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44ª RAPv REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO E 18º ENACOR ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO RODOVIÁRIA ISSN 1807-5568 RAPv Foz do Iguaçu, PR de 18 a 21 de Agosto de 2015 DETERMINAÇÃO DO EFEITO DA PRESSÃO DE INFLAÇÃO DOS PNEUS E DA CARGA DO EIXO SIMPLES DE RODAS DUPLAS NA DEGRADAÇÃO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS Lucas Dotto Bueno (1); Marina Frederich de Oliveira (2); Gerson Severo da Trindade (3); Rômulo de Lima de Oliveira (4); Deividi da Silva Pereira (5); Luciano Pivoto Specht (6); Mauricio Silveira dos Santos (7); Fernando Dekeper Boeira (8). RESUMO O objetivo principal durante a concepção do projeto de um pavimento é que esse seja capaz de manter suas condições funcionais e estruturais durante seu ciclo de vida, suportando a ação do tráfego. Porém, a deterioração de um pavimento não se limita às cargas do tráfego, mas é influenciada também por fatores como condições climáticas, os materiais das camadas da estrutura e a pressão de inflação dos pneus dos veículos. Essa última deve ser levada em conta já que o acréscimo da pressão de enchimento dos pneus ocasiona um aumento no potencial destrutivo do pavimento. Através do software SisPav, na ferramenta AEMC, foram simulados 432 conjuntos (estrutura mais módulos de resiliência) combinados com três diferentes valores de pressão dos pneus e seis carregamentos distintos do Eixo Simples de Rodas Duplas (ESRD). Desse modo, os dados obtidos foram aplicados em modelos de desempenho referentes aos mecanismos de ruptura de fadiga e deformação permanente. A partir das simulações, pode-se perceber que para o eixo estudado, ao comparar o efeito de três diferentes pressões de inflação de pneus, mantendo as outras variáveis fixas, o aumento de pressão do menor para o maior valor simulado pode reduzir a vida de fadiga do pavimento em aproximadamente 50 por cento. Em relação à deformação permanente, percebeu-se que o aumento da pressão de inflação não tem grande influência neste mecanismo de ruptura, sendo que, o aumento do menor para o maior valor de pressão ocasionou uma redução na vida útil do pavimento, em relação ao afundamento em trilha de roda (ATR), de no máximo 9 por cento. PALAVRAS-CHAVE: Pressão de inflação dos pneus, fadiga, deformação permanente. ABSTRACT The main point during the conception of a pavement project is that this one has to be capable to maintain its functional and structural conditions during its life cycle, supporting the traffic action. However, the pavements deterioration is not limited to traffic load, but also influenced by other factors such as climatic conditions, material of layer structure and

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44ª RAPv – REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO

E

18º ENACOR – ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO

RODOVIÁRIA

ISSN 1807-5568 RAPv

Foz do Iguaçu, PR – de 18 a 21 de Agosto de 2015

DETERMINAÇÃO DO EFEITO DA PRESSÃO DE INFLAÇÃO DOS PNEUS

E DA CARGA DO EIXO SIMPLES DE RODAS DUPLAS NA DEGRADAÇÃO

DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS

Lucas Dotto Bueno (1); Marina Frederich de Oliveira (2); Gerson Severo da Trindade (3);

Rômulo de Lima de Oliveira (4); Deividi da Silva Pereira (5); Luciano Pivoto Specht (6);

Mauricio Silveira dos Santos (7); Fernando Dekeper Boeira (8).

RESUMO

O objetivo principal durante a concepção do projeto de um pavimento é que esse seja capaz de manter suas condições

funcionais e estruturais durante seu ciclo de vida, suportando a ação do tráfego. Porém, a deterioração de um pavimento

não se limita às cargas do tráfego, mas é influenciada também por fatores como condições climáticas, os materiais das

camadas da estrutura e a pressão de inflação dos pneus dos veículos. Essa última deve ser levada em conta já que o

acréscimo da pressão de enchimento dos pneus ocasiona um aumento no potencial destrutivo do pavimento. Através do

software SisPav, na ferramenta AEMC, foram simulados 432 conjuntos (estrutura mais módulos de resiliência) combinados com três diferentes valores de pressão dos pneus e seis carregamentos distintos do Eixo Simples de Rodas

Duplas (ESRD). Desse modo, os dados obtidos foram aplicados em modelos de desempenho referentes aos mecanismos

de ruptura de fadiga e deformação permanente.

