Análise comparativa de viabilidade técnica e econômica entre as pavimentações rígida e flexível

ARTIGO DE REVISÃO

LANDIM, Alex Iury Vidal ^[1], ABREU, Alexandra Amador de ^[2], LANDIM, Aurélia Emanuela de Freitas Gonçalves ^[3], SOUSA, André Albino de ^[4], NETO, Dário Oliveira ^[5], NOVÍSSIMO, Wellerson Lucas Martins ^[6]

LANDIM, Alex Iury Vidal. Et al. Análise comparativa de viabilidade técnica e econômica entre as pavimentações rígida e flexível. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 06, Vol. 07, pp. 14-27. Junho de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/viabilidade-tecnica

RESUMO

Em virtude da evolução das rotas terrestres foram desenvolvidas diversas técnicas ao longo dos anos que facilitam o deslocamento nas estradas por meio da pavimentação. A escolha correta do tipo de pavimentação depende de muitos fatores, entre eles a procura pela redução de custos com materiais e serviços, sem deixar de lado a segurança e qualidade. Fazer a escolha do pavimento que mais se adeque às necessidades sociais e aspectos geográficos da localidade, visa otimizar vias e rodovias, uma vez que estes são agentes influenciadores na consideração do tipo de pavimentação mais adequado. Deste modo, o presente trabalho objetiva analisar e comparar características pertinentes aos pavimentos rígidos e flexíveis a fim de definir o mais indicado para uso em rodovias e avenidas. A análise comparativa fora realizada através de periódicos e recomendações do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes – DNIT, levando em conta a estrutura e o desempenho dos pavimentos. Dessa forma, é possível comparar os dois tipos de assoalhos (rígido e flexível) mediante das particularidades de cada um. A análise de fatores como a suscetibilidade a temperatura e viabilidade financeira, permitiram verificar, respectivamente, a estreita relação entre a variação do gradiente térmico apresentado pela região e o sistema de pavimento adotado, além de custos ligados à implementação e manutenção de pavimentos. Observou-se a elevada diferenciação entre as características dos pavimentos, sendo dificultosa a escolha do melhor tipo de técnica a ser emprega para uma situação genérica, uma vez que existe uma ampla diversidade de variáveis que influenciam num melhor desempenho, seja ele técnico ou financeiro. Assim, a escolha da melhor técnica de pavimentação depende diretamente dos fatores de demanda, como orçamento, região do país, clima, relevo, uso das pistas, etc., ficando a cargo de uma análise criteriosa pelos profissionais envolvidos, a fim de optar pelo tipo de pavimento mais indicado.

Palavras-chave: Flexível, infraestrutura, pavimentação, rígida.

1. INTRODUÇÃO

Em virtude da evolução das cidades ao longo da história, diversas rotas terrestres importantes surgiram. O desenvolvimento de estradas sempre esteve diretamente atrelado ao desenvolvimento das comunidades, tendo como motivação principal fatores como a integração social, econômica ou de sobrevivência (CUNHA, 2011).

De acordo com o Bernucci et al. (2010), pavimento é uma estrutura constituída de múltiplas camadas capazes de resistir a esforços provenientes do tráfego, oferecendo conforto, economia e segurança. Para o Manual de Pavimento do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes – DNIT (2006), os pavimentos podem ser rígidos ou flexíveis, sendo compostos de concreto de cimento Portland (concreto-cimento) e liga asfáltica, respectivamente. Ou ainda semirrígidos (semiflexíveis), estes são intermediários caracterizados por possuir uma base cimentada e revestida com asfalto, e/ou vice-versa.

No Brasil, a Confederação Nacional de Transportes – CNT (2017) explica que cerca de 99% da malha rodoviária é formada pelo assoalho flexível, composto de agregados e uma liga asfáltica ou betuminosa. Esse tipo de estrutura “flete” devido ao carregamento que provoca uma série de deformações elásticas significativas que se distribuem sobre as demais camadas, comprometendo a durabilidade e o desempenho da rodovia (BALBO, 2012).

