecânica. A estabilização granulométrica consiste na separação de frações granulométricas de um solo ou mistura de dois ou mais solos com diferentes frações granulométricas, buscando-se obter um material estável e bem graduado. A estabilização mecânica é realizada através da aplicação de uma energia

externa de compactação, alterando a permeabilidade e a compressibilidade dos solos. A estabilização química, segundo Oliveira (1994), é realizada adicionando-se ao solo produtos químicos ou subprodutos da indústria, os quais modificam suas propriedades através de reações físico-químicas entre os grãos ou pela criação de uma matriz cimentante que os envolve.

No entanto, devido à sua afinidade química com uma grande variedade de solos, o cimento Portland é o material mais utilizado para este tipo de estabilização (MACÊDO, 2004; PEREIRA, 2012). Tecnicamente, todo solo pode ser melhorado com a adição de cimento, exceto os que são ricos em mica e húmus. Além disso, cimento, cal e materiais asfálticos são alguns dos produtos químicos utilizados para a estabilização química de solos. Quanto aos subprodutos da indústria, destacam-se a escória de alto forno e a cinza volante.

Solos com elevada plasticidade necessitam de elevados teores de cimento e enérgicos equipamentos misturadores. Solos arenosos, por sua vez, requerem baixos teores de cimento, sendo os mais susceptíveis à estabilização (CERATTI, 1991). Os solos residuais de granito se enquadram no grupo de solos arenosos e de baixo IP.

2.1 Solo estabilizado com cimento

O solo estabilizado com cimento é uma mistura de solo, cimento Portland e água, onde é dividido em duas categorias: solo-cimento (SC) e solo melhorado com cimento (SMC). Segundo o Manual de Pavimentação do DNIT (BRASIL, 2006a), a distinção mais clara entre os dois materiais consiste no teor de cimento empregado nas misturas.

No solo cimento, o teor adotado normalmente é da ordem de 6% a 10%, já no solo melhorado com cimento, são adotados teores de 2% a 4% (BRASIL, 2006a). A estabilização de solos com pequenos teores de cimento é capaz de melhorar as propriedades de certos solos argilosos e materiais granulares impróprios para uso em camadas de subleito.

No caso de materiais granulares que contém uma quantidade considerável de finos, ela pode originar misturas que atendam às especificações para emprego em camadas de base e sub-base de pavimentos. Através deste tipo de estabilização, almeja-se uma redução da plasticidade dos solos, redução da expansibilidade, aumento da capacidade de suporte e estabilização de subleitos instáveis para a compactação de camadas subsequentes e circulação de equipamentos (HALSTED; ADASKA, 2008).

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2.2 Trincamentos em camada de materiais cimentados

Bases e sub-bases de pavimentos construídas com solos estabilizados com cimento possuem diversas características que contribuem para o bom desempenho da estrutura. A dosagem do agente estabilizador é normalmente determinada por critérios de resistência e/ou durabilidade aos quais a mistura final deve atender.

Porém, ocasionalmente, a dosagem requerida para atender a determinadas exigências pode originar camadas demasiadamente rígidas e propensas ao desenvolvimento de trincas (GEORGE, 2001).

Entretanto, não é somente o teor de cimento que afeta a tendência à iniciação e propagação de trincas, mas também fatores como, por exemplo, o tipo de material estabilizado, a umidade de mistura/compactação, o tempo e o procedimento de cura adotados (SEBESTA; SCULLION, 2004).

Conforme afirma George (2001), as trincas que surgem no revestimento de pavimentos com bases cimentadas podem ser oriundas de um ou mais dos seguintes fenômenos: trincas de retração originadas na base cimentada e refletidas para a superfície do pavimento; trincas de fadiga originadas na base cimentada e refletidas para a superfície do pavimento; trincas de fadiga originadas na face inferior do revestimento asfáltico e refletidas para a superfície; e trincas por retração térmica e/ ou envelhecimento do revestimento asfáltico, originadas na superfície.

Nos pavimentos semirrígidos, ou nas estruturas em que a camada de revestimento está apoiada e aderida a uma camada com rigidez maior ou de mesma ordem de grandeza do concreto asfáltico, geralmente o posicionamento da linha neutra do conjunto (base e revestimento), não fique no revestimento asfáltico. Desta forma, a rigidez da camada de base aliada à sua espessura, em geral superior à do revestimento, fazem com que o revestimento “trabalhe” somente à compressão. Por ocasião da passagem do eixo de um caminhão, na parte superior da camada de base relativa à linha neutra, ela é solicitada à compressão, enquanto que na sua parte inferior, ela é solicitada à tração. Mesmo que ocorra a inversão de sinal das tensões por conta do deslocamento da onda de tensões provocada pelo deslocamento do caminhão, as tensões se tração na face inferior da camada de base são cerca de 75% superiores às tensões de tração na face superior da camada. Por isso, nesses pavimentos ocorre inicialmente a fadiga da camada de base e a formação de trincas com respectiva reflexão dessas trincas para a camada de revestimento. À medida que essas trincas evoluem, a rigidez da camada cimentada decresce, pois, a camada cimentada tende a “trabalhar” em forma de

blocos, aumentando de forma significativa a irregularidade da superfície. Isto faz com que a linha neutra se desloque e possa chegar à camada de revestimento, iniciando outro processo de dano, que é a fadiga do revestimento asfáltico (SAPEM, 2013; ANDRADE, 2017). Dessa forma, conhecer o momento isto ocorre é essencial para programar uma intervenção no pavimento que restabeleça as condições de projeto e evite a reflexão de trincas ao revestimento, deformações acentuadas e deterioração progressiva e rápida de todo o pavimento.

Segundo George (2001), a retração e fissuração em materiais estabilizados com cimento, devido à secagem e contração térmica causada pelo processo natural de hidratação, constituem um dos principais problemas observados em bases cimentadas, mesmo em camadas de base com um baixo percentual de cimento. Para o autor, a retração é inevitável e sua mitigação é destinada principalmente a limitar o trincamento a um nível que não seja prejudicial aos parâmetros que indicam conforto e segurança ao usuário.

De acordo com o Manual de Pavimentos da Agência Nacional de Estradas da África do Sul (2013), os pavimentos com bases cimentadas mostram pouca degradação inicial, mas se deterioram rapidamente uma vez iniciado o processo de dano, devido a sua baixa ductilidade. Para a degradação por fadiga, geralmente, as trincas iniciam no fundo da camada (Figura 1) e se propagam para o topo da camada, levando mais tempo para se propagar em camadas mais espessas (SAPEM, 2013).

No entanto, esse processo de trincamento geralmente se torna visível após um longo número de repetições de cargas, e se apresentam de maneira inicial na forma de pequenas trincas. A evolução das trincas para o revestimento acabará por permitir que a água se infiltre em camadas inferiores, enfraquecendo a estrutura do pavimento e reduzindo sua vida útil (AASHTO, 2004). A Figura 2 ilustra o comportamento a longo prazo para camadas cimentadas.

Figura 1: Tensão vertical (sv) no topo e (et) deformação de tração na fibra inferior da camada cimentada (Fonte: Adaptado de SAPEM, 2013).

O primeiro estágio de degradação da camada cimentada, conhecido como a fase pré-trincamento, é caracterizada pelo surgimento das primeiras trincas, em geral, transversais, oriundas da retração da camada, sem neste caso ter influência da ação do tráfego. Após esta fase de prétrincamento, as bases cimentadas passam a sofrer ação do tráfego, cujas solicitações provocarão o processo de fadiga da camada. Apesar da presença de trincas que partem da fibra inferior da base cimentada, é comum que nesta fase não sejam evidenciados trincamentos na superfície do pavimento (revestimento), o que poderia ocultar a degradação da base cimentada (YEO, 2011). Na terceira fase, a base cimentada passa a apresentar comportamento equivalente a uma base granular, o que não implica que o material tenha se partido em pedaços menores e nem atingido visivelmente o aspecto de um material granular. Os trincamentos por fadiga na base cimentada são geralmente microfissuras que não são tão visíveis, porém capazes de provocar perda acentuada da rigidez (SAPEM, 2013).

A acumulação de danos na estrutura do pavimento é manifestada com a propagação de fissuras dentro da matriz cimentada (YEO, 2011) responsáveis pela redução do módulo de resiliência (BEER et al., 2012).

3. CARACTERIZAÇÃO DO SEGMENTO MONITORADO

3.1 Localização

Segundo Deucher (2019), em dezembro de 2011, o DEINFRA/SC iniciou a construção de um trecho de 16,6 km de extensão da rodovia estadual SC-390, o qual interliga os municípios catarinenses de Orleans e Pedras Grandes. O

trecho foi aberto ao tráfego em julho de 2015 e nele está localizado o segmento monitorado que é objeto de estudo deste trabalho, entre os quilômetros 443+136 m e 442+436. O segmento monitorado apresenta 500 metros de extensão e está localizado no município de Orleans.

3.2 Dimensionamento

Segundo consulta realizada aos volumes do Projeto Final de Engenharia (projeto elaborado em 2010), a estrutura do pavimento foi dimensionada através do emprego do Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis do DNER (DNIT), considerando-se um N8,2tf (USACE) de 6,4 x106 e CBRp de 10%. A Tabela 1 apresenta a espessura das camadas obtidas através do método de dimensionamento do DNIT.

Posteriormente, a projetista realizou uma análise mecanicista, através do software ELSYM5, para verificação das espessuras. Os valores admissíveis dos parâmetros mecânicos avaliados foram calculados por meio de modelos encontrados na literatura. As espessuras, módulos e coeficientes de Poisson adotados na análise são mostrados na Tabela 2 e, na Tabela 3, apresenta-se um resumo dos resultados obtidos bem como as referências das quais a projetista buscou os modelos de ruptura para as variáveis de dimensionamento avaliadas.

Tabela 2. Parâmetros de caracterização das camadas adotados na análise (Fonte: Deucher, 2019).

Quando do início da execução da obra, a empresa construtora apresentou ao DEINFRA uma proposta para alterar a estrutura do pavimento, propondo a execução da camada de base em solo cimento, aproveitando material de jazida localizada dentro da faixa de domínio da rodovia. Para o dimensionamento da nova estrutura, foi realizada uma dosagem da mistura solo-cimento e também ensaios de módulo resiliente (ensaio realizado segundo a norma 134/2010 -ME). Em consulta aos relatórios disponibilizados pelo DEINFRA, não se conseguiu definir como foi realizado o dimensionamento da nova estrutura a qual é mostrada na Figura 3.

Figura 2: Fases de fadiga de material cimentado (Fonte: Adaptado de THEYSE et al., 1996).

Tabela 1. Estrutura final do pavimento (Fonte: Deucher, 2019).

dentro da faixa de domínio. A caracterização geotécnica do solo é resumida na Tabela 4.

Tabela 4. Caracterização do solo utilizado (Fonte: Deucher, 2019)

Figura 3: Estrutura do pavimento executado (Deucher, 2019).

Considerando o novo método de dimensionamento nacional (MeDiNa), em processo de calibração e validação pelo DNIT, o procedimento recomenda que deve preceder a análise mecanicista da estrutura do pavimento uma caracterização adequada dos materiais em laboratório, pois a confiabilidade do dimensionamento pelo software dependerá da qualidade dos dados fornecidos pelo projetista. No caso das camadas estabilizadas, o MeDiNa exige a realização do ensaio triaxial de cargas repetidas para avaliação do módulo resiliente, o ensaio de resistência à tração na flexão e o ensaio de resistência à fadiga.

Como mencionado, durante a fase de obra foi realizado o ensaio de modulo resiliente conforme a norma 134/2010 – ME, o que acaba levando à modelação dos resultados em função da tesão de confinamento ou do modelo composto. Ocorre que quando se emprega esta modelação no software MeDiNa, parte da camada cimentada fica tracionada, o que leva então ao programa adotar valores muito baixos do módulo. Na visão dos autores, o ensaio deveria ser realizado segundo a norma 181/2018 - ME Material Estabilizado Quimicamente – Determinação do módulo de resiliência –Método de ensaio. No entanto, na época da realização da obra esta norma não estava em vigência.

Assim, o monitoramento do desempenho da estrutura nesta rodovia tem como objetivo fornecer parâmetros de desempenho para o dimensionamento de novos pavimentos com esta concepção estrutural.

3.3 Execução do Pavimento

Para execução das camadas de regularização e de subbase foi utilizado solo residual de granito de jazida localizada

A camada de base do pavimento foi executada com solo saprolítico melhorado com cimento. A dosagem do cimento foi determinada através da Norma ABNT NBR 12253:1992, buscando-se o menor teor de cimento com o qual a mistura atinge, aos sete dias de cura, uma resistência à compressão simples maior ou igual a 2,1 MPa. O teor mínimo de cimento adotado foi de 3%. Para este teor de cimento, a resistência à tração na flexão obtida aos 28 dias de cura foi de 0,82MPa.

O processo de execução da camada de base foi realizado nas seguintes etapas: a) lançamento do solo de jazida; b) umedecimento e homogeneização; c) pré-compactação da camada com rolo pé de carneiro; d) espalhamento do cimento com caminhão distribuidor; e) mistura e homogeneização com o uso de uma recicladora; f) compactação da camada de base com rolo pé de carneiro, liso vibratório e rolo de pneu para se alcançar a massa especifica correspondente ao Proctor Modificado; g) acabamento e cura da plataforma.

Sobre a camada de base imprimada foi aplicado um tratamento superficial (TSS) com o objetivo de proteger a camada de base da ação do tráfego de obra.

O revestimento do pavimento foi executado em duas camadas: camada intermediária com mistura de CA massa fina, modificado com asfalto-borracha, de granulometria faixa “D” do DEINFRA. A camada intermediária foi executada com o objetivo de corrigir as irregularidades da superfície do TSS e atuar como camada antirreflexão de trinca, além minimizar irregularidade na superfície de assentamento do revestimento. Na sequência foi executada uma camada de revestimento com 4,0cm de espessura em asfalto-borracha, como ilustrado na Figura 1.

4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

4.1. Levantamento da área trincada e trilha de roda

A avaliação da área trincada foi realizada por meio de levantamento visual da superfície, detalhado segundo a

Tabela 3 - Resumo da análise (Fonte: Deucher, 2019).

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norma DNIT-PRO 006/2003 (BRASIL, 2003a), a fim de identificar e classificar as trincas aparentes. O primeiro levantamento foi realizado em outubro de 2016, o segundo em dezembro de 2017, o terceiro em dezembro de 2018 e o quarto em abril de 2021.

As trincas foram demarcadas com tinta de tal forma que toda a área afetada pelo defeito ficasse inscrita em um retângulo. Posteriormente era feita a medida das duas dimensões e anotadas em uma planilha de acordo com a classificação da norma DNIT-TER 005/2003 (BRASIL, 2003b). A Figura 4 ilustra os levantamentos realizados. Especificamente para as trincas isoladas tipo FC-1, o cálculo da área trincada foi realizado pelo produto entre a extensão das trincas medidas em campo e largura de 0,20 metros. A porcentagem de área trincada foi calculada em relação à área total da superfície da trilha de rodagem (4 faixas de 1,2 metros cada uma). Ressalta-se que praticamente a totalidade das tricas tipo FC-1 observadas até então são devido à retração hidráulica da camada cimentada ou decorrentes do processo construtivo.

A Tabela 5 apresenta o tráfego atualizado apresentado por Deucher (2019), complementado para o ano de 2021. Para estimativa do tráfego acumulado até o mês do levantamento realizado em 2021, considerou-se que em 2020, por conta da pandemia e com base nas previsões do PIB brasileiro, um crescimento de 0%, e em 2021, um crescimento de 4%.

Tabela 5. Tráfego atuante na rodovia - (USACE).

Considerando-se que o tráfego previsto para o período de projeto era de 6,4 a 106, observa-se que em 2021 (cerca de 7 anos após a abertura ao tráfego) o tráfego atuante seria cerca de 87% do previsto em projeto.

Ressalta-se que também foram detectadas trincas isoladas somente no acostamento. Possivelmente o aparecimento das trincas transversais identificadas no acostamento têm origem no processo construtivo e na retração da camada de base perante o maior ressecamento do bordo do acostamento. A tendência destas trincas é se propagarem para o interior da faixa de rolamento e, com a incidência de tráfego, ela se refletirem para a camada de revestimento.

4.2 Evolução da porcentagem da área trincada

A Figura 5 mostra a evolução da porcentagem da área trincada em função do tempo desde a abertura ao tráfego (em agosto de 2015) até setembro de 2021 (74 meses da abertura ao tráfego).

Observa-se que até o oitavo mês, não houve evolução da área trincada na faixa Orleans Pedras – Grandes, enquanto que na faixa Pedras Grandes – Orleans ocorreu uma evolução significativa. Entre o oitavo e o vigésimo nono mês ocorreu um crescimento mais suave da área trincada para ambas as faixas, seguido por um aumento mais acentuado até o trigésimo nono mês. Deste até o septuagésimo quarto (74) mês, as duas faixas de rolamento tiveram praticamente a mesma evolução quanto à velocidade de aumento da porcentagem de área trincada.

Considerando-se os dados da Tabela 5 e os da Figura 5, observa-se que já se estava no oitavo ano do período de projeto e o tráfego atuante já ultrapassaria 87% daquele previsto em projeto e que a porcentagem de área trincada é inferior a 10% da área total da pista de rolamento.

Figura 4: Marcação de medição da área trincada e medida do afundamento de trilha de roda

ARTESP (2018), acima do qual é indicada a intervenção na rodovia que é de 7mm. Entretanto, ressalta-se que este critério é aplicado para pavimentos flexíveis. Há necessidade, então, de se avaliar qual seria o nível de afundamento de trilha roda que possibilitaria inferir a condição estrutural da camada cimentada em relação ao seu trincamento.

4.4

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Figura 5: Evolução de porcentagem de área trincada na trilha de roda em função do tráfego atuante

Acrescenta-se, ainda, que mais de 80 % desta área trincada correspondem a trincas isoladas longitudinais, com origem no processo executivo, e trincas isoladas transversais, de retração hidráulica. Apenas cerca de 1% seriam trincas tipo FC-2, o que indicariam um possível trincamento por fadiga da camada cimentada. O fato da porcentagem de área trincada ser maior na faixa sentido Pedras Grandes Orleans está relacionada com a manifestação de uma trinca longitudinal (de origem no processo executivo) com cerca de 300 metros de extensão (Deucher e Trichês, 2020).

Em assim sendo, verifica-se que haveria a necessidade de se aprimorar o processo executivo e de cura da camada para minimizar o aparecimento destas trincas.

4.3 Evolução dos afundamentos nas trilhas de rodagem

Após 74 meses de atuação do tráfego, os afundamentos de trilha de roda permanecem abaixo do limite recomendado pela ARTESP (2018), como indicativo da necessidade de intervenção no pavimento (7 mm). A Tabela 6 apresenta os valores da trilha de roda medidos no levantamento realizado.

Tabela 6. Média e desvio padrão dos afundamentos

Estimativa de vida útil

Segundo Deucher (2019), utilizando a curva de resistência à fadiga obtida da mistura obtida no equipamento 4 pontos, a estimativa de vida útil do pavimento executado seria de 5,3x109, em termos do número de solicitações do eixo padrão N8,2tf (USACE).

Até o mês dos levantamentos realizados neste trabalho (outubro de 2021, cerca de 74 meses após a abertura ao tráfego), o tráfego acumulado estimado foi de 5,57x106 (USACE), para uma porcentagem de área de trincas tipo FC-2 de apenas 0,9%. Devido a esta pequena porcentagem de área trincada, a qual estaria relacionada com o trincamento por fadiga da camada cimentada, não se consegue estabelecer, até o momento, um fator campo laboratório considerando a curva de fadiga da mistura obtida no equipamento viga em 4 pontos. Entretanto, a tendência será de que a estimativa de vida útil do pavimento executado para um número de solicitações do eixo padrão de 5,3x109, segundo Deutcher (2019) não irá se verificar.

