Avaliação do risco associado ao dimensionamento de pavimentos flexíveis

Abstract

Um pavimento rodoviário, para além da sua importante contribuição para a cómoda e segura circulação dos utentes da via, consome grande parte dos recursos financeiros alocados à construção ou beneficiação de uma infraestrutura. A uma estrutura desta natureza, impõem-se um conjunto de características que devem perdurar ao longo do tempo. Este carácter duradouro é garantido em duas fases distintas: em fase de projeto, pelo adequado dimensionamento da estrutura e durante a execução da obra, pela qualidade dos processos e materiais de construção. O dimensionamento de um pavimento requer o conhecimento de um conjunto de fatores que permitam avaliar ações e prever a resistência mecânica das camadas envolvidas. No âmbito da tradicional engenharia de pavimentos, a quantificação destes fatores tem um carácter determinístico, optando-se por valores mais ou menos conservadores em função do julgamento e conhecimento do projetista. Embora a abordagem seja determinística, o reconhecimento da variabilidade dos fatores envolvidos é uma realidade inalterável. A espessura de uma camada varia ao longo da infraestrutura. Influenciado pela temperatura, percentagem de betume, porosidade, etc…, o módulo de rigidez de uma camada betuminosa também varia de local para local. O número de veículos que se espera solicitem o pavimento, sendo um exercício de previsão, é claramente uma variável aleatória. Neste sentido, a quantificação de cada fator envolvido traduz-se na introdução de uma probabilidade de falha, cuja avaliação é impossível de efetuar segundo a abordagem tradicional. Com este trabalho pretende abordar-se a problemática do dimensionamento de um pavimento flexível sob o ponto de vista estocástico. Com base em amostras recolhidas em nove obras, para além de um contributo para a análise probabilística de um conjunto de fatores necessários à caracterização mecânica dos materiais betuminosos, avalia-se a variabilidade do módulo de rigidez e espessura das camadas betuminosas, determinando-se os seus efeitos sobre diferentes estruturas de pavimentos. A abordagem probabilística ao dimensionamento de um pavimento flexível é feita associando a cada estrutura a competente probabilidade de ruína, cuja determinação se faz pelo método de simulação de Monte Carlo e pelos modelos aproximados do segundo momento de primeira ordem (FOSM - First Order Second Moment, na terminologia inglesa) e das estimativas pontuais.

In addition to its important contribution to the safe movement of vehicles, the pavement consumes much of the financial resources allocated to the construction or improvement of a roadway. A structure of this nature requires a set of features that must persist over time. This long-lasting character is ensured in two distinct phases: in the design phase, by the proper design of the structure and, during the construction phase, by the processes and materials quality control. The design of a pavement requires knowledge of a set of factors which are relevant to assessing loads and predict the mechanical resistance of the layers involved. Within the framework of traditional engineering, the quantification of these factors has a deterministic character, resulting in the choice of values more or less conservatives as a function of judgment and knowledge of the pavement designer. Although the approach is deterministic, recognizing the variability of the factors involved is an unalterable reality. The thickness of a layer varies along the infrastructure. Influenced by temperature, binder content, porosity, etc. ..., the stiffness modulus of a bituminous layer also varies from place to place. The number of vehicles that are expected to load the pavement, being a forecasting exercise, is clearly a random variable. In this sense, the quantification of each factor involved is reflected in the introduction of a probability of failure, the assessment of which is impossible to perform according to the traditional approach. This work aims at addressing the problem of designing a flexible pavement under the stochastic point of view. Based on samples data collected in nine roadways, in addition to an input for the probabilistic analysis of a set of factors required for the mechanical characterization of bituminous materials, the variability of the stiffness modulus and thickness of the asphalt layers is evaluated, determining its effects on different pavement structures. The probabilistic approach to the design of a flexible pavement is carried out by assigning each structure the probability of failure, the determination of which is made by the method of Monte Carlo simulation and the approximate models such as the FOSM (First Order Second Moment) and the point estimation method.