Avaliação do ciclo de vida de pavimentos: análise comparativa entre diferentes alternativas de restauração a partir de estudos de casos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Luvizão, Gislaine
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/251070
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2023.
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spelling Avaliação do ciclo de vida de pavimentos: análise comparativa entre diferentes alternativas de restauração a partir de estudos de casosEngenharia civilPavimentosTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2023.No Brasil, o transporte de pessoas (95%) e cargas (65%) é dependente do modo rodoviário. Entretanto, as condições de trafegabilidade deixam a desejar, principalmente devido à falta de gestão para aplicação dos investimentos em restaurações e manutenções, resultando em elevados custos do transporte e impactos ao meio ambiente. A avaliação do ciclo de vida mostra-se como uma ferramenta para auxiliar os gestores na tomada de decisões, juntamente com o estudo de desempenho da estrutura e o conhecimento dos processos e materiais. Neste sentido, esta pesquisa busca apresentar parâmetros que auxiliem na tomada de decisão quanto à escolha da melhor opção de restauração, frente aos impactos ambientais e econômicos por meio da metodologia de avaliação do ciclo de vida. Para tanto, para aplicação da metodologia concebida, foram avaliadas três rodovias do estado de Santa Catarina, SC355 J/BR153 (tráfego médio), SC114 P/SJ (tráfego médio) e a SC114 L/OC (tráfego elevado). Inicialmente, analisaram-se as características geométricas, técnicas e de desempenho das obras. Adotando período de avaliação de 30 anos, a partir da primeira intervenção no pavimento deteriorado, foram modelados os dados empregando-se o software HDM-4 e considerando as calibrações para a região sul do Brasil. Foram definidas as alternativas de restaurações e manutenções, além da periodicidade de aplicação em cada rodovia. Para a SC355 J/BR153, aplicou-se a alternativa de reforço estrutural, comparando-a com a alternativa de reciclagem profunda com adição de cimento Portland. Na SC114 P/SJ, foram comparadas as alternativas reforço estrutural, reciclagem profunda com adição de cimento Portland e fresagem contínua com recomposição do revestimento em HiMA (Highly Modified Asphalt). Da mesma forma para a SC114 L/OC, comparou-se reforço estrutural com reciclagem profunda com adição de cimento e incluiu-se a técnica Whitetopping. Para todas as abordagens utilizaram-se as manutenções do tipo FD+RC (fresagem descontínua com recomposição) e FD+RC+M (fresagem descontínua com recomposição e microrrevestimento). Para o pavimento rígido, incluiu-se selagem de juntas e trincas. Quantificaram-se os consumos para execução de cada etapa, com base na composição do sistema de custos referenciais de obras do DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes). Procedeu-se com o inventário do ciclo de vida de cada alternativa, empregando-se o software OpenLCA e o banco de dados ecoinvent, e modelaram-se as etapas de construção, restaurações iniciais, cada uma das restaurações e manutenções ao longo do período de análise, complementando com o final dos 30 anos de ciclo. Obtiveram-se os impactos gerados por cada sistema em cada etapa construtiva, utilizando o método CML 2001, sendo possível comparar as alternativas em cada categoria de impacto, sendo elas, acidificação, mudanças climáticas, eutrofização, ecotoxicidade aquática de água doce, ecotoxicidade de sedimentos de água doce, toxicidade humana, ecotoxicidade aquática marinha, ecotoxicidade de sedimentos marinhos, oxidação fotoquímica e ecotoxicidade terrestre. A análise foi finalizada com a avaliação dos custos para implantação da restauração inicial, ao longo do período de avaliação e o total em 30 anos. Os resultados mostraram que rodovias com tráfego elevado além de demandarem estruturas mais robustas também necessitaram de um maior número de intervenções ao longo do ciclo comparadas com rodovias de tráfego médio. Além do tráfego, as condições iniciais dos pavimentos deteriorados interferem na adoção das técnicas de aplicação, nas espessuras das camadas e nos materiais utilizados, resultando em diferentes quantidades de impactos ambientais, consumos e custos para a conservação da estrutura. Identificou-se que a abordagem reforço estrutural demanda 60% mais diesel e óleos combustíveis em relação à alternativa de reciclagem com adição de cimento. Os impactos totais gerados em 30 anos para a abordagem reciclagem resultaram em aproximadamente 46% menos impacto que a abordagem reforço estrutural, tanto para rodovia de médio e como para a de elevado volume de tráfego, sendo necessária análise ano a ano para identificar a partir de que período se torna vantajoso uma ou outra alternativa de restauração. A alternativa comtemplando o HiMA apresentou uma redução de 23% em relação a alternativa de reforço para trafego médio e o Whitetopping, 87% menos em comparação com o reforço. As rodovias de fluxo médio apresentaram impactos semelhantes para reciclagem e diferença de 5% para o reforço. Porém, ao se comparar com a rodovia de tráfego alto, a geração de impactos ambientais é o dobro do quantificado para rodovia de tráfego médio. Os custos obtidos estão relacionados com as técnicas adotadas, o desempenho da estrutura, as cargas impostas e os consumos. A reciclagem profunda com adição de cimento se mostrou 50% mais econômica que o reforço para a SC355 J/BR153 e a SC114 P/SJ, enquanto a alternativa do Whitetopping, se mostrou, aproximadamente, 53% mais econômica em relação ao reforço. Ao comparar os consumos, impactos e custos obtidos nos estudos de caso apresentados, pode-se concluir que os projetos de restauração de rodovias de tráfego médio e alto, devem abranger análises de desempenho das possíveis técnicas em períodos longos (por exemplo 20 a 30 anos), além de avaliar os impactos ambientais que cada abordagem gera e os custos necessários para a restauração inicial somado a todas as restaurações e