5. CONCLUSÃO

de

TER

A Figura 6 mostra a evolução do afundamento de trilha de roda em função do tempo, desde a abertura ao tráfego (em agosto de 2015) até setembro de 2021 (74 meses da abertura ao tráfego).

Para a trilha de roda, a maior média também foi observada na faixa Orleans – Pedras Grandes. Todos os valores medidos estão abaixo do limite estabelecido pela

Segundo às condições funcionais do pavimento, em 7 anos de atuação do tráfego as duas faixas permaneceram dentro do limite de aceitabilidade da ARTESP (2018) para os afundamentos nas trilhas de rodas.

As trincas isoladas existentes no pavimento foram atribuídas ao processo executivo e ao fenômeno de retração. Foram identificadas trincas do tipo FC-1 (longitudinais e transversais) e FC-2 (Ligadas em rede). Apesar do aumento na porcentagem trincada, ela ainda continua em uma progressão estável. A porcentagem de área trincada em relação às duas faixas da rodovia é inferior a 10%, mas como mencionado, a grande maioria destas trincas não estão associadas ao trincamento por fadiga da camada cimentada.

De acordo com o modelo de comportamento da camada cimentada apresentado na Figura 2, a baixa porcentagem de área trincada medida e o baixo valor da trilha de roda indicam que no segmento monitorado a camada de base ainda estaria na região correspondente ao pré-trincamento.

Até o momento, não foi possível determinar um fator laboratório/ campo relacionado à porcentagem de área trincada por fadiga na superfície do pavimento. Futuramente, com a evolução do trincamento por fadiga, será possível a obtenção de um fator laboratório/campo para porcentagens maiores de área trincada, que possam ser representativas do término da vida útil da estrutura.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

A ASHTO – Guide for Mechanistic-empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures, NCHRP 1-3A. Washington, DC: Transportation Research Board, 2004.

Adaska, W. S.; luhr, D. R. Control of reflective cracking in cement stabilized pavements. In: Proceedings of 5th International RILEM Conference on Cracking in Pavements, p. 309-316. Limoges, França, 2004.

ARTESP. Agência Reguladora de Serviços Públicos Delegados de Transporte do Estado de São Paulo. Editais e contratos de concessão. Disponível em: <>. Acesso em: 25 set. 2018.

Auststab (2012) Auststab technical note – nº 5. Pavement Recycling and Stabilisation Association. 2019. Austrália.

Banco Mundial Perspectivas econômicas globais. Disponível em: <https://www.worldbank.org/en/publication/ global-economic-prospects>. Brasil. Manual de pavimentação. 3 ed. Rio de Janeiro, 2006a.

Ceratti, J. P. A. Estudo do comportamento à fadiga de solos estabilizados com cimento para utilização em pavimentos. Tese. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Coordenação dos Programas de PósGraduação de Engenharia. Rio de Janeiro, 1991.

Deucher, F. M. (2019) Avaliação do desempenho de pavimento semirrígido: Segmento monitorado

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à Rede Temática de Tecnologia do Asfalto pelo financiamento da infraestrutura do Laboratório de Pavimentação da Universidade Federal de Santa Catarina. Agradecem também ao DEINFRA/SC e a empresa NeoVias Ltda pela colaboração na realização dos ensaios e levantamento de campo durante o processo executivo. O segundo autor agradece ao CNPq pela bolsa de pesquisa DS e o terceiro autor, pela bolsa de pesquisa PQ1D.

da SC-390, trecho Orleans – Pedras Grandes. Dissertação. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.

Deucher, F. M. e Trichês, G. (2020). Avaliação do Desempenho de Pavimento Semirrígido: Segmento Monitorado da SC 390. Trecho Orleans - Pedras Grandes. In: 34º Congresso da ANPET, 2020, Fortaleza.

DNIT (2003) Norma DNIT 006/2003 – PRO. Avaliação objetiva da superfície de Pavimentos flexíveis e semirrígidos: procedimento. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, Rio de Janeiro. George, K. P. Soil stabilization field trial. Interim Report. Department of Civil Engineering, University of Mississipi. Mississipi, 2001.

Halsted G. E.; Adaska W. S.; MconnelL W. T. Guide to Cement-Modified Soil (CMS), EB242 Portland Cement Association. Skokie, Illinois, USA, 2008.

Macêdo, M. M. Solos modificados com cimento – efeito no módulo de resiliência e no dimensionamento de pavimentos. Dissertação. Universidade Federal de Pernambuco. Recife, 2004.

Makusa, G. P. Soil stabilization methods and materials in engineering practice, In: State of the art review. 2012 Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Division of Mining and Geotechnical Engineering, Luleå University of Technology, Luleå, Suécia. 2012.

Marcon, A. F. Contribuição ao desenvolvimento de um sistema de gerência de pavimentos para a malha rodoviária estadual de Santa Catarina. 1996. Tese. CTA/ITA, São José dos Campos. 1996.

Oliveira, L. C. D. A estabilização de solos aplicada à habitação, um estudo de misturas solo-cimento. Dissertação. Programa de Pós-Graduação de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ. Rio de Janeiro, 1994.

SAPEM – South African Pavement Engineering Manual. South African National Roads Agency Ltd., 2013.

SEBESTA, S.; SCULLION, T. Effectiveness of minimizing reflective cracking in cement-treated bases by microcracking. Technical Report No. FHWA/TX-05/0-4502-1 2004, Texas Transportation Institute, Texas A&M University System. Texas, 2004.

SOLANK P., ZAMAN M. Behavior of stabilized subgrade soils under indirect tension and flexure. 2014. Journal of Materials in Civil Engineering, v. 26, n. 5, p. 833-844.

THEYSE, H.; BEER, M.; RUST, F. Overview of South African mechanistic pavement design method. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, n. 1539, p. 6-17, 1996.

VALLE, N. Utilização de solos residuais saprolíticos na pavimentação rodoviária em Santa Catarina. 1994.

Dissertação. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1994. VILLIBOR, D .F. et al. Pavimentos de baixo custo para vias urbanas – Bases alternativas com solos lateríticos. 2ª ed. São Paulo: Arte & Ciência, 2007.

Estudo Comparativo entre Fontes de Materiais Comerciais e Não Comerciais

O desenvolvimento do país e sua competitividade estão vinculadas à expansão e manutenção da sua malha viária, uma vez que o transporte rodoviário brasileiro é o mais importante meio de transporte de pessoas e mercadorias. Considerando que o investimento com implantação de novas rodovias apresentam custos elevados e buscando alternativas para a redução deste investimento em um projeto elaborado na BR-158/MS, principalmente na pavimentação das rodovias – que é a área que apresenta o maior dispêndio – o estudo em questão compara a viabilidade econômica entre a comercialização de material pétreo e areia e a implantação de um empreendimento próximo ao trecho para a extração destes insumos na etapa de obra. Nesse sentido, foram comparadas as seguintes alternativas: i) aquisição dos materiais com entrega na obra, ii) aquisição dos materiais comercializados com valor de transporte do SICRO, e iii) o material proveniente do novo empreendimento. Os resultados mostraram que para material pétreo, a alternativa mais atrativa foi a aquisição do material da pedreira 1 com preços de transportes do SICRO e para fornecimento de areia o areal não comercial mostrou-se mais atrativo.

1. INTRODUÇÃO

trafegabilidade, além de proporcionar conforto e segurança aos usuários, explica Bernucci et al. (2022).

O transporte rodoviário é o mais importante meio de transporte de pessoas e mercadorias do Brasil e a importância desse tipo de condução vem de muito tempo. De acordo com a CNT (2021), cerca de 95% do tráfego de pessoas e 65% do tráfego de cargas acontecem através do transporte rodoviário no Brasil. Assim, pode-se afirmar que a economia do país gira em torno das rodovias e, se a qualidade destas é insatisfatória, a capacidade de competitividade do país é afetada.

Tendo em vista que o solo natural não é suficiente para suportar as repetições de cargas de rodas sem sofrer deformações significativas, torna-se necessária a construção de uma estrutura sobre o subleito, que tem como objetivo principal garantir a

Balbo (2007) afirma que na escolha e seleção do tipo de pavimento a ser empregado em determinada obra, o principal objetivo é a redução de custos, uma vez que o gasto com pavimentação são fatores limitantes na concepção de um projeto. Nesse sentido, a pesquisa de materiais disponíveis na região de projeto tornase fundamental para redução dos custos de obra, haja vista a dificuldade de exploração e de transporte dos mesmos.

Nesse sentido, foi realizado um comparativo entre fontes de materiais comerciais disponíveis na região da BR-158/MS e fontes não comerciais, buscando analisar, dentre as alternativas propostas, qual opção seria mais viável economicamente, considerando material pétreo e areia.

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Deborah Maldaner Ody Engenheira Ecoplan Engenharia

Rodrigo Malysz D.Sc. Ecoplan Engenharia

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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Adicionado

De acordo com Bernucci et al. (2022), agregados são materiais nas dimensões da fração de areia e dos pedregulhos decorrentes da britagem de rochas minerais ou de cascalheiras de ocorrência natural, que são utilizados nas diversas camadas do pavimento na forma de mistura ou associação de diferentes frações, como como as brita graduadas , os macadames ou macadames secos, ou como ligantes hidráulicos ou asfálticos para os agregados finos.

Antes de serem utilizados, é importante realizar estudos na região de extração do material para ter-se conhecimento da formação da rocha e pelos processos pelos quais possa ter passado. Também é importante considerar a caracterização dos agregados por meio de ensaios em laboratório específico, sendo uma das principais características dos agregados a sua distribuição granulométrica, análise realizada por peneiramento segundo a norma DNIT 412/2019, pois ela influi no comportamento das camadas do pavimento, segundo Bernucci et al. (2022).

2.2. Estudos Geotécnicos

Os estudos geotécnicos são etapa primordial quando se trata de concepção de projetos rodoviários, fornecendo subsídios para a elaboração do projeto geométrico, projeto de terraplenagem e, principalmente, projeto de pavimentação, (DNIT 2006). É por meio desse estudo que são analisadas as condições do subleito. Além disso, é nessa etapa que são selecionados os materiais necessários para realizar melhorias na estrutura do trecho, bem como é estudada a disponibilidade dos materiais na região de interesse.

A fim de conhecer as características do material local, sua trabalhabilidade e capacidade de suporte, realizam-se sondagens com coleta de material para realização dos ensaios laboratoriais. Além disso, esse estudo é responsável pela obtenção de dados geotécnicos de jazidas disponíveis na região.

2.3. Orçamento

Projetos e obras de engenharia são atividades econômicas que tem o custo como item essencial de avaliação de viabilidade. Levando em consideração a realização de um

projeto, deve-se estimar o valor que esse custará por meio da elaboração do orçamento do projeto. O orçamento é etapa fundamental para a construção civil e infraestrutura uma vez que a partir dele são realizados os processos licitatórios para obras de modo geral.

A orçamentação contempla pesquisas de preços, custos de mão-de-obra, custos com equipamentos e transportes de materiais. Tais custos sofrem variação conforme a região no país. O orçamento é realizado analisando os itens aplicados ao projeto, identificando, descrevendo, quantificando e valorando cada um deles, sendo uma atividade trabalhosa e que demanda tempo e atenção, o que a torna muito onerosa. Entretanto, um projeto orçamentário eficiente, gera economias e lucros durante a execução, seja do projeto ou da obra em si (DNIT, 2003).

O Sistema de Custos Referenciais de Obras (SICRO) consiste em um sistema de pesquisa mensal, coleta e manutenção de preços para atividades relacionadas à execução de obras rodoviárias, para cada região do país. É esse sistema que define o valor de matéria-prima, insumos, equipamentos, mão-de-obra, entre outros itens de relevância para o orçamento do projeto, padronizando, assim, os custos de uma obra de padrão DNIT (DNIT, 2003).

3. METODOLOGIA DE PESQUISA

3.1. Dados do Projeto

Para o comparativo econômico entre fontes de materiais comerciais e não comerciais foram utilizados dados do projeto de restauração realizado pela empresa Ecoplan Engenharia na BR-158, localizada entre as cidades de Paranaíba e Aparecida do Taboado, no estado do Mato Grosso do Sul. Com início no km 91,0 no entroncamento com a BR-483/497 e final no km 141,90 no entroncamento com a MS-316, o trecho possui 50,9 km de extensão.

3.2. Estudo de Ocorrências para Pavimentação

O estudo de ocorrências para a pavimentação consiste na busca por fontes de materiais disponíveis na região de projeto para serem indicados na execução das camadas do pavimento, execução de aterros e demais obras. A investigação na região foi procedida por meio de pesquisa, utilizando os dados disponíveis no SIGMINE e SEI, e seleção

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de ocorrências que apresentam características satisfatórias e com distâncias de transportes acessíveis para a realização dos serviços.

3.2.1. Dados do Sigmine

O Sistema de Informações Geográficas da Mineração –SIGMINE é uma plataforma que disponibiliza informações atualizadas das áreas dos processos minerários cadastrados na Agência Nacional de Mineração (ANM). Estas informações são georreferenciadas e apresentam os dados das poligonais dos processos minerários (ativos em fase de autorização de pesquisa, com licenciamento, inativos, entre outros), para visualização em cima de imagem de satélite e mapas digitais. Além disso, a plataforma permite acessar mais informações do processo desejado como: o número do processo, a fase em que ele se encontra, a substância de extração, a área do processo e último evento protocolado.

A ANM ainda disponibiliza os arquivos contendo os processos minerários para download na extensão compatível com o Google Earth (.kml), tornado possível criar um único arquivo com o eixo de projeto e os processos, facilitando o estudo das fontes mais indicadas para o projeto.

3.2.2. Fontes de Materiais Comerciais

Para os projetos de infraestrutura são usualmente pesquisadas fontes de materiais para fornecimento de material pétreo, areia, solo, usinas de asfalto, usinas de material betuminoso e aterros sanitários para descarte de material no caso de restauração. Contudo, para o estudo comparativo em questão, foram estudados somente pedreiras e areais.

Após a consulta das fontes de materiais pelo sistema ANM, foi verificada a situação das mesmas perante os órgãos ambientais, utilizando o SEI de pesquisa pública, com a intenção de saber se possuem licenciamento ambiental vigente no período em que a pesquisa foi realizada e se o vencimento atende o período de projeto.

A indicação das fontes de materiais se dá àquelas que atendem ao critério de estar com o licenciamento ambiental em vigor e apresentar menor distância com relação ao trecho. As demais fontes identificadas são apresentadas como fontes alternativas, desde que possuam licenciamento vigente ou com processo de renovação protocolado no SEI e são apresentadas em forma de esquema linear, representado na Figura 1.

Figura 1 – Esquema linear das fontes de materiais da BR-158/MS.

Fonte: Dados produzidos pelo autor (2022).

3.2.2.1. Pedreiras

Para fornecimento de material pétreo foram analisadas pedreiras comerciais localizadas próximas ao trecho e com licença de operação em vigor. Dentre as pedreiras estudadas destacou-se a Pedreira1, distante 0,30 km do km 113+700 da BR-158/MS. A empresa possui licença ativa, com data de vigência até 19/09/2022, para atividade de extração a céu aberto e uso de explosivos para agregados minerais para uso imediato na construção civil.

QUADRO 2 – DADOS DAS FONTES DE AREIA E DISTÂNCIAS EM RELAÇÃO AO TRECHO

3.2.3. Fontes de Materiais Não Comerciais

3.2.3.1.

Estudo de Pedreira Não Comercial

Para a viabilidade de implantação de pedreira não comercial foram realizados estudos relacionados ao processo produtivo do material pétreo, que englobam desde a perfuração para explosão da rocha até a produção em central de britagem, além dos equipamentos mais adequados, a definição do local para implantação do empreendimento, entre outros que serviram de base para determinar a alternativa mais atrativa.

Primeiramente foram levantados possíveis locais para a instalação do empreendimento, para o qual foram utilizados os dados disponibilizados no SIGMINE. Dentre os locais estudados, o mais indicado para a instalação é no km 113+700, a 1,10 km de distância do acesso ao trecho, onde a geologia indica presença de basalto. A Figura 3 apresenta a localização da área selecionada com relação a rodovia BR- 158/MS.

Como pedreiras alternativas estão sendo sugeridas a Pedreira 2 e a Pedreira 3, que foram selecionadas seguindo mesmo critério de licença de operação vigente e proximidade em relação ao trecho da BR-158/MS. O quadro 2 resume os dados das pedreiras apresentadas neste relatório e as distâncias entre as jazidas e os acessos aos trechos.

QUADRO 1 – DADOS DAS FONTES DE MATERIAIS PÉTREO E DISTÂNCIAS EM RELAÇÃO AO TRECHO.

3.2.2.2.Área

Seguindo o mesmo critério da escolha das pedreiras, identificou-se o Areal 1, distante 13,00 km do km 141+900 da BR-158/MS, como fornecedora de areia para utilização no trecho. O areal possui licença ativa com data de vigência até 21/03/2022. Como fontes alternativas estão sendo indicados o Areal 2 e Areal 3. O Quadro 2 resume os dados dos areais apresentados neste relatório e as distâncias entre as jazidas e os acessos ao trecho em questão.

Ainda por se tratar de um estudo, levou-se em consideração a presença da Pedreira 1 próximo ao local (demarcação ANM na Figura 3), que está em atividade, indicando assim a presença de material pétreo com potencial para exploração, viabilizando a seleção da área.

A extração será feita a céu aberto, onde é prevista a limpeza e decapagem da área para iniciar o desmonte da

Figura 2 – Localização da Pedreira Três Barras em relação a rodovia BR-158/MS.

Fonte: Dados produzidos pelo autor (2022).

Figura 3 – Localização da pedreira não comercial em relação a rodovia BR-158/MS.

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rocha bruta, processo que inicia com a perfuração para implantação de explosivos com a finalidade de detonação da rocha. Para a instalação da pedreira não comercial quantificou-se uma área de exploração igual a 146.484,00 m², necessária para o atendimento as demandas de material da BR-158/MS. Para a composição de custos de instalação e serviços de britagem de rocha e transporte de material ao canteiro , foram previstos os serviços SICRO descritos a seguir:

• 5501700 - Desmatamento, destocamento, limpeza da área, medido em m²;

• 5501882 - Escavação, carga e transporte de material de 1ª categoria, medido em m³;

• 4413016 - Recuperação ambiental de pedreiras ou áreas degradadas, medido em m².

• 4816012 - Brita produzida em central de britagem, considerando a instalação de um britador;

• 5915407 - Carga, manobra e descarga de agregados ou solos em caminhão basculante;

• 5914359 - Transporte com caminhão basculante em leito natural;

• 5914374 - Transporte com caminhão basculante em revestimento primário;

• 5914389 - Transporte com caminhão basculante em rodovia pavimentada.

3.2.3.1. Estudo de Areal Não Comercial

Do mesmo modo que foi realizado para a pedreira, para o estudo de viabilidade de implantação de areal não comercial na BR-158/MS foram realizados estudos relacionados extração do material arenoso, que englobam os métodos de execução, equipamentos a serem utilizados, definição do local da extração, entre outros que serviram como base para determinar a alternativa mais atrativa.

Dentre os locais estudados, o mais indicado para a instalação está localizado no km 95+900, a 6,02 km de distância do acesso ao trecho, onde foi verificada a possibilidade de extração. Em se tratando de um estudo, optou-se por indicar uma área localizada próxima a locais aonde já foi ou ainda está sendo realizada extração de areia, indicando, assim, a presença de material arenoso com potencial para exploração, viabilizando a seleção da área. A Figura 4 apresenta a localização da área selecionada com relação a rodovia BR- 158/MS.

