ARTIGO ORIGINAL
SILVA FILHO, Aristóteles Marçal da [1], FERREIRA, Eduardo Almeida [2], FILHO, Gilson Costa Matos [3], PEREIRA, Diego [4]
SILVA FILHO, Aristóteles Marçal da; et. al. Análise comportamental do pavimento composto de base com brita graduada tratada com cimento na duplicação da BR 116 do Km 446+625 ao Km 473+400. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 03, Ed. 01, Vol. 01, pp. 20-37, Janeiro. 2018. ISSN:2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/pavimento-composto
RESUMO
Este trabalho tem o objetivo de explanar sobre o aparecimento de trincas e fissuras nos pavimentos compostos com Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC). Com a adição de cimento suas características físicas e químicas alteram e elevam a resistência do pavimento e sua vida útil. As altas temperaturas registradas na região do semiárido baiano influenciam na rápida perda de umidade na cura de sua execução, contribuindo para o aparecimento de fissuras no pavimento.
Palavras-chave: Pavimento, BGTC. Clima, Fator Água/Cimento, Retração, Trincamento, Fissuras.
1. INTRODUÇÃO
O nosso ponto de partida foi a observação da existência de trincas e fissuras no pavimento com a base graduada tratada com cimento (BGTC) na duplicação da BR 116 sul, Km 446 + 625 ao Km 473 + 400, a cargo da concessionária via Bahia e executada parcialmente pela construtora Terrabrás SA. Frente a essa observação traçamos algumas questões que acreditamos ser importante verificação para que outras patologias asfálticas possam ser prevenidas e a segurança e conforto ao trefego possam ser estabelecidos de forma mais duradouras e num custo economicamente viável, a saber: A rápida perda de umidade na execução da base em BGTC, altas temperaturas, resistência à ruptura do BGTC, elevação do teor de cimento podem contribuir para o surgimento de trincas no pavimento? O alto teor de cimento ou a perda de umidade ótima causam trincamento no pavimento semirrígido com estrutura de pavimento com base de brita graduada tratada com cimento (BGTC)?
O presente estudo avalia patologias no pavimento semirrígido da duplicação da BR 116 entre Feira de Santana e Santo Estêvão no segmento do Km 446+625 ao Km 473+400, objetivando identificar as possíveis variáveis que podem contribuir para o aparecimento de trincas ou fissuras no pavimento de brita graduada tratada com cimento (BGTC) na duplicação da Br 116, do Km 446+625 ao Km 473+400. Abaixo o mapa com o trecho que sofreu duplicação utilizando o material supracitado.
Figura 1 – BR116 entre Feira de Santa e Santo Estêvão
Hoje em dia vê-se que apesar de da existência de dez milhões de quilômetros de estradas pavimentadas e rodovias no mundo inteiro, todos os anos, muitas dessas estradas requerem restaurações devido aos desgastes do tempo ou do tráfego intenso, aumento de peso, que por elas percorrem.
Conforme a CNT (Confederação Nacional do Transporte) divulgado em seu site em 2016, foi realizado um levantamento das verdadeiras condições das rodovias brasileiras, tendo uma extensão total pesquisada de cento e três mil e duzentos e cinquenta e nove quilômetros, abrangendo toda a malha rodoviária federal e as principais rodovias estaduais pavimentadas do Brasil.
Segundo o Sistema Nacional de Viação (SNV, 2016) utilizado como base para a pesquisa de 2016 da CNT, a malha rodoviária pavimentada brasileira compreende duzentos e onze mil e quatrocentos e sessenta e oito quilômetros de extensão, contrapondo-se aos um milhão, trezentos e cinquenta e um mil e novecentos e setenta e noivo quilômetros de rodovias não pavimentadas.
De acordo com a NBR-7207/82 da ABNT, pavimento é uma estrutura construída após a terraplanagem e destinada técnica e economicamente a resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego, melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança e resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de rolamento.