Esses pavimentos são projetados para uma vida útil de apenas 10 anos com manutenções, se consideradas todas as especificações durante a execução e o uso, isto é, sejam respeitados os esforços considerados em projeto (MELLO et. al., 2016). Depois deste prazo são necessários reparos maiores, pois as deformações podem provocar rompimentos no assoalho, tornando esse tipo de pavimento mais suscetível às degradações, comprometendo a sua durabilidade.

No entanto, segundo Associação Brasileira de Cimento Portland – ABCP (2012) o pavimento rígido possui uma maior vida útil (superior a 20 anos) e uma menor necessidade de reparos, uma vez que é composto por placas de Concreto de Cimento Portland – CCP, que podem ser armadas ou não com barras de aço. Esse tipo de assoalho adquire uma durabilidade melhor, uma vez que o revestimento é a camada que detém de uma elevada rigidez, consequentemente absorve a maior parte das tensões geradas pelos carregamentos sem causar deformações excessivas (DNIT, 2006).

O pavimento de concreto é indicado para vias que recebem um grande fluxo de automóveis e de transportes de cargas ou para regiões com temperaturas altas, já que ambos os casos causam dilatações mais recorrentes na malha asfáltica. Por esse motivo, o uso de concreto na pavimentação vem se expandindo, principalmente depois do aumento de 60% dos ligantes asfálticos nos últimos anos, enquanto o preço para a produção das placas de CCP se manteve estável fazendo com que o custo inicial do pavimento rígido quando comparado ao flexível chegue a ser 30% menor (CAVALET, 2019).

No Brasil, apenas 12,4% da malha rodoviária possui pavimentação, e sua expansão não acompanha o ritmo de crescimento da frota dos modais, uma vez que, o número de veículos cresceu 80,8% entre os anos de 2009 e 2019, enquanto que as rodovias só aumentaram 6,7% de toda sua extensão (CNT, 2019).

2. JUSTIFICATIVA

A escolha correta do tipo de pavimentação que irá incorporar uma via depende de muitos fatores, entre eles destaca-se a procura pela redução de custos na implantação, em geral com materiais e serviços, sem deixar de lado a segurança e qualidade. Outros fatores de extrema importância na análise e critérios de seleção de um tipo de pavimento são os contextos social, econômico, físico e geográfico condizentes com o local no qual a via estará inserida.

Atualmente, grande parte da malha rodoviária do Brasil é composta de trechos rodoviários de pavimento flexível com revestimento asfáltico. Em contrapartida, os pavimentos rígidos apresentam menor representatividade nas vias e rodovias brasileiras. Esse fato se deve, em grande parte, aos custos mais altos na implantação do pavimento rígido.

Apesar do maior custo na sua implementação, o pavimento rígido é largamente utilizado no meio rodoviário internacional visto seu custo-benefício, durabilidade e desempenho. Entretanto, no Brasil, ainda existem limitações acerca de investimentos na infraestrutura rodoviária que compreendam estudos de ordem técnica e metodológica sobre a implantação de um tipo de pavimento mais adequado e vantajoso.

Levando-se em conta esses aspectos, o trabalho atual visa analisar as pavimentações rígida e flexível, comparando-as em critérios relacionados à viabilidade técnica e econômica para implantação nas rodovias brasileiras. Dessa forma, será desenvolvida uma revisão bibliográfica sobre a definição, estrutura, características inerentes e execução destes pavimentos.

3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GERAL

Analisar e comparar características pertinentes aos pavimentos rígidos e flexíveis a fim de definir o mais indicado para uso em rodovias e avenidas.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Os objetivos específicos são:

• Caracterizar os pavimentos rígido e flexível;
• Caracterizar a estrutura dos pavimentos em estudo;
• Analisar a influência da amplitude térmica em obras de concreto cimentício e de concreto betuminoso usinado a quente;
• Avaliar a viabilidade financeira dos tipos de assoalho.

