Em diversos países, o método de dimensionamento de pavimentos tem passado por atualizações que são importantes para garantir um bom desempenho dessas estruturas. Para o dimensionamento de pavimentos, é necessária a realização de alguns ensaios que tem como objetivo a caracterização do comportamento dos materiais. A evolução dos métodos de dimensionamento, de empíricos para empírico-mecanísticos, reflete também em mudanças nos ensaios necessários para essa definição de materiais.
O que é Califórnia Bearing Ratio (CBR)?
Quando tratamos especificamente do dimensionamento das estruturas de pavimentos, o ensaio mais conhecido é com certeza o Califórnia Bearing Ratio – comumente chamado pela sigla CBR. O ensaio CBR, bem como o método CBR de dimensionamento de pavimentos, foi o primeiro ensaio desenvolvido para avaliação do subleito em estradas na Califórnia.
Este ensaio foi desenvolvido no final da década de 1920 pelo Engenheiro Porter, o qual utilizou o ensaio para avaliação do solo de subleito de pavimentos que apresentavam, ou não, rupturas por deformação permanente. A análise de diversas estruturas de pavimentos permitiu que Porter formulasse uma curva empírica, nascendo então o primeiro método de dimensionamento de pavimentos.
O Ensaio CBR tem por função determinar a resistência à penetração no solo através de um pistão padronizado, de 20 centímetros quadrados de área, em relação à brita padrão e também a expansão da amostra através da diferença inicial e final de volume. O ensaio não fornece um valor direto da capacidade de suporte do solo e, por conta disso, os valores de penetração do pistão são comparados com a brita padrão da califórnia. Ou seja, o valor de CBR, expresso em porcentagem, corresponde a comparação com os valores de referência da brita padrão, que são 6,9MPa para um deslocamento de 0,1 polegadas e 10MPa para 0,2 polegadas de penetração do pistão.
Hoje, a norma que descreve o ensaio no Brasil é a DNIT 172/2016-ME onde estão os procedimentos para moldagem, execução e análise dos resultados para o ensaio de CBR. Você pode encontrar mais informações sobre o ensaio CBR, seu processo de moldagem dos corpos de prova e interpretação dos resultados, clicando aqui.
Embora o ensaio tenha sido desenvolvido no final da década de 1920, o CBR teve sua consolidação durante a segunda guerra mundial. Isso ocorreu pois durante a guerra as cargas por trem de pouso de aeronaves militares aumentaram e, dessa forma, os engenheiros da USACE precisavam construir novas pistas de pouso e decolagem. Com isso, a USACE utilizou o mesmo procedimento de Porter para elaborar uma curva de dimensionamento e, posteriormente, expandir os resultados para aeronaves maiores com base na carga de roda simples equivalente, conhecido como método CBR.
Por ser um ensaio simples e de baixo custo, o ensaio CBR ficou muito conhecido na área da pavimentação. No Brasil, o método de dimensionamento do DNER (1981), que tem como base o critério CBR, é utilizado há mais de 40 anos. Em outros países, como a Austrália, o método da AUSTROADS (2017), embora utilize um método de dimensionamento empírico-mecanístico, apresenta correlações do ensaio CBR para obtenção de outros parâmetros.
Embora a importância do ensaio CBR, ele apresenta diversas dificuldades para representar o comportamento mecânico de uma camada do pavimento. A forma de execução do ensaio CBR leva o material a uma ruptura plástica e, por outro lado, a mecânica dos pavimentos e outras teorias importantes para o cálculo de tensões e deformações, como a teoria das placas isótropas e teoria do sistema de camadas, consideram que a estrutura se comporte conforme a teoria da elasticidade. Por consequência, as correlações do CBR com outros parâmetros para dimensionamento precisam de um certo cuidado por não representarem, fisicamente, o mesmo regime de obtenção.
E o Módulo de Resiliência?
Segundo Bernucci et al (2008) o estudo do comportamento resiliente dos materiais de pavimentação começou na década de 30 por Francis Hveem, sendo este responsável também pelo termo “resiliência” no lugar de “elasticidade“. Segundo Medina e Motta (2015) o termo resiliência foi utilizado por Hveem por que os materiais de pavimentação apresentam deformações muito maiores do que os outros materiais utilizados por engenheiros, como o aço.