Para a composição de serviço de extração de areia em área não comercial foi prevista a limpeza da área e a extração de material a céu aberto no leito do rio por meio de draga de sucção. Para a instalação do areal quantificou-se uma área de exploração igual a 20.110,00 m², necessária para o atendimento das demandas de material do lote da BR-158/ MS. Ainda, foi necessário a quantificação de serviços para a abertura de um caminho de serviço com 1,87 km de exten são, uma vez que o areal se localiza próximo ao leito do Rio Santana, sem acesso para veículos. Para a composição de custos de instalação, extração de areia e transporte do material ao canteiro, foram previstos os serviços SICRO descritos a seguir:

• 5501700 - Desmatamento, destocamento, limpeza da área, medido em m²;

• 4413016 - Recuperação ambiental de pedreiras ou áreas degradadas, medido em m²;

• 5502985 - Limpeza mecânica da camada vegetal, medido em m²;

• 5501706 - Escavação mecânica com retroescavadeira em material de 1ª categoria;

• 5502978 - Compactação de aterros a 100% do proctor normal;

• 4816012 - Brita produzida em central de britagem, considerando a instalação de um britador;

Figura 4 – Localização Do areal não comercial em relação a rodovia BR-158/MS

Quadro 4 – Quantitativos de material pétreo.

• 4816020 - Areia extraída com draga de sucção tipo bomba, medido em m³;

• 5915407 - Carga, manobra e descarga de agregados ou solos em caminhão basculante;

• 5914359 - Transporte com caminhão basculante em leito natural;

• 5914374 - Transporte com caminhão basculante em revestimento primário;

• 5914389 - Transporte com caminhão basculante em rodovia pavimentada.

Os serviços de sondagem e ensaios de caracterização do material não foram considerados, pois entende-se que o local já foi estudado e a presença do material foi constatada, já que próximo ao local há um areal em atividade.

4. DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS

4.1. Estudo Comparativo da Pedreira

O comparativo econômico entre pedreira comercias e não comercial se deu por meio da avaliação de três situações. A primeira situação trata-se da instalação da pedreira não comercial, para o qual foram considerados os serviços elencados no capítulo anterior. As demais alternativas consideraram as cotações de preço das pedreiras comerciais 1 e 2, selecionadas no projeto. A segunda alternativa foi elaborada utilizando o preço da cotação de compra do material pétreo com os serviços de transportes previstos no SICRO e a terceira alternativa trata-se da cotação de fornecimento e entrega do material pelas fontes selecionadas. Os valores das cotações fornecidas pelas empresas pesquisadas estão resumidos no Quadro 3.

QUADRO 3 – RESUMO DAS COTAÇÕES DAS PEDREIRAS.

Os quantitativos foram estimados de acordo com o projeto pavimentação elaborado para o trecho, Quadro 4, considerando os serviços de implantação de pavimentos novos com sub- base em macadame e base em concreto compactado com rolo, além dos serviços de restauração que contém revestimento em concreto betuminoso usinado a quente.

Para o comparativo também foram calculadas as distâncias médias de transportes (DMT) considerando as distâncias das pedreiras comerciais selecionadas e da pedreira não comercial, até os locais previstos para instalação dos canteiros de obra, onde estarão localizadas as usinas de misturas asfálticas e de agregados.

Foram previstos dois locais de instalação de canteiros, visando as menores distâncias entre as pedreiras e o segmento. O canteiro 1 foi previsto no km 114+500, próximo a pedreira 1 e a pedreira não comercial, e o canteiro 2 no km 141+200m, próximo ao km de acesso da pedreira 2. O Quadro 5 apresenta as DMTs entre as pedreiras e os canteiros e a Tabela 8 é apresento o resumo dos custos obtidos.

Quadro 5 – DMTs das pedreiras em estudo.

Quadro 6 – Comparativo de custos.

Conforme apresentado no comparativo de custos, a pedreira comercial, na condição sem entrega no canteiro de obras, mostrou-se a alternativa mais atrativa economicamente para o fornecimento de material pétreo para as obras da BR158/MS.

4.2. Estudo Comparativo do Areal

Foram analisadas duas situações para o comparativo econômico entre areal comercial e não comercial. A primeira situação trata-se da instalação do areal não comercial, para o qual foram considerados os serviços elencados anteriormente, e a segunda alternativa é a compra do material das empresas comerciais: Areal 1 e Areal 2, indicadas no projeto. As cotações de insumos fornecidas pelas empresas estão

resumidas no Quadro 7. O Areal 1 informou que não realiza entrega de material no canteiro, sendo necessário a retirado do mesmo no local da extração.

Quadro 7 – Resumo das cotações dos areais.

materiais pétreos nas camadas de base e sub-base que constituem o pavimento é uma alternativa convencional muito implantada nas rodovias do país, o estudo analisou alternativas de aquisição destes em fontes comerciais e extração dos mesmos por meio da implantação de um empreendimento, visando a redução de custos.

Os quantitativos foram estimados de acordo com o projeto de pavimentação, Quadro 8, considerando os serviços concreto betuminoso usinado a quente convencional e com polímero.

Quadro 8 – Quantitativo de areia.

No estudo mostrou que para o caso da BR-158/MS, a solução economicamente mais atrativa foi a comercialização do material britado na pedreira 1 considerando a entrega do insumo no canteiro de obras com valores referenciados pelo SICRO. Já no caso da areia, a implantação de um empreendimento para extração de material mostrou-se a alternativa mais atrativa.

REFERÊNCIAS

Para o comparativo também foram consideradas as distâncias médias de transportes (DMT) que foram calculadas considerando as distâncias de transportes dos areais selecionados até o local do canteiro de obra, como apresentado no Quadro 9 e no Quadro10 é apresento o resumo dos custos obtidos.

Quadro 9 – DMTs para areal em estudo.

Quadro 10 – Comparativo de custos

O comparativo de custos entre areal comercial e areal não comercial mostrou que, para o projeto em questão, o areal não comercial é a alternativa economicamente mais atrativa para fornecimento de areia.

5. CONCLUSÕES

A pavimentação de rodovias é a etapa mais onerosa em obras rodoviárias e a pesquisa por materiais para utilização nas camadas do pavimento é etapa primordial para redução de custos. Nesse sentido, e sabendo que utilização de

Balbo, José Tadeu (2007). Pavimentação Asfáltica – Materiais, Projeto e Restauração. São Paulo: Oficina de Textos.

Bernucci, Liedi Bariani; Ceratti, Jorge Augusto Pereira; Motta, Laura Maria Goretti da; Soares, Jorge Barbosa. (2022). Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros. 2ª edição, Rio de Janeiro: Petrobras, Abeda.

CNT. Pesquisa CNT de Rodovias 2021. 24ª Ed. Brasília, 2021.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Manual de Pavimentação. Publicação IPR-719, 3. Ed., Rio de Janeiro, 2006.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Manual de Custos Rodoviários. 3. Ed., Rio de Janeiro, 2003.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Sistema de Custos Referenciais de Obras - Rio Grande do Sul, 2021b.

DNIT 412/2019-ME – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Pavimentação – Misturas Asfálticas – Análise granulométrica de agregados graúdos e miúdos e misturas de agregados por peneiramento. Método de Ensaio, Rio de Janeiro.

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Impacto das mudanças climáticas nas temperaturas máximas de pavimentos e no grau de desempenho exigido para ligantes asfálticos: projeções futuras para o Rio Grande do Sul

Impacto das mudanças climáticas nas temperaturas máximas pavimentos e no grau de desempenho exigido para ligantes asfálticos: futuras para o Rio Grande do Sul

Cenários futuros de projeções climáticas, baseados em modelos de alteração de temperaturas em função wdas mudanças climáticas indicam aumento de temperaturas para todo o território brasileiro nas próximas décadas. O aumento das temperaturas do ar, tem um impacto significativo sobre a temperatura dos pavimentos asfálticos, que consequentemente apresentarão temperaturas mais elevadas. Estas temperaturas mais elevadas no pavimento, demandam ligantes asfálticos menos suscetíveis termicamente, que possibilitam as misturas asfálticas manter o desempenho esperado em serviço, sugerindo que ligantes com maior grau de desempenho “performance grade” (PG) em altas temperaturas sejam corriqueiramente mais especificados em cenários futuros. Nesta pesquisa, diferentes cidades do Estado do Rio Grande do Sul (sul do Brasil) foram utilizadas para se verificar a alteração do PG demandado ao longo das próximas décadas por meio de dois diferentes modelos de alterações de temperatura, um modelo de alterações medianas (RCP4.5) e um modelo de alterações agressivas (RCP8.5). O Estado do Rio Grande do Sul demanda em sua maioria a utilização de ligantes com grau de PG de alta de pelo menos 64°C. Os cenários futuros, baseados em modelos de alteração de temperaturas pelas mudanças climáticas indicam alteração na classe de PG de até 28% dos locais analisados no Rio Grande do Sul para modelos de alterações de temperaturas mais agressivas (RCP8.5) até o ano de 2063. Frente a este fato, em um futuro próximo, é esperado um aumento de custos de infraestrutura rodoviária, dadas as condições climáticas mais severas as quais os materiais asfálticos estarão inseridos.

1. INTRODUÇÃO

As condições climáticas são fatores relevantes no comportamento dos pavimentos asfálticos e, consequentemente, no desempenho e vida útil dessas estruturas. De acordo com Ramadhan e Al- Abdul Wahhab (1997), a temperatura é um dos fatores mais importantes a ser considerado para o bom desempenho dos pavimentos flexíveis, influenciando diretamente nos materiais asfálticos, que são suscetíveis às condições térmicas.

Os resultados dos estudos do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas AR6 Climate Change (2021) demonstram um aumento das temperaturas no Brasil nos últimos 60 anos e projeta que as mesmas seguirão tal tendência no futuro. De acordo com estudos de Mills et al. (2009), Wistuba e Walther (2013), Gudipudi et al. (2017), Kumlai et al. (2017) e Qiao et al. (2020),

estas mudanças impactam na vida útil dos pavimentos revestidos por concreto asfáltico. Underwood et al. (2017) concluíram que a temperatura vem alterando a seleção de ligantes asfálticos nos EUA e, assim, estimaram que tais mudanças representam custos adicionais bilionários para a construção e manutenção das rodovias americanas.

As especificações SUPERPAVE, relatadas nos documentos AASHTO M 323 (2017), AASHTO M 332 (2021) e AASHTO M 320 (2021) estabelecem que o ligante asfáltico deve ser selecionado para atender, além das condições de tráfego, às temperaturas máximas e mínimas da camada asfáltica durante a vida útil do pavimento. Essas temperaturas são estimadas utilizando uma base histórica de dados da temperatura do ar próximas à rodovia em análise, por meio do PG (Perfomance Grade).

Underwood et al. (2017) observaram, para 799 localizações, que o PG dos ligantes asfálticos nos EUA oscila quando considerados diferentes períodos: 1966-1995 e 1985-2014. Os autores relatam que 35% das estações climáticas avaliadas apresentam alteração

na classe de PG de alta ou baixa temperatura (6% para alta, 26% para baixa e 3% para ambas). Conforme os autores, mudanças no grau de alta temperatura são a principal preocupação de desempenho, uma vez que esses locais sofrerão degradação mais rápida, exigirão maior manutenção e, possivelmente, levarão a uma reconstrução mais precoce.

Em virtude dessa preocupação, pesquisas têm avaliado o impacto das mudanças climáticas na seleção de ligantes asfálticos utilizando modelos de projeção da temperatura do ar para os próximos anos. Destacam-se os estudos de Viola e Celauro (2015), na Itália, Underwood et al. (2017), nos EUA, e Swarna et al. (2021), no Canadá. Nos diferentes países, foi possível observar alterações nos graus de desempenho futuros de ligantes, indicando a continuidade do impacto climático nos materiais asfálticos para os próximos anos com mudanças significativas do PG de alta temperatura demandado. No Brasil, o Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) possibilita a

utilização do modelo climático regional Eta (Lyra et al. 2017) para gerar projeções climáticas para o Brasil. Os dados podem ser acessados na plataforma PROJETA (Projeções de mudança do clima para a América do Sul regionalizadas pelo modelo ETA) (Chou 2014, Chou 2014ª, Chou 2014b). O PROJETA (Holbig et. Al. 2018) disponibiliza dados de diferentes modelos climáticos globais, entre eles o modelo canadense CanESM2. Para esses dados, os anos de 1961 a 2005 são chamados de período de referência e os dados entre 2006 e 2100 são projeções usando dois cenários de emissão de gases de efeito estufa: RCP4.5 e RCP8.5. O RCP4.5 é um cenário relativamente otimista com níveis de forçantes radiativas de 4.5W/m2, enquanto o RCP8.5 é o cenário mais pessimista com níveis de forçantes radiativas de 8.5 W/m2 (Lima, 2019).

Na Figura 1, gerada no site do CPTEC/INPE, é possível observar as anomalias anuais de temperatura máxima do ar utilizando como referência o período de 1961-2005 para os dois cenários de gases de efeito estufa e dois períodos futuros.

Silvio Lisboa Schuster

Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria-RS

Cléber Faccin

Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria-RS

Lorenzo Chaves Pacheco

Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria-RS

Pedro O. B. De Almeida Jr

Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria-RS

Chaveli Brondani Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria-RS

Lucas Dotto Bueno

Universidade Federal de Santa Maria - Cachoeira do Sul -RS

Luciano Pivoto Specht Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria-RS

Deividi da Silva Pereira

Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria-RS

Enacor

São projetados aumentos das temperaturas máximas anuais para os dois cenários, com aumentos de mais de 4,5°C em algumas regiões até 2070. Os modelos indicam que a região centro- oeste e região amazônica são as mais afetadas. O Estado do Rio Grande do Sul (RS) e alguns Estados do Nordeste são os menos afetados em comparação aos demais, no entanto projetam-se anomalias de até 4°C na região norte do RS. Avaliar o impacto

desses aumentos de temperatura na seleção de ligantes asfálticos tornase necessário a fim de escolher os materiais mais adequados e buscar alternativas para mitigar tal problema. Assim, inserido neste cenário, o objetivo do presente trabalho é avaliar o impacto as mudanças climáticas projetadas pelo modelo climático regional Eta dirigido pelo modelo global CanESM2 para o período de 20222063 e as trajetórias representativas

de concentração RCP 4.5 e RCP 8.5 na seleção de ligantes asfálticos no Rio Grande do Sul. Para isso, foram considerados 42 locais de diferentes regiões do Estado, comparando o Performance Grade (PG) de alta temperatura com base em dados históricos e dados projetados de temperatura do ar.

2. METODOLOGIA

Condicionado as mudanças climáticas, o aumento da temperatura do ar tem levado por consequência ao aumento das temperaturas dos pavimentos asfálticos, afetando de maneira direta o comportamento reológico dos ligantes asfálticos e consequentemente das misturas asfálticas, e levando a possível perda de desempenho dos pavimentos. Atualmente, a especificação de ligantes asfálticos SUPERPAVE propõe especificar ligantes que apresentem desempenho satisfatório para o intervalo de temperaturas as quais este estará inserido geograficamente, entretanto, dada a maior severidade das alterações climáticas nas últimas décadas, supõem-se que este intervalo de temperaturas não é estacionário, e que futuramente, o range de temperaturas máximas e mínimas apresentara maior magnitude de valores, levando a necessidade de ligantes que suportem melhor tais condições.

A especificação SUPERPAVE -AASHTO M 323 (2017b) estabelece que o ligante asfáltico deve ser selecionado para atender, durante a vida útil do pavimento,

Figura 1 - Anomalia anual de temperatura máxima do ar utilizando como climatologia de referência 1961- 2005: a) Cenário RCP4.5 para 2011-2041 e 2041-2070; b) Cenário RCP8.5 para 2011-2041 e 2041-2070

Fonte: CPTEC/INPE

as temperaturas máximas e mínimas da camada asfáltica em serviço operacional. Essas temperaturas são estimadas utilizando uma base histórica de dados obtidos de localidades próximas à rodovia em análise, atendendo a AASHTO M 320 (2021). Por exemplo, em um ligante graduado como PG 64-10, tem-se que o ligante deve cumprir as propriedades desejadas até uma temperatura máxima do pavimento com um valor de 64°C e uma temperatura mínima de -10°C. Visto que os cenários futuros para o Brasil e o Estado do RS apontam apenas para aumento das temperaturas, esta pesquisa buscou avaliar apenas as alterações na temperatura de alta do PG.

Com base em dados de temperatura do ar de 42 locais do Estado do Rio Grande do Sul (Figura 2), o Performance Grade (PG) de alta temperatura definido na especificação SUPERPAVE, para dois períodos passados (1961-1983 e 1983-2005) e dois períodos futuros (2022-2042 e 20432063) foi calculado, definindo o PG de alta indicado para cada localização geográfica levando em conta um cenário futuro de variações de temperatura pelas mudanças climáticas mediano (RCP4.5) e um agressivo (RCP8.5). Os dados de temperaturas do ar foram obtidos na plataforma PROJETA, disponibilizada em (https://projeta.cptec.inpe.br/#/ dashboard). Para as projeções futuras, os dados de RCP4.5 RCP8.5, também foram obtidos na plataforma PROJETA (Chou et al. 2014a; Chou et al. 2014b; Lyra et al. 2017). Os dados de temperatura máxima do ar diária, obtidas na plataforma, foram obtidos e tratados utilizando o software R (“R: The R Project for Statistical Computing”, 2021).

2.1 Cálculo de Performance Grade de alta temperatura em função da localização e da temperatura do ar

O PG de um ligante é definido em relação a um conjunto específico de temperaturas (máxima e mínima, X–Y, respectivamente) relacionadas à temperatura característica do pavimento e representativas as condições climáticas extremas na área de uso. Para o presente trabalho, foi avaliado o PG de alta temperatura, calculado usando o modelo do LTTPBind 2.1 (1999), considerando 98% de confiabilidade. Este modelo relaciona a alta temperatura do pavimento com a temperatura do ar, latitude e profundidade como segue na Equação (1).

Onde:

T(MAX,pav) é a temperatura máxima do pavimento a 20 mm de profundidade (°C); T(MAX,air) é a média temperatura máxima do ar para 7 dias consecutivos (°C); Lat é a latitude do local (graus); H é a profundidade em relação a superfície (20 mm); σ(MAX,air) é o desvio padrão da temperatura máxima do ar para 7 dias consecutivos (ºC); Z é o valor de distribuição normal padrão de 2,055 para 98% de confiabilidade.

3. RESULTADOS

Para cada um dos 42 locais avaliados no Estado do Rio Grande do Sul, a média temperatura máxima do ar para 7 dias consecutivos foi calculada para os dados históricos (1961-2005) e para os cenários futuros (RCP4.5 e RCP8.5) obtidos a partir dos modelos de projeções climáticas nos anos de 2022-2063. Na Figura 3 são apresentadas as distribuições da temperatura máxima do ar para 7 dias consecutivos para o Estado para os períodos de 19612005 e 2022-2063 nos cenários RCP4.5 e RCP8.5, respectivamente.

A partir da Figura 3, verifica-se o aumento das temperaturas máximas do ar para os sete dias consecutivos mais quentes dos respectivos anos, representados pelos histogramas da imagem. Estes aumentos das temperaturas máximas são mais proeminentes para o modelo mais agressivo (RCP8.5). Uma linha fictícia foi tracejada junto a temperatura máxima de 40°C para a melhor visualização do aumento de número de anos onde a máxima temperatura

Figura 2 - Cidades do Estado do Rio Grande do Sul avaliadas

Enacor

média dos sete dias consecutivos mais quentes ultrapassa esta marca. Nota-se para as próximas décadas um aumento da quantidade de anos onde as marcas de 40°C - 45°C são atingidas, tornando-se pelas projeções futuras, marcas batidas anualmente para o cenário mais agressivo.

As temperaturas do pavimento a 20mm foram calculadas a partir dos dados de temperatura do ar, fazendo uso da Equação (1) para obtenção das altas temperaturas do modelo do LTTPBind 2.1. As temperaturas históricas e as previsões futuras para os dois modelos utilizados em cenários de curto (2022-2042) e longo (20432063) prazo são apresentadas na Figura 4.

