Implantação e recuperação de pavimentos de concreto nas paradas de ônibus em vias urbanas de Curitiba

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁLUIS GUSTAVO CORAIOLA TIAGO LOPES KOERICH VICTOR SIVIERO GIUBLIN IMPLANTAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO NAS PARADAS DE ÔNIBUS EM VIAS URBANAS DE CURITIBA CURITIBA 2010 LUIS GUSTAVO CORAIOLA TIAGO LOPES KOERICH VICTOR SIVIERO GIUBLIN IMPLANTAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO NAS PARADAS DE ÔNIBUS EM VIAS URBANAS DE CURITIBA Trabalho final de curso apresentado como requisito parcial à obtenção do grau de Engenheiro Civil, do Curso de Engenharia Civil do Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná. Orientador: Prof. Mário Henrique F. Andrade CURITIBA 2010 TERMO DE APROVAÇÃO LUIS GUSTAVO CORAIOLA TIAGO LOPES KOERICH VICTOR SIVIERO GIUBLIN IMPLANTAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO NAS PARADAS DE ÔNIBUS EM VIAS URBANAS DE CURITIBA Trabalho final de curso aprovado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil do curso de Engenharia Civil do Setor de Tecnologia, da Universidade Federal do Paraná, pela seguinte banca examinadora: Orientador: Prof. Mário Henrique Furtado Andrade Departamento de Transportes, UFPR Prof. Djalma Rocha Al-Chueyr Martins Pereira Departamento de Transportes, UFPR Prof. Camilo Borges Neto Departamento de Transportes, UFPR Curitiba, 1º de Julho de 2010. AGRADECIMENTOS Ao Professor Mario Henrique Furtado Andrade, pela atenção, senso crítico, amizade e orientação. A AFIRMA ENGENHARIA VIÁRIA pelo apoio irrestrito para o êxito deste trabalho. A ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland, em especial ao Engenheiro Carlos Roberto Giublin. A ENGEMIN ENGENHARIA E GEOLOGIA, por disponibilizar os dados necessários a este estudo. Aos colegas da Universidade Federal do Paraná, o agradecimento sincero pela ajuda e respeito profissional. A Deus, fonte maior da nossa existência. “O sucesso é ir de fracasso em fracasso sem perder entusiasmo.” (Winston Churchill) LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Distribuição das tensões. .......................................................................... 17 Figura 2: seções típicas de pavimentos.................................................................... 17 Figura 3: Placa de concreto simples ......................................................................... 21 Figura 4: Placa de concreto simples com barras de transferência ........................... 22 Figura 5: Placa de concreto simples com armadura dist. Descontinua .................... 22 Figura 6: Placa de concreto com armadura distribuída Contínua ............................. 23 Figura 7: Placa de concreto estruturalmente armado ............................................... 23 Figura 8: Placa de concreto protendido .................................................................... 24 Figura 9: Junta transversal de retração .................................................................... 28 Figura 10: Junta transversal de retração com barra de transferência ...................... 29 Figura 11: Junta longitudinal de articulação ............................................................. 29 Figura 12: Junta Longitudinal de articulação com barra de ligação .......................... 30 Figura 13: Barras de transferência de carga ............................................................ 31 Figura 14: Colocação das Formas metálicas............................................................ 34 Figura 15: Lançamento e adensamento do concreto ............................................... 35 Figura 16: Operação de texturização com vassoura de nylon .................................. 35 Figura 17: Corte de junta com serra de disco diamantado ....................................... 36 Figura 18: Produto de cura química após 2 minutos de aplicação ........................... 38 Figura 19: Curva de fadiga ....................................................................................... 40 Figura 20: Formulário de cálculo de espessura pelo método PCA/84 ...................... 43 Figura 21: Fluxograma do processo apropriado e sistemático para a tomada de decisões e seleção de estratégias de Reabilitação .................................................. 46 Figura 22: Anexo G da norma DNIT 060/2004-PRO ................................................ 59 Figura 23: Escala do ICP e seus respectivos conceitos, segundo a norma DNIT 062/2004-PRO .......................................................................................................... 62 Figura 24: Exemplo de reforço sem aderência entre as camadas............................ 66 Figura 25: Exemplo de reforço com aderência parcial entre as camadas ................ 66 Figura 26: Exemplo de recapeamento com aderência total entre as camadas ........ 67 Figura 27: Detalhes de Execução de Reparos Profundos ou de Espessura Plena .. 69 Figura 28: Área a ser reparada após remoção e limpeza. ........................................ 70 Figura 29: Aplicação do epóxi e das barras de transferência. .................................. 70 Figura 30: Concretagem da placa de concreto ......................................................... 71 Figura 31: Exemplo da eficiência da transferência de carga .................................... 72 Figura 32: Demarcação com giz ............................................................................... 73 Figura 33: Retirada do concreto ............................................................................... 73 Figura 34: Posicionamento das barras de transferência........................................... 73 Figura 35: Detalhe da inserção de barra de transferência ........................................ 74 Figura 36: Detalhes de Execução de Reparos em fissuras longitudinais e/ou juntas longitudinais.............................................................................................................. 76 Figura 37: Aplicação de resina epóxi ........................................................................ 77 Figura 38: Posicionamento das barras ..................................................................... 77 Figura 39: Concretagem das Ranhuras .................................................................... 77 Figura 40: Aspecto final da fissura grampeada e selada .......................................... 78 Figura 41: Exemplo de selante que se solta com o tempo ....................................... 78 Figura 42: Serragem das juntas ............................................................................... 79 Figura 43: Resselagem das juntas ........................................................................... 80 Figura 44: Aspecto da via exclusiva após desalinhamento das estações na Av. Marechal Floriano Peixoto. ....................................................................................... 85 Figura 45: Localização da Estação Moysés Marcondes ........................................... 86 Figura 46: Imagem de satélite da Estação Moyses Marcondes. .............................. 86 Figura 47: Exemplo do deslocamento das estações para ultrapassagem dos veículos ................................................................................................................................. 87 Figura 48: Defeitos nas placas de concreto.............................................................. 92 Figura 49: Representação esquemática das placas a serem implantadas. .............. 99 Figura 50: Detalhamento da junta transversal e barra de transferência. ................ 101 Figura 51: Detalhamento da laje de transição. ....................................................... 102 Figura 52: Recuperação das placas de concreto. .................................................. 103 Figura 53: Reparo de espessura plena, planta. ...................................................... 105 Figura 54: Reparo de espessura plena, corte AB ................................................... 105 Figura 55: Reparo de espessura plena, Detalhe 01 ............................................... 106 Figura 56: Reparo de espessura parcial, planta ..................................................... 106 Figura 57: Reparo de espessura plena, detalhe 01 ................................................ 107 Figura 58: Inserção de barras de transferência, planta .......................................... 107 Figura 59: Inserção de barras de transferência, detalhe 01 ................................... 108 Figura 60: Inserção de barras de transferência corte AA ....................................... 108 Figura 61: Grampeamento, planta .......................................................................... 109 Figura 62: Grampeamento, detalhe das ranhuras .................................................. 109 Figura 63: Grampeamento, elevação ..................................................................... 110 Figura 64: Imagem de satélite do segmento inspecionado..................................... 118 Figura 65: Identificação de segmento do Acesso à Rua Wilson de França ............ 119 Figura 66: Fissura de canto .................................................................................... 128 Figura 67: Valores dedutíveis para defeitos na selagem de juntas ........................ 128 Figura 68: Fissuras lineares ................................................................................... 129 Figura 69: Grandes reparos existentes................................................................... 129 Figura 70: Desgaste superficial .............................................................................. 130 Figura 71: Fissuras de retração plástica ................................................................. 130 Figura 72: Esborcinamento de juntas ..................................................................... 131 Figura 73: Curva para determinação do valor dedutível corrigido (VDC), para pavimentos de concreto.......................................................................................... 131 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Relação das principais obras em Pavimento de concreto no Brasil. ........ 20 Tabela 2: Principais obras em pavimento de concreto em Curitiba. ......................... 21 Tabela 3: Descrições e prováveis causas dos defeitos em pavimentos rígidos. ...... 49 Tabela 3 – cont.: Descrições e prováveis causas dos defeitos em pavimentos rígidos. ................................................................................................................................. 50 Tabela 3 – cont.: Descrições e prováveis causas dos defeitos em pavimentos rígidos. ................................................................................................................................. 51 Tabela 3 – cont.: Descrições e prováveis causas dos defeitos em pavimentos rígidos. ................................................................................................................................. 52 Tabela 4: Ilustração dos tipos de defeitos ................................................................ 53 Tabela 4 – cont.: Ilustração dos tipos de defeitos ..................................................... 54 Tabela 4 – cont.: Ilustração dos tipos de defeitos ..................................................... 55 Tabela 4 – cont.: Ilustração dos tipos de defeitos. .................................................... 56 Tabela 5: Relação dos tipos de defeitos e suas respectivas técnicas de reparo ...... 65 Tabela 6: Tipos e severidade dos defeitos que requerem reparos profundos .......... 68 Tabela 7: Medidas de Abertura de Juntas para uma temperatura de 20ºC .............. 80 Tabela 8: Recomendações de valores para L e P em função do selante ................. 81 Tabela 9: Informações técnicas do ônibus bi-articulado. .......................................... 88 Tabela 10: Dados de tráfego na estação Moysés Marcondes .................................. 89 Tabela 11: Dados de tráfego para o período de projeto de 20 anos ........................ 90 Tabela 12: Número de repetições por classe de eixo ............................................... 90 Tabela 13: Defeitos por placa ................................................................................... 93 Tabela 14: Ilustração dos tipos de defeitos da Estação Moysés Marcondes............ 94 Tabela 15: Dados de entrada para o cálculo da espessura pelo método PCA/84.... 96 Tabela 16: Memorial de cálculo para uma espessura arbitrada de 22cm................. 97 Tabela 17: Memorial de cálculo para uma epessura arbritrada de 23cm ................. 98 Tabela 18: Espaçamento máximo das juntas transversais ..................................... 100 Tabela 19: Dimensões das barras de transferência ............................................... 100 Tabela 20: Soluções de reparo das placas de concreto ......................................... 104 Tabela 21: Ficha de Inspeção – Acesso à Rua Wilson de França, segmento 1 ..... 121 Tabela 22: Ficha de Inspeção – Acesso à Rua Wilson de França, segmento 2 ..... 122 Tabela 23: Ficha de Inspeção – Acesso à Rua Wilson de França, segmento 3 ..... 123 Tabela 24: Ficha de Inspeção – Acesso à Rua Wilson de França, segmento 4 ..... 124 Tabela 25: Quadro Resumo de Inspeção de Pavimento Rígido. ............................ 125 Tabela 26: Fotos dos defeitos encontrados no Acesso à Rua Wilson de França ... 125 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 13 1.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 14 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 14 1.3 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO.................................................................... 15 2. REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................... 16 2.1 PAVIMENTAÇÃO: CONCEITOS BÁSICOS E CLASSIFICAÇÃO ...................... 16 2.2 PAVIMENTO DE CONCRETO: PRINCÍPIOS DE PROJETO E CONSTRUÇÃO 19 2.2.1 Breve histórico dos Pavimentos de concreto ................................................... 19 2.2.2 Classificação de Pavimentos de Concreto ...................................................... 21 2.2.3 Materiais para a execução de pavimentos de concreto ................................... 24 2.2.3.1 Cimento Portland .......................................................................................... 24 2.2.3.2 Agregados .................................................................................................... 25 2.2.3.3 Água de amassamento ................................................................................. 25 2.2.3.4 Aditivos para concreto .................................................................................. 25 2.2.3.5 Aço ............................................................................................................... 26 2.2.3.6 Selantes ........................................................................................................ 26 2.2.4 Juntas .............................................................................................................. 27 2.2.4.1 Juntas transversais ....................................................................................... 28 2.2.4.2 Juntas Longitudinais ..................................................................................... 29 2.2.4.3 Selagem de Juntas ....................................................................................... 30 2.2.4.4 Barras de Transferência ............................................................................... 30 2.2.5 Procedimentos Executivos .............................................................................. 31 2.2.6 Dimensionamento pelo método da PCA/84 ..................................................... 38 2.2.6.1 Critério de ruptura por fadiga ........................................................................ 39 2.2.6.2 Critério de ruptura por erosão ....................................................................... 41 2.2.6.3 Procedimento de cálculo .............................................................................. 43 2.3 PROCESSO DE REABILITAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO............. 44 2.3.1 Levantamento de dados do pavimento existente ............................................ 47 2.3.2 Avaliação da condição global do pavimento .................................................... 47 2.3.2.1 Avaliação das condições de superfície ......................................................... 48 2.3.2.2 Avaliação da condição estrutural do pavimento............................................ 56 2.3.2.3 Avaliação da condição funcional do pavimento ............................................ 57 2.3.3 Procedimento para inspeção visual de pavimentos de concreto ..................... 57 2.3.4 Procedimento para avaliação objetiva de pavimentos de concreto ................. 59 2.3.5 Procedimento para avaliação subjetiva de pavimentos de concreto ............... 61 2.3.6 Escolha da alternativa de reabilitação mais adequada .................................... 63 2.3.6.1 Reabilitação por meio de reforço no pavimento............................................ 65 2.3.6.2 Reabilitação por outros processos................................................................ 67 2.4 TÉCNICAS DE REABILITAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO ............... 67 2.4.1 Reparos de espessura plena ........................................................................... 68 2.4.2 Reparos de espessura parcial ......................................................................... 71 2.4.3 Inserção de barras de transferência de carga (retrofit) .................................... 71 2.4.4 Reparos em fissuras e juntas longitudinais (grampeamento) .......................... 75 2.4.5 Resselagem de juntas e fissuras ..................................................................... 78 2.4.6 Estabilização de placas por meio de injeção ................................................... 