4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

4.1 COMPARAÇÃO ENTRE PAVIMENTOS RÍGIDOS E FLEXÍVEIS

Pavimentos podem ser classificados como superestruturas de camadas finitas em que materiais de diferentes resistências e deformabilidades são colocados em contato (DNIT, 2006), a fim de servir como pista de rolamento para o tráfego de veículos.

De forma geral, pavimentos são classificados como rígidos, flexíveis e semi-rígidos. As definições para os dois primeiros seguem abaixo, objetos de estudo do presente trabalho, podendo ser encontradas no Manual de Pavimentação do DNIT (2006).

a) Rígido: aquele em que o revestimento possui elevada rigidez em relação as camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as tensões provenientes do carregamento aplicado. Exemplo: pavimentos de concreto de Cimento Portland, onde a camada de concreto atua como revestimento e base ao mesmo tempo.

b) Flexível: aquele em que toda as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas. Exemplo: Pavimentos constituídos por camadas de revestimento asfáltico e base de brita ou solo pedregulhoso.

A análise comparativa será feita através de periódicos e recomendações do DNIT (2006), levando em conta a estrutura e o desempenho dos pavimentos. Dessa forma, é possível comparar os dois tipos de assoalhos (rígido e flexível) mediante das particularidades de cada um.

4.1.1 QUANTO À ESTRUTURA

De acordo com o DNIT (2006), quanto à estrutura, a dos pavimentos flexíveis aparenta ser mais complexa em relação aos pavimentos rígidos, isso porque existe uma maior interação entre as camadas do assoalho asfáltico.

Quanto à semelhança ente os tipos, todo pavimento é delimitado por um tipo de fundação que suportará as cargas de tráfego. A essa camada dá-se o nome de subleito e é a camada mais importante dos pavimentos, uma vez que é nessa onde ocorre a distribuição dos carregamentos móveis e permanentes aplicados.

Na prática, a grande diferença entre ambos está na distribuição de tensões nas camadas de fundação, onde para pavimentos flexíveis o subleito absorve grande parte dos esforços referentes ao tráfego. Já para os pavimentos em concreto, a camada de rolamento também atua resistindo aos esforços e diminuindo as tensões atuantes no subleito. Ou seja, o pavimento rígido exige menos de sua camada de fundação, já que dispersa as solicitações do tráfego de forma ampla, diferentemente do pavimento flexível, que solicita e concentra os esforços na camada de reforço do subleito (DNIT, 2006).

Logo, pavimentos rígidos se mostram mais indicados para solos com menor capacidade de suporte, onde sua adoção reduziria serviços de reforço e regularização do subleito, usualmente requeridos para a pavimentação flexível. Assim, o uso do pavimento de concreto possibilita atender às condições necessárias de suporte de uma rodovia. (NETO, 2011).

Já os pavimentos flexíveis seriam mais indicados em solos com maior resistência, que atendam às necessidades do tráfego, eliminando dessa forma a necessidade de reforço nas camadas do subleito, tornando-o mais simples (NETO, 2011).

Em contrapartida, os métodos construtivos de um pavimento rígido se mostram mais complicados do que os do pavimento flexível, uma vez que o assoalho de concreto requer uma maior qualidade dos materiais e uma metodologia mais complexa do que o flexível. Sendo assim, o custo inicial da obra de implantação do pavimento rígido tende a se tornar maior quando comparado ao outro tipo (DNIT, 2006).

4.1.2 QUANTO AO DESEMPENHO

Com estrutura mais delgada e resistente a ataques químicos, como derramamento de óleo, graxas e combustíveis, o assoalho rígido possui uma grande durabilidade e exige menos manutenção, sendo mais indicado para vias de tráfego intenso pois é mais resistente a intempéries, não oxida, não é suscetível a deformação plástica e não forma trilhas de rodas ou buracos como são encontrados nos pavimentos flexíveis. Outro fator de relevante comparação é que devido à pequena necessidade de manutenção e conservação do pavimento rígido, um fluxo de veículos constante pode ser mantido (BARTZ, 2017).