Figura 4 - Temperaturas dos pavimentos de 42 locais no RS para dados históricos e projeções climáticas futuras: média temperatura máxima do pavimento a 20mm de profundidade para 7 dias consecutivos mais quentes

Figura 3 - Distribuições da temperatura máxima do ar para sete dias consecutivos para o Estado: cenário RCP4.5 e cenário RCP8.5

De acordo com a Figura 4, todas as localizações geográficas, baseadas em 42 cidades do Rio Grande do Sul apresentaram aumento das médias temperaturas máximas para os sete dias consecutivos mais quentes. O aumento das temperaturas máximas pode ser visualizado para a série histórica de dados dos períodos de 1961-1983 a 19832005 no sul do Brasil, demostrando que as médias de temperaturas máximas não são estacionárias e já apresentam aumento desde pelo menos as décadas de 1970 e 1980. Os modelos de projeção futura apontam unicamente pra maiores temperaturas nos pavimentos asfálticos nas próximas décadas. A utilização do modelo RCP8.5 (mais agressivo) levou a temperaturas mais elevadas para o período de 2022-

2042 do que o modelo RCP4.5 para o cenário de 2043-2063 na maioria dos locais avaliados. Os dados demostram que várias localizações romperam as barreiras das temperaturas de 58°C e 64°C sugerindo a necessidade de ligantes asfálticos com grau PG mais elevado em cenários futuros para estas cidades.

3.1. Alterações no Performance Grade indicado para diferentes cidades do Rio Grande do Sul

Os valores de PG em cenários passados e projeções futuras são apresentadas na Figura 5.

Figura 4 - Alterações de PG para ao longo do tempo no Estado do Rio Grande do Sul

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Ao longo do cenário passado, para os anos de 19611983(Fig. 5a) e 1983-2005 (Fig. 5b), é possível perceber a alteração dos valores de PG de alta em função do aumento da temperatura. Nota- se que a partir da década de 1980, um grande número de locais passou a exigir ligantes com PG de alta de pelo menos 64°C, além do surgimento de um primeiro local no RS que necessita ligante com PG de alta de 70°C. Tal fato, identifica que os valores de PG não são valores estacionários, que podem ser calculados uma única vez no tempo, mas sim variáveis, denotando a necessidade de atualização dos valores, levando em conta as temperaturas dos últimos anos mais próximos ao momento de utilização do ligante em pista no determinado lugar de interesse.

Dado que os valores de PG não são estacionários, modelos de previsão climáticos foram utilizados para calcular as temperaturas do ar e por consequência as temperaturas do pavimento para o cálculo do PG futuro nessas condições simuladas. A primeira condição futura foi simulada para o intervalo climático dos anos de 2022 a 2042, com uma base de dados prevista para os próximos 20 anos, servindo como base de indicação de PG de alta para os ligantes asfálticos utilizados para as próximas obras de infraestrutura rodoviária no RS. Os valores de PG encontrados são apresentados na Figura 5c (RCP4.5) e Figura 5d (RCP8.5).

Para os anos de 2022 a 2042, percebe-se que a maioria dos dados indicam o uso de ligantes PG 64°C, com a região da serra gaúcha, mais a leste, ainda demandando ligantes com PG 58°C. Cabe ressaltar que os mapas produzidos no presente estudo são para um tráfego S (padrão). Diante disso, há necessidade de o projetista avaliar a consideração do tráfego relativa às especificações da sua localidade, conforme a especificação AASHTO M332-18. Verifica-se também que regiões, próximas aos municípios de Uruguaiana, São Borja e Santa Maria passam a demandar PG de alta de pelo menos 70°C. Os dois modelos climáticos (RCP4.5 - alterações moderadas) e (RCP8.5 - alterações agressivas) apresentaram alterações de PG semelhantes, possivelmente dado o fato de que a classificação de PG é dada de 6°C em 6°C graus, e as alterações de temperatura entre os modelos não foram significativas neste primeiro cenário de previsão futura para vencer os intervalos de classificação de forma distinta entre os modelos.

Para o cenário climático dos anos 2043 a 2063, embora haja o aumento das temperaturas médias máximas, este aumento não foi capaz de alterar o grau de PG necessário para os ligantes para as projeções com o modelo RCP4.5 em relação aquelas calculadas para o cenário de 2022 a 2042. Para o modelo mais agressivo (RCP8.5) duas novas regiões,

próximas as cidades de São Luiz Gonzaga e Santo Augusto, passaram a ser classificadas como PG de alta de 70°C. Neste mesmo cenário, as cidades de Vacaria e Canela passaram de PG 58°C para PG 64°C.

Tomando como base o PG de alta atribuído de 1983 a 2005, 19% dos locais analisados tiveram aumento no grau de PG indicado para o ligante asfáltico pelo método RCP4.5 e os mesmos 19% para o método RCP8.5 para os anos de 2022 a 2042. Par aos anos de 2043 a 2063, o modelo RCP4.5 indicou aumento de PG em 19% dos locais, o modelo RCP8.5 para 28% dos locais. Verifica-se, de maneira geral, que a grande maioria dos Estado do Rio grande do Sul tem a necessidade de uso de ligantes asfálticos de grau de desempenho PG de 64°C, com alguns pontos onde as máximas temperaturas são mais baixas demandando ligantes PG 58°C e outros com máximas mais quentes necessitando PG de 70°C.

4. CONCLUSÕES

a) Os valores de PG não são valores estacionários, que podem ser calculados uma única vez no tempo, mas sim variáveis, denotando a necessidade de atualização dos valores, levando em conta as temperaturas dos últimos anos mais próximos ao momento de utilização do ligante em pista no determinado lugar de interesse.

b) Os cenários futuros, baseados em modelos de alteração de temperaturas pelas mudanças climáticas apontam unicamente pra maiores temperaturas nos pavimentos asfálticos nas próximas décadas, e indicam alteração na classe de PG de até 28% dos locais analisados no Estado do Rio Grande do Sul para modelos de alterações de temperaturas mais agressivas (RCP8.5) até o ano de 2063.

c) O Estado do Rio grande do Sul demanda em sua maioria a utilização de ligantes com grau de PG de alta de pelo menos 64°C, com pontos mais a oeste, próximos a fronteira com Argentina, apresentando a necessidade de ligantes de PG de alta de 70°C e pontos próximos a região da serra gaúcha e ao litoral, mais a leste, demandando ligantes com PG 58°C. Para estas indicações de PG, tomou-se como base um tráfego S (padrão). Diante disso, há necessidade de o projetista avaliar a consideração do tráfego relativa às especificações da sua localidade, conforme a especificação AASHTO M332-18.

d) Em um futuro próximo, é esperado um aumento de custos de infraestrutura rodoviária, dadas as condições climáticas mais severas as quais os materiais asfálticos estarão inseridos, além de novas especificações que irão desafiar as áreas de pesquisa em ligantes e materiais asfálticos.

e) Os dados de aumento de temperatura do ar e consequentemente da temperatura do pavimento em cenários futuros, são essencialmente dependentes do modelo climático de previsão utilizado, de forma que os dados apresentados podem apresentar variações com os dados reais de temperatura monitorados nas próximas décadas. Além de tudo, a modelagem dos fenômenos climáticos globais é extremamente desafiadora e tema de diversas pesquisas a nível mundial, sugerindo que os modelos de previsão futura ainda passem por processos de refinamento.

REFÊRENCIAS

AASHTO M 320: Standard Specification for Performance-Graded Asphalt Binder. 2021. AASHTO M 323: Standard Specification for Superpave Volumetric Mix Design. 2017.

AASHTO M 332: Specification for Performance-Graded Asphalt Binder Using Multiple Stress Creep Recovery (MSCR) Test. 2020.

AR6 CLIMATE CHANGE 2021: The Physical Science Basis — IPCC. 2020.

CHOU, S.C, LYRA, A., MOURÃO, C. , DERECZYNSKI, C., PILOTTO, I., GOMES, J., BUSTAMANTE, J., TAVARES, P., SILVA, A., RODRIGUES, D., CAMPOS, D., CHAGAS, D., SUEIRO, G., SIQUEIRA, G. e MARENGO, J. Assessment of Climate Change over South America under RCP 4.5 and 8.5 Downscaling Scenarios. American Journal of Climate Change,3, 512-527. doi: 10.4236/ ajcc.2014.35043. 2014

CHOU, S.C, LYRA, A., MOURÃO, C., DERECZYNSKI, C., PILOTTO, I., GOMES, J., BUSTAMANTE, J., TAVARES, P., SILVA, A., RODRIGUES, D., CAMPOS, D., CHAGAS, D., SUEIRO, G., SIQUEIRA, G., NOBRE, P. e MARENGO, J. Evaluation of the Eta Simulations Nested in Three Global Climate Models. American Journal of Climate Change, 438454. doi:10.4236/ajcc.2014.35039. 2014

GUDIPUDI. P.P., UNDERWOOD, B.S., & ZALGHOUT, A. Impact of climate change on pavement structural performance in the United States. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 57, 172–184. 2017.

KUMLAI, S., JITSANGIAM, P., & PICHAYAPAN, P. The implications of increasing temperature due to climate change for asphalt concrete performance and pavement design. KSCE Journal of Civil Engineering, 21, 1222–1234. 2017.

LIMA, V.S. EtaModelCC: um pacote R para visualização de dados de mudanças climáticas geradas pelo CPTEC/INPE. Trabalho de conclusão de curso. Universidade de Passo Fundo/RS http://repositorio.upf.br/bitstream/riupf /1782/1/ PF2019Vinicius%20Santini%20de%20Lima.pdf. 2019. LTPPBind. https://infopave.fhwa.dot.gov/Page/Index/LTPP_BIND. 1999.

LYRA, A., TAVARES, P., CHOU, S.C., SUEIRO, G., DERECZYNSKI, C.P., SONDERMANN, M., SILVA, A., MARENGO, J., GIAROLLA, A. Climate change projections over three metropolitan regions in Southeast Brazil using the non-hydrostatic Eta regional climate model at 5-km resolution. Theor Appl Climatol. doi:10.1007/s00704-017-2067- z. 2017.

MILLS, B.N, TIGHE, S.L, ANDREY, J., SMITH, J.T, & HUEN, K. Climate Change Implications for Flexible Pavement Design and Performance in Southern Canada. Journal of Transportation Engineering, 135(10), 773–782 2009.

QIAO,Y., SANTOS, J., STONER, A.M.K, & FLINSTCH, G. Climate change impacts on asphalt road pavement construction and maintenance: An economic life cycle assessment of adaptation measures in the State of Virginia. Journal of Industrial Ecology, 24(2), 342–355. 2020.

RAMADHAN, R.H, & AL-ABDUL WAHHAB. Temperature variation of flexible and rigid pavements in Eastern Saudi Arabia. Building and Environment, 32(4), 367–373. 1997.

R CORE TEAM. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. URL https://www.R-project.org/. 2021.

SWARNA, S.T, HOSSAIN, K., PANDYA, H., & METHA, Y.A. Assessing Climate Change Impact on Asphalt Binder Grade Selection and its Implications. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2675(10), 1–10. https://doi. org/10.1177/03611981211013026. 2021

UNDERWOOD. B.S., GUIDO, Z., GUDIPUDI, P.P, & FEINBERG, Y. Increased costs to US pavement infrastructure from future temperature rise. Nature Climate Change, 7(1), 704–707. https:// doi.org/10.1038/nclimate3390. 2017.

VIOLA, F., & CELAURO, C. Effect of climate change on asphalt binder selection for road construction in Italy. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 37(1), 40–47. https://doi.org/10.1016/J.TRD.2015.04.012. 2015.

WISTUBA, M.P, & WALTHER, A. Consideration of climate change in the mechanistic pavement design. Road Materials and Pavement Design, 14(ATA 2013), 227–241. 2013.

Investigação da deformação permanente de brita graduada simples a partir da metodologia multiestágios Enacor

Apresentar-se-á avaliações da deformação permanente de britas graduadas simples (BGS), extraídas de pedreira de basalto, denominada São Juvenal/RS, utilizando o equipamento triaxial cíclico e a metodologia de aplicação de carga em múltiplos estágios. Por ser um material comumente presente na base de pavimentos asfálticos e estar sujeita a grandes deformações, a caracterização quanto a deformabilidade é pertinente, além de ser critério de dimensionamento no novo Método de Dimensionamento Nacional (MeDiNa), e assim, cria-se uma demanda maior pela caracterização de propriedades como o modo de resiliência e a deformação permanente. A deformação permanente é o somatório das deformações não recuperáveis provenientes das ações de carregamentos exercidas sobre um material não completamente elástico. No Brasil, a avaliação da deformação permanente é dada a partir de um protocolo extenso, envolvendo diversas amostras e condições distintas de tensões, porém, outros países já utilizam ensaios em multiestágios como forma de avaliar a metodologia a deformação permanente. Diante do exposto, neste artigo é apresentado um comparativo do protocolo normatizado dito convencional com um protocolo multiestágios adaptado, com intuito de reduzir o protocolo de ensaio e a quantidade de material necessário. Pode-se concluir que, a utilização da metodologia multiestágios é promissora para uma caracterização prévia do material, sendo possível tomar conhecimento de vários parâmetros com um menor tempo de ensaio, podendo vir a ser utilizada como critério de escolha entre materiais. Vale ressaltar que o protocolo abordado neste estudo foi específico para este material e cada comportamento deve ser avaliado de forma individual, de modo que esta proposta busca ser uma análise inicial, utilizando menos material e menor tempo de equipamento.

1. INTRODUÇÃO

A camada de base para os pavimentos flexíveis é responsável por garantir suporte estrutural para o revestimento asfáltico e transmitir as tensões do tráfego atenuadas para o subleito rodoviário. Esta camada é comumente composta por materiais granulares e, assim sendo, tende a apresentar as maiores deformações entre as camadas, de modo que contribui para os afundamentos de trilhas de roda (ATR) totais do pavimento. Ademais, a incidência destes afundamentos colabora para a flexão do revestimento asfáltico, contribuindo para o trincamento por

fadiga. O ATR e o trincamento por fadiga são os defeitos mais recorrentes em pavimentos rodoviários (YODER e WITCZAK,1975; LEKARP et al., 2000a, LEKARP et al., 2000b; CERNI et al., 2012; GUIMARÃES et al., 2018; MEDINA e MOTTA, 2015).

Os materiais granulares que podem ser empregados em pavimentos são diversos, tais como solo compactado, solo estabilizado granulometricamente, britas graduadas, lateritas e materiais reciclados, tais como resíduo de construção civil e fresado (BERNUCCI et al., 2010). Na região sul do país, destaca-se o uso das britas graduadas, devido a abundância de material rochoso, principalmente pelos sucessivos derrames basálticos ocorridos no norte do estado do Rio

Grande do Sul (MULOCHER, 2013).

Os materiais empregados em pavimentos, em função de sua grande variabilidade, necessitam de uma completa caracterização para que seja possível averiguar seu comportamento frente às solicitações do tráfego ao longo da vida útil. A implementação do novo Método de Dimensionamento Nacional (MeDiNa) propõe normas e demanda essa investigação para as diversas camadas do pavimento. Para as camadas de base, sub-base e subleito, destacam-se os ensaios de módulo de resiliência (MR) regulamento pela norma do DNIT 134/2018, e deformação permanente (DP) regido pela normativa do DNIT 179/2018.

A deformação permanente se

Luiz Henrique Ferrador Ben

Universidade Federal de Santa Maria - RS

Amanda Vielmo Sagrilo

Universidade Federal de Santa Maria - RS

Paula Taiane Pascoal

Universidade Federal de Santa Maria - RS

Gabriel Augusto Feyh

Universidade Federal de Santa Maria - RS

Magnos Baroni

Universidade Federal de Santa Maria - RS

Luciano Pivoto Specht

Universidade Federal de Santa Maria - RS

caracteriza por ser resultado do acúmulo de deformações não recuperáveis oriundos da ação dos carregamentos, visto que os materiais não são completamente elásticos (UZAN, 2004). Caso a camada seja bem dimensionada, após certo número de solicitações, o material deixa de apresentar deformações permanentes e, consequentemente, não contribui mais para a formação do afundamento de trilha de roda no topo do revestimento. Caso o dimensionamento não seja o mais adequado, as deformações ao longo do tempo podem crescer indefinidamente e contribuir para a ruptura do pavimento (WERKMEISTER et al., 2001; SOLIMAN & SHALABY, 2015).

É possível distinguir vários tipos de comportamento dos materiais comparados entre si, ou mesmo, para cada material, os intervalos de comportamento quanto à resistência à ruptura plástica, em função dos níveis de tensão, classificando-os entre Tipo I, II ou III (WERKMEISTER, 2003, RAHMAN e ERLINGSSON, 2016, ERLINGSSON ET AL., 2017). Levando em consideração as particularidades dos materiais tropicais, a deformação permanente de solos e materiais granulares brasileiros pode ser representada pelo Modelo de Guimarães (2009), o qual pondera a ação da tensão confinante, da tensão desviadora e do número de solicitações na DP.

O DNIT (2018) regulamenta nove pares de tensões para a caracterização plástica de solos e materiais granulares, conforme demonstrado na Tabela 1. Contudo, sugere-se utilizar o ensaio em pelo menos seis amostras submetidas a diferentes estados de tensão ao longo de 150.000 ciclos, aplicados a frequência variável de 1 a 5 Hz, sendo recomendado a utilização de 2 Hz. Lima et al. (2019) avaliou as melhores combinações de pares de tensões a serem aplicadas, visando utilizar o ensaio com seis amostras. Os pares que constam em destaque na Tabela 1, foram indicados pelos autores para a realização do protocolo reduzido.

Tabela 1. Pares de tensão para o ensaio de deformação permanente (DNIT, 2018)

21 horas, e para a realização de ensaios a seis diferentes pares de tensões, são necessários pelo menos seis dias de ensaios e seis diferentes amostras. Este protocolo demanda grande quantidade de material, tempo de ensaio e uso do equipamento. Uma alternativa para esta avaliação é o ensaio de deformação permanente multiestágios, no qual uma única amostra é submetida a diferentes estados de tensões. Diversos pesquisadores realizaram ensaios multiestágios com variações de até quatro estado de tensões, geralmente com 10.000 ciclos de solicitações a cada estado, para diversos materiais empregados no subleito, sub-base ou base de pavimentos (CERNI et al., 2012; XIAO et al., 2015; NAZZAL et al., 2020a; NAZZAL et al., 2020b). Ensaios com cinco ou mais variações também vem sendo realizados ao longo dos últimos anos (SONG AND OOI, 2010; HUSSAIN ET AL, 2011; ERLINGSSON E RAHMAN, 2013; RAHMAN E ERLINGSSON, 2015; SALOUR et al. 2016; ERLINGSSON et al., 2017; DELONGUI et al., 2018; NGUYEN E AHN, 2019; NAEINI et al., 2021). Além disso, Naeini et al. (2021), Nazzal et al. (2020), Nguyen e Ahn (2019), Delongui et al. (2018), Song e Ooi (2010), realizaram ensaios de deformação permanente multiestágios para diversos materiais aplicados na pavimentação, seguindo normativas internacionais ou adaptações realizadas a partir dessas normas.

Diante disso, a partir de adaptações da normativa brasileira, no presente artigo será testado um protocolo para ensaios de deformação permanente com aplicação de múltiplos estágios de cargas em apenas um corpo de prova de brita graduada simples, visando reduzir a quantidade de material e os dias de ensaio. Os resultados obtidos são comparados com os resultados do protocolo convencional, realizados por Sagrilo (2020), em amostras compactadas com as mesmas condições: origem do material, granulometria, umidade e energia de compactação.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. Deformação Permanente Convencional

Considerando a frequência de 2 Hz para a aplicação de 150.00 ciclos, o ensaio tem duração de aproximadamente

O ensaio de deformação permanente tem objetivo de determinar propriedades mecânicas que podem ser usadas para previsão do desempenho dos materiais quanto a este mecanismo de degradação e para calcular a resposta estrutural do pavimento. Utiliza-se, na literatura técnica nacional e no framework do MeDiNa, o método descrito por

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Guimarães (2009), para a obtenção de parâmetros de deformação plástica, conforme a equação 01.

Onde: : deformação específica plástica; : parâmetros de regressão; : tensão confinante; : tensão desvio; : tensão de referência (tensão atmosférica); N: número de ciclos de aplicação de carga.