82 3. ESTUDO DE CASO ............................................................................................. 84 3.1 INTRODUÇÃO.................................................................................................... 84 3.2 OBJETO DE ESTUDO ....................................................................................... 85 3.3 AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO ATUAL................................................................. 87 3.3.1 Dados de Tráfego ............................................................................................ 87 3.3.2 Sondagens ...................................................................................................... 90 3.3.3 Avaliação da Condição de Superfície .............................................................. 91 3.3.4 Relatório Fotográfico ....................................................................................... 94 3.4 IMPLANTAÇÃO DAS PLACAS DE CONCRETO ............................................... 95 3.4.1 Dimensionamento das Placas de Concreto ..................................................... 95 3.4.2 Detalhes Construtivos .................................................................................... 100 3.5 RECUPERAÇÃO DO PAVIMENTO DE CONCRETO ...................................... 103 3.5.1 Soluções Indicadas........................................................................................ 103 3.5.2 Detalhamento dos Reparos ........................................................................... 104 3.5.2.1 Reparo de Espessura Plena ....................................................................... 104 3.5.2.2 Reparo de Espessura Parcial ..................................................................... 106 3.5.2.3 Inserção de Barras de Transferência.......................................................... 107 3.5.2.4 Restauração de Fissuras ou Juntas Longitudinais ..................................... 108 REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 114 APÊNDICE ............................................................................................................. 118 ANEXOS ................................................................................................................ 127 13 1. INTRODUÇÃO O pavimento de concreto de cimento Portland foi amplamente utilizado até o início da década de 50. Após o término da Segunda Guerra Mundial, ocorreu uma queda nos preços do petróleo e um grande desenvolvimento tecnológico nas refinarias. Estes dois fatores tornaram atraentes os preços dos derivados de petróleo, viabilizando a utilização de pavimentos asfálticos, estimulando o meio técnico a se qualificar na aplicação deste tipo de pavimento (PITTA, 1996). O Pavimento de concreto é bastante aplicável em ruas e avenidas que possuem intenso tráfego de veículos pesados e transporte de passageiros. Entre as principais vantagens do pavimento de concreto de cimento portland estão a durabilidade, baixo custo de manutenção comparado a utilização de pavimento flexível, redução em 40% na distancia de frenagem, economia de energia elétrica, deido a sua cor clara que proporciona maior reflexão da luz, e redução no consumo de combustível pois diminui a inércia dos veículos, proporcionando uma redução na resistência ao rolamento (ABCP, 2002) É comum nos centros urbanos, em ruas e avenidas pavimentadas em pavimento asfáltico que possuem intenso tráfego de ônibus, que haja um recorrente problema de manutenção corretiva nos segmentos junto às paradas de ônibus. Problemas como afundamento de trilha de rodas, escorregamentos, ondulações, trincas e panelas, aparecem com freqüência trazendo uma série de inconvenientes, tanto a setores do poder público quanto aos usuários. Quando se compara o concreto com uma estrutura equivalente de pavimento asfáltico, principalmente em locais como paradas de ônibus, que são o foco deste trabalho, o pavimento de concreto apresenta uma boa solução técnica, obtendo melhor desempenho em função do seu baixo custo de operação durante a sua vida útil, requerendo pouca manutenção, além de diminuir as interferências na cidade com manutenção do pavimento de vias de grande circulação, sendo por isso aplicado em pontos de paradas e corredores de ônibus (RIVOIRE ,2009). Diante da importância de se garantir as qualidades do pavimento rígido, é fundamental o processo contínuo de avaliação e levantamento dos defeitos para 14 entre as técnicas de reabilitação apresentadas neste trabalho, optar-se pelas mais adequadas para cada tipo de defeito. 1.1 OBJETIVO GERAL Os estudos de reabilitação de pavimentos de concreto no Brasil são incipientes, tendo por outro lado, ainda uma dificuldade a nível internacional na determinação do desempenho desses pavimentos. Deste modo, o objetivo geral deste trabalho se divide em duas vertentes no estudo do pavimento de concreto, demonstrando além do dimensionamento deste tipo de pavimento as técnicas de reabilitação para trechos já existentes. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Este trabalho busca apresentar técnicas de reabilitação para pavimentos de concreto, relativamente recentes no Brasil, mas já bastante utilizadas em outros países. Um objetivo específico do trabalho é efetuar o levantamento de defeitos existentes nas placas de concreto que compõe os pontos de parada de ônibus situados na cidade de Curitiba (Av. Paraná), apresentando as respectivas técnicas de reabilitação e os procedimentos corretos para executá-las. Complementando este assunto, o trabalho também demonstra o processo correto de implantação de pavimentos de concreto, através do dimensionamento de placas de concreto pelo método da PCA/84. A aplicação destas técnicas no corredor de ônibus da Av. João Gualberto, na cidade de Curitiba, permite demonstrar, na forma de Estudo de Caso, a experiência da aplicação dos métodos de recuperação de pavimentos de concreto, destacando-se as técnicas mais empregadas atualmente para estas situações. 15 1.3 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO No intuito de alcançar os objetivos propostos o trabalho foi organizado nos seguintes capítulos: O Capítulo 1 introduz o tema proposto e estabelece os objetivos e a justificativa do trabalho No Capítulo 2 encontra-se a revisão da literatura, onde são apresentadas as definições e classificações dos pavimentos de concreto viários, seguidos do estudo do método de dimensionamento, descrições dos métodos e processos de avaliação das degradações de superfície, bem como sistemática para a tomada de decisões e seleção de alternativas e técnicas de reabilitação. O Capítulo 3 apresenta o Estudo de Caso, que se divide em um exemplo de dimensionamento de pavimento de concreto e um exemplo de procedimento de reparo de pavimento de concreto. No Capítulo 4 são feitas as conclusões que o estudo proporcionou e as devidas recomendações pertinentes ao trabalho. O Apêndice deste estudo tem por objetivo exemplificar o cálculo do Índice de Condição do Pavimento e assim, complementar o que foi abordado no capitulo 2, mais especificamente no item 2.3.4 (Procedimento para avaliação objetiva de pavimentos de concreto). 16 2. REVISÃO DA LITERATURA 2.1 PAVIMENTAÇÃO: CONCEITOS BÁSICOS E CLASSIFICAÇÃO De acordo com a NBR 7207 da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), pavimento é a estrutura constituída sobre a terraplenagem, com as seguintes funções: a) Resistir e distribuir aos esforços verticais provenientes do tráfego; b) Melhorar as condições de rolamento, quanto ao conforto e segurança; c) Resistir aos esforços horizontais (desgaste superficial), tornando mais durável a superfície de rolamento. Segundo o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), de um modo geral pode-se classificar os pavimentos quanto à estrutura em: a) Flexíveis - Constituído de uma ou mais camadas de espessura finita, cujo revestimento é do tipo betuminoso. As camadas sofrem deformações elásticas significativas sob carregamento, e as cargas se distribuem em parcelas semelhantes entre as camadas. b) Rígidos - É o pavimento formado predominantemente por camadas que trabalham sensivelmente a tração. O revestimento tem elevada rigidez em relação às demais camadas, e absorve a maior parte das tensões sob carregamento. Os mais usuais são os pavimentos de concreto de cimento portland. c) Semi-Rígidos - Quando há base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias, mesmo que o revestimento seja flexível, tem-se um pavimento que não entra em nenhuma das classificações acima. Yoder e Witczak (1975) enfatizam que a principal diferença entre os pavimentos flexíveis e rígidos é a maneira como estes distribuem as cargas sobre o subleito. Os pavimentos rígidos tendem a distribuir as cargas em uma área 17 relativamente maior, devido à sua rigidez e alto módulo de elasticidade. Já nos pavimentos flexíveis, ocorre uma concentração de tensões nos pontos de aplicação das cargas. Figura 1: Distribuição das tensões. (Fonte: ABCP, 1998) Senço (1997) acrescenta que os pavimentos flexíveis comportam deformações elásticas até certo limite sem ocasionar o rompimento da estrutura e são dimensionados normalmente em função da compressão e da tração na flexão. Enquanto os rígidos são pouco deformáveis e tendem a romper por tração na flexão. A definição clássica, encontrada em Medina (1997) divide os pavimentos em duas categorias principais: flexíveis (aqueles com revestimento betuminoso sobre base granular ou solo estabilizado granulometricamente), e rígidos (constituídos por placas de concreto). A partir desta definição simplificada, podem-se ilustrar as seções de pavimentos flexíveis e rígidos de acordo com a figura 2: Figura 2: seções típicas de pavimentos rígidos (a) e flexíveis (b). Fonte: (PETROBRAS, 2006) 18 As camadas constituintes do pavimento são caracterizadas da seguinte forma, de acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006): a) Subleito: é o terreno de fundação do pavimento, ou seja, a camada final de terraplanagem. b) Regularização: Camada de espessura irregular, constituída sobre o subleito destinada a conformar o leito da via, longitudinal e transversalmente. Compreendem cortes e aterros de até 20 cm, bem como as operações de escarificação, irrigação, aeração e compactação, dentro dos limites especificados, com material do próprio subleito ou de jazidas previamente determinadas. c) Reforço do subleito: Camada de espessura constante, construída quando necessário. É determinada pelo dimensionamento do pavimento e constituída de materiais provenientes de jazidas ou de empréstimos com CBR e expansão mínima determinados. Estes materiais têm características superiores as do subleito. d) Sub-base: Camada complementar a base, é construída quando não é tecnicamente ou economicamente recomendável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do subleito. e) Base: Tem como função receber, transmitir e distribuir os esforços verticais oriundos do tráfego, às camadas subjacentes. f) Revestimento: Camada impermeável tanto quanto possível, que recebe diretamente as ações do tráfego e destina-se a melhorar a superfície de rolamento, tanto para segurança quanto para o conforto do usuário. É, portanto a camada mais nobre do pavimento, conseqüentemente a de maior custo. 19 2.2 PAVIMENTO DE CONCRETO: PRINCÍPIOS DE PROJETO E CONSTRUÇÃO 2.2.1 Breve histórico dos Pavimentos de concreto O embrião dos pavimentos de concreto surgiu em 1889, na cidade de Bellefontaine, Ohio, quando George Bartholomew apresentou uma proposta para a construção de um pavimento utilizando o concreto como material (PCA, 1984). Em 1891, um pequeno trecho da Main Street foi finalizado, utilizando a técnica desenvolvida por Bartholomew. Embora tanto a produção de cimento, quanto a de automóveis ainda estivesse no inicio, a técnica de Bartholomew mostrou-se eficiente quanto às necessidades de durabilidade, conforto e segurança. No Brasil, em 1925 diversas ruas da cidade de Pelotas, no estado do Rio Grande do Sul já utilizavam pavimentos rígidos. Outras obras de destaque no início da adoção dos pavimentos de concreto no Brasil são a Estrada do Caminho do Mar, no estado de São Paulo em 1926; A estrada de Itaipava, no Rio de Janeiro em 1929; e trechos da atual rodovia BR 101, em Recife, na década de 1930. O estado de Pernambuco foi um dos estados do País que mais utilizaram pavimento rígido, chegando na década de 70 a 34% da malha viária pavimentada em concreto. Após o término da Segunda Guerra Mundial, a produção nacional de cimento foi destinada prioritariamente ao suprimento da crescente indústria da Construção Civil, o que forçou a utilização de outras formas de pavimentar ruas e rodovias. Concomitantemente, eram aprimoradas nos EUA as técnicas de pavimentos flexíveis à base de produtos betuminosos, pois na ocasião os preços dos derivados de petróleo eram baixos, e muito mais competitivos se comparados aos preços das soluções em concreto. Assim, por muitos anos estes fatores econômicos e políticos, juntamente com a necessidade de se abrir o maior número de estradas, com o menor custo e tempo, direcionaram a pavimentação no Brasil para o uso quase exclusivo dos ligantes derivados de petróleo. A tabela 1 apresenta algumas obras importantes no país em pavimento de concreto. 20 Tabela 1: Relação das principais obras em Pavimento de concreto no Brasil. OBRAS DÉCADA Aeroportos Guararapes (PE), Zumbi dos Palmares (AL), Santos Dumont (RJ), 40 Congonhas (SP), e Rodovias Anchieta e Anhanguera (SP). Vias urbanas no Rio de Janeiro e Rodovias 50 em PE e PB. 60 Rodovias Rio - Petrópolis (RJ), Rio Teresópolis (RJ), Itaipava - Teresópolis (RJ) e Vias urbanas de Porto Alegre (RS). Ligação Anchieta - Imigrantes (SP), Rodovia dos Imigrantes (SP), Rodovia Sapucaia Gravataí (RS) e aeroporto do Galeão (RJ). Rodovia Serra do Rio do Rastro (SC), Anel viário de Belo Horizonte (MG) e Aeroportos de Guarulhos (SP) e Confins (MG). Contorno Sul de Curitiba (PR), Avenida Assis Brasil (RS), marginais da Rodovia Presidente Dutra (SP), BR-290 Freeway (RS), Rodoanel de São Paulo (SP), BR-232 Recife-Caruaru (PE), Pista descendente da Imigrantes (SP). 70 80 90 Os pavimentos rígidos ressurgiram nos últimos anos devido ao aumento de preço dos ligantes derivados de petróleo, bem como pela necessidade de pavimentos que apresentem maior durabilidade, minimizando intervenções nas vias e custos com manutenção. Em Curitiba já havia sido utilizado pavimentos de concreto na década de 50, na Avenida Candido de Abreu e em um trecho da antiga BR-2, atual BR-116 próximo a Rua Victor Ferreira do Amaral. Porém, uma importante obra foi realizada em 1996, quando um trecho da avenida Pres. Faria onde passam os ônibus do transporte coletivo foi construído. A Prefeitura Municipal de Curitiba precisava de uma solução que não afetasse as fundações do edifício histórico da UFPR, bem como tivesse grande durabilidade e velocidade de execução. A solução adotada foram as placas de concreto. Desde então, é crescente a extensão de pavimentos de concreto na cidade de Curitiba, tanto nas vias exclusivas de ônibus e terminais do transporte coletivo, quanto em avenidas de grande tráfego, conforme ilustra a tabela 2. 21 Tabela 2: Principais obras em pavimento de concreto em Curitiba. ANO OBRA 2000 Eixo Leste-Oeste 2000 Linhão do Emprego 2002 Avenida Iguaçu 2005 Avenida Marechal Floriano Peixoto 2006 Avenida Santa Bernadethe 2006 Avenida Mascarenhas de Moraes 2009 Linha Verde Sul 2.2.2 Classificação de Pavimentos de Concreto De acordo com a PCA (1984), os pavimentos de concreto podem ser classificados de acordo com a presença ou não de barras de transferência, no caso de pavimentos sem armadura, e também pela continuidade da armadura, no caso de pavimentos armados. Os tipos de placas são assim caracterizados: a) Placas de concreto simples Neste tipo de pavimento, não são colocadas barras de transferência entre as placas, que tem dimensões da ordem de 4 a 6 metros de comprimento. A transferência de carga é feita apenas pelo entrosamento entre os agregados do concreto das placas. Figura 3: Placa de concreto simples. (Fonte: ABCP,2002) 22 b) Placas de concreto simples com barras de transferência Há barras de aço liso, posicionadas nas juntas transversais. Estas barras têm por função transferir a carga entre as placas, reduzindo tensões e deformações. Assim aumenta-se a durabilidade do pavimento, e também a qualidade de rodagem. Com o uso de barras de transferência as placas podem ser mais longas, com comprimentos de até 7 metros. Figura 4: Placa de concreto simples com barras de transferência. (Fonte: ABCP,2002) c) Placas com armadura distribuída descontínua: Além das barras de transferência, existe armadura distribuída até as juntas. Esta armadura não tem função estrutural, e tem como finalidade inibir as fissuras próximas a junta. Os comprimentos de placa podem alcançar 30 metros. Figura 5: Placa de concreto simples com armadura dist. Descontinua. (Fonte: ABCP,2002) 23 d) Placas com armadura distribuída contínua Neste tipo de placas, a taxa de armadura é maior, pois esta tem por função inibir as fissuras de retração, porém não há função estrutural. Podem-se construir placas de comprimento superior a 150 metros. As juntas são construídas quando há a necessidade de interromper a construção, geralmente no final da jornada de trabalho. A grande extensão das placas gera mais fissuras se comparados aos outros métodos. Figura 6: Placa de concreto com armadura distribuída Contínua. (Fonte: ABCP,2002) e) Placas de concreto estruturalmente armado Este tipo de pavimento tem duas linhas de armadura: uma linha inferior, abaixo do plano médio da placa, que tem por função resistir às tensões de tração provocadas pelo carregamento; e uma linha superior, acima do plano médio da placa, que tem por função inibir a fissuração ocasionada pela retração do concreto. O comprimento das placas varia de 9 a 30 metros, e a largura de 3 a 7 metros. Figura 7: Placa de concreto estruturalmente armado. (Fonte: ABCP,2002) 24 f) Placas de concreto protendido Nos pavimentos de concreto protendido a resistência à tração é aumentada pela compressão prévia aplicada ao concreto pela protensão. Com isto, a espessura se torna consideravelmente menor, as placas podem ser muito maiores e conseqüentemente as juntas - quase sempre o ponto fraco do pavimento, muito menos freqüentes. Em grande parte dos casos, a redução de espessura do concreto cobre aproximadamente o custo da protensão. A área a ser pavimentada é dividida em faixas de 3 a 7 m de largura, conforme processo de concretagem, e de até 150 m de comprimento. Figura 8: Placa de concreto protendido. (Fonte: RUDLOFF 2005) 2.2.3 Materiais para a execução de pavimentos de concreto Os materiais utilizados para a execução das placas de concreto de cimento Portland devem satisfazer os requisitos das normas específicas vigentes. Os materiais são normalizados pelas normas da série EM (Especificação de Material) do DNIT e algumas normas da ABNT, e serão relacionados a seguir. 