Nome do Projeto
Modelagem teórico-experimental para avaliação estrutural e funcional de vias pavimentadas e não pavimentadas
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
24/10/2022 - 31/12/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
O modal rodoviário concentra 65% da movimentação de mercadorias e 95% da de passageiros no Brasil, demandando que o modal goze de investimentos e técnicas adequadas para crescimento e manutenção. Entretanto, o país não cumpre tal demanda. O Brasil aparece em rankings de qualidade de rodovias em estudos recentes superado por vários países da América Latina. No tema vias não pavimentadas, o Brasil em 2021 possuía 78,5% da malha viária não pavimentada, 90% administradas municipalmente, muitas vezes carecendo de recursos e falta de conhecimento técnico, resultando gastos desnecessários para melhoramento de estradas. Contribuindo a reverter o quadro apresentado, o curso de Engenharia Civil da UFPel desenvolve estudos relativos às áreas de avaliação estrutural de pavimentos e seleção/melhoramento de materiais de estradas não pavimentadas desde 2019, divulgando-os em eventos, destacando-se os estudos Fonseca et al. (2021) e Theisen et al. (2022). Assim, o projeto visa levar a adiante tais estudos, aperfeiçoando ferramentas para retroanálise de pavimentos via BackMedina e aperfeiçoando o método criado e aplicado na UFPel para selecionar materiais para vias não pavimentadas, através de ações de ensino e pesquisa. As ações de ensino objetivam transferir conhecimentos teóricos e práticos aplicados nas ações de pesquisa aos discentes; enquanto que as ações de pesquisa objetivam a aplicação dos conhecimentos transferidos para realização das pesquisas previstas no projeto. As etapas são as seguintes: 1) Seleção, com edital de chamada aos discentes interessados; 2) Ação de Ensino Modelagem de pavimentos, com os discentes interessados na linha de pesquisa participando de reuniões semanais via Webconf/UFPel, recebendo instrução sobre o tema em encontros semanais (de uma a duas horas) nos seis primeiros meses letivos do projeto, com avaliações periódicas; 3) Ação de Ensino Teoria e prática de ensaios aplicados a estradas não pavimentadas, onde os discentes interessados na linha de pesquisa “melhora da qualidade de materiais de vias não pavimentadas” participando de reuniões de três a quatro horas semanais presenciais no Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação do CEng, recebendo instrução teórica e prática a respeito dos ensaios empregados no tema, com avaliações periódicas; 4) Ação de Pesquisa Modelagem de pavimentos: os discentes com desempenho satisfatório na ação “2” serão conduzidos à pesquisa sobre eficiência e precisão do procedimento vigente de retroanálise de pavimentos, focando-se na continuidade dos trabalhos já realizados pelo curso; 5) Ação de pesquisa Desenvolvimento de 5a aproximação do método de D’Ávila et al. (2008): os discentes com desempenho satisfatório na ação “3” serão conduzidos à pesquisa em questão, focando-se na geração de resultados para desenvolvimento do método de aproximação citado. Assim, o projeto busca i) maior interesse dos discentes pelas áreas do projeto, ii) mais publicações científicas do curso de Engenharia Civil da UFPel, iii) redução significativa no tempo de retroanálise no BackMedina (empregado em Fonseca et al. (2021)), iv) elucidação da relação da aderência entre camadas de pavimentos, v) estabelecimento de procedimento simples para escolha de materiais de vias não pavimentada e vi) divulgação do Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação, atraindo mais recursos para o mesmo.

Objetivo Geral

O objetivo geral das ações do presente projeto é o desenvolvimento de metodologias para melhora da qualidade de materiais de vias não pavimentadas e eficiência e precisão do procedimento vigente de retroanálise de pavimentos, empregado no dimensionamento de reforços estruturais.