Segundo o DNIT (2006), enquanto os pavimentos flexíveis apresentam uma estrutura mais espessa e camadas múltiplas (o que requer maior movimentação de terra e escavações), além de serem fortemente afetados por produtos químicos (óleos, graxas, combustível), os mesmos ainda exigem manutenções e procedimentos de recuperação mais rotineiros, com prejuízo ao tráfego e custos elevados. Com uma vida útil mínima de 20 anos, o pavimento rígido apresenta maior segurança à derrapagem, dada à textura de sua superfície, e melhores características de drenagem superficial. Porém, como ponto negativo, apresenta baixa aderência das demarcações viárias, devido ao seu baixo índice de porosidade.

O pavimento flexível, de vida útil máxima de 10 anos mesmo com manutenção, é inferior em vários aspectos comparados ao rígido, como o fato de apresentar superfície escorregadia quando molhada, absorvendo a umidade com rapidez, o que requer maiores caimentos para se atingir uma melhor drenagem. Além disso, são facilmente degradáveis quando dispostos a altas temperaturas ou chuvas abundantes. Porém, quanto às demarcações viárias, apresentam uma melhor aderência pelo fato da textura rugosa. Logo, de maneira geral, o pavimento de concreto aparentemente é mais durável e mais seguro, seus benefícios proporcionam um menor custo operacional para os veículos e um menor risco de acidentes comparado ao flexível (DNIT, 2006).

4.2 CARACTERIZAÇÃO DAS CAMADAS ESTRUTURAIS DOS PAVIMENTOS

A distribuição das cargas na estrutura dos pavimentos varia de acordo com o material utilizado para o revestimento. No caso da laje formada pelo concreto, há uma degradação das cargas absorvidas em uma maior área, de modo que a tensão máxima vertical é bem menor quando atinge a fundação. Por tal motivo, a pavimentação do tipo rígida é composta pelas placas pré-moldadas que se assentam sobre a base, sustentada pela sub-base e uma camada de subleito regularizado (BALBO, 2012).

A espessura das placas varia em função das cargas aplicadas, da resistência à tração, fadiga, resistência das camadas inferiores e os efeitos de reação, principalmente da sub-base (MARQUES, 2006). Na Figura 01 está representada a estrutura do pavimento rígido.

Figura 01- Camadas de um pavimento rígido.

Já o assoalho flexível, segundo Bernucci et al. (2010), é uma estrutura formada por agregados e ligantes asfálticos, em que as cargas verticais neste tipo de pavimento se distribuem de forma pontual e concentrada. Por esse motivo, é indispensável uma maior quantidade de camadas até a fundação (subleito). A estrutura é composta por: revestimento, base, sub-base, reforço do subleito e subleito (Figura 02).

Figura 02 – Camadas constituintes dos pavimentos flexíveis.

Ambos os tipos de pavimento utilizam a base como última camada antes da inserção da pavimentação. No entanto, para o pavimento flexível, essa parte da estrutura deve ser do tipo granular, com adição ou não, unida com um ligante asfáltico. Em contrapartida, o pavimento rígido é constituído de uma base estabilizada por cimento acrescida de brita graduada ou apenas o solo cimento, ou ainda com a cal (solo cal) (RODRIGUES, 2011).

4.3 SUSCETIBILIDADE À VARIAÇÃO DE TEMPERATURA

Dentre os fatores avaliados durante a escolha do sistema de pavimentação adotado, que por sua vez considera condições de uso, execução e generalidades intrínsecas do ambiente, Huang (2004 apud BRITO, 2017) destaca os efeitos da temperatura como de fundamental importância, por estarem diretamente ligados a durabilidade das camadas de concreto asfáltico, no que se referem aos pavimentos flexíveis e das placas de concreto Portland, associadas ao sistema de pavimentos rígidos.