2.2.3.1 Cimento Portland O cimento portland utilizado para a construção e reparo dos pavimentos de concreto deve atender as condições impostas na norma EM 050/2004 DNIT. Os tipos utilizados são normatizados pela ABNT: 25 a) Cimento Portland comum: CP I (NBR 5732); b) Cimento Portland Composto: CP II (NBR 11578); c) Cimento Portland de Alto Forno: CP III (NBR 5735); d) Cimento Portland Pozolânico: CP IV: (NBR 5736). De acordo com o DNIT (2005), em locais onde não é possível interromper o tráfego por muito tempo, pode-se utilizar o Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CP V (NBR 5733), de forma que o tráfego possa ser restabelecido o mais rápido possível. 2.2.3.2 Agregados Os agregados miúdos e graúdos devem atender as normas DNIT 038/97 e 037/97, respectivamente. A dimensão máxima característica do agregado não deve exceder 1/3 da espessura da placa do concreto ou 50 mm, obedecendo ao menor valor. 2.2.3.3 Água de amassamento A água destinada ao amassamento do concreto deve ser tanto quanto possível limpa e isenta de impurezas prejudiciais ao desempenho do concreto. A NBR 6118 estabelece as condições de utilização da água para concreto. 2.2.3.4 Aditivos para concreto Os aditivos são substancias que geram, maximizam ou minimizam algumas características no concreto, para que seu desempenho seja o mais próximo do esperado. Os efeitos causados na mistura são (DNIT 2005): a) b) c) d) e) Melhorar a trabalhabilidade; Acelerar ou retardar o tempo de pega; Reduzir a permeabilidade; Acelerar o desenvolvimento da resistência nas idades iniciais; Tornar o concreto mais resistente aos agentes agressivos; 26 f) g) Retardar ou diminuir o calor de hidratação; Desenvolver propriedades fungicidas, germicidas ou inseticidas. Os principais tipos de aditivos para concreto estão descritos a seguir: a) b) c) d) e) f) g) h) 2.2.3.5 Aço O uso de barras de aço CA-25 lisas para as barras de transferências, de aço CA-50 para as barras de ligação e telas soldadas devem atender as exigências da NBR 7480 – Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado. 2.2.3.6 Selantes De acordo com o DNIT (2005), a selagem das juntas de pavimentos de concreto tem a função de impedir a infiltração de água e de materiais sólidos nas juntas. A infiltração de água prejudica o pavimento, pois ao mover-se entre as placas de concreto e a sub-base pode gerar erosão do material da sub-base, causando uma perda de suporte da placa. A presença de sólidos, por outro lado, impede a livre movimentação das juntas, fato que pode acarretar tensões de compressão imprevistas no projeto do pavimento, causando fissuras e trincas na placa. Os selantes de juntas em pavimentos de concreto são divididos em selantes vazados no local e selantes pré-moldados: Redutores de água (plastificantes e superplastificantes); Incorporadores de ar; Aceleradores de pega; Retardadores de pega; Aceleradores de endurecimento; Impermeabilizantes; Expansores; Anticorrosivos, fungicidas, germicidas e inseticidas. 27 a) Selantes vazados no local, que são subdivididos em: - Selantes vazados a quente; São alcatrões, asfaltos e compostos de asfalto e borracha também conhecidos como termoplásticos, e os mastiques, que são associações entre um liquido viscoso (emulsões, óleos não secativos, asfaltos de baixa penetração) e um filler ( fibras de amianto, cimento portland, cal apagada ou areia fina). Os mais utilizados são os mastiques a quente, que podem ser de origem industrializada ou não. Os termoplásticos não são recomendáveis, pois são de aplicação difícil e tem pouca durabilidade. Os selantes a quente têm custo inicial mais baixo, entretanto são menos resistentes ao calor, a óleos e a combustíveis. - Selantes vazados a frio. Os selantes vazados a frio são resinas epóxicas, polissulfenos orgânicos, uretanos, silicones e polimercaptanos. b) Selantes Pré-moldados Os selantes pré-moldados são feitos de materiais como polietileno, poliuretano e cortiças. Apesar do custo inicial elevado, estes têm maior durabilidade, por serem altamente elásticos e compressíveis. A estanqueidade em uma junta que utiliza selantes pré-moldados depende também da rugosidade das paredes da junta, que devem ser lisas e uniformes para que o material tenha uma boa aderência. 2.2.4 Juntas As juntas têm por função primordial permitir os movimentos de contração e expansão do concreto, garantindo a eficiente transferência de carga entre as placas sem que ocorram danos estruturais e funcionais ao sistema. Devem ser minuciosamente projetadas e executadas, pois é um ponto de fragilidade do pavimento. Os principais tipos de juntas são descritos a seguir: 28 2.2.4.1 Juntas transversais De acordo com Senço (1997), as juntas transversais são construídas no sentido transversal ao tráfego, sendo divididas em dois tipos, de acordo com sua serventia: a) Juntas transversais de retração Este tipo de juntas tem como função controlar as fissuras decorrentes da contração volumétrica do concreto. A construção é feita através de uma seção enfraquecida na placa, seja por corte ou ranhura, até uma profundidade definida em projeto, que deve ficar entre 1/4 e 1/6 da espessura da placa, obedecendo-se um mínimo de 4 cm. Figura 9: Junta transversal de retração. (Fonte: GIUBLIN, 2002) b) Juntas transversais de retração com barras de transferência As juntas transversais de retração com barra de transferência são semelhantes às transversais de retração, entretanto além de combater as fissuras de retração, também proporcionam melhor transferência de carga entre as placas. São mais utilizadas em vias de tráfego pesado ou de grande magnitude de cargas, visto que a transferência de carga pelas barras é muito mais eficiente do que somente pelo entrosamento dos agregados. As barras de aço transferem parcelas da carga 29 para as placas adjacentes, diminuindo a solicitação na placa em questão, e conseqüentemente minimizando um possível recalque diferencial entre as placas. Figura 10: Junta transversal de retração com barra de transferência. (Fonte: GIUBLIN, 2002) 2.2.4.2 Juntas Longitudinais a) Junta longitudinal de articulação É concebida para combater o aparecimento de tensões de tração, conseqüentes do empenamento das placas. Na ausência destas juntas, apareceriam no pavimento trincas longitudinais. Servem também como juntas de construção, no caso de pistas largas onde não se pode construir toda a largura de uma só vez. A distância recomendada entre as juntas longitudinais de articulação é da ordem de 3,75m. Figura 11: Junta longitudinal de articulação. (Fonte: GIUBLIN, 2002) 30 b) Junta longitudinal de articulação com barras de ligação Nas juntas longitudinais de articulação podem ser utilizadas barras de ligação para assegurar que as faixas de tráfego permanecerão livres de movimentos laterais. Figura 12: Junta Longitudinal de articulação com barra de ligação. (Fonte: GIUBLIN, 2002) 2.2.4.3 Selagem de Juntas A selagem tem como função impedir a infiltração de água e materiais sólidos como pedras, areia e outros corpos estranhos nas juntas. A infiltração de água influi diretamente na durabilidade do pavimento, pois quando a água chega a base do pavimento, pode causar erosão na mesma, prejudicando assim o suporte necessário para o bom desempenho do pavimento. A presença de materiais sólidos pode dificultar ou até impedir a movimentação da junta, o que resulta em tensões imprevistas em projeto. 2.2.4.4 Barras de Transferência As barras de transferência são utilizadas para exercer as seguintes funções básicas (GASPARETTO, 2001): a) Permitir a movimentação horizontal entre placas contíguas b) Restringir o empenamento das bordas c) Transferir os esforços verticais 31 Para garantir o correto funcionamento da transferência de carga, deve-se atentar para três itens essenciais: a) Posicionamento: as barras devem estar posicionadas paralelamente entre si; b) Aderência: Para permitir a movimentação da placa, as barras não podem estar completamente aderidas ao concreto. c) Engraxamento: para garantir a liberação dos movimentos na barra, metade das barras mais dois centímetros são engraxadas, entretanto quantidades exageradas de graxa podem comprometer o bom funcionamento das juntas. Ao executar juntas de construção não se devem utilizar barras engraxadas. Figura 13: Barras de transferência de carga. (Fonte: GIUBLIN, 2002) De acordo com Pitta (2006), o uso de barras de transferência de carga pode reduzir em até 20% a espessura do pavimento, no caso de tráfego pesado, para pavimentos sem acostamento de concreto e sem sub-base. Já o DNIT (2005) afirma que a redução na espessura da placa pode chegar a cinco centímetros. 2.2.5 Procedimentos Executivos A execução dos pavimentos de concreto no Brasil é regida pelas seguintes normas: 32 a) DNIT 047/2004-ES - Pavimento Rígido – Execução de pavimento rígido com equipamento de pequeno porte – Especificação de serviço. b) DNIT 048/2004-ES - Pavimento Rígido – Execução de pavimento rígido com equipamento de foma-trilho – Especificação de serviço. c) DNIT 049/2009-ES - Pavimento Rígido – Execução de pavimento rígido com equipamento de forma-deslizante – Especificação de serviço. Para a execução das paradas de ônibus e vias urbanas são mais utilizados os equipamentos de pequeno porte, devido principalmente a menor extensão da construção. Os itens necessários para execução de pavimentos de concreto com equipamento de pequeno porte são descritos a seguir (SENÇO, 1997): a) Formas metálicas para contenção do concreto, e para servir como guia para o deslocamento dos equipamentos de distribuição e adensamento do concreto; b) Distribuidora de concreto, regulável e com tração própria; c) Vassouras de fios de nylon, para realizar as ranhuras na superfície da placa; d) Vibradores de imersão, com diâmetro externo máximo de 40 mm e régua vibratória, ambos com freqüência de vibração igual ou superior a 60hz (3600rpm); e) Régua alisadora tubular; f) Eixo rotor frontal; g) Vibro-acabadora de bitola ajustável, com freqüência de pelo menos 3500 oscilações por minuto; h) Perfil metálico tipo “T” para a execução de juntas moldadas; i) Equipamento para serrar juntas, com disco diamantado de diâmetro e espessuras apropriados, que possibilitem fazer o corte de acordo com as especificações de projeto; j) Ponte de serviço de madeira, com comprimento igual a largura da placa mais 50 cm, para os procedimentos de texturização e cura; k) Rolo de cabo longo; l) Desempenadeira de madeira, com área útil de pelo menos 450 cm²; 33 m) Régua de madeira para nivelamento, com 3 metros de comprimento e rigidez suficiente para que não ocorra flexão; n) Ferramentas com ponta em cinzel, que penetrem nas juntas, e vassouras de fios duros para limpeza das juntas; o) Compressor de ar comprimido com mangueira de 12 metros de comprimento e 12 milímetros de diâmetro, caso seja necessário realizar limpeza das juntas; p) Desempenadeira de borda para acabamento de canto de juntas moldadas. De acordo com Senço (1997), a execução das placas de concreto segue basicamente a seguinte seqüência: a) Colocação das formas; b) Lançamento e adensamento do concreto; c) Acabamento; d) Construção das Juntas; e) Cura, proteção e abertura ao tráfego. a) Colocação das formas metálicas As formas devem ser assentes com nivelamento e alinhamento rigoroso, obedecendo à seção prevista em projeto. As formas são colocadas diretamente sobre a sub-base, e qualquer divergência de nivelamento deve ser corrigida com calços. O topo das formas deve coincidir com a superfície de rolamento prevista em projeto, sendo permitidas falhas de alinhamento altimétricos de até três milímetros, e cinco milímetros para diferenças planimétricas. Caso seja especificado em projeto, após o assentamento é realizada a impermeabilização e isolamento sobre a sub-base, bem como o besuntamento da face interna das formas com óleo, para facilitar a desforma. 34 Figura 14: Colocação das Formas metálicas. (Fonte: ABCP) b) Lançamento e adensamento do Concreto O lançamento do concreto deve ser realizado, quando possível, lateralmente a faixa a executar, para não danificar isolamento e possibilitar o posicionamento prévio das armaduras. O tempo máximo entre a mistura do concreto e o lançamento não deve ultrapassar 90 minutos quando são utilizados caminhões betoneira, e 30 minutos, quando o transporte é realizado por caminhões basculantes. O espalhamento pode ser realizado com ferramentas manuais ou por equipamentos, garantindo que em ambos seja realizada uma distribuição homogênea. Caso o pavimento tenha armaduras, o posicionamento deve ser realizado durante o lançamento do concreto. O adensamento é realizado pelos vibradores de imersão e por réguas ou treliças vibratórias. Os cantos das placas devem receber maior atenção, pois nestes pontos a vibração realizada pela régua vibratória é deficiente. Qualquer possível variação superior a cinco milímetros deve ser corrigida durante a execução com concreto fresco. 35 Figura 15: Lançamento e adensamento do concreto. (Fonte: GIUBLIN, 2008) c) Acabamento O acabamento das placas deve ser realizado logo após o adensamento, e inicialmente é realizado com as réguas acabadoras em movimentos longitudinais, e em seguida se executa a texturização, com as vassouras de nylon que farão as ranhuras transversais ao pavimento. Figura 16: Operação de texturização com vassoura de nylon. (Fonte: GIUBLIN, 2008) 36 d) Construção das Juntas As juntas devem estar em conformidade com as posições e dimensionamentos de projeto, sendo permitidos desvios de até cinco milímetros. Os tipos e funções das juntas estão descritos no item 2.2.4. Figura 17: Corte de junta com serra de disco diamantado. (Fonte: GIUBLIN, 2008) e) Cura, proteção e abertura ao tráfego De acordo com Senço (1997) o processo de cura é realizado para evitar a evaporação da água, e conseqüente secagem rápida do concreto. A cura deve ser iniciada logo após a conclusão da concretagem, por um dos processos a seguir, entretanto ressalta-se que a mais recomendada e utilizada é o processo de cura química. a) Umedecimento constante O pavimento é mantido úmido durante o período de cura do concreto, que geralmente é de sete dias. Deve-se atentar para a disponibilidade de água durante todo o período, para não prejudicar o procedimento, e a água deve ter as mesmas características da água utilizada para a produção do concreto. 37 b) Faixa de juta úmida e solo saturado Logo após a conclusão do pavimento, são distribuídas faixas de juta ou tecido de algodão, devidamente limpos e umedecidos, e devem ser mantidos saturados por pelo menos 24 horas. Após estas 24 horas, as faixas são retiradas, e o pavimento é coberto por uma camada de solo de 10 cm no mínimo, que em seguida é umedecida com água. Este solo saturado de água deve ser mantido por pelo menos sete dias. c) Faixa de juta e saturação de água Este tipo de cura assemelha-se ao anterior, entretanto dispõe de pequenos diques de terra transversais ao pavimento, espaçados em 5m, e longitudinais nas bordas que servem para manter a superfície úmida. d) Cura química Os produtos utilizados para a cura química do concreto são resinas ou borracha clorada, que formam uma película sobre a face do pavimento que impede a passagem de água. Apresentam coeficiente de proteção superior a 90% nas primeiras 6 horas, e superior a 85% após sete dias. A aplicação é feita assim que o concreto perde o brilho superior, pelo desaparecimento da água de superfície. O produto é aplicado por um equipamento de aspersão, capaz de aplicá-lo em forma de uma nevoa fina. A superfície que já recebeu a cura química deve ser protegida por pelo menos sete dias, não permitindo a passagem de veículos, equipamentos e pessoas. 38 Figura 18: Produto de cura química após 2 minutos de aplicação. (Fonte: GIUBLIN, 2008) As placas concluídas devem ser protegidas contra qualquer tipo de tráfego ou invasão, sendo utilizados obstáculos como barreiras, defensas, cones e telastapume. A desmoldagem pode iniciar somente 12 horas após a conclusão da concretagem, podendo alterar este prazo caso o concreto apresente condições de suportar a desforma sem nenhum dano. Após a retirada da forma, as laterais da placa devem receber procedimentos de cura semelhantes aos aplicados na superfície. Em situações normais, deve-se aguardar um prazo mínimo de 10 dias para a liberação do trafego, que só pode ser realizado após a verificação das resistências dos corpos de prova retirados durante a concretagem. Caso a resistência não tenha sido atingida, prorroga-se o prazo de liberação do trafego até que o concreto atinja uma resistência confiável. 