O aumento expressivo do tráfego tem exigido a construção de pavimentos mais robustos, sendo mais adequada à adoção de estruturas com base ou sub-bases em camada cimentada, ampliando a capacidade de suporte frente às solicitações.
Esse artigo se inicia com a explanação do método construtivo de rodovias a partir da compreensão da pavimentação, umas das fases que compõe o processo de construção da rodovia. Identificando os traços de BGTC por meio de um estudo, analisando a cura do BGTC, bem como sua retração. Ademais apresenta um ensaio de laboratório a fim de levantar as características do BGTC.
2. METODOLOGIA DA PESQUISA
Este trabalho tem por finalidade fazer um estudo investigativo em torno dos aspectos contribuintes aos trincamentos ou fissuras dos pavimentos semirrígidos na BR 116, trecho entre Feira de Santana e Santo Estêvão, através dos resultados do laboratório da construtora e observação de campo após cura da pavimentação.
Foram utilizados para criação desse trabalho as instruções normativas e especificações técnicas, assim como o projeto da duplicação da BR 116, trecho referente a concessão da Via Bahia e executado pela Terrabrás AS. O trabalho iniciou-se com o levantamento e revisão bibliográfica, onde foram pesquisados textos abordando o assunto. Realizou-se também o acompanhamento in loco de sua execução e dos ensaios de laboratório.
Segundo Ander-Egg (1978 apud Marconi; Larkatos 2007, p. 28) define pesquisa bibliográfica como “o procedimento reflexivo sistemático, controlado e crítico, que permite descobrir novos fatos ou dados, relações ou leis, em qualquer campo do conhecimento”.
Conforme o Manual de Pavimentação do DNIT – Pavimentos Flexíveis – Análise Mecanística (2006) “O método de dimensionamento do DNER, baseado no método original do USACE, e o da AASHTO visam a proteção do subleito contra a geração de deformações plásticas excessivas durante o período de projeto. São métodos empíricos, com base experimental referente a condições climáticas e de solos nos EUA”, sem contar com a diferença de climas em algumas regiões do Brasil, como as peculiaridades do clima semiárido no estado da Bahia.
3. MÉTODO CONSTRUTIVO DE RODOVIAS
O processo de construção de rodovias é dividido em duas fases, que são elas, terraplenagem e pavimentação (execução de camadas de sub-base e base), até se chegar ao momento de aplicação da capa asfáltica. Destacam-se algumas etapas importantes desse processo como, desmatamento ou limpeza, estaqueamento, escavação, carga, transporte, aterro, terraplenagem e compactação e se necessário, reforço do subleito.
Estes processos envolvem muitos equipamentos tendo como principais tratores, moto-niveladoras, escavadeiras, rolos compactadores, caminhões tanque, caminhões basculantes e execução de drenagem profunda e superficial implantação de bueiros e obras d’arte especiais.
3.1 PAVIMENTAÇÃO
Conforme o Manual de Pavimentação do DNIT, IPR 719 de 2006, “Pavimento de uma rodovia é a superestrutura constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas, assentes sobre um semi-espaço considerado teoricamente como infinito – a ou terreno de fundação, a qual é designada de subleito.”
Figura 2 – Sistema de Camadas de um pavimento e tensões solicitantes
A pavimentação é uma estrutura de múltiplas camadas, construída sobre a terraplenagem e divididas em quatro etapas, que são elas, Subleito ou reforço do subleito, Sub-Base, Base e Revestimento. Dependendo da intensidade e do tipo de tráfego, do solo existente e da vida útil do projeto, ela é dimensionada para resistir aos esforços oriundos do tráfego e a melhorar as condições de rolamento. Com isso, sua estrutura poderá ser mais robusta ou mais esbelta a depender dos esforços que serão aplicados sobre a mesma.
Ainda conforme divulgado no site do DNIT – Manual da Pavimentação, Modalidades e Constituição de Pavimentos – 2006, de uma forma geral, os pavimentos são classificados em rígidos, semirrígidos e flexíveis.