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Para tanto, toma-se uma fração da amostra que seja suficiente para compactação em molde tripartido de 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, na condição de umidade ótima e densidade máxima. Por se tratar de um material britado, a amostra deve ser ensaiada imediatamente após a compactação. A quantidade de material a ser preparado para a compactação de um corpo de prova é de, aproximadamente, 6000 gramas. Utiliza-se um cilindro tripartido de aço, para garantir a integridade da amostra a ser desmoldada. Para materiais granulares empregados em base de pavimentos, utiliza-se a energia modificada de compactação, nesse caso, 10 camadas e 56 golpes por camada (DNIT, 2018).

Como sequência se inicia o procedimento no equipamento triaxial de cargas repetidas. O corpo de prova é apoiado sobre uma pedra porosa e envolto em uma membrana, que garante a ação da tensão confinante e tensão desvio. Sobre o corpo de prova se posiciona o topcap, peça à qual se apoiam as extremidades dos LVDT para aquisição dos dados de deformação. A frequência de aplicação de cargas recomendada é de 2 Hz,

podendo ser utilizadas frequências de 1 até 5 Hz. A duração do pulso de carga para qualquer frequência é de 0,1 segundo. Durante todo o ensaio a tensão confinante é mantida constante (não cíclica). Deve-se aplicar ciclos de condicionamento no início com finalidade de realizar o ajuste entre o pistão e o cabeçote. Aplica-se um par de tensões para cada corpo de prova por pelo menos 150.000 ciclos. Com a determinação da deformação permanente feita de acordo com modelo de Guimarães (2009), é possível empregar seis pares de tensões, desde que bem espaçados (LIMA ET AL., 2019), de acordo com a Tabela 1.

O material avaliado foi um basalto oriundo da pedreira São Juvenal (SJ), coletado no município de Cruz Alta, Rio Grande do Sul, próximo a obra de duplicação do trevo de acesso à cidade, na RS- 342, (coordenadas geográficas 243370.88 W e 6830376.02 S), na qual foi empregado como camada de base. Esse material foi peneirado, de modo a ser enquadrado na Faixa C do DNIT (DNIT, 2006), utilizando-se as peneiras 3/4” (19,0 mm), 1/2” (12,0

mm), 3/8” (9,5 mm), #4 (4,8 mm), #10 (2,0 mm), #40 (0,42 mm) #80 (0,177 mm) e #200 (0,074 mm). A curva granulométrica adotada está demonstrada na Figura 1.

A BGS oriunda da pedreira São Juvenal foi submetida aos ensaios convencionais de deformação permanente (DNIT 179/2018) e as curvas de DP ao longo dos ciclos podem ser vistas na Figura 2 (SAGRILO, 2020). A umidade ótima deste material é 5,1% e a massa específica aparente seca máxima é 2637 kg/m³. A compactação das amostras foi realizada conforme as propostas da norma de DP e os critérios de aceitação foram o grau de compactação (100% ± 1%) e a umidade (wot ± 1%).

Quanto maior a tensão desviadora a qual o material está submetido, maiores são as deformações permanentes para uma mesma tensão confinante. Essa relação se mantém quando se observa as relações σd/σ3 para cada ensaio. Foi possível modelar o comportamento deste material por meio do Modelo de Guimarães, levando em consideração a deformação específica, conforme consta na Figura 2.

Figura 1. Curva granulométrica adotada (SAGRILO, 2020)

visualizadas na Figuras 3. Foi possível constatar os resultados de deformação foram distintos para a deformação total acumulada das amostras, ainda que todas as amostras sejam representativas e tenham atendido aos critérios de compactação. A cada 10.000 ciclos de aplicação de carga foi realizada a mudança do par de tensões. Para o primeiro par de tensões (0,4 MPa × 0,4 MPa), as deformações foram baixas para todos os casos, seguindo a tendência apresentada anteriormente no ensaio convencional (ver Figura 2).

Figura 2. Deformação permanente acumulada ao longo dos ciclos de ensaio (SAGRILO, 2020)

2.2. Deformação Permanente Multiestágios

Para a definição dos critérios de ensaio de deformação permanente multiestágios utilizou-se como referência a norma europeia dos ensaios triaxiais (BSI, 2004), com adaptações dos pares de tensão empregados no ensaio convencional (ver Tabela 1). Cada par de tensão, em destaque na Tabela 1, foi aplicado a uma frequência de 1 Hz, ao longo de 10.000 ciclos, totalizando 60.000 ciclos em um único corpo de prova. A frequência de carregamento, condicionamento e posicionamento da amostra no equipamento triaxial de cargas repetidas se mantém da mesma forma que o ensaio convencional, bem como a compactação e critérios de aceitação. Dessa forma, ao invés de seis amostras ensaiadas por cerca de 21 horas cada, submetidas a 150.000 ciclos, propôs-se realizar um protocolo reduzido, submetendo uma única amostra aos mesmos seis pares, por cerca de 8 horas de ensaio. Esse protocolo foi testado três vezes em amostras distintas para minimizar os erros e constatar a semelhança entre as amostras.

Como forma de analisar os resultados através das distintas metodologias, se fez necessário realizar uma comparação entre as magnitudes das deformações obtidas. Sendo assim foram utilizados como parâmetros de comparação os valores obtidos quanto a deformação permanente acumulada no final dos 150.000 ciclos para cada par, para a metodologia tradicional, e o seu equivalente para metodologia multiestágio, que seria a deformação acumulada ao decorrer de cada estágio (10.000 ciclos) de forma isolada.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

As curvas de deformação permanente ao longo dos 60.000 ciclos para cada um dos três ensaios podem ser

Figura 3. Deformação permanente multiestágios das três amostras de BGS

Resultado similar foi obtido para o par 0,8 MPa × 0,8 MPa, que apresenta razão σd/σ3 também unitária. Para esses pares de tensão, após alguns ciclos de carregamento, não se acumulou mais deformações permanentes, de maneira análoga ao comportamento apresentado no ensaio convencional para o mesmo estado de tensão. Para o caso do par 1,2 MPa × 2,4 MPa, ainda que a razão entre as tensões σd/σ3: 2, o padrão de deformabilidade segue análogo aos demais, ou seja, apresenta acomodamento plástico tipo I. Os pares de tensão com razões σd/σ3: 3, a saber, 0,4 MPa × 1,2 MPa, 0,8 MPa × 2,4 MPa e 1,2 MPa × 3,6 MPa, apresentaram os maiores ganhos de deformação, sugerindo, por vezes, um comportamento tipo III, ou seja, deforma-se indefinidamente, de modo que não é possível observar o acomodamento. Para o ensaio convencional, esses mesmos pares atuaram da mesma maneira, sendo responsáveis pelas deformações elevadas. É importante ressaltar que foram esses pares que condicionaram as deformações finais das amostras. Ao analisar o comparativo entre as duas metodologias (Figura 4), observa-se que a aplicação do ensaio de deformação permanente em multiestágios apresenta resultados coerentes com os expostos pela metodologia tradicional, conforme os destaques 1 e 2. Dessa forma, considera-se que a realização dos ensaios multiestágios para BGS um potencial ensaio

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para caracterização e seleção dos materiais, demandando menos material e uma menos tempo.

Neste caso específico deste material, para razões entre tensões elevadas não foi percebido o acomodamento em 10.000 ciclos, se faz necessário o ensaio estendido de 150.000 ciclos, de modo que alguns desses pares poderiam apresentar acomodamento com mais solicitações. Por outro lado, os pares de razão entre tensões mais baixas apresentaram acomodamento antes dos 10.000 ciclos. Assim sendo, essa metodologia pode auxiliar a compreender os padrões de deformação, como forma de fazer uma avaliação inicial, com menor consumo de material e diminuindo o tempo de ensaio.

que o material apresentou acomodamento, ou seja, baixos ganhos de deformação ao longo do tempo, apresentaram resultados semelhantes em ambos os ensaios. Esses pares foram aqueles que a relação σd/σ3 foi igual a 1 (0,4 MPa × 0,4 MPa e 0,8 MPa × 0,8 MPa) e 2 (1,2 MPa × 2,4 MPa) e pode-se constatar comportamento tipo I frente às deformações. Para os pares cuja relação é igual a 3 (0,4 MPa × 1,2 MPa, 0,8 MPa × 2,4 MPa e 1,2 MPa × 3,6 MPa), o material se deforma indefinidamente em ambas as metodologias, caracterizando comportamento tipo III. Com isso a aplicação da metodologia multiestágios se mostrou eficiente para critério de seleção dos materiais, uma vez que é possível identificar comportamentos semelhantes a metodologia tradicional quanto ao tipo de deformação e ao comportamento frente aos diferentes pares de razoes de tensões. Porém, carece de uma maior investigação quanto a utilização desse protocolo para determinar parâmetros de deformação permanente, uma vez que necessitaria a aplicação dos conceitos de time hardening (ERLINGSSON E RAHMAN, 2013), em que a deformação permanente acumulada estabelecida pela condição de solicitações e pelo tempo, é considerada para calcular o número equivalente de ciclos de carga necessário para atingir a mesma deformação no caso de estágio único.

Figura 4. Comparativo da deformação permanente multiestágios das três amostras com o ensaio convencional

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A caracterização dos materiais granulares empregados como base de pavimento é de grande relevância visto que impactam diretamente no afundamento de trilha de roda das camadas e oferece capacidade de suporte para o revestimento asfáltico. A depender da rigidez da camada, o trincamento por fadiga precoce da superfície pode ser favorecido. O principal mecanismo de ruína que afeta os solos e camadas granulares é a deformação permanente, cuja investigação, pelas normativas tradicionais, demanda ao menos seis ensaios, ao longo de 150000 ciclos. Este estudo propõe uma avaliação sucinta do comportamento, com uma menor quantidade de material, por meio de uma metodologia de ensaios multiestágios, no qual os seis pares de tensão do ensaio de DP em um único corpo de prova, totalizando 60.000 ciclos.

Os ensaios realizados pela metodologia multiestágios foram confrontados com os resultados obtidos pelo protocolo tradicional. Foi possível perceber que os pares de ensaio em

Vale ressaltar que o protocolo abordado neste estudo foi específico para este material e cada comportamento deve ser avaliado individualmente, de modo que esta proposta busca uma maior compreensão, utilizando menos material e menor tempo de equipamento, sendo uma prática de grande potencial visando agilidade e conveniência na caracterização dos materiais. Como sugestão de pesquisas futuras, pode-se abordar ensaios multiestágios com número de ciclos variáveis para as diferentes relações σd/σ3, de modo que quanto maior a relação, podem ser necessários mais ciclos. Outro aspecto a ser investigado é o ganho de rigidez entre os estágios, devido à influência do histórico de tensões no módulo de resiliência do material.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BERNUCCI, L. B., MOTTA, L. M. G., CERATTI, J. A. P., SOARES, J. Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros, Rio de Janeiro, PETROBRAS, ABEDA, 2010.

British Standards Institution, Unbound and Hydraulically Bound MixturesPart 7: Cyclic Load Triaxial Test for Unbound Mixtures - BS EN 13286-7:2004. London, UK, 2004.

CERNI, G., CARDONE, F., VIRGILI, S., CAMILLI, S. Characterization of

Permanent Deformation Behavior of Unbound Granular Materials Under Repeated Triaxial Loading. Construction and Building Materials, 28. p. 79-87, 2012.

CEN - European Committee for Standardization - EN. 13286–13287. Cyclic Load Triaxial Test for Unbound Mixtures, European Standard, Brussels, 2004.

DELONGUI, L., MATUELLA, M., NÚÑEZ, W. P., FEDRIGO, W., SILVA FILHO, L. C. P., CERATTI, J. A. P.

Construction and Demolition Waste Parameters for Rational Pavement Design. Construction and Building Materials. 168. p. (2018) 105-112, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.02.086.

DNER - Departamento Nacional de Estradas e Rodagem. DNER ME 83: Agregados – análise granulométrica. Rio de Janeiro, 1998.

DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. DNIT 134ME: Pavimentação - Solos - Determinação do módulo de resiliência - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2018.

DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. DNIT IE 179/18: Pavimentação - Solos - Determinação do módulo da deformação permanente - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2018.

ERLINGSSON, S., RAHMAN, S., SALOUR, F. Characteristics of Unbound Granular Materials and Subgrades Based on Multi Stage Rlt Testing. Transportation Geotechnics. 13 (2017) 28-42, https://doi.org/10.1016/j. trgeo.2017.08.009.

ERLINGSSON, S., RAHMAN. Evaluation of Permanent Deformation Characteristics of Unbound Granular Materials by Means of Multistage Repeated-Load Triaxial Tests. Transportation Research Record. Vol 2369, Issue 1, 2013, https://doi.org/10.3141/2369-02.

GUIMARÃES, A. C. R. Um Método Mecanístico Empírico para a Previsão da Deformação Permanente em Solos Tropicais Constituintes de Pavimentos. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2009.

GUIMARÃES, A. C. R., MOTTA, L. M. G., CASTRO, C. D. Permanent Deformation Parameters of Fine-Grained Tropical Soil. Road Materials and Pavement Design. 20 (7) (2018) 1-18. http://dx.doi.org/10.1080/14680629.2018. 1473283.

LEKARP, F., ISACSSON, U., DAWSON, A. State of the art. I: RESILIENT RESPONSE OF UNBOUND AGGREGATES. Journal of Transportation Engineering ASCE, Vol. 126 (1). p. 66-75, 2000.

LEKARP, F., ISACSSON, U., DAWSON, A. State of the art. II: Permanent Strain Response of Unbound Aggregates. Journal of Transportation Engineering ASCE, Vol. 126 (1). p. 76-83, 2000.

LIMA, C. D. A, MOTTA, L. M. G, ARAGÃO, F. T. S. Análise das Tensões Aplicadas nos Ensaios de Deformação Permanente de Solos e Britas para o Dimensionamento Mecanístico-Empírico De Pavimentos. 33º Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes da ANPET, 2019, 1222-1233.

MEDINA, J.; MOTTA, L. M.G. Mecânica dos Pavimentos. 3. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 638 p, 2015.

MOTTA, L. M. G. Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis:

critério de confiabilidade e ensaios de cargas repetidas. 1991. 366 p. Tese (Doutorado em Ciências em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 1991.

MULOCHER, E. R. Estudo das Argilas das Rochas Basálticas da Formação Serra Geral no Rio Grande Do Sul: Argilominerais em Lavas Portadores de Ametista na Região do Alto Uruguai (RS), Província Magmática do Uruguai. Dissertação de Mestrado - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, 2012.

NAEINI, M., MOHAMMADINIA, A., ARULRAJAH, A., HORPIBULSUK, S. Recycled Glass Blends with Recycled Concrete Aggregates in Sustainable Railway Geotechnics. Sustainability 2021, 13, 2463. https://doi.org/10.3390/ su13052463

NAZZAL, M. D., MOHAMMAD, L. N., AUSTIN, A. Evaluating Laboratory Tests for Use in Specifications for Unbound Base Course Materials. Journal of Materials in Civil Engineering. 32 (4). 04020036 (2020) 1-8, https://doi. org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003042.

NAZZAL, M. D., MOHAMMAD, L. N., AUSTIN, A., AL HOSAINT, A. Effect of Moisture Content on the Shakedown Limits of Base Course Materials. Transportation Research Record, 2675 (1), 2020b.

NGUYEN, T. H. AHN, J. Experimental Evaluation of The Permanent Strains of Open-Graded Aggregate Materials. Road Materials and Pavement Design, (22) (7) p. 1667-1678, 2019.

RAHMAN, M. S., ERLINGSSON, S. Modelling the Moisture Dependent Permanent Deformation Behavior of Unbound Granular Materials. Procedia Engineering Volume 143, 2016, Pages 921–928.

SAGRILO, A. V. Estudo de Deformabilidade e Empacotamento de Britas com Diferentes Origens Litológicas do Estado do Rio Grande Do Sul. Universidade Federal de Santa Maria, 169 p., 2020. SOLIMAN, H., SHALABY, A. Permanent Deformation Behavior of Unbound Granular Base Materials with Varying Moisture and Fine Content. Transportation Geotechnics, 4. p. 1-12, 2015.

SONG, Y., OOI, P. S. K. Interpretation of Shakedown Limit from Multistage Permanent Deformation Test. Transportation Research Record. 2167 (2010) 72-82, https://doi.org/10.3141/2167-08.

UZAN, J. Permanent Deformation in Flexible Pavements. Journal Of Transportation Engineering, 130. p. 6-13, 2004.2004.

XIAO, Y., TUTUMLER, E. MISHRA, D. Performance Evaluations of Unbound Aggregate Permanent Deformation Models for Various Aggregate Physical Properties. Transportation Research Record, 2525, 20-30, 2015.

WERKMEISTER, S., DAWSON, A. R., WELLNER, F. Permanent Deformation Behavior of Granular Materials and the Shakedown Concept. Transportation Research Record 1757. n. 01-0152. 7 p. p. 75-81. 2001.

WERKMEISTER, S. Permanent Deformation Behavior of Unbound Granular Materials in Pavement Constructions. Fakultät Bauingenieurwesen der Technischen Universität Dresden zur Erlangung der Würde eines DoktorIngenieurs Genehmigte, 2003.

YODER, E. J.; WITCZAK, M. W. Principles of pavement design. John Wiley e Sons, Inc. 2ed, 711 p., 1975.

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Metodologia bim em obras de infraestrutura: uma

revisão sistemática

Metodologia bim em obras de infraestrutura: uma revisão sistemática

Embora a metodologia BIM venha sendo amplamente estudada e implementada em diversos campos da engenharia civil, sua difusão no âmbito das obras de infraestrutura é considerada ainda insipiente. Esse tipo de obra representa um grande gargalo enfrentado por países em desenvolvimento, tendo em vista uma inerente complexidade envolvida em projeto e execução somada a elevados investimentos públicos associados. Nesse sentido, a implementação de BIM na infraestrutura constitui uma transição tida como fundamental à evolução desse setor, possibilitando, entre outros aspectos, melhorias de controle e gestão, redução na fragmentação dos sistemas e aproximação das diversas áreas envolvidas. Com esse olhar, o objetivo do presente trabalho foi realizar uma revisão abrangente e atualizada da literatura acerca da metodologia BIM em obras de infraestrutura, a fim de contribuir para uma melhor compreensão do cenário atual desse âmbito de pesquisa. Para isso, foram avaliados e definidos termos específicos de busca, sendo empregadas duas bases de referências (Scopus e Web of Science). Os dados obtidos foram analisados com o auxílio do software RStudio, possibilitando a representação estatística e identificação de aspectos pertinentes. Os resultados evidenciaram que o tema se encontra em plena expansão, observando-se um significativo aumento no número de publicações nos últimos cinco anos. Contudo, constatou-se que ainda há poucas aplicações nos âmbitos técnico e científico a nível nacional. A partir da análise dos dados, conseguiuse identificar também aspectos como autores e trabalhos mais relevantes, revistas científicas mais adotadas e assuntos de destaque. Posteriormente, foi realizada uma revisão de literatura focada especificamente na aplicação da metodologia em projetos rodoviários, identificando lacunas e tendências de estudos futuros dentro do atual estado da arte.

1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos, o BIM – Building Information Modelling ou Modelagem da Informação da Construção – tem se consolidado como uma inovadora e eficiente ferramenta no desenvolvimento de empreendimentos de engenharia e arquitetura. A metodologia BIM abrange as diversas fases de uma construção, desde as etapas de concepção, projeto e planejamento até a execução e realização da gestão e manutenção, integrando todo o ciclo de vida da obra em um ambiente comum de dados. Tendo em vista as evidentes vantagens de sua implantação, a metodologia vem ganhado espaço em outros ramos inicialmente não abrangidos, como na infraestrutura. A adoção de BIM nesse setor possibilita melhorias no controle e gerenciamento de um grande volume de dados, na compreensão dos projetos, na transparência e assertividade dos orçamentos e na gestão de riscos. Estudos iniciais já evidenciam que obras de infraestrutura conseguem alcançar, a partir da aplicação de BIM, ganhos significativos como economia de cerca de 22% no valor inicialmente orçado, redução no tempo de projeto e execução de até 33%, diminuição de erros em documentação em 33%, redução nas reclamações após a entrega da obra em 38% e, ainda,

Helena Lunkes Strieder

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Construção e Infraestrutura, Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Gabriel Grassioli Schreinert Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Construção e Infraestrutura, Universidade Federal do Rio Grande do Sul

diminuição de atividades de retrabalho de até 44% (MCGRAWHILL, 2013).