2.2.6 Dimensionamento pelo método da PCA/84 Este método foi apresentado pela Portland Cement Association em 1984, e agrega processos e experiências adquiridos nas últimas décadas nas áreas de cálculo de tensões, projeto geométrico, construção e gerência de pavimentos de concreto. De acordo com Pereira (2003) o método PCA/84 apresenta melhorias em relação ao seu antecessor, o PCA/66, que utiliza a teoria de Westergaard para a determinação das tensões críticas, considerando a superposição de efeitos proposta 39 por Pickett e Ray em 1951 sob forma de ábacos, enquanto o novo método lança mão de uma análise por elementos finitos para determinar as tensões. Os modelos de ruína considerados são a ruptura por fadiga e ruptura por erosão. O método PCA/84 acrescenta também os seguintes fatores (DNIT, 2005): a) Grau de transferência de carga nas juntas transversais; b) Efeitos da existência de acostamento de concreto, que contribuem para a redução nas tensões e deslocamentos verticais ao longo da borda livre da placa dificultam a penetração de água nas laterais do pavimento; c) Contribuição estrutural de sub-bases de solo melhorado, ou de concreto pobre; d) Ação de eixos tandem triplos; e) Introdução de um método de ruína por erosão da fundação do pavimento. 2.2.6.1 Critério de ruptura por fadiga O critério de ruptura por fadiga utiliza a Lei de Miner, do dano acumulado por fadiga, onde a parcela de resistência a fadiga não consumida por um grupo de cargas fica disponível para o desgaste por outro grupo de cargas, e a soma destes desgastes individuais é o dano total, sendo admissível o consumo máximo por fadiga de 100% (OLIVEIRA, 2000). O cálculo da tensão máxima no método PCA/84 considera que o eixo solicitante do veiculo está tangente a borda da placa. Entretanto, é fato que apenas uma pequena parcela dos veículos trafega nesta região, e estimativas feitas chegaram ao valor de 6 % dos veículos, que já está implícito no método. A curva de fadiga do Método PCA/84 baseia-se nas seguintes equações: log10 N = 11,737 − 12,077 Rt , se Rt < 0,55 RT (1) log10 N = 2,056 − 3,268 × log10 (Rt − 0,4325) , se 0,45 < Rt < 0,5 (2) 40 N = ilimitado, se Rt < 0,45 (3) Onde, Rt = Relação de tensões (relação entre a tensão de tração e a resistência característica do concreto a tração na flexão); N = Número admissível de repetições de carga. A curva de fadiga é apresentada na figura 19. Figura 19: Curva de fadiga. (Fonte: DNIT, 2005) Os danos acumulados por fadiga são calculados pela seguinte equação, e deve ser inferiores a 100% ao final do período de projeto: m DR = ∑ j =1 nj Nj (4) Onde: DR = Danos acumulados no período de projeto pela ação de todos os grupos de carga; j = Numero do grupo de carga; m = Total de grupos de carga; 41 n j = Numero de repetições previstas para a carga j; N j = Repetições admissíveis para a carga j. Os danos acumulados ao final do período de projeto devem ser inferiores a 100%. 2.2.6.2 Critério de ruptura por erosão A erosão é a perda de material sob a placa de concreto, e ocorre devido à ação do tráfego e água presente na sub-base (DNIT, 2005). Ocorre majoritariamente nas regiões de juntas, e interfaces entre pista e acostamentos ou outros tipos de pavimento. Os efeitos da erosão são deformações verticais severas nos cantos e bordas das placas, gerando degraus nas juntas transversais, principalmente se não houver barras de transferência. Nas pistas experimentais da AASHTO observou-se que a ruptura das placas ocorria principalmente pelo efeito do bombeamento ou perda de suporte na fundação, levando a formação de vazios sob as placas que causavam as deflexões (OLIVEIRA, 2000). O critério de ruptura por erosão também utiliza a análise por dano acumulado, dado pela equação 5: m De = 100∑ i =1 C 2 × ni Ni (5) Onde: De = dano acumulado por erosão; m = número de grupos de carga; ni = número previsto de repetições de carga; N i = Número admissível de repetições de carga; 42 C 2 = coeficiente de distribuição de tráfego. Adota-se 0,06 para pavimentos sem acostamento de concreto, e 0,94 para pavimentos com acostamento de concreto. O fator de erosão (P) mede o poder que certa força aplicada na placa tem de produzir deformações verticais. Tomando fatores provenientes de correlações em pistas experimentais, para índice de serventia igual a três, tem-se a seguinte equação para P: P = 268,7 × p2 h.k 0, 73 (6) Onde: P = fator de erosão; p = pressão vertical na fundação, sob o canto da placa, em psi; h = espessura da placa, em polegadas; k = coeficiente de recalque, em libras por polegada cúbica; Para a inclusão no critério de erosão dos efeitos de escalonamento, foram utilizados os estudos de Packard e Brokaw, onde o índice de serventia está diretamente ligado ao grau de escalonamento das juntas, intensidade do tráfego e espessura do pavimento, incluindo fatores não antes considerados nos modelos que se baseavam exclusivamente nas pistas experimentais da AASHO. O critério de dano por erosão está diretamente ligado a interferências como condições climáticas e eficiência de drenagem, fatores que não são passiveis de mensuração durante o projeto. Portanto, o critério de erosão deve ser visto como uma diretriz básica para projeto, que pode ser alterada de acordo com as condições locais. A expressão 7 relaciona o critério de erosão ao modelo de escalonamento: log N = 14,524 − 6,777 × (C1 ⋅ P − 9,0 ) 0 , 013 (7) Onde: 43 N = número admissível de repetições de carga para o período de projeto; P = fator de erosão; C1 = Constante relacionada ao tipo de sub-base. Adota-se 1,0 para bases granulares, e 0,9 para bases tratadas com cimento. 2.2.6.3 Procedimento de cálculo Para o dimensionamento da espessura do pavimento pelo método PCA/84, é utilizado o formulário da figura 20, que possibilita a verificação do consumo por fadiga e por erosão para uma espessura arbitrada. Figura 20: Formulário de cálculo de espessura pelo método PCA/84. (Fonte: DNIT, 2005) 44 Os dados de freqüência e magnitude das cargas preenchem as colunas 1, 2 e 3 da tabela. O valor de k é obtido através de tabelas que variam de acordo com o tipo de sub-base (granular, solo-cimento, solo melhorado com cimento e concreto rolado) e com a espessura inicial adotada para a placa. As tensões equivalentes para cada grupo de eixos são obtidas nas tabelas 12 a 15 do Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT, e os fatores de fadiga dividindo a tensão equivalente pelo valor da resistência característica a tração na flexão do concreto. Já os fatores de erosão, são obtidos através dos quadros 18 a 23 do Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT, e dependem de valores como presença ou não de acostamento de concreto e barras de transferência, tipo do eixo (simples, duplo e triplo), espessura da placa e valor de k do sistema subleito/sub-base. Com estes valores iniciais, obtêm-se através dos ábacos 27, 28 e 29 os valores admissíveis de repetições para cada grupo de carga atuante, tanto para o consumo por fadiga quanto por erosão. Para obter os valores de consumo por fadiga e erosão (colunas cinco e sete), divide-se o numero de repetições prevista pelo numero de repetições admissíveis de ambos os casos. Os consumos em valores de porcentagem são obtidos multiplicando os valores de consumo por cem. Após realizar os cálculos para todos os grupos de carga, somam-se verticalmente as colunas cinco e sete, obtendo os valores de consumo total, que não devem ultrapassar 100%. Caso a soma não atinja 100%, realiza-se outra tabela de cálculo, diminuindo o valor de espessura da placa adotado, e caso o valor ultrapasse 100%, aumenta-se o valor de espessura adotado. 2.3 PROCESSO DE REABILITAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO A reabilitação das vias urbanas, tem se mostrado cada vez mais necessária nos dias de hoje. Os órgãos responsáveis pela infra-estrutura viária das cidades estão se deparando com um aumento da demanda de trabalhos a serem realizados nas vias e com menor disponibilidade de recursos para tais serviços. As atividades referentes à conservação são negligenciadas de maneira geral, excluindo as vias que necessitam de reparos emergenciais. A conseqüência é a perda significativa da capacidade estrutural dos pavimentos, sendo deste modo 45 necessário a realização de reforços nos pavimentos ou reconstrução dos mesmos. Esta política resulta em um aumento do custo no ciclo de vida do pavimento. Quando é realizado um planejamento estratégico, referente à reabilitação do pavimento, pode-se eliminar ou adiar a necessidade de reforços ou até reconstrução do pavimento, potencializando assim a serventia do pavimento de concreto, reduzindo o seu custo efetivo (ABCP, 2002). Segundo DNIT (2006), entende-se por reabilitação de um pavimento, qualquer trabalho realizado que prolongue significativamente sua vida útil, mantendo confortáveis as condições de tráfego. Seguindo a mesma linha, a reabilitação do pavimento tem a definição relacionada com uma série de medidas destinadas a recompor a serventia do pavimento e a adaptar a via as condições de tráfego atual e futuro, prolongando assim a vida útil do pavimento. A metodologia para seleção de possíves soluções alternativas de reabiltiação combina os conhecimentos obtidos nos projetos e execuções de obras para selecionar e sistematizar a melhor solução de reabilitação. Uma abordagem sistemática é a melhor maneira de avaliar e selecionar técnicas possíveis de reabilitação de pavimentos. O fluxograma da Figura 21 mostra um processo sistemático de tomada de decisões para a seleção de alternativas apropriadas (ACPA, 1995). 46 Figura 21: Fluxograma do processo apropriado e sistemático para a tomada de decisões e seleção de estratégias de Reabilitação (ACPA, 1995). A avaliação de um pavimento rígido deve ser feita por meio de levantamentos de dados sobre o projeto e a execução deste pavimento, pela determinação ou avaliação do estado em que se encontra a sua superficie de rolamento, pelo levantamento dos defeitos estruturais que apresentam e, finalmente, pelos resultados dos ensaios realizados tanto nos materiais como na própria estrutura, quer da fundação como do pavimento ou do conjunto fundação-pavimento. Após esta avaliação deverá ser definido o tipo de reabilitação a ser adotado. Os procedimentos a serem adotados na avaliação das condições do pavimento são descritos a seguir. 47 2.3.1 Levantamento de dados do pavimento existente Esta etapa engloba o levantamento de dados e de todas as informações disponíveis sobre o pavimento, incluindo a avaliação do pavimento. Assim são identificadas as restrições existentes na escolha dos procedimentos de reabilitação (DNIT, 2005). Os dados levantados são os seguintes: a) b) c) d) e) f) g) h) Condição global do pavimento e acostamento; Informações sobre o projeto e construção do pavimento; Materiais componentes da estrutura; Tráfego solicitante; Condições climáticas; Condições do sistema de drenagem do pavimento; Condições de segurança; Outros julgados necessários. Os serviços iniciam pela coleta de dados de escritório, seguida pelo levantamento preliminar de dados no campo, a avaliação preliminar dos dados levantados, levantamento complementar dos dados de campo, os ensaios de laboratório, e por fim, a avaliação final dos dados assim como a compilação destes dados de campo e laboratório para a elaboração de um relatório final. 2.3.2 Avaliação da condição global do pavimento Para o desenvolvimento do Processo de Reabilitação é de fundamental importância o conhecimento da condição global do pavimento a partir das seguintes avaliações: 48 a) b) c) Avaliação das condições de superfície; Avaliação das condições estruturais; Avaliação das condições funcionais. 2.3.2.1 Avaliação das condições de superfície De acordo com DNIT (2005), a etapa que engloba o levantamento de defeitos é de grande importância para o processo de avaliação da condição global (estrutural e funcional) do pavimento. Os tipos de defeitos, assim como suas causas mais prováveis, definem as técnicas de reabilitação a serem utilizadas para o pavimento em questão. Para uma completa avaliação das condições globais do pavimento, é fundamental que o levantamento dos defeitos disponibilize os seguintes dados: a) Identificação e quantificação dos defeitos, assim como seus respectivos graus de severidade; b) c) Determinação das técnicas de reabilitação recomendáveis; Definição dos ensaios complementares para elaboração de um projeto de reabilitação. Na norma DNIT 061/2004 – TER são relacionados vinte tipos de defeitos cuja designação, prováveis causas e ilustração por meio de fotos, são apresentadas nas Tabelas 3 e 4. 49 Tabela 3: Descrições e prováveis causas dos defeitos em pavimentos rígidos. CONCEITUAÇÃO PROVÁVEIS CAUSAS NOME 1. Alçamento de placas Desnivelamento das placas nas juntas ou fissuras transversais e, eventualmente, na proximidade de canaletas de drenagem e obstáculos fixos, tais como encontros de ponte, fundações de prédios ou intervenções feitas no pavimento. a. b. c. d. e. f. a. b. c. Espessuras insuficientes de placa. Baixa resistência do concreto à tração. Ocorrência de recalques diferenciais – afundamento / acomodação. Deslocamento ou a inexistência das barras de transferência. Perda de suporte – bombeamento de finos. Empenamento da placa. Espessuras insuficientes de placa. Baixa resistência do concreto à tração. Ocorrência de recalques diferenciais – afundamento / acomodação. Deslocamento ou a inexistência das barras de transferência. Perda de suporte – bombeamento de finos. Empenamento da placa. Espessura insuficiente das placas. Baixa resistência do concreto à tração. Deficiência de assentamento da fundação. Progressão de outros defeitos. Perda do suporte – erosão da sub-base. Desnivelamento entre placas – execução. Bombeamento de finos. Deficiência de assentamento da fundação. Ineficiência na transferência de carga pela barra. Vida útil expirada. Aplicação do selante com sujeira na junta. Produto deficiente – qualidade duvidosa. Junta esborcinada – selagem sem retificação da junta. Deficiência na espessura e profundidade – menor que a especificada. Execução sem cuidados necessários – falta de treinamento do aplicador. Falta de adesão nas paredes do concreto. 2. Fissura de canto É a fissura que intercepta as juntas a uma distância menor ou igual à metade do comprimento das bordas ou juntas do pavimento (longitudinal e transversal), medindo-se a partir do seu canto. Esta fissura geralmente atinge toda a espessura da placa. d. e. f. a. b. c. d. e. 3. Placa dividida É a placa que apresenta fissuras dividindo-a em quatro ou mais partes. 4. Degrau de junta Caracteriza-se pela ocorrência de deslocamentos verticais diferenciados e permanentes entre uma placa e outra adjacente, na região da junta. a. b. c. d. e. a. b. c. d. 5. Defeito na selagem das juntas É qualquer avaria no material selante que possibilite o acúmulo de material incompressível na junta ou que permita a infiltração de água. e. f. 50 Tabela 3 – cont.: Descrições e prováveis causas dos defeitos em pavimentos rígidos. CONCEITUAÇÃO PROVÁVEIS CAUSAS NOME 6. Desnível pavimento acostamento É o degrau formado entre o acostamento e a borda do pavimento, geralmente acompanhado de uma separação dessas bordas. a. b. c. d. e. a. b. Acomodação do acostamento. Deficiência de compactação. Bombeamento de finos do acostamento. Perda de suporte. Materiais trabalham de modo diferente. Atraso nos cortes. Espessuras insuficientes (abaixo da especificação do projeto). Emprego de concreto com resistência abaixo da especificada em projeto. Pouca profundidade de corte da junta induzida. Barras de transferência deslocadas da posição (tortas). Pouca profundidade do corte. Atrasos na programação de serragem. Perda de suporte da fundação. Emprego de concreto com resistência abaixo da especificada em projeto. Espessuras insuficientes (abaixo da especificação do projeto). Ocorrência de espessuras insuficientes das placas. Baixa resistência do concreto à tração. Recalques na fundação. Barras de transferência tortas. Agressão por agentes externos. 7. Fissura linear transversal São as que ocorrem na direção da largura da placa, perpendicular ao eixo longitudinal do pavimento. c. d. e. São as que ocorrem na direção do comprimento da placa, paralelamente ao eixo longitudinal do pavimento. a. b. c. d. 8. Fissura linear longitudinal e. 9. Fissura linear diagonal São as fissuras inclinadas que interceptam as juntas do pavimento a uma distância maior que a metade do comprimento dessas juntas ou bordas. a. b. c. d. e. 10. Grandes reparos 11. Pequenos reparos 12. Desgaste superficial Entende-se como grande reparo uma área do pavimento original maior que 0,45m², que foi removida e posteriormente preenchida com um material de enchimento. Entende-se como pequeno reparo uma área do pavimento original menor que 0,45m², que foi removida e posteriormente preenchida com um material de enchimento. Caracteriza-se pelo descolamento da argamassa superficial, fazendo com que os agregados aflorem na superfície do pavimento, e com o tempo fiquem com a sua superfície polida. - - a. b. c. d. e. f. Emprego de concreto com resistência abaixo da especificada em projeto. Agressão por agentes externos. Excesso de finos na superfície da placa. Desgaste natural pelo tráfego durante a vida útil do pavimento. Deficiência de cura – excesso de água. Vida útil expirada. 51 Tabela 3 – cont.: Descrições e prováveis causas dos defeitos em pavimentos rígidos. CONCEITUAÇÃO PROVÁVEIS CAUSAS NOME 13. Bombeamento Consiste na expulsão de finos plásticos existentes no solo de fundação do pavimento, através das juntas, bordas ou trincas, quando da passagem das cargas solicitantes. Os finos bombeados têm a forma de uma lama fluida, sendo identificados pela presença de manchas terrosas ao longo das juntas, bordas ou trincas. São áreas das placas que se mostram trincadas e partidas em pequenos pedaços, tendo formas variadas, situando-se geralmente entre uma trinca e uma junta ou entre trincas próximas entre si (em torno de 1,5m). São defeitos que ocorrem em passagens de nível, consistindo de depressões ou elevações próximas aos trilhos. As fissuras superficiais (rendilhado) são fissuras capilares que ocorrem apenas na superfície da placa, tendo profundidade entre 6 mm e 13 mm, que apresentam a tendência de se interceptarem, formando ângulos de 120°. A escamação caracteriza-se pelo descolamento da camada superficial fissurada, podendo, no entanto, ser proveniente de outros defeitos, tal como o desgaste superficial. São fissuras pouco profundas (superficiais), de pequena abertura (inferior a 0,5mm) e de comprimento limitado. Sua incidência costuma ser aleatória e elas se desenvolvem formando ângulo de 45° a 60° com o eixo longitudinal da placa. a. b. c. Perda de suporte da fundação. Não utilização de sub-base cimentada. Selagem deficiente das juntas. a. b. c. 14. Quebras localizadas d. Espessura das placas insuficientes. Perda de suporte da fundação. Deficiência de construção (vazios por falta de adensamento do concreto). Resistência do concreto à tração abaixo da especificação. 