- Rígido, aquele que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação as camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente toas as tensões provenientes do carregamento aplicado. Exemplo típico: pavimento constituído por lajes de concreto de cimento Portland.
Os pavimentos rígidos, em geral associados aos de concreto de cimento Portland, são compostos por uma camada superficial de concreto de cimento Portland (em geral placas, armadas ou não), apoiada geralmente sobre uma camada de material granular ou de material estabilizado com cimento (chamada sub-base), assentada sobre o subleito ou sobre um reforço do subleito quando necessário. A Figura 2 mostra uma estrutura-tipo de pavimento de concreto de cimento Portland e uma foto de uma execução das placas de concreto de cimento.
Figura 3 – Pavimento de Concreto de Cimento Portland
- Semirrígido, caracteriza-se por uma base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias, por exemplo, uma camada de solo cimento revestida por uma camada asfáltica.
- Flexível, aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas. Exemplo típico: pavimento constituído por uma base de brita (brita graduada, macadame) ou por uma base solo pedregulhos, revestida por uma camada asfáltica.
3.2 PAVIMENTO SEMI-RÍGIDO
O pavimento semirrígido configura um meio termo entre o pavimento rígido e o flexível, tendo assim, sua deformabilidade é maior que o rígido e menor que o flexível. Na duplicação da rodovia em estudo (BR 116 sul) o projeto da Via Bahia descreve: Regularização do Subleito, Sub-base estabilizada granulometricamente (faixa “B”), Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC), Tratamento Superficial Simples (TSS) com polímero, Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ), Pintura de ligação e outra camada de CBUQ.
Conforme Manual de Pavimentação (IPR, 2006), Pavimento Semirrígido caracteriza-se por uma base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias, por exemplo, uma camada de solo cimento revestida por uma camada asfáltica. O BGTC também se caracteriza com pavimento Semirrígido.
Figura 4 – Execução de base em BGTC com vibrocabadora da obra de duplicação da BR 116 Sul
4. TRAÇO DO BGTC EM ESTUDO
No presente estudo as características do pavimento semirrígidos com base em brita graduada tratada com cimento deu-se conforme solicitado em projeto e demostrado nas tabelas adquiridas na obra, vemos que as faixas de trabalho em alguns pontos ficavam bem próximas dos limites estabelecidos pelo DERSA e projeto, devido as características dos agregados disponíveis:
Figura 5 – Planilha da Composição BGTC da Construtora Terrabrás
4.1 CURA DO BGTC
Segundo Bardella et al (2005) a cura do concreto é conhecida como “conjunto de medidas que tem por finalidade evitar a evaporação prematura da água necessária para a hidratação do cimento, que é responsável pela pega e endurecimento do concreto”. O objetivo da cura é manter o concreto saturado, ou o mais próximo possível dessa condição até que os espaços inicialmente ocupados pela água sejam ocupados pelos produtos da hidratação do aglomerante. A cura adequada é fundamental para que o concreto alcance o melhor desempenho, proporcionando uma redução de sua porosidade, contribuindo para aumentar a durabilidade das estruturas.
A hidratação do cimento continua por um tempo bastante longo e é preciso que as condições ambientes favoreçam as reações que se processam. Desse modo, deve-se evitar a evaporação prematura da agua necessária à hidratação do cimento.
Devido nosso clima tropical predominantemente quente e das altas temperaturas, temos uma perda rápida de umidade da mistura cimentada, prejudicando assim sua cura. Para minimizara essa perda de umidade o projeto e a especificação indica um banho de emulsão para reter a agua na mistura do pavimento, dando assim seus processos químicos necessário para a cura do cimento.
