Análise da Equivalência estrutural em Pavimentos Asfálticos

fatigue cracking

O método de dimensionamento do DNER (1981) busca atender o parâmetro de ruptura do material de subleito medido no ensaio CBR. Com isso, o modelo para avaliações e espessuras está relacionado com a diminuição de tensões cisalhantes no subleito e, de forma implícita, diminui as deformações no topo da camada de subleito. As avaliações de tração na fibra inferior do revestimento, e deflexões do topo de revestimento, não são considerados nesse método.

Com base no dimensionamento de pavimentos flexíveis do DNER é possível variar as espessuras do pavimento, sendo que o método apresenta certas recomendações de espessuras do revestimento com base no número de repetições do eixo padrão. Por apresentar um fator de equivalência entre materiais, acaba possibilitando diminuir espessura de materiais mais custosos, como os betuminosos, e aumentar a espessura de materiais granulares para compensar essa diminuição.

Com esse tipo de variação da espessura, a equivalência estrutural ocorre para as solicitações de compressão do topo de subleito, ou então resulta em pouca variação. Entretanto, gera um aumento das solicitações de tração na fibra inferior do revestimento e da deflexão do topo de revestimento, levando a uma deterioração precoce devido a diminuição do desempenho de fadiga, conforme Figura 1.  Ou seja, diminuir revestimento mesmo que aumentando a camada de base granular, diminui a vida útil da estrutura. Como forma de avaliação vou considerar um número de repetições do eixo padrão de 5 X 10^ 6 e uma espessura equivalente de material granular de 50 centímetros.

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Figura 1 – Fadiga do revestimento. Fonte: FLEK (2017)

O Quadro 1 apresenta as propriedades dos materiais considerados, e o Quadro 2 as espessuras utilizadas para cada pavimento, mantendo-se a espessura equivalente de material granular, e os resultados da análise. Foi utilizado o Software ELSYM 5 de análise elástica não linear para análise mecanística avaliando deslocamento no topo do revestimento, tração na fibra inferior do revestimento e compressão no topo do subleito, sob carregamento de um eixo padrão de 80 kN e pressão de enchimento dos pneus de 0,55 MPa.

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Quadro 1 – Propriedades dos materiais das camadas. Fonte: Autor (2018)
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Quadro 2 – Análises mecanísticas no ELSYM 5. Fonte: Autor (2018)

Através do Quadro 2 é possível perceber que as mudanças no revestimento e base (mantendo-se a equivalência de espessuras) não tem grande influência na compressão de topo do subleito, conforme parâmetros de projeto do DNER, mas ocorre mudanças significativas nos outros dois parâmetros, algo em torno de 16% para o caso apresentado. Utilizando a equação de modelo de fadiga proposta por Pinto (1991), é possível estimar o valor de Nf que leva o pavimento a fadiga.

Para o primeiro pavimento o valor estimado utilizando a deformação a tração de um eixo padrão é 4 x 10^7, e para o segundo pavimento é cerca de 6 x 10^7. Ou seja, aumentar o revestimento gera também uma melhoria na vida útil de fadiga. Dessa forma, percebe-se que o método de dimensionamento utilizando apenas o parâmetro de compressão do subleito pode levar a algumas falhas.

Com esse tipo de análise se percebe o quanto a falta de análises adicionais podem levar projetistas a projetar pavimentos que são estruturalmente destinados a uma vida útil reduzida, mesmo que apoiados por uma falsa ideia de equivalência geral. Com isso, a análise mecanística de pavimentos é importantíssima para uma análise eficiente de pavimentos duráveis e estruturalmente corretos.

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Fontes:

BALBO, José Tadeu, “PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Materiais, projeto e restauração”. São Paulo, 2007.

BERNUCCI, L.B; MOTTA, L.M.G; CERATTI, J.A.P; SOARES, J.B. “PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Formação básica para Engenheiros”. Rio de Janeiro, 2008.

MEDINA, J; MOTTA, L.M.G. “Mecânica dos Pavimentos”. Rio de Janeiro, 2015.

PEIXOTO, Creso de Franco; “GENERALIDADES DE PAVIMENTAÇÃO RODOVIÁRIA”. Rio Claro, 2003.

PINTO, S. “ESTUDO DO COMPORTAMENTO À FADIGA DE MISTURAS BETUMINOSAS E APLICAÇÃO NA AVALIAÇÃO ESTRUTURAL DE PAVIMENTOS”. Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 1991.

PRIETO, Valter; “NOTAS DE AULA – SUPERESTRUTURA RODOVIÁRIA”. Centro Universitário da FEI. São Bernardo do Campo, 2016.

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