15. Passagem de nível a. b. c. d. Deficiência de cura. Resistência do concreto abaixo da especificação. Excesso de água na camada superficial. Água pulverizada sobre o concreto fresco. 16. Rendilhado e escamação a. 17. Fissuras de retração plástica b. c. d. e. 18. Quebra de canto São quebras que aparecem nos cantos das placas, tendo forma de cunha, que ocorrem em uma distância não superior a 60 cm do canto. a. b. c. d. e. f. Aplicação de produto de cura com taxa menor do que a especificada. Equipamento com bico espargidor entupido parcialmente. Concretagem em dia muito quente sem o devido cuidado com a cura. Idem com excesso de vento e baixa umidade do ar. Concreto com dosagem ineficiente. Espessuras insuficientes de placa. Baixa resistência do concreto. Ocorrência de recalques diferenciais – afundamento / acomodação. Deslocamento ou a inexistência das barras de transferência. Perda de suporte – bombeamento de finos. Empenamento da placa. 52 Tabela 3 – cont.: Descrições e prováveis causas dos defeitos em pavimentos rígidos. CONCEITUAÇÃO PROVÁVEIS CAUSAS NOME 19. Esborcinamento de juntas O esborcinamento das juntas se caracteriza pela quebra das bordas da placa de concreto (quebra em cunha) nas juntas, com o comprimento máximo de 60 cm, não atingindo toda a espessura da placa. a. b. c. d. e. É a placa cuja movimentação vertical é visível sob a ação do tráfego, principalmente na região das juntas. Caracteriza-se pelo afundamento do pavimento, criando ondulações superficiais de grande extensão, podendo ocorrer que o pavimento permaneça íntegro. São reentrâncias côncavas observadas na superfície da placa, provocadas pela perda de concreto no local, apresentando área e profundidade bem definidas. a. b. c. a. b. Desalinhamento excessivo de barras de transferência. Enfraquecimento do concreto na região. Inexistência ou inadequação do material selante. Concreto com resistência baixa. Corte da junta antes da hora correta. Perda do suporte – erosão dos finos. Ineficiência da transferência de carga pela barra. Problemas de fundação. Recalque diferencial. Perda de suporte – deficiência da fundação. 20. Placa bailarina 21. Assentamento a. b. c. d. 22. Buraco Enfraquecimento do concreto na região por má mistura. Concreto com resistência baixa. Perda de suporte – erosão na base do local do buraco. Agressão por agentes externos. 53 Tabela 4: Ilustração dos tipos de defeitos (ABCP, 2002). 1- Alçamento de placas 2- Fissura de canto 3- Placa dividida 4- Degrau de junta 5- Defeito na selagem das juntas 6- Desnível pavimento-acostamento 54 Tabela 4 – cont.: Ilustração dos tipos de defeitos. (ABCP, 2002) 7- Fissura linear transversal 8- Fissura linear longitudinal 9- Fissura linear diagonal 10- Grandes reparos 11- Pequenos Reparos 12- Desgaste superficial 55 Tabela 4 – cont.: Ilustração dos tipos de defeitos (ABCP, 2002). 13- Bombeamento 14- Quebra localizada 15- Passagem de nível 16- Rendilhado/escamação 17- Fissuras de retração plástica 18- Quebra de canto 56 Tabela 4 – cont.: Ilustração dos tipos de defeitos. (ABCP, 2002) 19- Esborcinamento de juntas 20- Placa bailarina 21- Assentamento 22- Buraco 2.3.2.2 Avaliação da condição estrutural do pavimento A avaliação estrutural do pavimento determina se o pavimento existente terá capacidade de suportar o tráfego futuro em um determinado período de projeto, sem a melhoria da sua estrutura com a utilização de reforços. Para possibilitar a avaliação estrutural do pavimento, suas características deverão ser definidas por meio de ensaios destrutivos e não destrutivos, que apresentem condições de estimar a vida estrutural remanescente do pavimento. (DNIT, 2005). O objetivo principal da avaliação estrutural é determinar a capacidade estrutural efetiva do pavimento existente, fornecendo informações para projetos de 57 reabilitação, monitoramento e verificação do desempenho das estruturas dos pavimentos. 2.3.2.3 Avaliação da condição funcional do pavimento A condição funcional do pavimento se refere à capacidade deste em satisfazer o usuário, deve ser avaliada nos seguintes aspectos. a) Regularidade superficial e conforto de rolamento; b) Resistência a derrapagem quando seco e quando molhado; c) Aparência; d) Segurança do tráfego. A avaliação do estado funcional é feita pelas medidas da irregularidade longitudinal e da resistência a derrapagem do pavimento ao longo do trecho inspecionado. A avaliação da irregularidade superficial e da resistência à derrapagem pode ser feita por meio do equipamento tipo–resposta USP - Maysmeter (DNER-PRO 182/94), por meio de uma avaliação subjetiva por uma comissão de especialistas (DNIT 063/2004-PRO) ou mais modernamente por perfilômetros a laser. 2.3.3 Procedimento para inspeção visual de pavimentos de concreto A norma brasileira DNIT 060/2004 – PRO define os procedimentos necessários para a realização da inspeção visual em pavimentos rígidos de concreto Portland, visando a sua avaliação. As informações obtidas em uma inspeção, após serem analisadas e relacionadas com o histórico de uma rodovia, possibilitam a determinação da situação do pavimento e suas carências. Para a inspeção de um pavimento de concreto a norma DNIT 060/2004 – PRO estabelece quatro fases: definição dos trechos em estudo; determinação do tipo de inspeção; levantamento dos defeitos visíveis; e catalogação dos dados coletados na inspeção. 58 Os trechos a serem inspecionados são definidos pelo engenheiro responsável pelo estudo. A escolha é baseada em dados concisos de campo, cadastro documental ou informações de escritório e evidencias que mostrem a necessidade da inspeção em determinados trechos. Um trecho escolhido para a inspeção deverá ser dividido em partes denominadas amostras. Cada amostra deve ser identificada por caracteres numéricos e será composta de 20 placas com, no máximo, 9 metros de comprimento. Em relação à extensão, existem dois tipos de estudos: inspeção em todo o trecho e inspeção por amostragem. A inspeção em todo trecho é o estudo de todas as amostras de um trecho. É um estudo caro em termos de pessoal e de tempo, por isso esse tipo de inspeção só deverá ser executado em casos de extensão reduzida. A determinação por amostragem é a inspeção de apenas um determinado número de amostras. As amostras são determinadas a partir de um método citado na norma DNIT 060/2004. É um estudo mais econômico e rápido. No levantamento dos defeitos visíveis são obtidas três informações: tipos de cada defeito (conforme a norma DNIT 061/2004 – TER); classificação quanto ao grau de severidade, que pode ser classificado como baixo, médio ou alto (conforme Anexo E da norma DNIT 060/2004 – PRO); e o número de placas afetadas por determinado tipo de defeito na amostra (de acordo com o Anexo C da norma DNIT 060/2004 – PRO). Também devem ser levantados os defeitos denominados atípicos. Considera-se um defeito como sendo atípico, quando ele for pouco comum no trecho e ocorrer geralmente nas passagens de nível, canaletas de drenagem, caixas de inspeção, bueiros ou em qualquer outra interrupção no pavimento. Ao final da inspeção, os dados coletados deverão ser catalogados na Ficha de Inspeção, conforme o Anexo G da norma DNIT 060/2004 – PRO. 59 Figura 22: Anexo G da norma DNIT 060/2004-PRO. 2.3.4 Procedimento para avaliação objetiva de pavimentos de concreto A norma brasileira DNIT 062/2004 - PRO estabelece os procedimentos e critérios para a avaliação objetiva de pavimentos rígidos de concreto, qual se baseia na metodologia desenvolvida pela U.S. Army Construction Engineering Research Laboratory – CERL. De acordo com a norma, avaliar a condição estrutural do pavimento baseado na determinação do ICP (Índice de Condição do pavimento) caracteriza a avaliação 60 objetiva. O índice é definido como a “medida da condição estrutural do pavimento, capaz de fornecer ao engenheiro de pavimentação informações para a verificação das condições da rodovia e para o estabelecimento de políticas de manutenção, prevenção e de recuperação”. A avaliação objetiva é determinada por cinco etapas. Primeiro é feito uma analise dos dados obtidos na inspeção visual (DNIT 060/2004 – PRO). O objetivo da segunda etapa é o calculo do ICP. Após o calculo, um avaliador atribuirá a cada uma das amostras e ao trecho um conceito, que será definido em função do ICP calculado. A quarta etapa consiste em levantar o histórico da rodovia. Por fim, é emitido um laudo final. O procedimento para cálculo dos ICP é explicado no item 2 do anexo A da norma DNIT 062/2004, a saber: a) Determinado os tipos de defeito, graus de severidade e a porcentagem de placas afetadas, define se os valores dedutíveis obtidos nas curvas que estão contidas em tal anexo; b) É feito o somatório dos valores dedutíveis obtidos nas curvas; c) Deve ser corrigido o somatório dos valores dedutíveis e assim obtendo o VDC. O valor dedutível corrigido é encontrado no item 7 da norma; d) Por último, chegar ao valor do ICP, por meu da seguinte subtração: 100 – VDC. A partir do anexo B da norma juntamente com o ICP obtido, é possível se estabelecer a condição do pavimento, a saber: De 0 a 10: Destruído; De 11 a 25: Muito ruim; De 26 a 40: Ruim; De 41 a 55: Razoável; De 56 a 70: Bom; De 71 a 85: Muito bom; De 86 a 100: Excelente. 61 Os dados obtidos na inspeção visual são registrados na Ficha de Inspeção de cada amostra, podendo ser acrescidas de informações complementares dependendo o caso. Como exemplo de aplicação da determinação do ICP conforme a norma DNIT 062/2004 – PRO, foi realizado o levantamento de 80 placas, referentes a quatro segmentos do Acesso à Rua Wilson de França, em Curitiba. As fichas e o resumo da inspeção são apresentados no Apêndice do presente trabalho. 2.3.5 Procedimento para avaliação subjetiva de pavimentos de concreto Outro modo de avaliação de pavimentos rígidos é a avaliação subjetiva, regulamentada pela norma brasileira DNIT 063/2004 – PRO. Isto consiste, segundo a norma, em “avaliar-se as condições do pavimento, especialmente a que se refere ao conforto de tráfego, por meio de observações realizadas por avaliadores que trafegam sobre este pavimento e que atribuem notas ao mesmo. Neste tipo de avaliação é muito importante a experiência do avaliador”. Na inspeção, três avaliadores separadamente, irão percorrer cada trecho duas vezes; “a primeira com velocidade reduzida, quando serão observados detalhes da pavimentação, e a segunda, com velocidade próxima ao limite permitido na rodovia, para serem avaliadas as condições de conforto, segurança e escoamento de trafego”. Para cada trecho deve-se utilizar uma Ficha de Avaliação (anexo A da norma). Ao final da inspeção de cada trecho, é atribuída uma nota para o pavimento, a escala que define a nota esta contida no anexo B da norma, Figura 23. A nota final do pavimento será função dos conceitos atribuídos pelos três avaliadores. Também é feito um levantamento histórico da rodovia (anexo C da norma). Esse levantamento deve conter informações sobre os dados de projeto, de construção, de operação e de reforços. Ao final é emitido um laudo que devera conter; 62 a) Parecer sobre o comportamento da pavimentação dos trechos avaliados e sobre a condição geral da estrutura; b) As notas atribuídas a pavimentação dos trechos; c) As prováveis causas dos defeitos relacionados; d) Locais em que a situação é critica; e) Fichas de Avaliação; f) Assinaturas dos avaliadores. Figura 23: Escala do ICP e seus respectivos conceitos, segundo a norma DNIT 062/2004-PRO. 63 2.3.6 Escolha da alternativa de reabilitação mais adequada Após o término do processo de avaliação das condições globais do pavimento existente, inicia-se o estudo das alternativas cabíveis de reabilitação, neste estudo, deve ser levado em consideração as causas que originaram os defeitos, assim evitando a reincidência destes. As alternativas a serem analisadas deverão quantificar o volume de trabalho necessário e sues respectivos custos. Depois de definidas as alternativas viáveis, são selecionadas aquelas consideradas mais factíveis, levando em consideração os fatores técnicos e econômicos indicados a seguir: a) b) c) d) e) Custo/beneficio; Controle e operação do trafego; Vida mínima prevista para o pavimento reabilitado; Materiais disponíveis na região; Geometria das pistas; f) Disponibilidade de equipamentos e mão de obra; g) Política global de prioridades da malha rodoviária. A alternativa é considerada factível de reabilitação quando ataca as causas dos defeitos, que é efetiva na reparação destes defeitos evitando a reincidência do problema, atendendo, simultaneamente, as falhas técnicas e econômicas. As alternativas factíveis poderão abranger uma ou mais técnicas de reabilitação dependendo do tipo e do grau de severidade dos defeitos. A escolha da alternativa de reabilitação mais adequada para determinado pavimento esta condicionada a dois tipos de fatores: a) Fatores econômicos; b) Fatores não econômicos. 64 Os fatores econômicos (custo inicial, custo de manutenção, custo anual, custo final, custo anual e custo final) apresentam o maior peso na escolha de uma alternativa de reabilitação. Quando se faz uma análise do custo de reabilitação ao longo de um tempo de serviço, alguns parâmetros cuja avaliação contém algum grau de incerteza podem ser utilizados, sabendo-se que a vida útil da alternativa determinada, esta sujeita a variáveis, como: a) b) c) Qualidade dos materiais implantados; Condições climáticas regionais; Tráfego solicitante. Quando se faz uma análise dos fatores não econômicos os seguintes itens são considerados: a) Vida útil da alternativa escolhida; b) Duração prevista da obra; c) Controle e operação do trafego; d) Confiabilidade; e) Facilidade de execução; f) Facilidade de manutenção. A escolha da medida de reabilitação está bastante vinculada ao tipo de defeito. O Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT (2005) apresenta um relacionamento entre os defeitos e as respectivas técnicas de reparo, como apresentado na Tabela 5. 65 Tabela 5: Relação dos tipos de defeitos e suas respectivas técnicas de reparo. Tipo de Defeito Bombeamento Escalonamento de juntas Fissuras lineares Placas divididas Esborcinamento de juntas Alçamento de placas Quebras localizadas • • • • • • • • Técnica de Reparação Nivelamento por meio de injeção. Fresagem ou escarificação. Alçamento de placa por meio de injeção-Reforço do pavimento. Reparos que abrangem toda a espessura. Reconstrução da placa. Reparos que não abrangem toda a espessura da placa. Reparos que abrangem toda a espessura da placa. Reparos que abrangem toda a espessura da placa. O processo de reabilitação se divide em reabilitação por reforço do pavimento e reabilitação por outros processos. A descrição destes tipos de reforço encontra-se nos itens a seguir. 2.3.6.1 Reabilitação por meio de reforço no pavimento Segundo o DNIT (2005) pode-se aplicar um reforço nos pavimentos rígidos por pavimentação superposta, que poderá ser um reforço rígido ou flexível, e a determinação depende de fatores como: a) Custo; b) Vida útil prevista; c) Disponibilidade de equipamentos e materiais; d) Necessidade de serviços preliminares; Os tipos de recapeamento de um pavimento de concreto existente, com outro pavimento de concreto, dando origem a um pavimento superposto estão descritos a seguir (DNIT, 2010): a) Pavimento superposto sem aderência 66 Nesta condição, é colocada uma camada de separação (que costuma ser de concreto asfáltico), entre o pavimento de concreto existente e o novo pavimento superposto de concreto. Figura 24: Exemplo de reforço sem aderência entre as camadas (ANDRADE, 2002). b) Pavimento superposto com aderência parcial Nesta condição não ocorre uma perfeita aderência entre os dois pavimentos superpostos. Figura 25: Exemplo de reforço com aderência parcial entre as camadas (ANDRADE, 2002). c) Pavimento superposto com aderência total Nesta condição o pavimento superposto e o pavimento existente devem ter a mesma capacidade estrutural de uma placa fictícia. 67 Figura 26: Exemplo de recapeamento com aderência total entre as camadas (ANDRADE, 2002). 2.3.6.2 Reabilitação por outros processos Neste caso, os métodos de reabilitação de pavimentos rígidos não aplicam o reforço da estrutura. Os métodos de reabilitação são descritos abaixo (DNIT, 2005); a) Reparos que não afetam toda espessura da placa; b) Recuperação de juntas (esborcinamento, resselagem); c) Tratamento de fissuras superficiais (fissuras superficiais lineares); d) Recuperação de desgaste superficial e escamação; e) Reparos que afetam toda espessura da placa; f) Fissuras transversais de abertura superior a 1,5mm ou seriamente esborcinada; g) Reconstituição parcial da placa; h) Reconstituição total da placa. 2.4 TÉCNICAS DE REABILITAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO Os pavimentos de concreto simples, em especial aqueles dotados de barras de transferência, são estruturas de pavimentos tipicamente projetados e submetidos á aplicação de cargas pesadas e, conseqüentemente, a um grande número de repetições. 68 As ações do tráfego aliadas a deficiências executivas e aos fatores ambientais resultam em vários tipos de danos aos pavimentos. Entre os mais comuns destacam-se as degradações nas juntas e o trincamento das placas, que com o decorrer do tempo acabam esborcinando, escalonando e causando deteriorações estruturais e funcionais. As atividades referentes á reabilitação freqüentemente são negligenciadas excetuando-se aquelas provenientes de reparos emergenciais, com conseqüentes perdas estruturais e necessidade da execução de reforços e/ou reconstruções. Na seqüência, são apresentadas as principais técnicas de reabilitação aplicadas no trecho em questão, e os principais detalhes executivos. Ressalta-se que os detalhes são resultantes da compilação de estudos em sua maioria de publicações da American Concrete Pavement Association (ACPA). 