Justificativa

O modal rodoviário é o maior responsável pelo transporte de passageiros no Brasil atualmente. Segundo pesquisa mais recente da Confederação Nacional dos Transportes (CNT, 2021), o modal rodoviário concentra cerca de 65% da movimentação de mercadorias e de 95% da de passageiros. Tal fato demanda que o modal em questão goze de investimentos e técnicas adequadas para seu crescimento e manutenção. Entretanto, o Brasil não parece dos investimentos necessários à aplicação das técnicas adequadas, uma vez que o Brasil aparece em 116º lugar entre 141 países no ranking de qualidade de rodovias em estudos recentes realizados pelo Fórum econômico Mundial, sendo superado por vários países da América Latina. No caso das vias não pavimentadas, o Brasil em 2021 possuía 78,5% de sua malha viária como não pavimentada (CNT, 2021), com grande maioria (cerca de 90%) das vias administradas sob âmbito municipal, muitas vezes carentes de recursos para manutenção dessas vias. Ainda, muitas vezes a falta de conhecimento técnico conduz a gastos desnecessários dos poucos recursos disponíveis com tentativas de melhoramento executadas nessas estradas.
De modo a contribuir para a reversão do quadro apresentado, o curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Pelotas tem desenvolvido estudos teóricos e experimentais relativos às áreas de avaliação estrutural de pavimentos e seleção/melhoramento de materiais para estradas não pavimentadas.
Para avaliação estrutural de pavimentos, estudos com utilização do software BackMedina (integrante do pacote Medina do novo método de dimensionamento de pavimentos flexíveis asfálticos, descrito pela IS-247, devendo esta ser incorporada ao manual de Pavimentação do DNIT na próxima revisão/atualização) foram desenvolvidos nos campos de descrição paramétrica de bacias deflectométricas para geração de módulos semente, análise estatística de resultados oriundos do BackMedina, comparação de softwares de análise mecanística e estudo da modelagem da condição de aderência entre camadas de pavimentos. Entre os estudos, destacam-se os trabalhos de Theisen et al. (2020), Fonseca et al. (2021), Oliveira et al. (2021), Oliveira et al. (2022), além de uma série de trabalhos em eventos de iniciação científica publicados.
Na área de seleção/melhoramento de materiais para estradas não pavimentadas, D’Ávila et al. (2008), com base na experiência obtida em prestações de serviço por parte do atual Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação da UFPel, desenvolveram uma especificação para avaliação de matérias para vias não pavimentadas ao qual inclui o uso do método expedito das pastilhas oriundo da metodologia MCT. Aplicações do método para materiais, locais e obras de Pelotas e cidades da região Sul do RS foram estudadas Pontes e Theisen (2019), Neunfeld et al. (2019), Theisen et al. (2022), entre outros trabalhos de iniciação científica publicados.
Com base no cenário atual desfavorável e nos estudos citados desenvolvidos pelo o curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Pelotas, o presente projeto visa levar a adiante as pesquisas citadas, utilizando os seus resultados e a experiência adquirida com eles para criar ferramentas aperfeiçoadas para retroanálise de pavimentos via BackMedina, aplicáveis ao diagnóstico de condição de pavimentos e projeto de reforços estruturais dos mesmos, bem como aperfeiçoar o método criado por D’Ávila et al. (2008), buscando método simples porém cientificamente comprovado de seleção e melhoramento de materiais para estradas não pavimentadas.

Metodologia

Para o cumprimento do objetivo geral do presente projeto, pretende-se executar ações com ênfase em ensino e pesquisa. As ações de ensino têm o objetivo de transferir o conhecimento teórico e prático a discentes do Centro de Engenharias interessados em participar do projeto a respeito dos modelos, softwares e experimentos aplicados nas ações de pesquisa do projeto; enquanto que as ações de pesquisa têm o objetivo de aplicação dos conhecimentos transferidos para o cumprimento do objetivo geral do presente projeto, incentivando os discentes a submissão de resumos e artigos em eventos e/ou periódicos da área sob orientação do coordenador do presente projeto, como forma prática de gerar resultados das pesquisas realizadas.

O procedimento descrito acima será dividido em etapas, conforme descrito na sequência:

1) Seleção de discentes: após aprovação do projeto por parte das instâncias competentes, será divulgado edital de chamada de discentes interessados em participar das ações do projeto, com todos os procedimentos e critérios de seleção claramente descritos. Os discentes selecionados serão cadastrados na equipe de projeto, juntamente com os previamente cadastrados, que já participaram e continuam com as pesquisas citadas nas referências;

2) Ação de Ensino -> Modelagem de pavimentos: os discentes interessados na linha de pesquisa relativa à eficiência e precisão do procedimento vigente de retroanálise de pavimentos participarão de reuniões semanais via Webconf/UFPel, no qual receberão instrução sobre os temas base para aprendizagem do tema Modelagem de pavimentos, como: tensões e deformações em estruturas de pavimento, módulo de resiliência de materiais de pavimentação, softwares de análise mecanística de pavimentos, conceito e métodos de levantamento de deflexões e retroanálise de pavimentos com o software BackMedina. Estão programados encontros semanais, com uma a duas horas de duração cada dentro dos seis primeiros meses letivos de vigência do projeto. Avaliações periódicas de desempenho são previstas, baseada fundamentalmente na entrega e apresentação de exercícios de aplicação de softwares específicos, de modo a reforçar a aprendizagem dos discentes para iniciar na linha de pesquisa em questão;

3) Ação de Ensino -> Teoria e prática de ensaios aplicados a estradas não pavimentadas: os discentes interessados na linha de pesquisa relativa à melhora da qualidade de materiais de vias não pavimentadas participarão de reuniões semanais presenciais no Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação do Centro de Engenharias, no qual receberão instrução teórica e prática a respeito dos ensaios empregados na seleção de materiais para vias não pavimentadas (essencialmente da metodologia MCT de Nogami e Villibor (1994)), bem como realização ensaios como forma prática de aprendizado dos ensaios, trabalhando com os mais diversos tipos de materiais. Estão programados encontros semanais, com três a quatro horas de duração cada dentro dos seis primeiros meses letivos de vigência do projeto. Avaliações periódicas de desempenho são previstas, baseada fundamentalmente na entrega e apresentação de exercícios de interpretação de resultados experimentais obtidos nos ensaios, bem como realização dos ensaios sob orientação;