A partir das simulações, pode-se perceber que para o eixo estudado, ao comparar o efeito de três diferentes pressões de

inflação de pneus, mantendo as outras variáveis fixas, o aumento de pressão do menor para o maior valor simulado pode

reduzir a vida de fadiga do pavimento em aproximadamente 50 por cento. Em relação à deformação permanente,

percebeu-se que o aumento da pressão de inflação não tem grande influência neste mecanismo de ruptura, sendo que, o

aumento do menor para o maior valor de pressão ocasionou uma redução na vida útil do pavimento, em relação ao

afundamento em trilha de roda (ATR), de no máximo 9 por cento.

PALAVRAS-CHAVE: Pressão de inflação dos pneus, fadiga, deformação permanente.

ABSTRACT

The main point during the conception of a pavement project is that this one has to be capable to maintain its functional

and structural conditions during its life cycle, supporting the traffic action. However, the pavements deterioration is not

limited to traffic load, but also influenced by other factors such as climatic conditions, material of layer structure and

tire inflation pressure of the vehicles. The last one has to be considered once that the elevation of tire inflation pressure

results on an increase of the pavement destructive potential. Using the software SisPav, in a tool called AEMC, was

simulated 432 sets (structure and resilient modulus) combined with three different values of tire inflation pressure and

six different loads to Single Axle with dual tires. Thus, the data obtained was applied in different performance models

refering to damage mechanisms of fatigue and permanent deformation. From simulations, it was possible to notice that

the axle studied, comparing the effect of three different tire inflation pressure, maintaining the other variables fixed, the

increase of pressure from the smaller to the bigger value simulated can reduce the fatigue life of pavement in almost

fifty percent. In relation with permanent deformation, it was noticed that the increase of tire inflation pressure does not

have big influence on this damage mechanism, where the elevation from the smaller to the bigger value of pressure

caused a reduction of at maximum 9 percent on pavement life in relation to rutting.

KEY WORDS: Tire inflation pressure, fatigue, permanent deformation.

1 Mestrando em Engenharia Civil - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM): Endereço

profissional: Avenida Roraima, 1000, Cidade Universitária, Santa Maria, RS. E-mail:

[email protected]

2 Graduanda em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]

3 Graduando em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]

4 Graduando em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]

5 Professor da Universidade Federal de Santa Maria. E-mail: [email protected]

6 Professor da Universidade Federal de Santa Maria. E-mail: [email protected]

7 Mestrando em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]

8 Doutorando em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]

INTRODUÇÃO

As cargas do tráfego são transmitidas à estrutura do pavimento por meio dos pneus dos veículos que

circulam pela via. O controle dos pesos dos veículos nas rodovias brasileiras é executado através de

postos dotados com balanças, entretanto, a escassez de postos de pesagens distribuídos pelo

território brasileiro favorece o desrespeito da legislação em relação ao carregamento máximo

permitido por eixo. Ademais, a legislação brasileira não prevê o controle da pressão de inflação dos

pneus nestes postos de pesagem; além disso, novas tecnologias possibilitam elevadas pressões de

enchimento nos pneumáticos.

Segundo Fontenele e Fernandes Júnior (2014), a deterioração de um pavimento não está limitada às

cargas do tráfego, fatores como o material usado na estrutura, condições ambientais, pressão de

inflação dos pneus, entre outros, também podem influenciar na redução da vida útil da estrutura ao

causar defeitos na mesma. A AASHO Road Test estabelece que a relação entre a carga do tráfego e

a deterioração do pavimento obedece à lei da quarta potência, o que significa que um eixo

carregado duas vezes mais que outro, causará um dano dezesseis vezes maior no mesmo pavimento.

Widmer (2002) afirma que o aumento de 20% nos limites de carga, implica em 50% de redução da

vida prevista do pavimento.

A resolução em vigor, publicada pelo Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN), no Diário

Oficial da União, no dia 06 de junho de 2014, aumentou para 10% o limite de tolerância de peso por

eixo para os veículos de carga. Entretanto, a regra só vale para os veículos comerciais que não

ultrapassarem o limite de 5% do peso bruto total ou peso bruto total combinado. Caso seja

ultrapassada esta tolerância de 5% do peso total, a margem por eixo permanece 7,5%. Nota-se uma

atenção exclusiva dos órgãos fiscalizadores para a carga dos eixos dos veículos comerciais, porém,

é importante ressaltar que a pressão de inflação dos pneus age diretamente no processo de

degradação do pavimento, e quanto a isso, não há nenhuma medida tomada pelos órgãos

responsáveis pelas rodovias brasileiras. Dos poucos postos que existem no país (fixos ou móveis),

Fontenele e Fernandes Júnior (2014) apresentam que 66% destes se encontram não operantes, ou

localizados inadequadamente, o que possibilita a utilização de rotas de fuga; os que operam, medem

apenas o peso da carga, e não a pressão de enchimento dos pneus. Isso afeta, segundo Chou (2006),

não só o cumprimento da lei, mas a precisão de fatores de carga e a partir daí, a equivalência de

carga por eixo, que influencia no dimensionamento de estruturas de pavimentos.