2.4.1 Reparos de espessura plena Os reparos profundos ou de espessura plena são aqueles que implicam na remoção e concretagem de pelo menos uma porção da placa de concreto, de maneira que atinja toda a espessura da placa e restaure as áreas deterioradas. Estes reparos podem promover conforto ao rolamento, integridade estrutural e aumento na vida de serviço do pavimento. A tabela 6 lista os defeitos nos pavimentos de concreto que requerem reparos profundos: Tabela 6: Tipos e severidade dos defeitos que requerem reparos profundos. Tipo de Defeito Alçamento de Placas Trinca de Canto Durabilidade (Trincamento em D e reação álcali agregado) Deterioração de Junta Trincas transversais aleatórias Trincas longitudinais aleatórias Nível mínimo de severidade requerida Baixa Baixa Moderada Moderada (com degrau ≥ 6mm) Moderada (com degrau ≥ 6mm) Alta (com degrau ≥ 12mm) 69 Na Figura 27 a seguir é apresentado o detalhamento dos reparos profunfos. DETALHAMENTO PLANTA DO REPARO A B Ar m a Te dur la a i Q nfe 39 ri 6 or CORTE AB Tela EQ 396 DETALHE "1" Figura 27: Detalhes de Execução de Reparos Profundos ou de Espessura Plena (AMODAL, 1998). Na seqüência são relacionados os procedimentos executivos para a realização de reparos de espessura plena: a) b) c) d) e) Verificar as dimensões do reparo no cadastro dos defeitos e esquema Demarcar com giz ou tinta o contorno do reparo; Serrar com equipamento apropriado o contorno do reparo e em toda a Demolir e retirar o concreto da área a reparar; Executar a limpeza da área do reparo (Figura 28); de reabilitação; espessura da placa; 70 Figura 28: Área a ser reparada após remoção e limpeza. (AMODAL,1998). f) g) h) i) j) Verificar o estado da sub-base (se necessário, refazê-la); Efetuar a furação das placas existentes para a inserção das barras de Executar a limpeza dos furos; Fazer a injecao de epóxi nos furos; Inserir as barras de transferência (Figura 29). transferência; Figura 29: Aplicação do epóxi e das barras de transferência. (AMODAL,1998). k) l) Engraxar as extremidades das barras de transferência, voltadas para o Lavar a área interna do reparo; lado interno do reparo; m) Efetuar a concretagem, texturização, cura química e preparar para cura prolongada (Figura 30) 71 Figura 30: Concretagem da placa de concreto. (ACPA,2006) 2.4.2 Reparos de espessura parcial Os reparos superficiais ou de espessura parcial ou simplesmente reparos parciais são técnicas de reabilitação que restauram defeitos de superfície localizados, tais como, esborcinamento de juntas e fissuras compreendidas entre um terço e no máximo metade da espessura da placa de concreto e escamação da superfície da placa. Esses remendos usualmente são muito pequenos, com áreas menores que 1,00 m2 e com profundidades variando de 50 mm a 75 mm. Convencionalmente utilizam-se misturas que permitam abrir o tráfego entre 24 a 72 horas, com resistências mínimas a compressão de 25 MPa, podendo-se utilizar tempos de 4 a 6 horas e 12 a 24 horas. 2.4.3 Inserção de barras de transferência de carga (retrofit) A transferência de carga é a habilidade de uma placa de transferir parte de sua carga para a placa vizinha por meio de juntas transversais, conforme ilustrado na Figura 31, a falta ou insuficiência de transferência adequada de carga provoca o aparecimento de degraus nas juntas transversais, entre uma placa e outra, ou ainda, em fissuras transversais na mesma placa. 72 Figura 31: Exemplo da eficiência da transferência de carga (ACPA, 1995). O dispositivo desenvolvido para restaurar a transferência de carga inicialmente em pavimentos não dotados de barras de transferência e em fissura é denominado de inserção de barras de transferência (retrofit). A inserção de barras de transferência é uma operação na qual são serrados sulcos ou ranhuras nas placas de concreto ao longo das juntas e fissuras transversais e em seguida são inseridas barras de transferência com diâmetros variando entre 25mm a 38mm, na direção da trilhas de roda interna e externa, com a finalidade de restabelecer a transferência de carga (ACPA, 1995). Na seqüência, são relacionados os procedimentos executivos para a realização da inserção dos dispositivos de transferência de carga (retrofit): a) b) Verificar no cadastro dos defeitos e esquema de reabilitação a Demarcar com giz e serrar as ranhuras ; localização e extensão do reparo; 73 Figura 32: Demarcação com giz. (AMODAL, 2002). c) Retirar o concreto; Figura 33: Retirada do concreto (AMODAL, 2002). d) e) f) g) Executar a limpeza das ranhuras; Aplicar ponte de aderência; Posicionar as pastilhas; Posicionar as barras de transferência (Figura 34); Figura 34: Posicionamento das barras de transferência (AMODAL, 2002). 74 h) Efetuar a concretagem e cura das ranhuras; i) Após cura efetuar fresagem e selagem da fissura. Os concretos utilizados devem ter resistência mínima à compressão de 30MPa para a abertura ao tráfego. Após a concretagem, e atingida as resistências mínimas, podem ser realizadas operações de fresagem de maneira a reduzir possíveis degraus e restabelecer o conforto ao rolamento. DETALHAMENTO PLANTA DETALHE DA RANHURA EM ELEVAÇÃO DETALHE DA RANHURA EM PLANTA Figura 35: Detalhe da inserção de barra de transferência. (ACPA, 1995). 75 2.4.4 Reparos em fissuras e juntas longitudinais (grampeamento) Os reparos em fissuras longitudinais ou simplesmente grampeamentos são realizados nas fissuras que tem largura inferior à 12mm, esborcinamentos que não se estendem mais do que 150 mm e degraus menores que 12 mm. Quando realizados nas juntas longitudinais, se fazem necessários onde a abertura é fora do normal. As causas prováveis dessa anormalidade são oriundas do escorregamento lateral da placa, em virtude de afundamento diferencial do solo de fundação, acostamento não estabilizado, má execução da junta e inexistência ou sub-dimensionamento das barras de ligação conjugadas com a ação do tráfego. A maneira de restaurar esses defeitos consiste na abertura de sulcos ou ranhuras transversais à junta ou à fissura, até a metade da espessura da placa, seguida da inserção de grampos de 16mm de diâmetro em aço CA-50 corrugado, espaçados a cada 60 cm, com as finalidades de assegurar a não abertura da junta ou fissura e a contenção da propagação da fissura (GARCIA, 1993), conforme detalhes apresentados na Figura 36. 76 DETALHAMENTO PLANTA CORTE comprimento de ranhura= 450mm DETALHE DAS RANHURAS Figura 36: Detalhes de Execução de Reparos em fissuras longitudinais e/ou juntas longitudinais (GARCIA, 1993). Na seqüência são relacionados os procedimentos executivos para a realização dos grampeamentos em fissuras e juntas longitudinais. a) Verificar a localização e extensão do reparo no cadastro dos defeitos e esquema de reabilitação; b) Demarcar com giz e serrar as ranhuras; c) Romper o concreto; d) Executar os furos nas ranhuras; e) Limpar as ranhuras; 77 f) Aplicar o epóxi nos furos das extremidades (Figura 37); Figura 37: Aplicação de resina epóxi (AMODAL, 2002). g) Posicionar os grampos (Figura 38); Figura 38: Posicionamento das barras. (AMODAL, 2002). h) Efetuar a concretagem e cura das ranhuras ( Figura 39); Figura 39: Concretagem das Ranhuras (AMODAL,2002). 78 i) Após cura efetuar serragem e selagem da fissura (Figura 40). Figura 40: Aspecto final da fissura grampeada e selada (AMODAL, 2002). 2.4.5 Resselagem de juntas e fissuras Com o passar do tempo os selantes das juntas e das fissuras dos pavimentos de concreto sofrem e acumulam degradações. Os selantes perdem a aderência com as paredes que compõem o reservatório da junta ou perdem seu fator de forma (relação entre profundidade e largura da junta) e rompem-se. Além das perdas de aderência e do fator de forma os selantes perdem sua flexibilidade pela ação de agentes naturais e da exposição ao oxigênio, ozônio e raios solares. (ANDRADE, 2002). Figura 41: Exemplo de selante que se solta com o tempo (AMODAL, 2002). 79 As degradações dos selantes permitem que a água penetre através das juntas e infiltre nas camadas de sub-base e subleito provocando bombeamentos e erosões. Essas degradações podem resultar na perda de suporte estrutural provocando assentamentos e degraus nas placas de concreto. As degradações do selante provocam a entrada de materiais incompressíveis nas juntas e impedem os movimentos de expansão e contração das placas, provocando esborcinamentos nas juntas. (ANDRADE, 2002). De maneira a estender a vida dos pavimentos, os selantes das juntas e fissuras devem sofrer restaurações periódicas de maneira a amenizar as infiltrações de água e materiais incompressíveis. As resselagens das juntas e fissuras devem ser realizadas apropriadamente, sendo os procedimentos construtivos apresentados na sequência. a) b) c) Remover o selante e materiais incompressíveis existentes com Reconstruir ou reparar as juntas que tenham problemas de Refazer a junta serrando adequadamente de maneira a manter o fator equipamento que não danifique o reservatório do selante; esborcinamentos, de severidade alta; de forma (relação entre a profundidade e a largura da junta); Figura 42: Serragem das juntas. (ACPA). 80 d) Limpar adequadamente o reservatório com água, seguido de secagem com jato de ar; e) Instalar o cordão de polipropileno de maneira a propiciar a profundidade correta que garanta o fator de forma do reservatório; f) Aplicar selante de qualidade de maneira a assegurar o desempenho da junta (Figura 43). Figura 43: Resselagem das juntas (ACPA). As aberturas típicas de juntas normalmente observadas estão sumarizadas na tabela a seguir. Tabela 7: Medidas de Abertura de Juntas para uma temperatura de 20ºC. Abertura da Junta (mm) Espaçamento das juntas (m) Sub-Base Estabilizada Somente devido a temperatura 4,5 6,0 9,0 15,0 50 (15,25) 100 (30,5) 1,0 1,3 2,0 2,5 3,3 6,6 1,3 1,8 2,5 3,3 4,3 8,6 Total Sub-Base Granular Somente devido a temperatura 1,3 1,5 2,5 3,3 4,1 8,1 1,5 2,0 3,0 4,3 5,3 10,7 Total 81 As dimensões do reservatório do selante são importantes. Um reservatório do selante tendo fator de forma 1:1 (Profundidade : Largura) ou menor pode resultar em deformações mínimas no selante. As deformações também são minimizadas se o topo e a parte de baixo do selante possam ficar com a forma natural de uma parábola. Isto pode ser conseguido se durante a confecção da selagem utilizar-se um cordão de polipropileno abaixo do selante. A largura da junta (L) deve ser adequada de maneira que, depois de aplicado, o selante não tenha expansão maior do que 20% de sua largura de aplicação. Silicones de módulos baixos podem ser projetados para 50% de tração de deformação. Os valores recomendados de largura (L) e profundidade (P) em função do tipo de selante a ser empregado são apresentados na tabela 8. Tabela 8: Recomendações de valores para L e P em função do selante. Tipo do Selante Espaçamento das Juntas (m) 1,0 -6,0 6,1-12,0 12,1-18,0 1,0-6,0 6,1-12,0 12,1-18,0 18,1-24,0 Profundidade Largura (L) em (P) em mm 12-25 12-25 12-25 6 6 10 12 mm 12 19 25 6 12 16 19 Selantes a quente Selantes à base de Silicone 82 2.4.6 Estabilização de placas por meio de injeção Um dos problemas que causam degradações e perda de serventia nos pavimentos de concreto é a falta de suporte devido a vazios localizados em baixo das placas dos pavimentos de concreto. Os vazios normalmente ocorrem nas proximidades das trincas e juntas, ou ao longo do bordo do pavimento e freqüentemente não são superiores a 3 mm. Esses vazios são normalmente provocados por forças distintas de: a) b) c) Bombeamento; Consolidação; Encontro com obras de arte especiais. O processo de estabilização de placas, também denominado de grauteamento, é um processo não destrutivo que preenche os vazios embaixo da placa e restaura a capacidade de suporte sem elevação ou sobreposição de outra camada no pavimento de concreto existente. O sucesso de uma estabilização depende da determinação do instante ou ocasião adequada de realizá-la, baseada na detecção dos vazios, seleção de matérias e uso adequado das práticas de execução do processo. Para que as placas possam ser estabilizadas são empregados métodos de localização dos vazios, destacando-se as inspeções, visuais, medida das deflexões e sondagem através do aparelho GRP (Ground Penetration Radar). Após a detecção dos vazios, deve-se, primeiramente, locar, executar os furos, injetar o material de grauteamento e efetuar o teste para verificar se a estabilização foi adequada. O posicionamento e os furos para execução do grauteamento normalmente, são realizados próximo das juntas e fissuras e dependem do tipo de pavimento de concreto. 83 Usualmente utiliza-se mais de um furo, posicionado a 460 mm da borda do acostamento e afastado entre 1,2 a 2,7 metros de junta ou fissura. O diâmetro adequado dos furos dependerá do tipo de material utilizado no grauteamento. Para os grauteamentos que utilizam elementos pozolânicos deve-se utilizar furos com diâmetros entre 30 e 50 mm, e para injeções com poliuretano, não devem exceder a 15 mm. O processo de injeção (bombeamento) na maioria dos casos inicia-se pelos furos do centro da pista e finalmente nos localizados próximos ao acostamento. A pressão de injeção do grauteamento varia entre 0,3 a 0,5 MPa, sendo 0,7Mpa a máxima pressão recomendada (ACPA,1994). O bombeamento deve cessar quando alguma das condições seguintes ocorrer: a) A placa começa a levantar-se; b) Se com a máxima pressão permitida não for possível injetar mais material de grauteamento; c) O material de grauteamento começa a fluir através de um furo adjacente; Em nenhuma das condições o grauteamento deve continuar se, após um minuto, o material de grauteamento não fluir por um furo adjacente, junta ou trinca, e também se o extensômetro da viga Benkelman não registrar nenhum movimento. Essas condições provavelmente indicam que o material de grauteamento está sendo disperso para uma cavidade a qual requer outro tipo de reparo. Tradicionalmente, após completar a injeção, os furos são fechados com um tampão de madeira, de maneira que, não permitam a dissipação rápida de pressão e a fuga do material de grauteamento. 84 3. ESTUDO DE CASO 3.1 INTRODUÇÃO Este Capítulo do trabalho tem como objetivo apresentar uma aplicação prática e solução de um problema de engenharia, referente à implantação e recuperação do pavimento de uma estação de ônibus da RIT (Rede Integrada de Transportes) da cidade de Curitiba. O projeto faz parte do Programa de Recuperação Ambiental e Ampliação da Capacidade de Transporte – RIT, que entre outras obras, engloba a implantação da Linha Direta no eixo Norte/Sul. O programa é financiado pela AFD (Agência Francesa de Desenvolvimento) e tem por objetivos principais: a) Aumentar a cobertura da RIT; b) Diminuir os tempos de viagem nas linhas troncais e tempos de espera nas estações do transporte urbano; c) Contribuir para a diminuição do número de acidentes com vítimas ao longo dos eixos troncais; d) Promover modos de transporte eficientes. O Projeto de Reabilitação das estações da linha direta Norte/Sul foi executado pelas empresas ENGEMIN ENGENHARIA E GEOLOGIA e AFIRMA ENGENHARIA VIÁRIA, no ano de 2009. Para efeito de elaboração do presente Estudo de Caso, foram coletadas informações quanto a geometria da via, as sondagens de solo e ensaios do trecho em questão. O projeto geométrico da via encontra-se anexo a este estudo. A partir destas informações e das inspeções no trecho realizada nas datas de 5 e 8 de maio de 2010, efetuamos o dimensionamento das placas de concreto a serem implantadas e o Projeto de Recuperação das placas já existentes. O dimensionamento será calculado pelo método PCA/84 apresentado no item 2.2.6 deste trabalho e o Projeto de Recuperação das placas existentes se baseará nas técnicas de inspeção visual e técnicas de reabilitação do item 2.3. 85 A implantação da Linha Direta requer o deslocamento das estações tubo que hoje se encontram frente a frente, de forma que os ônibus possam efetuar ultrapassagens nos pontos de parada. Esta solução já foi implantada no corredor de transporte da Av. Marechal Floriano, entre a estação Lourenço Pinto no centro da cidade e o viaduto da Linha Verde conforme ilustrado na Figura 44. Desta forma, os ônibus da Linha Direta realizam menos paradas durante o trajeto. Figura 44: Aspecto da via exclusiva após desalinhamento das estações na Av. Marechal Floriano Peixoto. (Fonte: RPC) 3.2 OBJETO DE ESTUDO A escolha da estação para estudo partiu do interesse em registrar o maior número possível de defeitos nas placas de concreto existentes, para demonstrar os processos apresentados neste trabalho. Partindo deste princípio, a estação Moysés Marcondes, situada na Av. João Gualberto mostrou-se uma boa opção, já que entre as inspecionadas foi a que mostrou a maior variedade de defeitos no pavimento de concreto existente. A Figura 45 apresenta a localização da estação Moysés Marcondes no mapa da Cidade de Curitiba. 86 Figura 45: Localização da Estação Moysés Marcondes – Ponto “A”. (Fonte: Google Maps) A Figura 46 mostra uma imagem de satélite da situação atual da estação Moysés Marcondes, com as estações tubo frente a frente no centro da imagem, e a figura 47 ilustra esquematicamente em planta como ocorre o processo de ultrapassagem dos veículos nas estações tubo. A planta com a geometria da via após a realização da obra encontra-se anexa a este trabalho. Figura 46: Imagem de satélite da Estação Moyses Marcondes. (Fonte: Google Earth) 87 Figura 47: Exemplo do deslocamento das estações para ultrapassagem dos veículos. (Fonte: IPPUC) 3.3 AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO ATUAL 3.3.1 Dados de Tráfego O conhecimento do tráfego é fundamental para a definição de um diagnóstico preciso do pavimento existente. Para o dimensionamento é necessária a determinação adequada do tráfego futuro. Assim sendo, foi procedida à coleta dos dados de tráfego junto a URBS, no intuito de determinar o número previsto de repetições de eixos para a vida de projeto. Na seqüência, são apresentados os dados fornecidos pela URBS, a descrição do tratamento dos dados para obtenção dos parâmetros de tráfego e os resultados obtidos que serão utilizados no dimensionamento do pavimento. O veículo considerado foi o ônibus bi-articulado com 25 m de comprimento, de acordo com informações do Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano de Curitiba - IPPUC. As informações técnicas do ônibus são apresentadas na Tabela 9. 