Na cura do BGTC são tomados cuidados especiais para se evitar a evaporação prematura da água necessária para a hidratação do cimento, aplicando-se uma película de emulsão RR-2C, onde fica por um período de 7 dias sem sofrer nem um tipo compressão ou tração. Na etapa de execução do pavimento, após o início da pega do cimento, a camada não pode mais receber compactação. Daí a necessidade de controle rigoroso deste tempo, que deve ser observado no Certificado de Análise que acompanha o carregamento.
No projeto executivo da obra de duplicação da BR 116 sul é informado em nota a necessidade de se aplicar uma camada de emulsão RR-2C para garantir a cura da camada cimentada em BGTC à uma razão mínima de 0,6l/m² como vemos na figura de número (4):
Figura 6 – Projeto Executivo Tipo pavimentos, notas de serviços
Figura 7 – Imprimação RR2C após execução do BGTC
Segundo especificação DER ET-DE-P00/009 (2005), Superfície da brita graduada com cimento deve ser protegida contra a evaporação da água por meio de imprimação com emulsão asfáltica RR-2C, de acordo com a ET-DE-P00-020 (2006) Imprimação Betuminosa Ligante. A película protetora deve ser aplicada em quantidade suficiente para construir uma membrana contínua. Este procedimento deve ser executado imediatamente após o término da compactação e antes do tempo máximo permitido para sua execução, ou seja, da pega do cimento.
Figura 8 – Imprimação com RR2C após execução do BGTC
Previamente à aplicação da pintura de cura, se necessário, a camada deve ser adequadamente umedecida. Este umedecimento pode ser feito com caminhão pipa, de preferência trafegando na lateral, com a menor taxa possível, de forma que não forme poça de acúmulo de água, ou que lave a superfície do agregado.
A película protetora deve ser aplicada em quantidade suficiente para construir uma membrana contínua. Este procedimento deve ser executado imediatamente após o término da compactação. A aplicação da imprimação da camada só deve ser executada se a camada tiver sido liberada pela fiscalização. No caso de ocorrência de chuvas, antes da aplicação da imprimação, a camada de BGTC deve ser removida e refeita sem ônus ao contratante.
Em nenhum momento na especificação técnica é citado a probabilidade de trincas ou fissuras por retração nos primeiros dias de cura (7 dias).
Como pedido na norma ET-DE-P00/009 (2005) na moldagem dos corpos de prova, para determinação da resistência à compressão simples à tração, cada exemplar é constituído por dois corpos de prova moldados na mesma massada, no mesmo ato, para cada idade de rompimento. Na obra estudada eram feitos três corpos de prova para mesma massada e ficavam armazenados em câmara fria com controle de umidade e temperatura.
Toma-se como resistência do exemplar, na idade de rompimento, o maior dos dois valores obtidos no ensaio. Os corpos de prova devem ser moldados imediatamente antes da compactação.9
Considerando que o tempo de cura após a mistura em usina de solo seja de 3 horas e o tempo gasto com transporte e espalhamento seja em torno de 3 horas, seria impossível a hidratação da superfície já que uma vez atingido o tempo não se pode haver mais trafego de veículos pesados como o de um caminhão pipa ou até mesmo do carro espargido para a aplicação da emulsão. Para isso terá que ser executados pequenos trechos a depender da disponibilidade de material ou das distancias a serem percorridas pelos caminhões basculantes.
Verificamos que os moldes que ficavam na câmara fria apresentavam resultados satisfatório, já no local de aplicação, mesmo com todos os cuidados para manter a umidade e com a aplicação da emulsão, em alguns trechos ocorreu tricas no período dos 7 dias de cura.
Figura 9 – Câmara fria para corpos de prova da Construtora Terrabrás em Feira de Santana – Ba
Em casos de regiões com temperaturas elevadas e de baixa umidade, como encontrados no nordeste baiano, a perda rápida da umidade na mistura cimentada é um fator predominante, dificultando ainda mais a execução dos serviços de espalhamento e compactação do pavimento. No caso de pavimentos rígidos é recomendável a utilização de texturizadora ou sistema de aspersão com produto de cura química para que se evite, especialmente em dias quentes, o aparecimento de fissuras causadas pelo fenômeno da retração plástica ou retração por secagem.