manutenções ao longo do período de análise.Abstract: In Brazil, the transport of people (95%) and cargo (65%) is dependent on road transport. However, the trafficability conditions leave something to be desired, mainly due to the lack of management for the application of investments in restorations and maintenance, resulting in high transport costs and impacts on the environment. The life cycle assessment proves to be a tool to assist managers in decision making, along with the study of structure performance and knowledge of processes and materials. In this sense, this research seeks to present parameters that help in decision making regarding the choice of the best restoration option, in view of the environmental and economic impacts through the life cycle assessment methodology. Therefore, to apply the conceived methodology, three highways in the state of Santa Catarina were evaluated, SC355 J/BR153 (medium traffic), SC114 P/SJ (medium traffic) and SC114 L/OC (heavy traffic). Initially, the geometric, technical and performance characteristics of the works were analyzed. Adopting an evaluation period of 30 years, starting from the first intervention on the deteriorated pavement, the data were modeled using the HDM-4 software and considering the calibrations for the southern region of Brazil. Alternatives for restoration and maintenance were defined, in addition to the periodicity of application on each road. For the SC355 J/BR153, the alternative of structural reinforcement was applied, comparing it with the alternative of deep recycling with addition of Portland cement. On the SC114 P/SJ, the alternatives structural reinforcement, deep recycling with the addition of Portland cement and continuous milling with recomposition of the coating in HiMA (Highly Modified Asphalt) were compared. Similarly for SC114 L/OC, structural reinforcement was compared with deep recycling with addition of cement and the Whitetopping technique was included. For all approaches, maintenance of the type FD+RC (discontinuous milling with recomposition) and FD+RC+M (discontinuous milling with recomposition and micro-coating) was used. For rigid pavement, joint and crack sealing was included. Consumption for the execution of each stage was quantified, based on the composition of the DNIT (National Department of Transport Infrastructure) reference cost system for works. An inventory of the life cycle of each alternative was carried out, using the OpenLCA software and the ecoinvent database, and the stages of construction, initial restorations, each of the restorations and maintenance over the period of analysis, complementing with the end of the 30-year cycle. The impacts generated by each system in each construction stage were obtained, using the CML 2001 method, making it possible to compare the alternatives in each impact category, namely, acidification, climate change, eutrophication, freshwater aquatic ecotoxicity, sediment ecotoxicity freshwater, human toxicity, marine aquatic ecotoxicity, marine sediment ecotoxicity, photochemical oxidation, and terrestrial ecotoxicity. The analysis was finalized with the evaluation of the costs for the implantation of the initial restoration, throughout the evaluation period and the total in 30 years. The results showed that high-traffic roads, in addition to demanding more robust structures, also required a greater number of interventions throughout the cycle compared to mediumtraffic roads.In addition to traffic, the initial conditions of deteriorated pavements interfere with the adoption of application techniques, the thickness of the layers and the materials used, resulting in different amounts of environmental impacts, consumption and costs for the conservation of the structure. It was identified that the structural reinforcement approach demands 60% more diesel and fuel oils compared to the recycling alternative with the addition of cement. The total impacts generated in 30 years for the recycling approach resulted in approximately 46% less impact than the structural reinforcement approach, both for medium and high-volume roads, requiring year-by-year analysis to identify from what period becomes advantageous one or another restoration alternative. The alternative contemplating the HiMA presented a reduction of 23% in relation to the reinforcement alternative for medium traffic and Whitetopping, 87% lessin comparison with the reinforcement. Medium flow highways showed similar impacts for recycling and a 5% difference for reinforcement. However, when compared to the high-traffic road, the generation of environmental impacts is twice that quantified for the medium-traffic road. The costs obtained are related to the techniques adopted, the performance of the structure, the imposed loads and consumption. Deep recycling with addition of cement proved to be 50% more economical than reinforcement for SC355 J/BR153 and SC114 P/SJ, while the Whitetopping alternative proved to be approximately 53% more economical in relation to reinforcement. By comparing consumption, impacts and costs obtained in the case studies presented, it can be concluded that restoration projects for medium and high traffic highways should include performance analyzes of possible techniques over long periods (for example, 20 to 30 years), in addition to assessing the environmental impacts that each approach generates and the costs required for the initial restoration plus all restorations and maintenance throughout the analysis period.Trichês, GlicérioUniversidade Federal de Santa CatarinaLuvizão, Gislaine2023-09-13T23:13:20Z2023-09-13T23:13:20Z2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis520 p.| il., gráfs.application/pdf383480https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/251070porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-09-13T23:13:20Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/251070Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732023-09-13T23:13:20Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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