88 Tabela 9: Informações técnicas do ônibus bi-articulado. ÔNIBUS BI-ARTICULADO (25m) Número de Eixos: 4 TIPO DE EIXO 1 Eixo simples de roda simples - ESRS 3 Eixos simples roda dupla - ESRD Eixo Dianteiro = 18,61% Demais Eixos = 27,13% 18.340 Kgf 270 passageiros 1 pessoa DISTRIBUIÇÃO DO PESO POR EIXO Tara do Veículo Capacidade Motorista A partir das especificações do veículo calculou-se a carga por eixo para duas situações distintas, conforme descrito a seguir: a) Ônibus no horário de pico: 100% da capacidade de transporte; b) Ônibus no horário normal: 50% da capacidade de transporte. A URBS considera que o peso de cada passageiro é de 70 kgf, portanto teremos o seguinte: a) Ônibus no horário de pico (270 + 01 = 271 pessoas) ⇒ Carga total = tara + peso passageiros Carga total = 18.340 kgf + 271 x 70 kgf = 37.310 kgf ⇒ Distribuição da carga = (carga total) x (% distribuição) • eixo dianteiro = 37.310 kgf x 18,61% = 6.943 kgf • demais eixos = 37.310 kgf x 27,13% = 10.122 kgf ⇒ Distribuição da carga • • • eixo dianteiro demais eixos Total = 6.944 kgf = 10.122 kgf = 37.310 kgf b) Ônibus no horário de normal (135 + 01 = 136 pessoas) ⇒ Carga total = tara + peso passageiros Carga total = 18.340 kgf + 136 x 70 kgf = 27.860 kgf 89 ⇒ Distribuição da carga = carga total x % distribuição • eixo dianteiro • demais eixos = 27.860 kgf x 18,61% = 5.185 kgf = 27.860 kgf x 27,13% = 7.558 kgf ⇒ Distribuição da carga • • • eixo dianteiro demais eixos Total = 5.186 kgf = 7.558 kgf = 27.860 kgf Na Tabela 10 a seguir, são apresentados os dados de tráfego do corredor de ônibus em questão, obtidos junto à URBS: Tabela 10: Dados de tráfego na estação Moysés Marcondes. (fonte: URBS) Estação Número de Viagens no horário de pico 70 Número de viagens no horário normal 164 Número de viagens diárias 234 Número de Viagens anual 85.410 Moysés Marcondes A partir dos dados de tráfego, foi calculado o número de solicitações previstas para o período de projeto do pavimento de concreto (20 anos), considerando uma taxa de crescimento de 2,5% ao ano. Na Tabela 11 são apresentados os dados de tráfego considerado para o período de projeto. 90 Tabela 11: Dados de tráfego para o período de projeto de 20 anos. Volume Total de Tráfego ANO Anual 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 85.410 87.545 89.734 91.977 94.277 96.634 99.049 101.526 104.064 106.665 109.332 Acumulado 87.545 177.279 269.256 363.533 460.167 559.216 660.742 764.805 871.471 980.803 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 ANO Volume Total de Tráfego Anual 112.065 114.867 117.739 120.862 123.699 126.792 129.961 133.210 136.541 139.954 Acumulado 1.092.868 1.207.735 1.325.474 1.446.156 1.569.855 1.696.647 1.826.608 1.959.818 2.096.359 2.236.313 Na Tabela 12 é apresentado o cálculo do número de repetições por classe de eixo, para o período de projeto de 20 anos Tabela 12: Número de repetições por classe de eixo. Classe de Eixo Carga por Eixo Tf kN 5,18 51 6,94 68 Simples 7,56 74 10,12 99 TOTAL % DISTR. 17,50% 7,50% 52,50% 22,50% 100,00% Fator de Eixo Volume Total Nº de repetições 1.565.419 670.894 4.696.257 2.012.682 8.945.252 4 2.236.313 3.3.2 Sondagens No intuito de avaliar a estrutura existente do pavimento, foram realizadas sondagens a pá e picareta na Avenida João Gualberto. Foram realizados dois furos de sondagem na via marginal com profundidades de até 1,78m, no trecho pertencente à estação tubo Moysés Marcondes. A localização dos furos encontra-se na planta em anexo, e o resumo da estrutura encontrada é apresentado a seguir: 91 • Furo 1 - Via marginal sentido Sul, est. 0+110 m – trecho composto por uma camada de CBUQ com espessura de 6,0 cm, camada de concreto rolado com 19,0 cm, camada de brita com areia com 29,0 cm e camada de 97,0 cm de argila marrom; • Furo 2 - Via marginal sentido Norte, est. 0+220 m – trecho composto por uma camada de CBUQ com espessura de 10,0 cm, camada de brita graduada com 26,0 cm, camada de brita 2" travada com pó de pedra com 45,0 cm e camada com 79,0 cm de argila variegada saturada; O resultado dos ensaios de caracterização do subleito na estação Moysés Marcondes, demonstrou que este é constituído de solos finos, com 79,7 a 95,6% passando na peneira 200 (0,074mm). Também foi constatado que os índices físicos médios assumiram os seguintes valores: • • LL=57,6 IP=15,2 Os solos encontrados neste trecho apresentam as seguintes características geotécnicas para os valores médios de ISC e expansão: • ISC/CBR=7,0% • Expansão=2,34% 3.3.3 Avaliação da Condição de Superfície A inspeção visual dos defeitos nas oito placas de concreto que compõe o pavimento da estação tubo Moysés Marcondes foi realizada seguindo a terminologia e os critérios de caracterização dos defeitos da norma do DNIT 060/2004-PRO. Na seqüência, foi realizada a elaboração de um caderno de imagens, com fotos referentes a cada um dos defeitos encontrados nas placas de concreto. Os defeitos 92 detectados no pavimento seguem a terminologia determinada pela norma DNIT 061/2004-TER. a) Defeito na selagem das juntas; b) Desgaste superficial; c) Degrau de juntas; d) Esborcinamento de juntas; e) Fissuras Longitudinais; f) Fissuras Transversais. Para efeito de projeto e definição das medidas de recuperação do pavimento de concreto, é necessário além da relação dos defeitos, localizá-los e definir seus respectivos graus de severidade. Figura 48: Defeitos nas placas de concreto. 93 Além dos defeitos relacionados na Figura 52, foi registrado que todas as juntas das placas de concreto apresentavam problema de selagem. A Tabela 13 abaixo faz um resumo de todos os defeitos encontrados e apresenta o grau de severidade. Tabela 13: Defeitos por placa. PLACA 1A 2A 3A 4A 1B 2B 3B 4B DEFEITO Fissura Longitudinal Fissura Linear Diagonal Defeito na Selagem das Juntas Defeito na Selagem das Juntas Fissura Transversal Defeito na Selagem das Juntas Desgaste Superficial Defeito na Selagem das Juntas Fissuras Lineares Defeito na Selagem das Juntas Fissuras Lineares Defeito na Selagem das Juntas Degrau de Junta Fissuras Lineares Desgaste Superficial Defeito na Selagem das Juntas Esborcinamento de Junta Fissura Longitudinal Defeito na Selagem das Juntas Esborcinamento de Junta GRAU DE SEVERIDADE Médio Baixo Médio Médio Médio Médio Médio Alto Médio Alto Médio Médio Baixo Médio Alto Baixo Médio Alto 94 3.3.4 Relatório Fotográfico Na sequência, são apresentadas as fotos dos defeitos encontrados na Estação Moysés Marcondes. Tabela 14: Ilustração dos tipos de defeitos da Estação Moysés Marcondes. Vista da Estação Moysés Marcondes Fissura Longitudinal Fissura Longitudinal e Transversal Degrau de Junta. Desgaste Superficial Esborcinamento de Junta 95 3.4 IMPLANTAÇÃO DAS PLACAS DE CONCRETO Neste item serão apresentados os procedimentos de cálculo para o dimensionamento, bem como alguns detalhes construtivos das placas de concreto. 3.4.1 Dimensionamento das Placas de Concreto Os dados de tráfego e condições de suporte do subleito referentes à implantação das placas de concreto foram apresentados no item 3.3. O pavimento proposto será executado pela técnica Inlay, em que o pavimento implantado é encaixado no existente após a remoção do revestimento e parte da base. Portanto, além de atender aos critérios de dimensionamento, é importante que a espessura da placa deva ser compatível com as dimensões disponíveis em campo, de forma que se mantenha o greide da pista. Deve-se ainda prever uma placa de transição para que não haja descontinuidade na interface do pavimento de concreto implantado com o pavimento flexível, de forma que sejam minimizados recalques diferenciais e possíveis degraus. Foi adotado um fator de segurança (Fsc) de 1,25 devido à alta canalização do tráfego nos corredores de ônibus, e também pela alta pressão dos pneus utilizada nos veículos (110 libras), o que reduz a área de contato pneu-pavimento. As placas de concreto a serem implantadas serão executadas com juntas transversais com barras de transferência de carga. A Tabela 15 apresenta um resumo dos dados de entrada para o calculo da espessura pelo método PCA/84. 96 Tabela 15: Dados de entrada para o cálculo da espessura pelo método PCA/84. Dimensões da Placa Juntas com Barras de Transferência Espessura Efetiva da sub-base remanescente Ksist. Resist. do concreto a tração na flexão (Fctm,k) Tipo de sub-base Acostamento de concreto Período de projeto Fator de segurança das cargas (Fsc) CBRSL 5,00 x 3,50m Sim 30,0 cm 60 Mpa/m 4,50 MPa/m Granular Não 20 anos 1,25 7% 97 A tabela 16 a seguir apresenta a tentativa de cálculo para uma espessura do pavimento de 22 cm (1ª tentativa de cálculo): Tabela 16: Memorial de cálculo para uma espessura arbitrada de 22cm. Projeto: IMPLANTAÇÃO DA LINHA DIRETA - EIXO NORTE/SUL. ESTAÇÃO MOYSÉS MARCONDES Espessura: 22,00 cm K: 60,0 Mpa/m Fator de Seguranca Fsc: 1,25 Juntas com BT: SIM Resist. a tração na flexão: 4,50 Mpa/m Acostamento de Concreto: Período de Projeto: 20 anos Não Tipo de Sub-base: Material granular remanescente - 30cm ANÁLISE DE EROSÃO CARGAS POR EIXO (kN) CARGAS POR EIXO x Fsc 2 1 NÚMERO DE DANOS POR REPETIÇÕES EROSÃO (%) ADMISSÍVEIS 6 7 Fator de Erosão: 2,69 EIXOS SIMPLES ANÁLISE DE FADIGA NÚMERO DE NÚMERO DE CONSUMO REPETIÇÕES PREVISTAS REPETIÇÕES DE FADIGA ADMISSÍVEIS (%) 3 4 5 Tensão equivalente: 1,46 Fator de Fadiga: 0,324 1.565.419 670.894 4.696.257 2.012.682 TOTAL ilimitado ilimitado ilimitado 1.000.000 201,26% 201,26% ilimitado ilimitado 8.000.000 5.000.000 TOTAL 51 68 74 99 64 85 93 124 58,70% 40,25% 98,95% Como o consumo por fadiga do pavimento ultrapassou os valores admissíveis, é necessário aumentar a espessura da placa. 98 A tabela 17 a seguir apresenta a tentativa de cálculo para uma espessura do pavimento de 23cm (2ª tentativa de cálculo): Tabela 17: Memorial de cálculo para uma epessura arbritrada de 23cm. Projeto: IMPLANTAÇÃO DA LINHA DIRETA - EIXO NORTE/SUL. ESTAÇÃO MOYSÉS MARCONDES Juntas com BT: SIM Acostamento de Concreto: Não Período de Projeto: 20 anos Tipo de Sub-base: Material granular remanescente - 30cm Resist. a tração na flexão: 4,50 Mpa/m Espessura: 23,00 cm K: 60,0 Mpa/m Fator de Seguranca Fsc: 1,25 ANÁLISE DE EROSÃO NÚMERO DE DANOS POR REPETIÇÕES EROSÃO (%) ADMISSÍVEIS 6 7 Fator de Erosão: 2,64 CARGAS POR EIXO (kN) CARGAS POR EIXO x Fsc 2 3 ANÁLISE DE FADIGA NÚMERO DE REPETIÇÕES NÚMERO DE CONSUMO PREVISTAS REPETIÇÕES DE FADIGA ADMISSÍVEIS (%) 1 EIXOS SIMPLES 4 5 Tensão equivalente: 1,38 Fator de Fadiga: 0,31 ilimitado ilimitado ilimitado 4.000.000 TOTAL 50,32% 50,32% 51 68 74 99 64 85 93 124 1.565.419 670.894 4.696.257 2.012.682 ilimitado ilimitado 50.000.000 5.500.000 TOTAL 9,39% 36,95% 45,99% Os valores totais de análise por fadiga e análise por erosão ficaram abaixo de 100% (valor admissível), portanto a espessura de 23cm é a adequada ao pavimento em questão. A espessura de 23cm também se enquadra na altura disponível para o encaixe no pavimento existente. A figura 59 a seguir apresenta um croqui esquemático das placas a serem implantadas. 99 Figura 49: Representação esquemática das placas a serem implantadas. 100 3.4.2 Detalhes Construtivos Após a obtenção da espessura da placa, é necessário dimensionar as juntas do pavimento. O espaçamento longitudinal é determinado de acordo com o tipo de agregado e os valores mínimos estão na Tabela 18 a seguir. Tabela 18: Espaçamento máximo das juntas transversais. (Fonte: ET-13, ABCP) Tipo de agregado Miúdo Pedra Britada Pedra Britada calcária, sílicocalcária ou pedregulho calcário Seixo rolado, pedregulho silicoso, pedregulho com Dmáx até 19mm, escória Espaçamento recomendado entre juntas transversais (m) até 7,5 até 6,0 até 4,5 As barras de transferência são dimensionadas de acordo com a espessura da placa pela Tabela 19 a seguir: Tabela 19: Dimensões das barras de transferência. (Fonte: ET-13, ABCP) Espessura da Placa (cm) até 17,0 17,5 - 22,0 22,5 - 30,0 maior que 30,0 Bitola Comprimento Espaçamento (mm) (mm) (mm) 20 25 32 40 460 460 460 460 300 300 300 300 Portanto, foram adotadas barras de transferência de 32mm, com comprimento de 500mm e espaçamento de 300mm. A seguir, serão apresentados os detalhes construtivos das placas de concreto: 101 Figura 50: Detalhamento da junta transversal e barra de transferência. 102 Figura 51: Detalhamento da laje de transição. 103 3.5 RECUPERAÇÃO DO PAVIMENTO DE CONCRETO As soluções apresentadas nesta seção são baseadas nos conhecimentos de recuperação de pavimentos rígidos apresentados na revisão bibliográfica deste trabalho. 3.5.1 Soluções Indicadas Partindo do levantamento dos defeitos em campo, foi elaborado um plano de recuperação para as placas defeituosas, apresentados na figura 52 abaixo: Figura 52: Recuperação das placas de concreto. 104 De acordo com a Figura 52, foi possível complementar a Tabela 20 com as soluções para os diferentes tipos de defeitos. Tabela 20: Soluções de reparo das placas de concreto. PLACA 1A 2A 3A 4A 1B 2B DEFEITO Fissura Longitudinal Fissura Linear Diagonal Defeito na Selagem das Juntas Defeito na Selagem das Juntas Fissura Transversal Defeito na Selagem das Juntas Defeito na Selagem das Juntas Fissuras Lineares Defeito na Selagem das Juntas Fissuras Lineares Defeito na Selagem das Juntas Degrau de Junta Desgaste Superficial Defeito na Selagem das Juntas Esborcinamento de Junta Fissura Longitudinal Defeito na Selagem das Juntas Esborcinamento de Junta GRAU DE SEVERIDADE Médio Baixo Médio Médio Médio Médio Médio Alto Médio Alto Médio Médio Médio Alto Baixo Médio Alto RECUPERAÇÃO Grampeamento Resselagem Resselagem Inserção de Barras de Transferência Resselagem Resselagem Reparo de Espessura Plena Resselagem Reparo de Espessura Plena Resselagem Reparo de Espessura Plena Resselagem Reparo de Espessura Parcial Grampeamento Resselagem Reparo de Espessura Parcial 3B 4B 3.5.2 Detalhamento dos Reparos Nesta seção serão detalhados um a um os reparos adotados na recuperação das placas de concreto. 3.5.2.1 Reparo de Espessura Plena Deve-se estabelecer a metodologia de reparo total das placas onde aparecem fissuras ou trincas generalizadas, alçamento de placas, placas divididas em diversos pedaços, quebras localizadas, assentamento, placas bailarinas, etc. Utilizar este reparo quando os defeitos atingirem mais de 2/3 da área da placa de concreto. Reparo de Espessura Plena: Sugestão de Reparo: 105 • PLANTA Figura 53: Reparo de espessura plena, planta. • CORTE AB Figura 54: Reparo de espessura plena, corte AB. 106 • DETALHE Figura 55: Reparo de espessura plena, Detalhe 01. 3.5.2.2 Reparo de Espessura Parcial Estabelecer a metodologia de reparo parcial das placas onde aparecem fissuras ou trincas generalizadas, alçamento de placas, placas divididas em diversos pedaços, quebras localizadas, assentamento, placas bailarinas, etc. Utilizar este reparo quando a placa de concreto tiver mais de 1/3 de sua área em perfeitas condições. Reparo de Espessura Parcial: Sugestão de Reparo • PLANTA Figura 56: Reparo de espessura parcial, planta. 107 • DETALHE Figura 57: Reparo de espessura plena, detalhe 01. 3.5.2.3 Inserção de Barras de Transferência Estabelecer metodologia de aplicação de barras de transferência em trincas ou em juntas transversais, através da técnica de Retrofit. Inserção de Barras de Transferência: Sugestão de Reparo • PLANTA PLANTA Figura 58: Inserção de barras de transferência, planta. 108 • DETALHE DETALHE 1 - PLANTA Figura 59: Inserção de barras de transferência, detalhe 01. • CORTE AA CORTE AA Figura 60: Inserção de barras de transferência corte AA. 3.5.2.4 Restauração de Fissuras ou Juntas Longitudinais Estabelecer a metodologia de reparo de fissuras longitudinais de média severidade, com espessura superior a 1,0mm e com profundidade que pode atingir toda a espessura da placa de concreto. 109 Restauração de Fissuras ou Juntas Longitudinais: Sugestão de Reparo • PLANTA ver detalhe das ranhuras grampos de Ø16mm 50cm de comprimento a cada 60cm junta longitudinal junta transversal Figura 61: Grampeamento, planta. • DETALHE DAS RANHURAS DETALHE DAS RANHURAS furos de Ø25mm x 60cm fissura ou junta longitudinal ranhuras Figura 62: Grampeamento, detalhe das ranhuras. 110 • ELEVAÇÃO • ELEVAÇÃO comprimento de ranhura=45cm fresagem e selagem grout e/2 grampo de Ø16mm x 50cm aço CA-50 5cm 5cm fissura ou junta longitudinal e e/2 epóxi Figura 63: Grampeamento, elevação. 