Segundo Balbo em seu livro Pavimentação Asfáltica: Materiais, suas Propriedades e Técnicas Construtivas (2007), no parágrafo 13.9.2 Presença de fissuras transversais em concreto e base cimentadas após cura do material, “um dos processos de danificação que ocorrem em bases cimentadas e concretos é a formação de fissuras de retração hidráulica durante sua cura.”. É um fenômeno de improvável controle. Formas de minimização do fenômeno de retração são discutidas na literatura internacional, em geral girando em torno do controle da relação água/cimento, da diminuição do teor de cimento na mistura ou ainda, apresentando algumas aplicações de retardadores de pega, sem, no entanto, ser possível de se evitar a ocorrência de fissuras.
Segundo a Companhia Baiana de Pesquisa Mineral do Governo do Estado (2001) a existe na Bahia possui três biomas característicos: caatinga, cerrado e mata atlântica, destacando-se com quase 54% da extensão territorial a caatinga, tendo como clima predominante semiárido, com temperaturas elevadas e com chuvas escassas e irregulares e com longos períodos de seca. O que dificulta ainda mais o processo dos pavimentos rígidos e semirrígidos que requer cuidados maiores em sua execução.
5. RETRAÇÃO
A retração é a diminuição de volume do concreto desde o fim da cura até atingir um estado de equilíbrio compatível com as condições ambientes. Pode-se admitir que, para as dimensões usuais, um quarto da retração se dá aos 7 dias, um terço aos 14 dias e metade em 1 mês, três quartos em 6 meses.
Segundo Agencia Brasileira Normas Técnicas ABNT NBR 6118:2003
“A fissuração em elementos estruturais de concreto é inevitável, devido à grande variabilidade e à baixa resistência do concreto à tração; mesmo sob as ações de serviço (utilização), valores críticos de tensões de tração são atingidos. […] As fissuras podem aí nada ocorrer por outras causas, como retração plástica térmica ou devido a reações químicas internas do concreto nas primeiras idades, devendo ser evitadas ou limitadas por cuidados tecnológicos, especialmente na definição do traço e na cura do concreto”.
(ABNT NBR 6118:2003)
Com a utilização do cimento para aumento da resistência da estrutura do pavimento, podemos fazer uma comparação com concreto, e verifica-se que a brita graduada tratada com cimento apresenta elevada fragilidade e baixíssima tenacidade, mesmo quando dosado em condições ótimas de umidade e teores para melhoria de suas propriedades.
Segundo Baldo (2006),
“A presença de microfissuras tem efeito importante no valor do módulo de elasticidade dos materiais de natureza cerâmica, ou quase-frágeis, como é o caso de misturas do tipo solo-cimento ou BGTC, ou mesmo nos concretos, uma vez que elas diminuem a energia elástica armazenada, reduzindo o módulo de elasticidade efetivo do material.” (Baldo, 2006)
Figura 10 – Planilha de resultado da resistência do BGTC BR 116 sul
Figura 11 – Planilha ensaio de compactação da obra duipli. BR 116 sul.
6. ENSAIOS DE LABORATÓRIO
De acordo com a Secretaria dos Transportes – Departamento de Estradas de Rodagem – Especificação Técnica ET-DE-P00/009 Sub-Base ou Base de Brita Graduada Tratada com Cimento – BGTC “Teor de Cimento – Define-se teor de cimento em massa a relação entre a massa de cimento e a massa de agregados secos, multiplicado por 100. A porcentagem em massa de cimento a ser incorporada aos agregados para constituição da mistura deve ser fixada de modo a atender a resistência à compressão simples e à tração no ensaio de compressão diametral, ambas aos 28 dias, fixadas no projeto da estrutura do pavimento.