Nesse contexto, há uma tendência de crescimento na adoção de BIM em projetos de infraestrutura em diversos países. Pesquisas revelam, por exemplo, que a porcentagem de organizações do Reino Unido, França e Alemanha que utilizam BIM em pelo menos metade de seus projetos de infraestrutura expandiu de 20% em 2015 para 52% em 2017 (BUCKLEY, BRUCE; LOGAN, 2017). Nesses países, observa-se um grande incentivo governamental, como com a implantação da Estratégia de Construção do Governo do Reino Unido em 2011, tendo como foco principal a disseminação da metodologia nos empreendimentos públicos e privados (Cabinet Office U.K., 2011). O Brasil avança na mesma direção, onde o Departamento de Infraestrutura e Transportes (DNIT) tem a implementação do BIM como um objetivo estratégico desde agosto de 2017 (MDIC, 2018). Também houve a assinatura do Decreto n° 9.983 de agosto de 2019, onde o governo sinaliza a adoção de BIM como uma diretriz na contratação de obras públicas. Ainda, destaca-se a criação da rede BIM Gov Sul, uma parceria entre os governos estaduais da região sul do país para a implantação de BIM na gestão de projetos públicos, já sendo evidentes os reflexos desse movimento, citando-se o exemplo da Secretaria de Estado de Infraestrutura e Mobilidade de Santa Catarina que lançou, em outubro de 2021, a licitação para a construção do novo prédio da Fundação Catarinense de Educação Especial, que representa a primeira obra pública do estado que foi projetada e que será construída utilizando BIM (SIE/SC, 2021). Recentemente, foi lançado o Caderno de Especificações Técnicas para Contratação de Projetos para infraestrutura rodoviária em BIM pelo Departamento de Estradas de

Rodagem do Paraná com o objetivo de orientar e definir critérios mínimos para elaboração de projetos rodoviários que utilizam as ferramentas BIM em seu desenvolvimento (DER/PR, 2022).

Apesar dos evidentes e promissores avanços para a implementação no setor, o uso de BIM em obras de infraestrutura, assim como o interesse técnico-científico nessa área, ainda é deficiente em comparação com a ampla difusão na construção civil. Nesse sentido, cogita-se que a utilização de BIM em infraestrutura esteja aproximadamente três anos defasada em relação ao uso em obras prediais (BRADLEY et al., 2016). No entanto, cabe ressaltar que conforme o BIM vem sendo usado em projetos de construção vertical, amplia-se a perspectiva de sua disseminação na infraestrutura, a qual poderá ocorrer de forma mais acelerada em relação a aplicação em projetos de construção civil (MCGRAW-HILL, 2013).

A demanda por abordagens inovadoras e eficientes em projetos de infraestrutura é urgente. Além das possibilidades proporcionadas pela visualização tridimensional – à qual muitas vezes é associada – a metodologia BIM no desenvolvimento de custos integrados, cronogramas e detecção de conflitos pode fornecer grandes ganhos de eficiência e qualidade no setor. Estudos recentes apontam que a associação de imagens aéreas e de satélite é uma efetiva forma de controle e gerenciamento de obras com grande extensão horizontal (JUSTO et al., 2021). Uma fase madura do uso da tecnologia é a implantação de “gêmeos digitais”, ou seja, a captura de todas as informações e aspectos durante o ciclo de vida do projeto, orientando os processos de operação e manutenção. Atualmente, vem sendo desenvolvida a versão 5 do IFC, um modelo neutro para o compartilhamento de dados, com a fusão de várias extensões relacionadas à infraestrutura (Bridges, Roads, Ports & Waterways, Tunnels, Rail, Common

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Schema e Landscape), que pode orientar o desenvolvimento de especificações e fortalecer a digitalização do setor (BUILDINGSMART, 2021).

Apesar desse ambiente promissor, ainda há diversos desafios tecnológicos e humanos. De acordo com pesquisa realizada por Bawono et al. (2021), as empresas precisam motivar e impulsionar sua equipe técnica à adesão ao BIM. Nesse estudo, foi evidenciado que questões culturais, que incluem aspectos como a resistência à mudança e a falta de cooperação entre as partes envolvidas, são as principais barreiras em organizações tradicionais. Guo et al. (2022) apresentaram um estudo de caso identificando quatro principais desafios em projetos de infraestrutura que podem ser solucionados com a implementação do BIM: (i) isolamento das fases de projeto, (ii) incompatibilidade entre softwares nativos de diferentes disciplinas, (iii) falta de clareza na definição de requisitos e responsabilidades, e (iv) compartilhamento e documentação de informações ineficientes. Também cabe citar que obras de infraestrutura possuem, em geral, maior extensão horizontal e, com isso, alguns aspectos com pouca importância em construções verticais são fundamentais nesse tipo de projeto, como a integração de recursos do sistema de informação geográfica (GIS). Outra particularidade é o uso de softwares específicos, sendo os mais utilizados o Infraworks e o Autocad Civil 3D, ambos da Autodesk (LIMA, 2019).

Nesse cenário, o presente estudo buscou realizar uma revisão sistemática da literatura atual acerca da metodologia BIM em projetos de infraestrutura, a fim de contribuir para uma melhor compreensão sobre a panorama atual. Para atender ao objetivo proposto, foram definidos termos específicos de busca, sendo empregadas as bases de referências Scopus e Web of Science. Na sequência, os dados obtidos foram analisados com a utilização do software RStudio. Posteriormente, a revisão da literatura focou-se especificamente na aplicação da metodologia em projetos rodoviários, identificando lacunas e tendências de estudos futuros dentro do atual estado da arte.

2. REVISÃO SISTEMÁTICA DE LITERATURA

Nessa seção é apresentada a metodologia da busca sistemática e a análise dos resultados obtidos.

2.1. Metodologia

Optou-se por utilizar as bases de dados Scopus e Web of Science devido à relevância na área, cujo histórico de buscas realizadas está apresentado na Tabela 1. Com o intuito de identificar o panorama geral da literatura sobre o uso de BIM em infraestrutura, inicialmente, foi realizada uma pesquisa abrangente, selecionando todos as publicações que continham os termos “Building Information Modelling” ou “BIM” e “Infrastructure” no título, resumo ou palavras-chave (busca 1) e, na sequência foram adicionadas as palavras “Road” e “Highways” (busca 2). Nessa etapa, através da análise dos títulos, evidenciou-se que muitas publicações selecionadas focavam em infraestrutura predial. Dessa forma, buscando excluir esses resultados foi utilizado o operador “NOT” aliado a “Construction” (busca 3). Posteriormente, para filtrar as publicações focadas em infraestrutura rodoviária, uma nova busca foi feita contendo os termos “Infrastructure”, “Road” e “Highways” (busca 4).

A estrutura da busca 3, que retornou 420 documentos na Scopus e 271 na Web of Science, foi escolhida para realizar a coleta e análise dos dados. Os resultados das buscas foram extraídos no formato BibTex, contendo informações técnicas como título, autor, periódico, país de publicação, citações e área de conhecimento. Na sequência, a análise dos dados amostrais foi realizada com o emprego do software RStudio, um software livre que disponibiliza um ambiente de desenvolvimento integrado para a linguagem de programação R, possibilitando a realização de cálculos estatísticos e visualização gráfica.

Após unir as publicações de ambas as bases de dados, resultando em 691 publicações, foi evidenciado que 157 arquivos constavam em ambas as bases em análise. Aplicando critérios de exclusão, foram eliminadas as publicações que não estavam dentro do universo de tempo entre 2004 e 2021 e as repetidas. As buscas foram realizadas em janeiro de 2022, portanto, atingindo todas as publicações de 2021. Dessa forma, foi gerado um acervo com 534 publicações diferentes, as quais foram integralmente consideradas nas análises realizadas.

Tabela 1. Histórico de buscas

Cabe aqui relatar acerca da dificuldade encontrada quanto à definição dos termos de busca, especialmente em função da palavra “Building”. Como o propósito era evitar publicações referentes a construções prediais, a melhor opção para exclusão seria a palavra “Building”, relativa a “prédio” ou “edificação” em português. Contudo esse termo está inserido na terminologia “Building Information Modelling”, mesmo quando aplicada em outros ramos da engenharia civil. Após análise de diversas opções, optou-se pela exclusão da palavra “Construction” com forma mais efetiva de se alcançar o propósito da busca.

2.2. Resultados

A Figura 1 apresenta o histórico de publicações em função do tempo. Observa-se um aumento no número de publicações ao longo dos anos, o que indica um interesse crescente no assunto. Cabe destacar também o expressivo aumento nas publicações após 2016, concentrando mais de 80% do total de arquivos encontrados.

A seguir, na Figura 2 é apresentada a lista dos autores com mais publicações sobre o tema. Esses autores podem servir como base para revisões de literatura futuras, visto que são grandes interessados pelo assunto. Borrmann A. e Li H. publicaram 10 e 8 artigos, respectivamente, destacando-se por terem publicado o maior número relacionados ao tema. Os autores subsequentes apresentados no gráfico tiveram entre 6 e 4 artigos publicados cada.

A Figura 3 mostra as principais as relações de co-citação entre os autores. Co-citação é a correlação entre dois artigos citados juntos em um terceiro artigo, assim, a partir dos links e grupos, é possível identificar os autores com artigos semelhantes e com o mesmo enfoque. Quanto maior a proximidade e o tamanho dos círculos com os vizinhos, maior a importância em relação ao mesmo grupo que se identifica pela cor.

A Tabela 2 apresenta os artigos científicos focados em BIM na infraestrutura com o maior número de citações dentro das bases de dados em análise. Uma vez que publicações mais recentes podem ter sua relevância ofuscada devido ao número total de publicações ser inferior em relação a pesquisas mais antigas, também foi inserida a informação de citações por ano.

Na Figura 4 é possível observar os países com mais publicações sobre o tema. Além disso, uma vez que a pesquisa pode ter sido publicada em um país diferente do local que foi desenvolvida, também foi analisado o país de origem do autor principal. Dessa forma, foram identificadas publicações em mais de 50 países, demostrando a relevância global do assunto.

Figura 1. Distribuição de publicações por ano

Figura 2. Número de publicações por autor

Figura 3. Interações de co-citação entre autores

Tabela 2. Número de citações por autoria

A Tabela 2 apresenta os artigos científicos focados em BIM na infraestrutura com o maior número de citações dentro das bases de dados em análise. Uma vez que publicações mais recentes podem ter sua relevância ofuscada devido ao número total de publicações ser inferior em relação a pesquisas mais antigas, também foi inserida a informação de citações por ano.

Alemanha, Estados Unidos, China e Itália se destacam entre os países com mais publicações, com mais de 100 artigos. O Brasil ficou na posição 14º, com dezesseis publicações e apenas 1 autor principal.

3. APLICAÇÕES DE BIM NA INFRAESTRUTURA RODOVIÁRIA

Segundo Bradley et al. (2016), o termo “infraestrutura” é muito amplo, pois se refere a vários tipos de instalações e estruturas, as quais podem ser divididas em cinco áreas principais: transportes, energia, petróleo e gás, mineração e instalações recreativas. Após a realização de uma revisão abrangente e atual sobre o tema, foi possível ter uma visão geral sobre o assunto e identificar as principais lacunas de conhecimento. Entretanto, a revisão sistemática desenvolvida retornou ao todo 534 publicações diferentes, o que é um número de documentos ainda consideravelmente elevado. Por isso, visando uma leitura mais objetiva e direcionada a conteúdos específicos de interesse, é necessária a aplicação de mais filtros e critérios de busca.

A Tabela 3 apresenta as principais fontes de publicação. Essa análise é relevante para entender os assuntos mais pautados no acervo literário em análise. Dessa análise, é possível identificar especial interesse em aspectos relativo ao uso de tecnologia de informações aplicado à engenharia, a infraestrutura e obras de arte (como pontes, túneis e viadutos).

Tabela 3. Número de publicações por revista científica

Dito isso, essa seção apresenta uma análise da aplicação de BIM em projetos rodoviários, elencando os principais potenciais de uso e lacunas de conhecimento identificadas. Para esse fim, foi considerado o termo de busca 4, conforme Tabela 1, sendo adotada como critério de delimitação a inclusão de publicações a partir do ano de 2018.

3.1 Projeto e execução

A Figura 5 apresenta as palavras-chaves mais usadas pelos autores para definir os seus artigos. Através da análise das temáticas de pesquisa, foi possível identificar que o BIM está presente em todas as fases do projeto. Ou seja, embora os artigos abordem especialmente aspectos relativos a arquitetura e visualização de projeto, foram identificadas pesquisas relacionadas ao gerenciamento, manutenção, análise do ciclo de vida, entre outras. Confirmando a análise da Tabela 3, as palavras- chaves também estão associadas à tecnologia de informação (“information theory”, “geographic information systems”) e obras de arte (“bridges”).

Figura 5. Palavras-chaves mais relevantes

O emprego da metodologia BIM pode contribuir na avaliação de diferentes cenários e alternativas de projeto, uma vez que uma rodovia pode ter diferentes opções de traçado. Quando aliado ao GIS, permite o reconhecimento do local de implantação como, por exemplo, a identificação da hidrografia local, de interferências de linhas de transmissão, de existência rodovias e áreas de assentamento, permitindo minimizar ou remover conflitos de projeto e de restrições ambientais (D’AMICO et al., 2020). Recentemente, a Autodesk lançou a ferramenta ReCap, um recurso para o Infraworks, onde o usuário pode inserir arquivos de nuvem de pontos ao modelo, funcionalidade que vem sendo utilizada para estudos de impacto de projetos em áreas pré-existentes (LIMA, 2019). Justo et al. (2021), por meio de processamento de nuvem de pontos coletada utilizando laser scanner, criaram modelos 3D contendo diferentes elementos rodoviários, como o alinhamento da rodovia, sinalização vertical e defensas metálicas, e ainda, propuseram uma metodologia de classificação dos dispositivos. Outro aspecto que contribui para tornar os projetos mais ágeis, é a criação de modelos paramétricos, uma vez que o desenho geométrico de rodovias segue uma série de regras repetitivas ao longo de toda sua extensão – que dependem de sua velocidade diretriz, raios de curvas e larguras de pistas, por

exemplo, dimensionadas com base em parâmetros definidos pelo projetista. Essas regras podem ser automatizadas pelo uso de ferramentas BIM, permitindo projetar uma rodovia de forma mais rápida e pouco trabalhosa (COSTIN et al., 2018).

Além disso, o uso de BIM pode contribuir em diferentes fases de projeto e construção, pois fornece uma melhor representação visual, possibilitando a redução de erros e conflitos. Vignali et al. (2021), por exemplo, apresentaram um estudo de caso de uso de BIM para projetar um novo segmento rodoviário no norte da Itália e a sua ligação a uma linha rodoviária e a uma rodovia existentes. O terreno foi modelado a partir de nuvem de pontos e foram desenvolvidos traçados de um túnel sobre a ferrovia e uma rotatória para conectar a rodovia existente. Essa experiência mostrou que o uso da metodologia, além de uma ferramenta efetiva para otimizar e validar o projeto rodoviário de acordo com as normas pertinentes antes de sua construção, também contribui para avaliar o contexto ambiental real em que a obra será inserida. Castañeda et al. (2021) fizeram um estudo para análise e simulação de alternativas de interseção viária em um modelo BIM, integrando o projeto geométrico com o estudo de fluxo viário através de módulo de análise de tráfego do Infraworks (Autodesk). A automação proporcionada pela implementação do BIM em simulações de intersecções favoreceu a avaliação de diferentes alternativas de projeto em menos tempo, melhorando a qualidade dos processos de tomada de decisão ao explorar diferentes cenários. De acordo com os participantes do estudo de caso apresentado nesse estudo, alguns dos benefícios mais proeminentes foram a melhoria na compreensão e qualidade do projeto, a eficiência na comunicação entre os envolvidos, o esclarecimento do escopo e a redução do tempo de projeto.

3.2 Gerenciamento de recursos e riscos

A aplicação da ferramenta BIM com a finalidade de planejamentos de tempo e custo têm se mostrado bastante útil na otimização de projetos de infraestrutura, através da gestão eficiente de recursos e redução de riscos e desperdícios. Recursos técnicos, financeiros e humanos podem ser organizados em um documento conhecido como Plano de Execução BIM (BEP), etapa que deve ser realizada na fase de pré-contrato e previamente ao início da construção. Diversas fontes apontam que os maiores obstáculos em projetos de obras públicas estão na falta de clareza nos orçamentos, especialmente na fase de licitação. Diante deste contexto, algumas iniciativas governamentais para a adoção do BIM em obras públicas visam aumentar a qualidade dos projetos e assertividade de orçamentos, resultando em maior transparência e controle do fluxo de informações. Nesse cenário, Nunes et al. (2021)

propuseram uma biblioteca de componentes BIM para projetos de licitações de estações de metrô, fornecendo elementos que auxiliam no desenvolvimento e controle das obras públicas. De acordo com essa pesquisa, um aspecto importante da biblioteca de componentes é relacionar cada elemento e material a tabelas de referência aprovadas por órgãos públicos, como o SICRO do DNIR, para realmente apoiar o processo de licitação, BIM também pode auxiliar na detecção de conflitos de atividades e na tomada de decisões. As funcionalidades do BIM podem ser aplicadas para o gerenciamento de riscos, auxiliando na detecção de erros e incompatibilidades de projeto, o que aumenta a produtividade e reduz os riscos associados a tempo e custo, além de permitir a simulação e exploração de diferentes cenários antes da tomada de decisão (COSTIN et al., 2018). Essa análise tem especial importância em obras de infraestrutura que, em geral, exigem agilidade e logística, além de demandarem uma elevada taxa de mecanização e equipamento de grande porte. Dessa forma, excesso de transporte de equipamentos e matérias-primas tem impacto significativo no orçamento, tornando obras mais onerosa (LIMA, 2019). Além disso, através de maior rigor no planejamento, programando a ordem e duração das tarefas, é possível ter redução dos desperdícios do processo em relação aos atrasos de transporte, falta de equipes e de insumos (COSTIN et al., 2018).

3.3 Documentação

A documentação das fases de execução e do “asbuilt” é um processo fundamental para o gerenciamento de empreendimentos de infraestrutura. Diversas vantagens estão relacionadas ao uso da metodologia BIM para a atualizações de dados da produção e a comunicação com o escritório de forma mais eficiente, sem a perda de informações durante o fluxo de trabalho, que é um problema frequentemente identificado em obras de grandes dimensões, várias fases de execução e diferentes equipes de trabalho (LIMA, 2019). A integração de BIM com tecnologias de captura, como varredura a laser e fotogrametria, pode contribuir na documentação das fases da obra. Acerca desse tema, Costin et al. (2018) sugerem como tópicos para pesquisas futuras o estudo de metodologias de análise dos dados capturados e a geração automatizada de documentos, relatórios de inspeção e controles executivos, e o desenvolvimento de métodos para o gerenciamento confiável e aprimorado de fases após a construção.

3.4 Avaliação de impactos ambientais

Há uma demanda crescente por projetos mais eficientes,

integrados com o entorno e com a adoção de diretrizes de smart cities, visando aumentar a resiliência das cidades e a qualidade de vida das pessoas. Apesar disso, segundo Costin et al. (2018), avaliações de sustentabilidade e de impactos ambientais no desenvolvimento de projetos de infraestrutura utilizando a metodologia BIM é um tema ainda muito defasado, sendo apontado como uma lacuna de conhecimento. Nahangi et al. (2021), por exemplo, fizeram a avaliação de gases de efeito estufa (GEE) em uma obra de renovação de uma ponte, utilizando a funcionalidade de extração de quantitativos do BIM, chegando a uma divergência de 212% entre a quantidade de GEE estimado antes da construção e após os ajustes no modelo, através de dados de quantidades de material e energia coletados no local durante obra, provando a limitação do uso da metodologia para esse fim.