111 4. CONCLUSÃO Neste trabalho, abordamos dois assuntos de extrema importância relacionados ao pavimento de concreto: a implantação de pavimentos novos e a recuperação de pavimentos já existentes. O foco destes assuntos foi direcionado à implantação e recuperação em pavimentos de concreto específicos para corredores e paradas de ônibus. No que se refere à implantação de pavimentos de concreto, o trabalho apresentou os procedimentos para o adequado dimensionamento de pavimentos de concreto simples pelo método da PCA/84. É importante frisar que o Brasil não possui um método próprio para dimensionamento de pavimentos de concreto, os métodos utilizados ainda provêem do estrangeiro, em especial dos Estados Unidos da América, sendo assim o método foi desenvolvido para as particularidades e situações apresentadas por este país. Portanto, fica como sugestão o desenvolvimento de um método genuinamente brasileiro, focado para as particularidades brasileiras em relação a solos, tráfego e todas outras variáveis envolvidas no dimensionamento. Assim como no dimensionamento de pavimentos de concreto, de modo geral verificamos que há muito pouca bibliografia nacional relacionada a pavimentos de concreto, este fator dificulta o projeto e a construção. Especificamente quanto à recuperação de pavimentos de concreto, a bibliografia nacional disponível tanto no DNIT quanto na ABCP é insuficiente e desatualizada. Como resultado, as técnicas recomendadas por estes órgãos têm pouca aplicabilidade na recuperação dos pavimentos. Motivados por esta falta de suporte bibliográfico, baseamos nossa pesquisa e busca por soluções em bibliografias estrangeiras mais pertinentes. As soluções de recuperação de pavimentos de concreto apresentadas neste trabalho são em grande parte extraídas dos Manuais da American Concrete Pavement Association (ACPA). Estas técnicas são utilizadas há vários anos não somente nos Estados Unidos como em outros países desenvolvidos, apresentando 112 excelentes resultados devido aos procedimentos eficientes, tanto na inspeção quanto no projeto e execução. Desta forma, acreditamos que o presente trabalho contribui para a difusão destas técnicas de recuperação de pavimentos de concreto, não apenas em paradas de ônibus, mas em qualquer outra aplicação viária (Ruas, Avenidas, Corredores de ônibus, etc.). Com o objetivo de validar os procedimentos pesquisados na revisão da literatura foram coletados dados de um projeto já existente para a Estação tubo Moysés Marcondes. Após a realização do levantamento de defeitos por nossa equipe e da análise dos dados de projeto, verificamos a importância da avaliação criteriosa dos defeitos, da realização representativa de sondagens e ensaios e a caracterização e ensaios. Concluímos neste trabalho que é bastante viável a utilização de pavimento de concreto em vias que apresentam tráfego de veículos pesados, em trechos de baixas velocidades e locais de paradas de ônibus. A utilização de pavimento flexível nestes casos se caracteriza pela deformação do pavimento, seja pela ocorrência de deformações plásticas como afundamentos nas trilhas de roda, causando desconforto aos passageiros, acúmulo de água nos locais deformados, manutenção onerosa e praticamente contínua. No caso dos corredores de ônibus ou faixas exclusivas, as alternativas de construção ou recuperação devem levar em conta que o pavimento deverá suportar os elevados esforços a que será submetido, devido à carga por eixo excessiva, a baixa velocidade e o conseqüente maior tempo de aplicação de carga e os efeitos de frenagem e aceleração. Portanto, a iniciativa da Prefeitura Municipal de Curitiba de implantar pavimento de concreto nas vias exclusivas de ônibus, seja em todo o trecho ou somente nos pontos de parada, mostra-se uma decisão correta, por todos os fatos já apresentados neste trabalho. do tráfego. Observamos deficiências no projeto quanto à caracterização dos defeitos (tipos e grau de severidade) e quantidade de sondagens 113 Como sugestão para trabalhos futuros, indicamos a pesquisa sobre a implantação de projetos-padrão nas paradas de ônibus. Este procedimento já foi iniciado pela Prefeitura Municipal de Curitiba, porém a generalização de dados de tráfego e condições de suporte do local pode induzir a erros de dimensionamento, que implicam em pavimentos superdimensionados ou sub-dimensionados. O estudo sobre o custo de projeto frente à utilização do projeto padrão também seria de grande contribuição, tendo em vista que a economia em não realizar um projeto novo pode reverter-se em maiores gastos de execução de um pavimento dimensionado com dados não exatos. 114 REFERÊNCIAS ACPA - AMERICAN CONCRETE PAVEMENT ASSOCIATION. 100 Years of Innovation. Disponível em: <http://www.pavement.com/Concrete_Pavement/About_Concrete/100_Years_of_Inn ovation/index.asp> Acesso em: 15 mai. 2010. ACPA - AMERICAN CONCRETE PAVEMENT ASSOCIATION. Cocrete Pavement Field Reference Preservation and repair. Skokie, IL: ACPA, 2006 ACPA - AMERICAN CONCRETE PAVEMENT ASSOCIATION Dowel Retrofi Cuts Rehab Costs in Washington RP330P, Illinois, 1994. ACPA - AMERICAN CONCRETE PAVEMENT ASSOCIATION Dowel Retrofit Restores Pavement Load Transfer-RP 335 P, Illinois, 1995. ACPA - AMERICAN CONCRETE PAVENT ASSOCIATION Guidelines for Portail – Deph Spall Repair – TP003.02P, Illinois, 1998. ACPA - AMERICAN CONCRETE PAVEMENT ASSOCIATION How to Reseal Pavement Joints IS 235P, Illinois, 1998. ADADA, L.B. Avaliação das condições estruturais e funcionais de pavimentos de concreto de cimento portland – Estudo de caso. Florianópolis, 2001. AMODAL SERVIÇOS DE ENGENHARIA LIMITADA Projeto de Recuperação da Estrada de Acesso a Jazida CIA de Cimento Itambé, Curitiba, 2002. ANDRADE, M. H. Plano de Recuperação de Pavimentos de Concreto da Estrada de Acesso da Jazida CIA de Cimento Itambé, Curitiba, 2002. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. ET-13 – Projeto de Juntas em Pavimentos Rodoviários de Concreto. São Paulo, 1998. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. ET-14 – Dimensionamento dos Pavimentos Rodoviários de Concreto. São Paulo, 1998. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO Pavimentos de Concreto, Curitiba, 2002. PORTLAND. Reabilitação de ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11578/97: Cimento Portland composto. Rio de Janeiro, 1997. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5732/91: Cimento Portand comum. Rio de Janeiro, 1991. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5735/91: Cimento Portland de alto-forno. Rio de Janeiro, 1991. 115 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5736/91: Cimento Portland Pozolânico. Rio de Janeiro, 1991. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7207/82: Terminologia e classificação de pavimentação. Rio de Janeiro, 1982. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7480/96: Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado. Rio de Janeiro, 1996. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118/78: Projeto e execução de obras de concreto armado. Rio de Janeiro, 1978. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER 037/97 EM : Agregado graúdo para concreto de cimento – Especificação de Material. Rio de Janeiro, 1997. 5p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER 038/97 EM : Agregado miúdo para concreto de cimento – Especificação de Material. Rio de Janeiro, 1997. 5p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT 047/2004 – ES: Pavimento Rígido - Execução de pavimento rígido com equipamento de pequeno porte – Especificação de serviço. Rio de Janeiro, 2004. 14p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT 048/2004 – ES: Pavimento Rígido - Execução de pavimento rígido com equipamento de foma-trilho – Especificação de serviço. Rio de Janeiro, 2004. 15p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT 049/2009 – ES: Pavimento Rígido – Execução de pavimento rígido com equipamento de forma-deslizante – Especificação de serviço. Rio de Janeiro, 2009. 16p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT 050/2004 – EM: Pavimento Rígido – Cimento Portland – Especificação de Material. Rio de Janeiro, 2004. 8p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT 060/2004 – PRO: Pavimento rígido – Inspeção visual – Procedimento. Rio de Janeiro, 2004. 22p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT 061/2004 – TER: Pavimento rígido - Defeitos– Terminologia. Rio de Janeiro, 2004. 13p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT 062/2004 – PRO: Pavimento rígido – Avaliação Objetiva– Procedimento. Rio de Janeiro, 2004. 29p. 116 DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT 063/2004 – PRO: Pavimento rígido – Avaliação Subjetiva– Procedimento. Rio de Janeiro, 2004. 15p. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. Manual de Pavimentação. Rio de Janeiro, 2006, 3. ed. 274p (IPR, Publ. 719) DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. Manual de Pavimentos Rígidos. Rio de Janeiro, 2005, 2. ed. 234p (IPR, Publ. 714) DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. Manual de Recuperação de Pavimentos Rígidos. Rio de Janeiro, 2010.. 140p (IPR, Publ. 737) GASPARETTO, W. E. Manual técnico de barras de transferência e espaçadores soldados. São Paulo: [s.n.] 2001 GARCIA, L Cienfuegos A. Los Tramos con Pavimento de Hormigón Armado Contínuo de la Autopista Del Canfábrico, entre Oriedo y Pola de Siero. IV Jornada Sobre Pavimentos de Hormigón, Oriedo, 1993. GIUBLIN, C.R. Diretrizes para o Planejamento de Canteiros de Obra de Pavimentação de Concreto. Curitiba, 2002. LIEDI, B.B. et al. Pavimentação Asfáltica: formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro: Petrobrás/ABEDA. 2006 MEDINA, J. Mecânica dos Pavimentos. Rio de Janeiro: Editora UFRJ, 1997. 380p. OLIVEIRA, P. L., Projeto Estrutural de Pavimentos Rodoviários e de Pisos Industriais de Concreto. Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo. São Carlos, 2000, 218p. PEREIRA, Deividi da S. Estudo do comportamento de pavimentos de concreto simples em condições de aderência entre placa de concreto e base cimentada ou asfáltica. São Paulo, n/d. PITTA, Márcio Rocha. Construção de pavimentos de concreto simples. São Paulo, 1989. ABCP. PITTA, Márcio Rocha. Dimensionamento de pavimentos rodoviários e urbanos de concreto pelo Método da PCA/1984. 2. ed., São Paulo,1996. ABCP. PITTA, Márcio Rocha; RODRIGUES, Publio Penna Firme. Pavimento de Concreto. Revista IBRACON nº 19, São Paulo, 1997. PORTLAND CEMENT ASSOCIATION. Thickness design for concrete hightway and street pavements: Chicago, 1984. 117 RIVOIRE, J.L.Inserção de Paradas de ônibus em Pavimento de Concreto em meio á Pavimentação Asfaltica, Porto Alegre, 2009. SCHIMID, M.T. Pavimentos Rígidos em Concreto Protendido. Disponível em: http://www.rudloff.com.br/conteudo/texto/tx_pavimento_rigido.htm Acesso em: 02 jun.2010 SENÇO, W. Manual de Técnicas de Pavimentação. São Paulo: Pini. 1997. YODER, E. J.; WITCZAK, M. W. (1975) Principles of pavement design. 2. ed. New York , John Wiley & Sons. 118 APÊNDICE PROCEDIMENTO DE AVALIAÇÃO OBJETIVA DE PAVIMENTO (DNIT 062/2004 – PRO) – EXEMPLO DE APLICAÇÃO EM VIA URBANA 1. DESCRIÇÃO DO TRECHO AVALIADO A inspeção visual com objetivo de avaliar a condição do pavimento de concreto do Acesso à Rua Wilson de França foi realizada nos dias 29 e 30 de maio de 2010, no período da tarde, com condição climática estável e favorável para a atividade. O segmento está situado entre a Avenida Presidente Kennedy e a Rua Eduardo Carlos Pereira e foi construído a 12 anos. A via neste segmento tem comprimento de 200 metros com largura de 7 metros e é composta por 80 placas. O trecho inspecionado foi dividido em quatro segmentos, conforme ilustrado na Figura 65. Na seqüência serão descritos os procedimentos e resultados da avaliação objetiva segundo a norma DNIT 062/2004. Figura 64: Imagem de satélite do segmento inspecionado. (Fonte: Google Earth). 119 AVENIDA PRESIDENTE KENNEDY B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 RUA EDUARDO CARLOS PEREIRA SEGMENTO SEGMENTO SEGMENTO SEGMENTO 1 2 3 4 Figura 65: Identificação de segmento do Acesso à Rua Wilson de França. ACESSO À RUA WILSON DE FRANÇA 120 2. CONSIDERAÇÕES INICIAIS Seguindo as diretrizes apontadas nas normas DNIT 060/2004 – PRO, DNIT 061/2004 – TER e DNIT 062/2004 – PRO, foram elaboradas as Fichas de Inspeção para cada intervalo de 10 pares de placa (20 placas), dentro de seus respectivos sub-trechos, obtendo-se para cada um dos segmentos um valor de ICP. 121 Tabela 21: Ficha de Inspeção – Acesso à Rua Wilson de França, segmento 1. FICHA DE INSPEÇÃO (segundo a norma DNIT 062/2004 – PRO) Ficha de Inspeção de Pavimento Rígido Cálculo do Índice de Condição do Pavimento (ICP) Pavimento: Rua Wilson de França Segmento 1 Extensão total: 200m (4 segmentos) Tipos de Defeito 1 2 3 4 5 6 Alçamento de Placas Fissura de Canto Placa Dividida Degrau de Junta Defeito na Selagem das Juntas Desnível Pavimento Acostamento 7 8 9 10 11 12 Fissuras Lineares Grandes Reparos Pequenos Reparos Desgaste Superficial Bombeamento Quebras Localizadas 13 14 15 16 17 18 Passagem de Nível Rendilhado e Escamação Fissuras de Retração Plástica Quebra de Canto Esborcinamento de Juntas Placa Bailarina ID. PLACA A 5 M B OK C D E F Tipos de Defeitos Grau de Severidade Nº Placas Afetadas % Placas Afetadas Valor Deduzível 5 10 15 17 M 4 19 20,0% 95,0% 20,0% 4 4 4 5 1 15 B 4 5 M 2 15 5 15 M 5 M 3 15 5 15 M 5 M 4 15 5 15 M 5 M 5 15 5 15 M 5 M 6 15 5 15 M 5 M 7 15 5 15 M 5 M 8 15 5 15 M 5 M 9 15 17 B 10 5 M 10 15 17 B 10 5 15 17 10 5 15 17 10 M B M Valor Deduzível Total: Intervalo de Placas: 1A - 10B 17,0 17,0 83,0 Conceito Muito Bom B Valor Deduzível Corrigido: ICP 122 Tabela 22: Ficha de Inspeção – Acesso à Rua Wilson de França, segmento 2. FICHA DE INSPEÇÃO (segundo a norma DNIT 062/2004 – PRO) Ficha de Inspeção de Pavimento Rígido Pavimento: Rua Wilson de França Cálculo do Índice de Condição do Pavimento (ICP) Segmento 2 Extensão total: 200m (4 segmentos) Tipos de Defeito 1 2 3 4 5 6 Alçamento de Placas Fissura de Canto Placa Dividida Degrau de Junta Defeito na Selagem das Juntas Desnível Pavimento Acostamento 7 8 9 10 11 12 Fissuras Lineares Grandes Reparos Pequenos Reparos Desgaste Superficial Bombeamento Quebras Localizadas 13 14 15 16 17 18 Passagem de Nível Rendilhado e Escamação Fissuras de Retração Plástica Quebra de Canto Esborcinamento de Juntas Placa Bailarina ID. PLACA A 5 M 15 B 5 M 15 C D E F Tipos de Defeitos Grau de % Placas Nº Placas Afetadas Severidade Afetadas Valor Deduzível 11 12 5 M 15 7 M 5 M 15 5 M 15 5 7 8 10 15 M M A 1 2 2 20 5,0% 10,0% 10,0% 100,0% 4 5 17 2 5 13 5 M 15 14 5 M 15 5 M 15 15 5 M 15 5 M 15 16 17 5 M 10 8 A 15 5 M 15 5 M 10 8 A 15 5 M 15 18 5 M 15 5 M 15 19 5 M 15 5 M 15 Intervalo de Placas: 11A - 20B Valor Deduzível Total: Valor Deduzível Corrigido: ICP 33,0 33,0 Bom 20 5 M 15 5 M 15 67,0 Conceito 123 Tabela 23: Ficha de Inspeção – Acesso à Rua Wilson de França, segmento 3. FICHA DE INSPEÇÃO (segundo a norma DNIT 062/2004 – PRO) Ficha de Inspeção de Pavimento Rígido Pavimento: Rua Wilson de França Cálculo do Índice de Condição do Pavimento (ICP) Segmento 3 Extensão total: 200m (4 segmentos) Tipos de Defeito 1 2 3 4 5 6 Alçamento de Placas Fissura de Canto Placa Dividida Degrau de Junta Defeito na Selagem das Juntas Desnível Pavimento Acostamento 7 8 9 10 11 12 Fissuras Lineares Grandes Reparos Pequenos Reparos Desgaste Superficial Bombeamento Quebras Localizadas 13 14 15 16 17 18 Passagem de Nível Rendilhado e Escamação Fissuras de Retração Plástica Quebra de Canto Esborcinamento de Juntas Placa Bailarina ID. PLACA A 5 M 15 B 5 M 15 C D E F Tipos de Defeitos Grau de % Placas Nº Placas Afetadas Severidade Afetadas Valor Deduzível 21 22 5 M 15 5 M 15 5 7 8 15 17 M M A M 1 2 20 3 5,0% 10,0% 100,0% 15,0% 4 5 17 5 7 23 5 M 15 5 M 15 24 5 M 15 5 M 15 25 5 M 15 5 M 15 26 5 M 15 5 M 15 27 5 M 15 17 M 5 M 15 28 29 5 M 15 5 15 17 8 5 15 17 8 5 15 M M A M M A M 30 5 M 15 5 M 15 7 M Intervalo de Placas: 21A - 30B Valor Deduzível Total: Valor Deduzível Corrigido: ICP 38,0 29,0 Muito Bom 71,0 Conceito 124 Tabela 24: Ficha de Inspeção – Acesso à Rua Wilson de França, segmento 4. FICHA DE INSPEÇÃO (segundo a norma DNIT 062/2004 – PRO) Ficha de Inspeção de Pavimento Rígido Pavimento: Rua Wilson de França Cálculo do Índice de Condição do Pavimento (ICP) Segmento 4 Extensão total: 200m (4 segmentos) Tipos de Defeito 1 2 3 4 5 6 Alçamento de Placas Fissura de Canto Placa Dividida Degrau de Junta Defeito na Selagem das Juntas Desnível Pavimento Acostamento 7 8 9 10 11 12 Fissuras Lineares Grandes Reparos Pequenos Reparos Desgaste Superficial Bombeamento Quebras Localizadas 13 14 15 16 17 18 Passagem de Nível Rendilhado e Escamação Fissuras de Retração Plástica Quebra de Canto Esborcinamento de Juntas Placa Bailarina ID. PLACA 5 15 8 17 5 15 A M A M M B 5 M 15 C D E F Tipos de Defeitos Grau de % Placas Nº Placas Afetadas Severidade Afetadas Valor Deduzível 31 32 5 M 15 2 5 8 15 17 B M A M 1 1 20 1 5,0% 5,0% 100,0% 5,0% 5 4 10 5 2 33 5 M 15 5 M 15 34 5 M 15 5 M 15 35 5 M 15 5 M 15 36 5 M 15 5 M 15 37 5 M 15 5 M 15 38 5 M 15 2 B 5 M 15 5 M 15 39 5 M 15 Intervalo de Placas: 31A - 40B Valor Deduzível Total: Valor Deduzível Corrigido: ICP 26,0 26,0 Muito Bom 40 5 M 15 5 M 15 74,0 Conceito 125 A tabela 25 abaixo resume os valores encontrados. Tabela 25: Quadro Resumo de Inspeção de Pavimento Rígido. Quadro Resumo de Inspeção de Pavimento Rígido Pavimento: Curitiba PR Trecho: Acesso à Rua Wilson de França Segmentos 1 2 3 4 Comp. (m) 50 50 50 50 ICP médio = 73,8 Extensão: 200m Data: 29/05/2010 Conceito Médio: Muito Bom N° de Placas: 80 N° de Segmentos: 4 Intervalo de Placas 1A – 10B 11A – 20B 21A – 30B 31A – 40B N° de Placas 20 20 20 20 ICP 83,0 67,0 71,0 74,0 Conceito Muito Bom Bom Muito Bom Muito Bom 3. DEFEITOS ENCONTRADOS NO PAVIMENTO DE CONCRETO O pavimento de concreto encontrava-se com poucos defeitos na data de realização da avaliação, não apresentando características que possam por em risco a segurança e o conforto do tráfego. Porem foram identificados alguns tipos de defeitos que podem ser associados à idade do pavimento e a falta de manutenção, ilustrados a seguir. Tabela 26: Fotos dos defeitos encontrados no Acesso à Rua Wilson de França. Defeito na Selagem das Juntas Esborcinamento de Juntas 126 Grandes Reparos Fissura Linear Transversal Fissuras de Retração Plástica Desgaste Superficial 4.CONSIDERAÇÕES FINAIS O ICP médio foi de 73,8 pontos, ou seja, o pavimento de concreto do Acesso à Rua Wilson de França é avaliado como de condição superficial e estrutural muito boa. Isso indica que as condições de projeto, execução e tráfego tenham sido ou estejam adequadas, considerando a idade de 12 anos de uso. Porém, nota-se que a manutenção do pavimento é falha ou inexistente e assim apresenta defeitos localizados. 127 ANEXOS 1. PROJETO GEOMÉTRICO DA ESTAÇÃO MOYSÉS MARCONDES 128 2. CURVAS PARA DETERMINAÇÃO DOS VALORES DEDUZÍVEIS DOS DEFEITOS, CONFORME A NORMA DNIT 062/2004 – PRO 1- Fissura de Canto Figura 66: Fissura de canto. 2- Defeito na Selagem de Juntas Figura 67: Valores dedutíveis para defeitos na selagem de juntas. 129 3- Fissuras Lineares Figura 68: Fissuras lineares. 4- Grandes Reparos Figura 69: Grandes reparos existentes (> 0,45m²). 130 5- Desgaste Superficial Figura 70: Desgaste superficial. 6- Fissuras de Retração Plástica Figura 71: Fissuras de retração plástica. 131 7- Esborcinamento de Juntas Figura 72: Esborcinamento de juntas. 8- Valores Dedutíveis Figura 73: Curva para determinação do valor dedutível corrigido (VDC), para pavimentos de concreto.