As limitações em métodos de dimensionamento – Como dimensionar um pavimento de mineração?

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Figura 1 – Haul Truck. Fonte da Figura: https://www.miningglobal.com/

No decorrer de um curso de graduação em engenharia civil o aluno passa por uma série de disciplinas para uma análise estrutural, a resistência dos materiais e a teoria das estruturas tornam-se rotineiras a partir do segundo ano da engenharia. Geralmente essas disciplinas focam mais em análises de vigas e pilares, sendo que outras estruturas ficam para um segundo plano e abordadas em disciplinas específicas.

Em algumas faculdades a disciplina de estradas é muito genérica e, com isso, não consegue apresentar todos os conceitos que envolvem a engenharia rodoviária ou, em um sentido mais amplo, a infraestrutura de transportes. Falta carga horária para uma abordagem ideal. Dessa forma, a área de pavimentação é pouco estudada em nível de graduação e, na maioria dos casos, o método de dimensionamento de pavimentos é apresentado sem a correta contextualização e sem detalhar suas limitações. Limitações estas tanto em níveis de carga quanto de previsão de desempenho.

Mas então, qual é a contextualização do método de dimensionamento? Quais suas limitações?

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Figura 2 – Caminhão. Fonte da Figura: https://blogwlmscania.itaipumg.com.br/

Entre a década de 40 e 60 ocorreram grandes avanços na engenharia rodoviária e aeroportuária, resultado das pesquisas da AASHO Road Test e do corpo de engenheiros dos Estados Unidos (USACE). Nesse período foi escolhido um eixo rodoviário padrão, o qual apresenta uma carga de 80kN e pressão de enchimento de 560kPa (80 psi), e também se estabeleceram os fatores de equivalência de carga.

Tanto o fator de carga da AASHO quanto o do USACE funcionam como um método de conversão de diversos eixos para a carga do eixo rodoviário padrão. Contudo, esses métodos apresentam diferenças no critério de comparação e número N distintos. O método da AASHO considera como critério de comparação o índice de serventia dos pavimentos, analisando o início de operação e o final de serventia do pavimento. Já o método da USACE considera como critério de ruptura o afundamento plástico do subleito, adotando como 1 polegada o afundamento máximo. Os fatores da AASHO são ditados por uma expressão de quarta potência, chamada de lei de quarta potência e que é utilizada também para analisar o acréscimo de deterioração nos pavimentos quando aumentasse a carga em comparação a um eixo padrão.

O método de dimensionamento de pavimentos do DNIT (2006), antigo DNER (1981), utiliza os fatores de carga da USACE e algumas considerações da AASHO Road Test, como por exemplo o conceito de equivalência estrutural em camadas, para cálculo do número de repetições do eixo padrão (N).

Critérios válidos ou ultrapassados?

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Figura 3 – Pressão de enchimento dos pneus. Fonte da Figura: https://quatrorodas.abril.com.br/

Contudo, todos esses critérios apresentados foram formulados para um tráfego e clima específico. O próprio eixo rodoviário padrão, por exemplo, ainda é tratado como um eixo com pressão de enchimento de 560kPa, a qual é típica de pneus diagonais. Contudo, o avanço da tecnologia permitiu a criação dos pneus radiais, os quais possuem pressões de enchimento variando de 700kPa a 900kPa. Essa variação na pressão tem grande influência em tensões e deformações dos pavimentos, principalmente em deformações de tração da fibra inferior dos revestimentos. Este tema foi abordado nesse artigo do Além da Inércia e é tema da dissertação de mestrado do autor.

Se fossemos levar todos esses aspectos em consideração o método do DNIT não poderia, ou não deveria, ser utilizado para dimensionamento de pavimentos rodoviários com o tráfego atual. Obviamente isso não é aplicado ao pé da letra, e não só o Brasil mas outros países também utilizam conclusões da AASHO até os dias atuais.

Vimos então que o tráfego rodoviário atual não é bem representado pelas equações e fatores de equivalência de cargas da época da AASHO Road Test. Agora, imagine um caminhão fora de estrada, utilizado em mineração, como o CAT®793 da Figura 4 que transporta mais de 300 toneladas. Um veículo como este está totalmente fora de cogitação de ser convertido em um eixo rodoviário padrão. Seria uma loucura e não faria sentido tal conceito aqui.

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Figura 4 – CAT® 793. Fonte da Figura: https://www.deviantart.com/

O engenheiro sai da faculdade e se depara com problemas reais como este, onde aquilo que viu na faculdade não é aplicável para este tipo de veículo. E não precisamos ir tão longe para encontrar algo do tipo, tendo em vista que alguns galpões industriais também apresentam cargas elevadas não rodoviárias.

Eai? O que fazer nesse caso?

Felizmente o bom uso de conceitos relacionados a mecânica dos pavimentos nos permitem resolver estes problemas e dimensionar pavimentos para estruturas como as de mineração, portuárias ou galpões industriais. As equações de desempenho, muito utilizadas em métodos empírico-mecanicistas, podem ser utilizadas aqui para resolver este problema.

O engenheiro de pavimentação pode então utilizar de conceitos como a tensão admissível do subleito, ou a deflexão máxima admissível para prever o desempenho de uma estrutura e dimensionar a espessura necessária. A Figura 5 é um ábaco de dimensionamento para o CAT®793, criado por CAVA (2020), onde é utilizada a teoria de Burmister (1943) para um sistema de 2 camadas, a equação de desempenho em função da tensão admissível, CBR do solo e a espessura necessária para proteger o subleito da tensão atuante.

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Figura 5 – Ábaco para CAT®793. Fonte: CAVA (2020)

Muitas vezes durante a graduação os alunos pensam que a teoria é a parte menos importante de um sistema composto pela teoria e a prática. Esta última é superestimada e a outra muitas vezes deixada de lado, afinal, na prática aprenderemos softwares que “resolvem” toda a teoria. É um erro tremendo e que pode custar muito caro. Além deste exemplo formulado acima, o dimensionamento pode ocorrer pela teoria da roda simples equivalente calculando as deflexões em função da profundidade na teoria de Boussinesq (1885).

Este artigo foi útil para você? Ficou com alguma dúvida sobre os conceitos citados ou quer conhecer mais sobre o assunto? Comente abaixo suas dúvidas que elas serão respondidas!

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Referências Bibliográficas:

BALBO, JOSÉ TADEU, PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: MATERIAIS, PROJETO E RESTAURAÇÃO. SÃO PAULO, 2007.

BURMISTER, D.M. THE THEORY OF STRESSES AND DISPLACEMENTS IN LAYERED SYSTEM AND APPLICATIONS TO THE DESIGN OF AIRPORT RUNWAYS. PROCEEDINGS. HRB. 23. ANNUAL MEETING. WASHINGTON, DC, V.23, 1943.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). MANUAL DE PAVIMENTAÇÃO. PUBLICAÇÃO IPR 719. 3° EDIÇÃO. RIO DE JANEIRO, 2006.

TURNBULL, W.J; AHLVIN, R.G; MATHEMATICAL EXPRESSION OF THE CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO) RELATIONS. PROCEEDINGS. 4. INTERN. CONF. SOIL. MECHAN. FOUND. ENGINEERING. LONDRES, 1957.

2 comentários

    1. Olá Marcelo, obrigado pelo seu comentário! Ele continua passando um exercício assim, porém agora com aeronaves pra dimensionar pela CRSE. Fiz um artigo também sobre esse exercício aqui no blog!
      Abraços.

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