4. CONCLUSÕES

São evidentes os esforços que diversos agentes do campo da engenharia civil vêm empregando para a implementação de BIM em projetos de infraestrutura. Contudo, trata-se ainda de um cenário em pleno amadurecimento, demandando contribuições coletivas para uma melhor compreensão do panorama atual, possibilitando sua difusão e consolidação nesse setor. Nesse contexto, o presente trabalho realizou uma revisão sistemática da literatura acerca da metodologia BIM em obras de infraestrutura.

A análise dos resultados obtidos na revisão evidenciou que esse tema tem relevância internacional e vem ganhando atenção e novos adeptos a cada ano. No Brasil, esse interesse também se encontra em expansão, tornando-se um assunto recorrente no meio técnico-científico, principalmente após a implantação de exigências governamentais quanto à aplicação da metodologia em obras públicas de infraestrutura rodoviária. Entretanto, constata-se que ainda são poucos os casos de aplicação prática, bem como de estudos científicos em âmbito nacional. Nesse sentido, posteriormente a pesquisa bibliográfica foi direcionada para a aplicação de BIM em projetos rodoviários tendo um caráter exploratório e introdutório, a fim de orientar e contribuir para estudos futuros acerca do tema.

Estudos existentes evidenciaram que o uso da metodologia BIM pode contribuir em todo o ciclo de vida do projeto, gerando benefícios diversos para as partes envolvidas. No entanto, esse é um tema ainda recente e, por isso, torna-se necessário seguir investigando as limitações e potencialidades de uso das ferramentas BIM. Por fim, com base nesse estudo, são levantadas algumas alternativas de futuras pesquisas: (i) aplicação de BIM para explorar o conceito de smart city, incorporando toda a infraestrutura de transportes para vincular

e propor soluções, (ii) avaliação de impactos ambientais, sugerindo alternativas sustentáveis aos projetos de infraestrutura, (iii) utilização de BIM no gerenciamento de riscos, avaliando diferentes cenários e procedimentos para prevenção e intervenção, (iv) emprego de BIM para a documentação, análise e geração de relatórios precisos de acompanhamento da execução e as-built, (v) orçamentação com a integração a planilhas referenciais de preços.

REFERÊNCIAS

BAWONO A.A., VON SCHUMANN C.M., LECHNER B. Study of Building Information Modelling Implementation on Railway Infrastructure. In: Toledo Santos E., Scheer S. (eds) Proceedings of the 18th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering. ICCCBE 2020. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 98. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-51295-8_26. 2021.

BRADLEY, A., LI, H., LARK, R., DUNN, S. BIM for infrastructure: An overall review and constructor perspective. Automation in Construction, v. 71, p. 139–152, 2016.

BUCKLEY, BRUCE; LOGAN, K. SmartMarket Report The Business Value of BIM for Infrastructure. v. 42. 2017.

BUILDINGSMART. IFC Infrastructure Deployments. Disponível em: < https://www. buildingsmartusa.org/standards/rooms/infrastructure/ifc-bridge/>. Acesso em: 17 CABINET OFFICE, U.K. Government Construction Strategy. Disponível em https://assets. publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/ file/61152/Government- Cons-truction-Strategy_0.pdf

CASTAÑEDA, K., SÁNCHEZ, O., HERRERA, R. F., PELLICER, E., PORRAS, H. BIMbased traffic analysis and simulation at road intersection design. Automation in Construction, v. 131, p. 103911, 2021.

COSTIN, A.; ADIBFAR, A.; HU, H.; CHEN, S. Building Information Modeling (BIM) for transportation infrastructure – Literature review, applications, challenges, and recommendations. Automation in Construction, [s. l.], v. 94, n. July, p. 257–281, 2018.

D’AMICO, F., CALVI, A., SCHIATTARELLA, E., DI PRETE, M., & VERALDI, V. BIM And GIS data integration: a movel approach of technical/environmental decision-making process in transport infrastructure design. Transportation Research Procedia, v. 45, p. DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM (DER/PR). Caderno de Especificações Técnicas para Contratação de Projetos para infraestrutura rodoviária em BIM. <https://www.bim.pr.gov.br/Pagina/Caderno-BIM-PR>. Acesso em: 02 jun. 2022.

GUO, X., TIAN, C., CHEN, Y., & ZHANG, J. Case study of building information modeling implementation in infrastructure projects. Transportation research record, v. 2676, n. 2, p. 663-679, 2022.

JUSTO, A.; SOILÁN, M.; SÁNCHEZ-RODRÍGUEZ, A.; RIVEIRO, B. Scan-to-BIM for the infrastructure domain: Generation of IFC-complaint models of road infrastructure assets and semantics using 3D point cloud data. Automation in Construction, v. 127, 2021.

LIMA, J. P. A. Aplicação da metodologia BIM para estudos de obras de infrasestrutura de transporte: estudo de caso – projeto de pavimentação da via SC-436. Trabalho de conclusão – curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2019.

MACGRAW HILL CONSTRUCTION. The Business Value of BIM for Infrastructure Challenges with Collaboration and Tecnology. Belford, 2012.

MINISTÉRIO DA INDÚSTRIA, COMÉRCIO EXTERIOR E SERVIÇOS – MDIC. Estratégia Nacional de Disseminação do Building Information Modelling – BIM. Disponível em https://www.gov.br/produtividade-e- comercio-exterior/pt-br/images/REPOSITORIO/ sdci/CGMO/26-11-2018-estrategia-BIM-BR-2.pdf.

NAHANGI, M.; GUVEN, G.; OLANREWAJU, B.; SAXE, S. Embodied greenhouse gas assessment of a bridge: A comparison of preconstruction Building Information Model and construction records. Journal of Cleaner Production, v. 295, p. 126388, 2021.

NUNES, S. C.; FERREIRA, S. L.; BRITO, J. T. S. BIM Component Library for Subway Public In: International Conference on Computing in Civil Springer, Cham, 2020. p. 335-361.

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Utilização de misturas asfálticas com material fresado e ligante de alta penetração na rodovia SP-070

Enacor

O presente trabalho versa sobre um estudo de caso de obra inovador realizado na rodovia SP-070, no qual foi utilizada mistura asfáltica com fresado e cimento asfáltico de petróleo de alta penetração (CAP AP). Este ligante asfáltico, recém desenvolvido, tem como principal característica sua capacidade de rejuvenescer o fresado adicionado em misturas asfálticas. O trabalho é dividido em três etapas, sendo elas: (1) ensaios de laboratório (caracterização dos materiais utilizados, projeto de dosagem e ensaios de desempenho da mistura asfáltica); (2) descrição da aplicação da mistura asfáltica em campo e; (3) previsão do desempenho do pavimento, obtida por meio de análises viscoelásticas realizadas no software Layered Viscoelastic Pavement Analysis for Critical Distresses (LVECD). A mistura asfáltica com fresado e CAP AP demonstrou resultados satisfatórios nas três etapas desenvolvidas e, mesmo que os resultados do estudo sejam válidos para este caso específico, acredita-se que o CAP AP apresente potencial para realizar o que se propõe. De forma a respaldar os resultados obtidos, o estudo será complementado com análises laboratoriais de controle tecnológico e de caracterização avançada da mistura asfáltica. Da mesma forma, serão realizados monitoramentos periódicos do trecho experimental com o intuito de validar as previsões de desempenho do pavimento obtidas usando a metodologia LVECD.

1. INTRODUÇÃO

A sigla ESG, que, em inglês, significa Environmental, Social e Governance (Meio Ambiente, Social e Governança, em português), é uma métrica utilizada para mensurar as práticas de uma empresa ou instituição ligada a esses três pilares. Uma vez como meta, o ESG impulsiona o crescimento sustentável da empresa/instituição ao mesmo tempo que fortalece a sociedade e o meio ambiente. Estima-se que globalmente existam mais de $23 trilhões de ativos sob gestão do ESG e este número tende a crescer e ter maior significância nos próximos anos (HILL, 2020).

Em 2015, a Organização das Nações Unidas (ONU) adotou metas mundiais para 2030 que foram divididas em 17 grupos. Entre eles, existe o Grupo 9, que versa sobre Indústria, Inovação e Infraestrutura. Com o estabelecimento destas metas, países signatários estão buscando a redução da emissão de gases do efeito estufa (Greenhouse Gas, GHG).

Nas últimas décadas, a indústria da pavimentação asfáltica também vem buscando novas alternativas ao consumo de materiais virgens e emissão de gases poluentes. A reciclagem de pavimentos é uma das técnicas que apresenta, não somente vantagens econômicas, mas também sustentáveis (GENESSEAUX, 2015; HOY et al., 2017). A inserção de material fresado de revestimentos asfálticos (do inglês, Reclaimed Asphalt Pavement – RAP) em novas misturas ganhou destaque nos últimos anos. Estima-se que o uso de fresado no ano de 2017

Cecília Fortes Merighi EcoRodovias

William Fedrigo EcoRodovias

Bethania Machado Correa LAPAV/UFRGS

Thaís Radünz Kleinert LAPAV/UFRGS

Gracieli Bordin Colpo LAPAV/UFRGS

Felipe do Canto Pivetta LAPAV/UFRGS

Lélio Antônio Teixeira Brito LAPAV/UFRGS

Luis Alberto Herrmann do Nascimento CENPES/PETROBRAS

tenha reduzido a necessidade de 3,8 milhões de toneladas (21,5 milhões de barris) de ligante asfáltico e mais de 72 milhões de toneladas de agregado (WILLIAMS et al., 2018). Além disso, essa técnica colabora para a diminuição da pegada de carbono do processo de usinagem da mistura asfáltica, contribuindo para atingir as metas estabelecidas pela ONU.

O Brasil apresenta grande potencial para a reutilização do fresado em revestimentos asfálticos, porém ainda encontra barreiras como a falta de usinas adaptadas para inserção desse material. Embora, países da Europa e os Estados Unidos busquem maximizar a utilização desse material na mistura, utilizar uma porcentagem reduzida (até 20%) pode simplificar o processo. Pois, neste caso, geralmente não se faz necessário utilizar agentes de reciclagem e corrigir a viscosidade do ligante asfáltico presente no fresado (FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, FHWA, 1997).

Demonstrando a importância da reciclagem de pavimentos asfálticos, em 2021, o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) publicou a resolução n° 14 (DNIT, 2021) que dispõe que todos os projetos de engenharia de restauração, adequação de capacidade e ampliação de obras viárias desenvolvidos pelo próprio órgão (sendo a Sede ou Superintendências) deverão aplicar como solução e orçamento camadas asfálticas que contenham fresado.

Neste contexto, com o intuito de incentivar o uso de fresado em novos revestimentos asfálticos, o presente trabalho trata sobre um estudo de caso de obra na rodovia SP-070, no qual foi utilizada mistura asfáltica com fresado e cimento asfáltico de petróleo de alta penetração (CAP AP), desenvolvido especificamente para este tipo de serviço. No trabalho, são apresentados os resultados de ensaios de laboratório, a descrição da aplicação do material em campo e a previsão do desempenho do pavimento obtida por meio de análises viscoelásticas.

2. MATERIAIS E ENSAIOS DE LABORATÓRIO

Neste estudo de caso os materiais utilizados no projeto foram agregados, fresado e CAP AP. Este ligante asfáltico exerce ação rejuvenescedora no fresado e possui como características uma penetração a 25°C entre 70 e 85 dmm e um ponto de amolecimento mínimo de 44°C. As características desse ligante estão apresentadas na Tabela 1. É importante destacar que o parâmetro FFLPSE (Fator de Fadiga do Ligante), um dos indicadores da vida de fadiga, apresentou resultado de 1,49 para esse tipo de ligante, o que indica vida de fadiga superior a dos produtos típicos (CAP 50/70 e CAP 30/45), que possuem valores de FFLPSE entre 1,30 – 1,40. Dessa forma, o CAP AP possuí bom potencial para aplicações com reciclagem a quente.

Tabela 1. Características do ligante CAP AP

Jnrdif

Os agregados utilizados são de origem granítica, apresentando perda por abrasão Los Angeles de 25,7%. O fresado possuía 6,12% de ligante asfáltico e foi incorporado à mistura em uma porcentagem de 20%. A Tabela 2 apresenta outras características do ligante presente no fresado.

Tabela 2. Características do ligante presente no fresado

A dosagem da mistura densa tipo EGL 16/19 mm foi realizada utilizando-se a metodologia Superpave com 100 giros. Após, para fins de execução e controle de campo, obteve-se a densidade aparente da mistura por meio da metodologia Marshall. Foi definido um teor ligante total de 4,7%, resultante da aplicação de 3,5% de CAP AP e 1,2% de ligante do fresado. A mistura possui uma composição granulométrica com 20% de brita 1”, 10% de brita 1/2”, 25% de pedrisco, 24% de pó de pedra, 1% de cal e 20% de RAP. A Figura 1 mostra a curva granulométrica da mistura e os limites da faixa EGL 16/19 mm da especificação ETECS.000.000-PAV/07 (ECORODOVIAS, 2020).

Figura 1. Curva granulométrica da mistura asfáltica

O resumo da dosagem e das propriedades volumétricas da mistura é apresentado na Tabela 3, assim como os resultados dos ensaios mecânicos. Com o intuito de prever o desempenho do pavimento, também foram realizados ensaios de fadiga através do protocolo Simplified Viscoelastic Continuum Damage, S-VECD (UNDERWOOD; BAEK e KIM, 2012) e de deformação permanente através do protocolo de ensaio Stress Sweep Rutting, SSR (KIM e KIM, 2017). Na Figura 2 consta a curva mestra de módulo dinâmico (a); a curva de dano característica da mistura (b) para temperatura de referência de 20°C, utilizada no modelo de fadiga; a curva de calibração do shift-model (c), utilizada na previsão de deformação permanente; e a envoltória de ruptura da mistura asfáltica (d), caracterizada por meio do critério de ruptura GR, apresentado por Sabouri e Kim (2014), baseado no acúmulo da dissipação de energia de pseudo-deformação.

3. APLICAÇÃO EM PISTA

O trecho experimental está localizado na rodovia SP-070, entre o km 74+000 e o km 74+480, sendo um segmento de pista dupla. A obra foi executada nos dias 21 e 22 de janeiro de 2022.

A usina contínua utilizada é da fabricante Ammann (modelo 140 Prime), sendo adaptada para inserção de fresado no misturador interno. Durante a calibração da usina, foram coletadas informações, como a umidade do fresado, o teor de ligante das primeiras bateladas da usina e a temperatura da saída da mistura asfáltica.

É importante destacar que o fresado não passou por

TABELA 3. RESUMO DA DOSAGEM E DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MISTURA COM RAP

Figura 2. Caracterização de performance da mistura avaliada: (a) curva mestra do módulo dinâmico; (b) curva de dano característica (C vs S); (c) Curva de caracterização do shift-model para altas temperaturas; e (d) curva de ruptura para fadiga

qualquer tipo de pré-secagem ou aquecimento antes de ser adicionado à mistura, o que gerou uma grande quantidade de vapor no momento do contato com os agregados aquecidos. O teor de umidade do fresado médio foi de 5,6%, sendo que um valor tão elevado não é adequado para a produção de misturas asfálticas. Contudo, a obra foi executada durante o período de chuva, não havendo a possibilidade de postergação.

A produção iniciou de forma que os primeiros caminhões saíssem da usina às 5:30 horas. A distância entre a usina e o trecho executado é de aproximadamente 100 km e a temperatura da mistura asfáltica na saída da usina era de aproximadamente 170°C. A aplicação da mistura asfáltica iniciou às 11 horas e, de forma a atender às temperaturas do projeto de dosagem (Tabela 2), a temperatura de compactação foi de 140°C. A Figura 3 apresenta imagens da execução do trecho e a Figura 4 do trecho finalizado. O teor médio de ligante asfáltico da mistura foi de 4,5%, atendendo aos limites de variação especificados na ET ETECS.000.000-PAV/07 (ECORODOVIAS, 2020) de ±0,3% em relação ao teor de projeto (4,7%). Em geral, a granulometria da mistura se enquadrou na faixa de trabalho.

4. PREVISÃO DE DESEMPENHO DO PAVIMENTO

BPosteriormente à aplicação em campo, foram realizadas análises usando o software LVECD (Layered Viscoelastic Pavement Analysis for Critical Distresses) (ESLAMINIA et al., 2012; NOROUZI, 2015), para previsão de desempenho do pavimento com relação à fadiga, ao afundamento de trilha de roda (ATR) e ao índice de irregularidade longitudinal (IRI). Salienta-se que as análises no LVECD foram realizadas com base nas calibrações e validações de Nascimento (2015), Bueno (2019) e Barros (2022), considerando uma confiabilidade de 95%. Os dados iniciais de área trincada, ATR e IRI foram medidos após a execução do trecho experimental e são identificados como “Monitoramento” nas Figuras 5, 6 e 7.

O pavimento da rodovia SP-070 no segmento de teste é do tipo semirrígido invertido, construído na década de 1970, com sub-base de brita graduada tratada com cimento (BGTC) apresentando comportamento granular. As espessuras e módulos das camadas do pavimento, obtidos por meio de retroanálises usando o software BAKFAA, são apresentados

Figura 3. Execução do trecho experimental: (a) distribuição e (b) compactação da mistura asfáltica.

AFigura 4. Trecho experimental após execução: (a) aparência do pavimento e (b) textura da mistura.

na Tabela 4. Ressalta-se que o valor obtido para o módulo da camada de BGTC foi inferior ao comumente esperado para esse tipo de material, e a razão disso deve-se ao grau de trincamento da camada, afetando na sua durabilidade de maneira significativa. O número NUSACE anual é de 4,68×106 e acumulado para 6 anos é de 2,81×107.

Tabela 4 – Dados adotados na análise do pavimento.

avaliação em campo, primeiro levantamento até o momento, por se tratar de um tráfego pesado, os resultados iniciais foram devidamente previstos pelo LVECD.

Na análise LVECD, utilizou-se, para o horizonte de projeto (6 anos), as seguintes informações: clima da cidade de São Paulo; velocidade diretriz de 80 km/h; camada de reforço de 4,5 cm com mistura EGL 16/19 mm com 20% de fresado e CAP AP sobre a estrutura retroanalisada; confiabilidade de 95%.

A Figura 5 apresenta a área trincada total para 1 km, o que inclui trincas de classes 1 (FC1) e 2 (FC2), com valor ao final da vida de projeto da ordem de 10%. A experiência indica que trincas de classe FC2 correspondem a no máximo 50% da área trincada total, ou seja, espera-se 5% de FC2 aos 6 anos de serviço. Este valor é inferior ao limite indicado para o período de projeto (15%), mas destaca-se que trincas por reflexão não são consideradas na previsão.

Figura 6 – Análise do IRI para o trecho experimental.

Figura

5.

Análise da área trincada para o trecho experimental.

O IRI medido após 30 dias foi de 2,3 m/km e esse valor foi assumido como IRI inicial para análise de desempenho da irregularidade. Observa-se, na Figura 6, que, em 72 meses (período de projeto), o IRI não atingirá o valor limite de 2,7 m/km.

A Figura 7 apresenta a previsão do ATR, que é de 4 mm para o período de projeto de 6 anos. O valor apresenta-se abaixo do limite de 7 mm.

Cabe salientar, que mesmo sendo um período curto de

Figura 7. Análise

do

ATR para o trecho experimental

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A mistura asfáltica com fresado e CAP de Alta Penetração (CAP AP) demonstrou resultados satisfatórios nos ensaios de laboratório, na aplicação em campo e na análise de previsão de desempenho. Desta forma, acredita-se que o CAP AP apresente potencial no que se propõe, ou seja, atuar no rejuvenescimento do fresado asfáltico. Cabe ressaltar que o estudo, por ser pioneiro, é bastante específico, sendo seus resultados válidos somente para os materiais empregados, estrutura existente e condições locais.