O Programa Nacional de Pesquisa em Rodovias Cooperativas (2014 apud BRITO, 2017) destaca que para os pavimentos flexíveis os valores do módulo de elasticidade podem variar de 700 a 20000 Mpa, no verão (cujas temperaturas circulam em torno dos 30°C) e inverno (com temperaturas próximas dos 0°C), respectivamente.

Ao analisar a resistência de pavimentos flexíveis sob a atuação de cargas cíclicas similares a de utilização com diferentes temperaturas, Pomerantz et al. (2000) observou que pavimentos submetidos a menores temperaturas são capazes de resistir 10 vezes mais, quando comparados a repetições do pavimento mais quente. A utilização da estrutura de pavimento mencionada, embora comumente utilizada independentemente do comportamento térmico da região, apresenta melhor desempenho em localidades onde se registram menores temperaturas, assim como baixa variação ao longo do ano. Como destaca a PETROBRAS (2015), o gradiente de temperatura incidente sob o pavimento ainda pode ser responsável por um envelhecimento acelerado da estrutura, devido o ciclo em que se registra aumento da viscosidade e posterior enrijecimento da estrutura, colaborando com a formação de fissuras.

Já no que trata dos pavimentos rígidos, a variação de temperatura e umidade então entre os fatores responsáveis pela perda de vida útil da estrutura, devido às deformações, de procedência análoga aos pavimentos flexíveis, que afetam o contato da placa de concreto e a sub-base, que acabam fraturando (BRITO, 2017).

Martinez (2018) destaca que, para os pavimentos rígidos, a variação de temperatura e umidade propiciam o empenamento das placas, resultando no acréscimo de tensões nas mesmas. Ainda, segundo a autora o emprego de barras de transferência na estrutura do pavimento auxilia na distribuição dos esforços da junta para as placas subsequentes, fator que viabiliza sua utilização em ambientes nos quais se registra elevadas variações de temperatura ao longo das estações do ano. Vale salientar a necessidade de garantir a execução satisfatória dos mecanismos de controle mencionados, de modo que o alívio das tensões anteriormente mencionadas se torne produto do trabalho conjunto das placas em resistir à retração hidráulica do concreto nas diversas condições do gradiente térmico (MARTINEZ, 2018).

4.4 VIABILIDADE FINANCEIRA

Quanto ao custo de implementação e manutenção de pavimentos, existem diferenças expressivas entre ambos os tipos aqui estudados. De acordo com a CNT (2017), o custo de implantação do pavimento rígido chega a ser aproximadamente 30% mais caro que o do pavimento flexível.

Ainda, cálculos mais criteriosos realizados pelo DNIT (2020) identificaram que, no mês de outubro de 2019, o custo de implementação por quilômetro do pavimento rígido foi em média 54% mais caro que o de pavimento flexível, como mostra o Quadro 01.

Quadro 01 – Custo de implantação de pavimentação por região

Fonte: Adaptado de DNIT, 2020

Além do custo de implementação dos pavimentos, o relatório do DNIT (2020) catalogou também os custos médios gerenciais de cada tipo de pavimentação para todas as regiões do Brasil (Quadro 02). Ou seja, além do ato de pavimentar, os cálculos do Custo Médio Gerencial – CMG passam a considerar uma maior diversidade de fatores, como a mobilização e desmobilização nas obras, administração local, instalação dos canteiros, terraplanagem, drenagem, extensão total da pavimentação, relevo e tráfego urbano, etc.

Quadro 02 – Custo Médio Gerencial por região

Fonte: Adaptado de DNIT, 2020

O Quadro 02 permite observar que para uma situação hipotética onde a pista possui 10 kms de extensão, além do custo da pavimentação rígida ser expressivamente mais caro, são também mais onerosos todos os serviços que envolvem, direta e indiretamente, sua implementação, quando comparados à pavimentação flexível.