Ensaios físicos realizados em laboratório para a avaliação das características do BGTC foram feitos em corpos de prova cilíndricos de dimensões 20cm x 30 cm, em 5 camadas iguais e as mesmas recebendo 56 golpes de 4,5 kg com altura de queda igual a 45 cm para obtenção do proctor.
Todos corpos de provas eram cuidadosamente levados em caixas com areia para o laboratório e permaneciam em câmara fria até atingir as idades para seus rompimentos e aprovação da fiscalização.
7. CONCLUSÃO
Ao analisar as normas existentes referente a execução da brita graduada tratada com cimento, percebemos o quanto ainda faltam estudos para seu melhor desempenho. Em regiões de climas quentes e secos a aplicação do BGTC torna-se uma empreitada muito delicada e com bastante variáveis que podem prejudicar sua execução e cura.
Mesmo com todo as medidas para garantir o perfeito controle em todas as etapas da execução dos serviços, desde identificação das pilhas de agregados e sua cobertura com lona, conferencia de sua umidade, controle dos certificados de análise do fornecedor no recebimento do cimento, calibragem diárias na usina de solos, no qual, se verificava todo seu processo e eram feitos os testes químicos (Titulometria) para garantia do teor de cimento, o rastreamento cronometrado para seu espalhamento e compactação, pintura com RR-2C e interdição da pista para sua cura, foi inevitável o aparecimento de fissuras no trecho em estudo.
Após diversas reuniões os projetistas indicaram a aplicação de geogrelha de poliéster na largura de 1,00m por toda extensão da fissura para só depois proceder com a aplicação do Binder. Esta mesma solução foi adotada no Anel Viário José Roberto Magalhães Teixeira, que circunda a cidade de Campinas, interligado as Rodovias Anhanguera (SP-330) e D. Pedro I (SP-65) consistente de uma camada de BGTC e de um revestimento asfáltico em CBUQ aplicados em 3 camadas, segundo informativo da Hatelit – Sistema anti-reflexão de trincas de bases cimentadas – Huesker Report (agosto de 2000).
REFERÊNCIAS
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ALMEIDA, Luiz Carlos. (2012) UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil. Departamento de Estruturas Concreto. Notas de aula da disciplina AU414 – Estruturas IV– Concreto armado.
BARDELLA, Paulo Sérgio. et al. Sistemas de Cura em Concreto Produzidos com Cimento Portland de Alto-Forno com Utilização de Sílica Ativa. Disponível em:< http://www.set.eesc.usp.br/1enpppcpm/cd/conteudo/trab_pdf/115.pdf>. Acesso em: agos. 2017.
BALBO, J. T. e Badawy, M. (1993). Britas graduadas tratadas com cimento: elasticidade linear ou não linear? Anais do VII ANPET Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes, Vol.2, pp. 915-922, São Paulo.
BALBO J. T. (2005) Pavimentos asfálticos híbridos-rígidos: perspectivas para baixos a elevados volumes de tráfego. Anais da 36ª. Reunião Anual de Pavimentação (Cd-rom), Associação Brasileira de Pavimentação, Curitiba.
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MARCONI, M. A.; LAKATOS, E. M. Técnicas de pesquisa: planejamento execução de pesquiss, amostragens técnicas de pesquisa, elaboração, análise e interpretação de dados. 5.ed. São Paulo: Atlas, 2002.
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SILVA, C. E. P (2008).Pavimento de concreto simples: dimensionamento, execução e controle tecnológicos. Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM).
[1] Engenheiro Civil. Pós-Graduando do curso de Engenharia Rodoviária: pela Escola de Engenharia de Agrimensura.
[2] Engenheiro Civil. Pós-Graduando do curso de Engenharia Rodoviária: pela Escola de Engenharia de Agrimensura.
[3] Pós-Graduando do curso de Engenharia Rodoviária pela Escola de Engenharia de Agrimensura.
[4] Mestre em Geotecnia pela Universidade de Brasília; Docente da Pós-Graduação em Engenharia Rodoviária da Escola de Engenharia de Agrimensura.