Durante a execução do trecho experimental, foram coletadas amostras da mistura asfáltica não compactada e extraídos testemunhos cilíndricos e prismáticos. De posse destes materiais, serão realizados ensaios laboratoriais de controle tecnológico e de caracterização avançada. Além disso, os resultados os monitoramentos periódicos serão utilizados para validar as previsões do desempenho do pavimento.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BARROS, L. M. Implementação do ensaio stress sweep rutting e do shift model para a previsão da deformação permanente de misturas asfálticas brasileiras. (2022). 223p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil – Programa de Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio de Janeiro - COPPE, Rio de Janeiro.

BUENO, L. D. Contribuição para a previsão empírico-mecanicista da irregularidade longitudinal e seus desdobramentos econômicos em pavimentos asfálticos. (2019). 381p. Tese (Doutorado em Engenharia – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil) –Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Santa Maria.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES – DNIT. Manual de ajuda programa MeDiNa versão 1.1.5. (2020). Brasilia, Distrito Federal.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES – DNIT. Resolução N° 14 – Reaproveitamento do RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) em obras de restauração, adequação de capacidade e ampliação de obras viárias do DNIT. (2021). Brasília, DF

ECOROROVIAS. Pavimentação – Especificação técnica para concreto asfáltico com CAP modificado por polímeros elastoméricos - ET-ECS.000.000-PAV/07. (2020). São Paulo.

ESLAMINIA, M., THIRUNAVUKKARASU, S., GUDDATI, M. N., KIM, Y. R. Accelerated pavement performance modeling using layered viscoelastic analysis. (2012). In: 7th RILEM International Conference on Cracking in Pavements, pp. 497-506.

GENNESSEAUX, M. M. L. Avaliação da durabilidade de misturas asfálticas a quente e mornas contendo material asfáltico fresado. (2015). 195p. Tese (Doutorado em Engenharia – Departamento de Engenharia de Transportes) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo.

GREENHOUSE GAS, GHG. Objetivos de desenvolvimento sustentável. Disponível em: https:// brasil.un.org/pt- br/sdgs. Acesso em: abril de 2022.

HILL, J. Environmental, Social, and Governance (ESG) Investing. (2020). https://doi. org/10.1016/B978-0-12- 818692-3.00001-3

FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION – FHWA. Publication No. FHWA-SA-98-042 Pavement Recycling Guidelines for State and Local Governments. (1997). Disponível em https://www.fhwa.dot.gov/pavement/ recycling/98042/07.cfm.

HOY, M., RACHAN, R., HORPIBULSUK, S., ARULRAJAH, A., MIRZABABAEI, M. Effect of wettingdryning cycles on compressive strength and microstructure of recyclied asphalt pavement – Fly ash geopolymer. (2017). Construction and Building Materials, v. 144. P. 624-634.

KIM, D. & KIM, Y. Development of Stress Sweep Rutting (SSR) test for permanent deformation characterization of asphalt mixture. (2017). Construction and Building Materials. 154. 373383. 10.1016/j.conbuildmat.2017.07.172.

NASCIMENTO, L. A. H. Implementation and Validation of the Viscoelastic Continuum Damage Theory for Asphalt Mixture and Pavement Analysis in Brazil. (2015). Dissertation (Doctor of Philosophy). Faculty of North Carolina State University. Transportation Materials. Raleigh, North Carolina – USA.

NOROUZI, A. Investigation of Specimen Geometries for the VECD Model and Calibration of the LVECD Program for Fatigue Cracking Performance of Asphalt Pavements. (2015). Tese (doutorado). North Carolina State University.

SABOURI, M. A., KIM, Y. R. Development of a failure criterion for asphalt mixtures under different modes of fatigue loading. (2014). Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2447, 117– 125. https://doi.org/10.3141/2447-13.

UNDERWOOD, B. S., BAEK, C., & KIM, Y. R., Simplified Viscoelastic Continuum Damage Model as Platform for Asphalt Concrete Fatigue Analysis. (2012). Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2296, 36–45. https://doi.org/10.3141/229604. WILLIAMS, B., COPELAND, A., ROSS, T. C. Asphalt Pavement Industry Survey on Recycled Materials and Warm-Mix Asphalt Usage: 2017. (2018). NAPA Information Series 138 (8th edition). Lanham, Maryland.

Sistema gerência de pavimentos e modelagem de programas sustentáveis de manutenção rodoviária do der Minas Gerais

Enacor

Entende-se por Sistema de Gerência de Pavimentos - SGP a interação mútua de um conjunto de eixos temáticos para planejamento, projeto, construção e manutenção dos pavimentos e demais elementos da malha rodoviária.

Em um contexto de planejamento de um organismo rodoviário, tal como o DER-MG, o SGP deve ser utilizado para o estabelecimento de níveis orçamentários que minimizem o custo total da modalidade rodoviária, potencializem programas de manutenção e construção, maximizem o valor presente líquido de uma rede viária em perspectivas de curto, médio e longo prazo, considerando políticas públicas de restrição orçamentária. Busca otimizar a qualidade de nossas rodovias, oferecer segurança a motoristas, passageiros e pedestres, assim como favorecer o desenvolvimento do setor e o crescimento econômico; interagindo desta maneira com alguns dos objetivos e metas orientados pela ONU na Agenda 2030, que aborda os principais desafios de desenvolvimento para alcançar um futuro melhor e mais sustentável para todas as pessoas no Brasil e no mundo. Os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável - ODS visam orientar as políticas nacionais e subnacionais, devendo cada ente federativo assumir um papel de protagonista do desenvolvimento. Assim, para que a Agenda 2030 seja efetivamente implementada, os governos têm a responsabilidade pela gestão de diversas políticas que contribuam para o alcance dos ODS, por exemplo o SGP.

O SGP possui as seguintes diretrizes estratégicas: Atuar de forma coordenada e intersetorial, observando os componentes de planejamento, projeto, construção, manutenção, reabilitação, avaliação e pesquisa de pavimentos; prezar pela eficiência dos investimentos públicos disponíveis para gestão da malha rodoviária estadual; buscar um transporte rodoviário seguro, compatível e econômico; buscar alternativas para aumento da eficiência da logística de transportes; e adotar parcerias com a sociedade civil que contribuam para consecução de seus objetivos.

1 INTRODUÇÃO

As estradas são um bem de elevado valor patrimonial, tanto pelos recursos materiais aí depositados, como pelo serviço que disponibilizam à sociedade, assegurando acessibilidades e permitindo deslocamento das populações e mercadorias. De acordo com Liedi Bariani Bernucci... [et al.] (2006, p.9)

Matheus Marques Fernandes

Departamento de Edificações e Estradas de Rodagem de Minas Gerais

Bruna Cristina Beltrão Silva Beleigoli Departamento de Edificações e Estradas de Rodagem de Minas Gerais

Maria de Fátima de Sá Araújo Departamento de Edificações e Estradas de Rodagem de Minas Gerais

Matheus Guimarães Novais Departamento de Edificações e Estradas de Rodagem de Minas Gerais

Departamento de Edificações e Estradas de Rodagem de Minas Gerais

Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança.

Entende-se por Sistema de Gerência de Pavimentos - SGP, a interação mútua de um conjunto de eixos temáticos para planejamento, projeto, construção e manutenção dos pavimentos e demais elementos da malha rodoviária. O nome Gerência de Pavimentos pode trazer uma ideia de gestão apenas da estrutura do

Aguiar

Robson Carlindo Paes Loures Santana

pavimento, entretanto a Gestão é bem maior, abrangendo todos os ativos rodoviários. Pela importância desse ativo o Sistema ganhou o seu nome.

O Sistema de Gerência de Pavimentos trata de um conjunto de ferramentas que auxiliam a definição de estratégias de atuação dos órgãos rodoviários, tanto para manutenção como para projeto e construção de novos trechos. As decisões através da implementação do Sistema são baseadas em dados objetivos, o que permite em intervenções mais eficientes.

Os dados coletados incluem elementos de geometria, drenagem, sinalização, tráfego e patologias do pavimento como trincas, remendos, panelas, afundamentos, ondulações e deflexão, dentre outros. Esses dados fornecem uma visão valiosa sobre a condição do pavimento, o que permite que as agências rodoviárias identifiquem e antecipem os problemas para priorizem melhor a manutenção.

O presente trabalho tem por objetivo apresentar a estratégia de reestruturação do Sistema de Gerência de Pavimentos - SGP e modelagem de programas sustentáveis de manutenção rodoviária no âmbito do DER-MG.

2 CONTEXTUALIZAÇÃO DO SGP EM MINAS

GERAIS

Minas Gerais tem a mais extensa malha rodoviária do país. De acordo com as últimas pesquisas CNT de Rodovias (2021) – maior avaliação de infraestrutura rodoviária do Brasil, realizada pela Confederação Nacional do Transporte - o panorama é de piora nos índices ao longo dos anos, conforme Figura 1 a seguir:

da rede rodoviária ao longo do tempo, de acordo com os objetivos de uma política de reestruturação da malha dentro das restrições orçamentárias, visa minimizar os custos de transporte, preservar o valor dos ativos, proporcionar e manter a acessibilidade, além de ofertar um transporte seguro e ecológico. De acordo com a Figura 2, a seguir, o nível ótimo de manutenção corresponde a interseção entre a curva de custos do usuário e a curva de custo da Agência.

Figura 1 - Estado Geral das Rodovias - CNT (2021)

Por conta desse cenário, e em busca de recuperação econômica, investir em infraestrutura é o caminho mais coerente para alcançar um novo ciclo de desenvolvimento sustentável, com geração de empregos e distribuição de renda para a população. Otimizar o desempenho geral

Figura 2 - Representação gráfica do custo total de transporte em função do nível de manutenção da Rodovia (CAUE)

O DER-MG teve, por um longo período, um SGP em funcionamento, implantado em 1984 com auxílio do DNER visando atender a rede federal delegada à Minas. Nas décadas de 80/90 mobilizou uma grande equipe de SGP que, nos moldes propostos para atender ao então Highway Design Maintenance - HDM III, contou com a ajuda de vários técnicos: do então DNER, BIRD, USP; DER-SP, IPR. Em 1990 realizou-se um levantamento abrangendo toda a malha viária pavimentada (estadual e delegada), e esses levantamentos foram repetidos em 1993 e 1996. Vale frisar que existem muitas informações subutilizadas contidas em projetos, estudos, pesquisas, inventários, etc. Reabilitálas e inseri-las em um banco de dados GIS (Geographic Information System ou Sistema de Informações Geográficas) torná-las-ão ativas e assim acessíveis a qualquer momento.

O estado de Minas Gerais já adotou conceitos internacionais na gestão da manutenção rodoviária, mas estudos com maiores critérios técnicos e econômicos empregados num Sistema de Gerencia de Pavimentos, com estratégias a longo prazo, foram sendo minimizados. Parte dos programas foram/estão interrompidos por insuficiência ou descontinuidade dos recursos financeiros, que deveriam ser pensados para ser contínuos, regulares, uniformes e sustentáveis.

Num período em que enfrentamos dificuldades econômicas, a escassez financeira aconselha os agentes tomadores de decisões, um maior rigor e especiais cuidados na atribuição e gestão de orçamentos, racionando os recursos disponíveis segundo critérios bem fundamentados. A consolidação do processo de recuperação econômica e a expansão dos investimentos em infraestrutura é o caminho mais coerente para alcançarmos um novo ciclo de desenvolvimento sustentável, com geração de empregos e distribuição de renda para a população. O esforço de expansão e de melhoria da qualidade das rodovias exige informações precisas, planejamento adequado e investimentos em infraestrutura rodoviária.

3 JUSTIFICATIVA DO PROJETO – SGP

As rodovias rapidamente perdem valor quando são negligenciadas quanto aos cuidados de conservação, manutenção e restauração. O SGP revelará a melhor relação entre investimento e benefício, respeitando orçamentos atribuídos e mantendo os níveis de qualidade e as melhores condições de utilização para o usuário.

Devido à variação da condição da malha com o tempo e com o tráfego, a manutenção do cadastro geral das rodovias, através do SGP se faz necessária, objetivando estabelecer padrões de desempenho através de critérios de aceitação atendendo à demanda por melhorias na malha rodoviária estadual.

Contudo, para um perfeito diagnóstico das condições das rodovias estaduais e um planejamento estratégico eficiente, é necessária a constante manutenção do banco de dados do SGP com informações atualizadas e confiáveis, adquiridas a partir de levantamentos in loco, materializado no Cadastro Geral.

A partir da reestruturação do SGP e da gestão sustentável da malha rodoviária estadual, espera-se atender à demanda da sociedade por melhorias na qualidade das rodovias estaduais. Através do estímulo à concepção, desenvolvimento, contratação e utilização de novas ferramentas, técnicas e tecnologias, espera-se contribuir para uma maior sistematização e velocidade das informações gerenciais necessárias à evolução do sistema de transporte rodoviário e à garantia de qualidade dos serviços de engenharia prestados.

Além disso, busca-se a otimização da gestão dos recursos orçamentários e financeiros e o alcance de um melhor compromisso entre os meios disponíveis e o serviço público prestado.

4 DESCRIÇÃO DO PROJETO

O DER-MG tornou público para consulta, o Edital 110/2021 cujo objeto trata de Serviços de engenharia especializada para apoio técnico e operacional aos processos de atualização do Cadastro Geral das Rodovias, de reestruturação do Sistema de Gerência de Pavimentos –SGP e de gestão sustentável da malha rodoviária estadual, onde define o novo modelo de gestão na malha rodoviária do Estado, como uma interação do conjunto de eixos temáticos para planejamento, projeto, construção e manutenção dos pavimentos e demais elementos da malha rodoviária, onde utiliza informações confiáveis e critérios de decisão para produzir programas que potencializem a eficiência dos investimentos, auxiliando os gestores a encontrarem melhores estratégias de gestão da malha, a fim de otimizar as condições do pavimento em toda a rede.

O projeto consiste em duas grandes frentes de atuação:

1. O cadastro geral das rodovias com a coleta de dados objetivos dos mais de 25 mil quilômetros de malha rodoviária (toda a extensão pavimentada e não pavimentada do estado de Minas Gerais), além da contagem volumétrica de Tráfego em mais de 900 postos de contagem permanente, de cobertura e sazonal. Esse cadastro identificará de forma georreferenciada os elementos rodoviários que irão fazer parte do novo banco de dados com aplicação em mapa. Os dados de tráfego, geometria, Levantamento Visual Contínuo - LVC, Levantamento de Irregularidades Longitudinais - IRI, Levantamento de deflexões (Falling Weight Deflectometer) - FWD, Levantamento dos Afundamentos de Trilhas de Rodas - ATR, entre outros, trarão informações essenciais para definição do status do ativos rodoviários, permitindo a melhor tomada de decisão dos gestores.

2. A segunda grande frente consiste em geração de inteligência através de equipe especializada para apoio local, em escritório tratando os dados coletados em campo.

Serão gerados produtos como:

• Relatório Diagnóstico do SGP;

• Plano Estadual de Contagem de Tráfego;

• Catálogo de Soluções do DER-MG;

• Programa Mineiro de Manutenção Rodoviária;

• Revisão do modelo contratual de manutenção rodoviária.

A seguir na Figura 3, apresentamos a linha do tempo resumida do projeto até o presente momento.

propostas pela Agenda 2030, e considerando o aspecto da transversalidade que caracteriza não apenas as ações do SGP, mas a compreensão da infraestrutura rodoviária como um todo, entende-se que o sucesso no cumprimento de alguns objetivos e metas pode contribuir, como consequência, para o alcance de desenvolvimento sustentável. Dessa forma, procurou-se estabelecer sinergias entre as metas propostas no Sistema de Gerência de Pavimentos e os demais Objetivos presentes na Agenda 2030, em especial aquelas relacionadas aos objetivos 3, 8, 9, 12 e 16.

Tabela 1: Sinergias entre propostas ODS e SGP.

5 ALINHAMENTO DO SGP COM O ENVIRONMENTAL, SOCIAL AND GOVERNANCE - ESG E OBJETIVOS DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL - ODS

Em 2015, o Brasil, em conjunto com outros 192 países e com grupos e partes interessadas da sociedade civil se reuniram na Cúpula das Nações Unidas (ONU) para elaborar nova agenda de desenvolvimento sustentável. Essa reunião resultou em novos 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), que se basearam nos oito Objetivos de Desenvolvimento do Milênio (ODM). Também conhecidos como Agenda 2030, os ODS contam com 169 metas específicas, envolvendo temáticas diversificadas que procuram até 2030, obter avanços nas metas não alcançadas.

A Figura 4 lista os ODS.

Visando atender a Agenda 2030, o Governo do Estado de Minas Gerais lançou em seus projetos o Environmental, Social and Corporate Governance – ESG, que impacta na força de trabalho, melhora a imagem do Estado, fomenta a inovação, gera crescimento econômico, estabelece parcerias estratégicas e impacta positivamente em toda a sociedade.

Nesse sentido, o ESG está em consonância com os 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU. Nesse contexto, o SGP busca corroborar com os objetivos e metas

Figura 4 - Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

Fonte: Organização das Nações Unidas - Brasil. Disponível em https://nacoesunidas.org/pos2015/agenda2030/.

5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

Considerando políticas públicas de restrição orçamentária, em perspectivas de curto, médio e longo prazo, o Sistema de Gerência de Pavimentos deve buscar sempre otimizar a qualidade das rodovias; oferecer segurança a motoristas, passageiros e pedestres, bem como favorecer o desenvolvimento sustentável do setor e o crescimento econômico.

Espera-se com o SGP, impactos na qualidade das estradas para os usuários, e sobretudo, uma melhor gestão dos escassos recursos disponíveis, de maneira mais racional, estabelecendo as prioridades de intervenção, dando peso aos critérios e recomendações técnicas nas decisões, e maior transparência.

Com isso, pretende-se:

• Minimizar custos de transporte,

• Preservar o valor dos ativos,

• Disponibilizar e manter acessibilidade para os utilizadores,

• Redução dos custos com operação de veículos,

• Poupanças de tempo de viagem,

• Redução da sinistralidade,

• Estímulo do desenvolvimento regional,

• Aumento do conforto e conveniência

REFERÊNCIAS

ANAC - Manual-para-sgpa-v3 - Manual de Sistema de Gerenciamento de Pavimentos Aeroportuários – SGPA – ANAC – AGENCIA NACIONAL DE AVIAÇÃO CIVIL BASTOS, P. Guia para Caracterização de Subtrecho Homogêneo e Processamento do Modelo HDM-4 – DER-MG, 2014 BERNUCCI, L. L. B., et al. Pavimentação asfáltica: Formação básica para engenheiros. 3°ed. Programa Asfalto nas Universidades, Petrobras Distribuidora S.A., 2007. CNT. Confederação Nacional do Transporte. Pesquisa CNT de Rodovias 2021. Confederação Nacional do Transporte – CNT, Brasília-DF, disponível na web em: https://pesquisarodovias.cnt.org.br/

DER – DEPARTAMENTO DE EDIFICAÇÕES E ESTRADAS DE RODAGEM DE MINAS GERAIS : http://www.der.mg.gov.br/transparencia/licitacoes/regime-diferenciado-decontratacao- 2021/1852-regime-rdc-2021/2670-edital-110-2021

DNIT-745_manual_de_gerencia_de_pavimentos DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTUTURA DE TRANSPORTES

HAAS, R., HUDSON W.R., ZANIEWSKIJ. P. Modern Pavement Management. Krieger Publishing Co. Malamar, Florida, 1994.

HDM Global, disponível na web em: http://www.hdmglobal.com/ INDICADORES BRASILEIROS PARA OS OBJETIVOS DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL: https://odsbrasil.gov.br/ NAÇÕES UNIDAS BRASIL : https://brasil.un.org/pt-br/sdgs