4) Ação de Pesquisa -> Modelagem de pavimentos: os discentes com desempenho satisfatório na ação de ensino homônima serão conduzidos à pesquisa relativa à eficiência e precisão do procedimento vigente de retroanálise de pavimentos, juntamente com a equipe já integrante da ação. Os discentes trabalharão nas seguintes frentes: i) alimentação e análise do banco de dados de retroanálises de bacias via BackMedina em função dos parâmetros de forma de bacias de Fonseca et al. (2021), de forma a aperfeiçoar a metodologia de obtenção de módulos semente proposta pelos autores e ii) análise estatística de retroanálises obtidas considerando camadas aderidas e não aderidas, de forma a correlacionar o erro de retroanálise obtida por cada uma em função dos parâmetros de forma de Fonseca et al. (2021). Os discentes trabalharão de forma independente ou auxiliando alunos concluintes em seu Trabalho de Conclusão de curso. Submissões de trabalhos a evento serão incentivadas, de forma de aprendizado prático aos discentes à metodologia de pesquisa.

5) Ação de pesquisa -> Desenvolvimento de 5 aproximação do método de D’Ávila et al. (2008): os discentes com desempenho satisfatório na ação de ensino “Teoria e prática de ensaios aplicados a estradas não pavimentadas” conduzidos à pesquisa em questão, juntamente com a equipe já integrante da ação. Os discentes trabalharão nas seguintes frentes: i) Determinação da resistência a seco: presente ação buscará quantificar experimentalmente a influência das variáveis diâmetro das esferas moldadas, comportamento do solo na moldagem (fluído, plástico ou semissólido) e umidade de moldagem na resistência a seco dos solos e na variabilidade da mesma entre amostras, para posterior análise e escolha dos melhores intervalos para o ensaio; ii) Determinação da estabilidade granulométrica: buscar-se-á, entre as faixas granulométricas de estabilidade do projeto, as de melhor desempenho, através de realização de ensaios de índice de suporte Califórnia (CBR) em várias combinações de granulometria possíveis em cada uma das faixas granulométricas estabelecidas e correlação dos resultados obtidos com parâmetros característicos das curvas granulométricas, indicando granulometrias dentro das faixas com potencial maximização da capacidade de suporte, e iii) Determinação da penetração de pastilhas pelo método expedito: pretende estabelecer limites mais precisos para umidade de moldagem das pastilhas, de modo a obter o seu índice de liquidez, uma vez realizando ensaios de obtenção de Atterberg nos materiais ensaiados.

Indicadores, Metas e Resultados

A respeito de metas e resultados esperados, as expectativas do presente projeto são as seguintes:

1) Ações de ensino: busca-se obter por parte dos discentes um maior interesse pela área de Pavimentação e Geotecnia, através da divulgação do projeto e dos resultados gerados por ele. Um indicador potencial desse interesse será a procura por parte dos discentes das disciplinas optativas da área e por desenvolver o trabalho de conclusão de curso nas áreas citadas. Em aplicações à pesquisa, espera-se que os alunos aprimorem a interpretação de resultados obtidos, tanto no entendimento quanto na redação, uma carência observada na disciplina de Metodologia da Pesquisa Científica e Produção de Textos ministrada pelo coordenador do presente projeto.

2) Ações de pesquisa: como ênfase principal do presente projeto, as metas e resultados esperados são mais ambiciosas, entre as quais são citadas:
i) Maior volume de publicações por parte do curso de Engenharia Civil da UFPel a respeito dos assuntos expostos no projeto;
ii) Redução significativa no tempo do processo de retroanálise no BackMedina (ou seja, redução de esforço computacional e consumo de energia) através das funções módulo semente geradas;
iii) Elucidação da relação da aderência entre camadas de pavimentos com o banco de bacias a ser retroanálisado;
iv) Estabelecimento de um procedimento experimental simples, porém de precisão comprovada, para escolha de materiais de vias não pavimentada;
v) Divulgação do Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação através dos resultados obtidos e por parte dos discentes, de modos a atrair mais prestações de serviços e, consequentemente, recursos para o mesmo.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ELIZIANE MOTA BERGMANN
ERILANDIA DE ANDRADE FERREIRA
Iuri Guimarães
JOSHUA ZAMBRANO
KLAUS MACHADO THEISEN10
RAFAELA CRUZ FERREIRA
WILLIAN PRUDENCIO BANDEIRA
YASMIM FERREIRA PIRES

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