Qual a influência da sobrecarga na estrutura dos pavimentos flexíveis?

O atual método de dimensionamento de pavimentos do DNIT considera a diminuição das tensões propagadas pelos veículos até a camada de subleito, com ábacos obtidos por conclusões da pista experimental da AASHO (atual AASHTO) e por métodos formulados pela USACE. Entretanto os principais defeitos estruturais causados em pavimentos resultam não só dos esforços de compressão na camada do subleito, mas também pelos esforços de tração presentes nas fibras inferiores da camada de revestimento.

Os atuais métodos de dimensionamento utilizados no exterior, e o novo método de dimensionamento mecanístico-empírico, consideram esses esforços como principais para o dimensionamento. Dessa forma, vamos entender a influência das sobrecargas em relação ao eixo padrão para um número N de 10^7. 

Utilizando o método do DNER como um pré-dimensionamento para os pavimentos, a Figura 1 ilustra as dimensões e os esforços representados. A Tabela 1 apresenta as propriedades consideradas nos materiais para a análise.

As espessuras de camadas, obtidas pelo pré-dimensionamento, e os valores de modulo de resiliência e coeficiente de Poisson, foram inseridas no software ELSYM 5 para análise das tensões e deformações em 3 profundidades. Foi analisado deslocamento no topo do revestimento, esforços de tração na fibra inferior do revestimento e esforço de compressão no topo do subleito.

Os dados foram computados em 7 tipos de carregamentos, sendo o primeiro o eixo padrão rodoviário. Até o quarto carregamento, a carga foi aumentada mantendo a pressão de enchimento dos pneus. No quinto carregamento foi utilizado o carregamento do eixo padrão mas aumentando a pressão de enchimento dos pneus. O sexto carregamento expressa valores de um eixo com pneu extralargo, e o sétimo carregamento um eixo simples dianteiro. Tabela 2 apresenta o conjunto de informações com os resultados do ELSYM 5.

Com os dados apresentados na Tabela 2, e utilizando a equação geral de fadiga, é apresentado na Tabela 3 a relação que o acréscimo de carga, em comparação com o eixo padrão, resulta no pavimento. Conforme os dados, o acréscimo de 10% na carga do eixo resulta no pavimento um acréscimo de 15% na fadiga, devido esforços de tração da fibra inferior do revestimento, e acréscimo de 45% na deformação permanente, devido compressão no subleito.

Na linha 5, o qual foi mantida a carga do eixo padrão, mas aumentando a pressão de enchimento dos pneus e consequentemente diminuindo a área de aplicação de carga, observa-se que embora resulte em pouca diferença para a compressão no subleito, a mudança aumenta em 2,52 vezes a deterioração devido os esforços de tração da fibra inferior do revestimento.

Outro ponto relevante é o caso do eixo simples dianteiro (6tf), que embora tenha pouco efeito na compressão do subleito, com valores inferiores aos do eixo padrão, apresenta cerca de 3,41 vezes mais fadiga devido tração na fibra inferior do revestimento.

Ou seja, a análise de tensões e deformações permite verificar que uma pequena variação na carga do eixo pode gerar grandes variações na resposta estrutural. Não é atoa que diversos países como Alemanha e Estados Unidos possuem fiscalizações severas, além de apresentarem espessuras maiores de material asfáltico.

O Gráfico 1 ilustra que espessuras entre 5 e 7,5 centímetros apresentam valores elevados de deformação horizontal de tração na fibra inferior do revestimento.

A “tolerância” para sobrecargas, utilizada no método de fiscalização de rodovias brasileiras, favore o acréscimo de deformações e, consequentemente, na deterioração do pavimento. Muitos dos pavimentos brasileiros sofrem de sub dimensionamento do revestimento, situados nos valores críticos do Gráfico 1. Dessa forma, precisamos entender que revestimentos muito esbeltos apresentam esforços de tração significativos, e além disso, as sobrecargas aumentam de forma exponencial a deterioração dos pavimentos.

Fontes:

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

MEDINA, J; MOTTA, L.M.G. “MECÂNICA DOS PAVIMENTOS”. Rio de Janeiro, 2015.

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