Entretanto, ao realizar uma análise macroscópica quanto à viabilidade financeira dos tipos de pavimentação, Silva Filho (2011) explica que, mesmo com um custo inicial elevado, a pavimentação rígida carece de menores investimentos quando à manutenção e reparo ao longo de sua vida útil, fazendo com que, a longo prazo, o pavimento de concreto torne-se mais viável economicamente que a pavimentação de concreto asfáltico.

O gráfico abaixo, feito com base em dados analisados por Silva Filho (2011), demonstra a diferenciação do custo de manutenção e reparo, em um trecho da rodovia BR 408, localizada no Nordeste do país, para ambos os tipos de pavimentação ao longo de 20 anos. Destaca-se que os serviços realizados no pavimento flexível foram, majoritariamente, remendos e selagem de trincas, realizados anualmente, e fresagem e reciclagem de base nos anos 10 e 18, enquanto que para a pavimentação rígida foram feitos serviços de limpeza de juntas, quinquenalmente, e substituição de placas nos anos 10 e 18 do intervalo de tempo.

Gráfico 01 – Custo de manutenção ao longo dos anos para os dois tipos de pavimentação

Após análise do Gráfico 01, é perceptível que os gastos referentes a manutenção do pavimento flexível superaram os 500 mil reais, resultantes de serviços acumulados ao longo de todos os 20 anos, enquanto a manutenção do pavimento flexível ocorreu em apenas duas ocasiões (no 10º e 18º ano), totalizando aproximadamente 200 mil reais, ou seja, aproximadamente 2/5 do valor referente ao tipo de pavimentação citada anteriormente.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Verificou-se no presente trabalho a elevada diferenciação entre as características dos pavimentos rígido e flexível, sendo dificultosa a escolha do melhor tipo de técnica a ser emprega para uma situação genérica, uma vez que existe uma ampla diversidade de variáveis que influenciam num melhor desempenho, seja ele técnico ou financeiro.

O pavimento rígido apresenta como vantagem a durabilidade mínima de 20 anos, quando sob condições adequadas, suportando elevados carregamentos e fluxos sem deformar-se excessiva e notavelmente, carecendo de reparos mínimos a cada 10 anos ou mais, como a reposição de placas de concreto. Dentre as desvantagens, destaca-se seu valor elevado de implantação, carecendo ainda de mão de obra especializada no assunto.

O pavimento flexível, em contrapartida, apresenta maior deformabilidade, não reagindo tão bem a elevadas cargas, sendo indicado para rodovias e avenidas de fluxo reduzido, uma vez que torna mais econômico o custo de implantação, sem apresentar resultados negativos quando sob condições adequadas. Desse modo, apresenta reduzido custo de implantação, não carecendo de mão de obra especializada e de técnicas de infraestrutura de difícil execução. Dentre o ônus de seu uso, destaca-se a constante necessidade de reparo, de frequência anual, e sua vida útil reduzida quando comparada ao pavimento rígido.

Assim, a escolha da melhor técnica de pavimentação depende diretamente dos fatores de demanda, como orçamento, região do país, clima, relevo, tempo de manutenção objetivado, uso das pistas, etc., ficando a cargo de uma análise criteriosa pelos profissionais envolvidos, a fim de optar pelo tipo de pavimento mais indicado à cada situação.

REFERÊNCIAS

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^[1] Pós Graduando em Gerenciamento da Construção Civil – Universidade Regional do Cariri – URCA, Bacharel em Engenharia Civil – Instituto Federal da Paraíba – IFPB.

^[2] Bacharela em Engenharia Civil – Instituto Federal da Paraíba – IFPB.

^[3] Bacharela em Engenharia Civil – Instituto Federal da Paraíba – IFPB.

^[4] Bacharel em Engenharia Civil – Instituto Federal da Paraíba – IFPB.

^[5] Bacharel em Engenharia Civil – Instituto Federal da Paraíba – IFPB.

^[6] Bacharel em Engenharia Civil – Universidade de Pernambuco – UPE.

Enviado: Maio, 2020.

Aprovado: Junho, 2020.