O módulo de resiliência de materiais asfálticos pode ser obtido através da ação de uma carga repetida e o deslocamento recuperável é obtido através de LVDTS – Linear Variable Differential Transformer. No Brasil o principal ensaio para obter este parâmetro elástico das misturas asfálticas é com o ensaio de compressão diametral de cargas repetidas, o mesmo utilizado para obter a resistência a tração porém com carga ciclica, conforme DNIT 135/2018 e Figura 4. Em outros países, como a Austrália, o principal ensaio para obter o módulo de resiliência de misturas asfálticas é o Ensaio de flexão de vigas, conforme descrito na AUSTROADS (2017).
Para solos e materiais granulares, o módulo de resiliência pode ser obtido através do ensaio triaxial de cargas repetidas, conforme descrito no DNIT 134/2018-ME. Mais informações sobre os ensaios para obtenção do módulo de resiliência podem ser encontrados clicando aqui e aqui.
Por definição, o módulo de resiliência consiste na relação da carga aplicada pela deformação elástica sofrida pelo material ensaiado. Dessa forma, por tratar de uma deformação resiliente, o módulo de resiliência é um parâmetro que caracteriza o comportamento elástico dos materiais. Este é um parâmetro que está diretamente relacionado com o comportamento elástico dos materiais que sofrem uma deformação recuperável.
Um dos principais motivos do ensaio CBR ser substituído pelo módulo de resiliência, ou elasticidade, é devido a sua capacidade de representar o comportamento do material, o que permite sua relação com os métodos de dimensionamento de pavimentos. Contudo, o módulo de resiliência também possui alguns problemas.
Quais são os problemas do módulo de resiliência?
Os pavimentos são estruturas em que a aplicação de carga ocorre de forma ciclica e, mais do que isso, com tempo de aplicação de carga diferente ao longo da vida útil da estrutura. No caso das misturas asfálticas, que é um material viscoelastoplástico, a rigidez do material varia com o tempo de aplicação de carga e também com a temperatura.
Contudo, o módulo de resiliência é um ensaio em que a frequência de aplicação de carga e a temperatura da mistura asfáltica são mantidas constantes, em valores de 1Hz e 25°C respectivamente, durante todo o ensaio. Dessa forma, o módulo de resiliência é um ensaio que, embora consiga representar o comportamento de uma determinada camada do pavimento, está condicionada a apenas uma temperatura e frequência de carga. Dessa forma, para representar o comportamento do material e diferentes temperaturas e frequências de aplicação de carga, seria necessário utilizar um ensaio chamado de módulo complexo.
Desde a década de 1960, o módulo complexo é estudado como forma de substituir o módulo de resiliência para caracterização do comportamento de uma mistura asfáltica. Este é o parâmetro utilizado no exterior em métodos de dimensionamento, por exemplo no MEPDG nos Estados Unidos da América. Para entender a diferença entre esses dois ensaios, leia nosso artigo sobre o assunto clicando aqui.
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Referências Bibliográficas:
BALBO, J.T. PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Materiais, projeto e restauração. São Paulo, 2007.
BESSA, I.S; BURNUCCI, L.B. NOTAS DE AULAS DA DISCIPLINA DE REVESTIMENTOS ASFÁLTICOS. ESCOLA POLITÉCNICA DA USP. SÃO PAULO, 2020.
BERNUCCI, L.B; MOTTA, L.M.G; CERATTI, J.A.P; SOARES, J.B. “PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: FORMAÇÃO BÁSICA PARA ENGENHEIROS”. RIO DE JANEIRO, 2008
DNIT – DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. “DNIT ME 031 – PAVIMENTOS FLEXÍVEIS – CONCRETO ASFÁLTICO”. RIO DE JANEIRO, 2006
DNIT – DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. “DNIT ME 136 – MISTURAS ASFÁLTICAS – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL”. RIO DE JANEIRO, 2018.
DNIT – DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. “DNIT ME 135 – MODULO DE RESILIÊNCIA POR COMPRESSÃO DIAMETRAL”. RIO DE JANEIRO, 2018.
DNIT – DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. “PAVIMENTAÇÃO – MISTURAS ASFÁLTICAS – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL – MÉTODO DE ENSAIO”. RIO DE JANEIRO, 2018.
MEDINA, J; MOTTA, L.M.G. “MECÂNICA DOS PAVIMENTOS. RIO DE JANEIRO, 2015.