Desta forma, busca-se identificar, através de uma análise mecanicista, a influência da pressão dos

pneus e da carga do eixo no número de solicitações admissíveis do pavimento e o seu

comportamento à medida que são realizadas alterações pontuais na estrutura e nas propriedades dos

materiais da estrutura.

EIXOS RODOVIÁRIOS

Atualmente, circulam pelas rodovias brasileiras vários tipos de veículos, com diferentes

capacidades de transporte de carga. Com isso, há uma variedade de eixos rodoviários para cada tipo

destes veículos e o conhecimento destes é vital para que ocorra o dimensionamento adequado do

pavimento.

DNIT (2006) apresenta a nomenclatura dos eixos da seguinte forma: quando um eixo é isolado, ele

é denominado simples; quando mais de um eixo for organizado em conjunto, são denominados

eixos tandem. Os principais eixos rodoviários circulando no Brasil atualmente são o Eixo Simples

de Roda Simples (ESRS), o Eixo Simples de Rodas Duplas (ESRD), Eixo Tandem Duplo (ETD) e

Eixo Tandem Triplo (ETT).

O Eixo Simples de Rodas Duplas, utilizado nas análises numéricas realizadas neste trabalho, é um

eixo isolado, com quatro pneumáticos, conforme apresentado na Figura 1. A carga máxima legal

deste eixo, segundo DNIT (2006) é delimitada em 100 kN.

Figura 1. Eixo Simples de Rodas Duplas, suas dimensões e carga máxima legal. (Adaptado de DNIT, 2006)

MECANISMOS DE RUPTURA

Merighi (1999) realizou uma análise de aproximadamente trezentos artigos técnicos que haviam

sido publicados entre 1988 e 1996, relacionados à deterioração de pavimentos. Cerca de 38% dos

defeitos eram trincas por fadiga, 17% tinham origem na deformação permanente, 11% eram

problemas de execução e 34% não foi possível determinar a causa.

Medina e Motta (2015) apresentam que o defeito mais frequente nos pavimentos flexíveis

brasileiros é o trincamento na camada superior de concreto asfáltico, desenvolvido pela flexão

alternada da camada superficial apoiada em camadas granulares (em geral deformáveis

elasticamente). Mas, os mesmos autores também destacam a ocorrência de deformações

permanentes nas trilhas de rodas dos veículos pesados em estradas, corredores de ônibus urbanos, e

nos pátios de estacionamento revestidos com concreto asfáltico.

Fadiga

Balbo (2007) explica fadiga como um fenômeno que atinge muitos materiais quando solicitados em

níveis de tensão menores àqueles de ruptura – para dado modo de solicitação – que causa alteração

na sua estrutura interna, finalizando em perda de características estruturais originais. A partir daí,

surgem microfissuras de maneira progressiva, que evoluem até o desenvolvimento de fraturas e

consequente rompimento do material.

Quando há solicitação da camada de concreto asfáltico por cargas que provocam tensões menores

do que a resistência à tração do revestimento, há o rompimento desta camada, o que caracteriza a

deterioração por fadiga. Inicialmente, surgem trincas na fibra inferior da camada de concreto

asfáltico e seguem se propagando para a superfície, assim, no final desta evolução, dá a impressão

de semelhança ao couro de crocodilo (ALBANO, 2005).

Os materiais sujeitos a sofrer ruptura por fadiga são os que apresentam ligações cristalinas entre

partículas; tais como, CCP (Concreto de Cimento Portland), CCR (Concreto Compactado com

Rolo), CA (Concreto Asfáltico), SC (Solo Cimento) e BGTC (Brita Graduada Tratada com

Cimento). A fadiga, portanto, se manifesta através de fissuras ou fendas no pavimento. (BALBO,

2007)

Deformação Permanente

Segundo Balbo (2007), o ATR é uma deformação plástica/permanente que atinge o revestimento

asfáltico ou o sistema, e ocorre com a densificação adicional das camadas, denominada

consolidação, ou ruptura por cisalhamento de uma ou mais camadas do sistema.

De acordo com o DNIT (2003), o afundamento em trilhas de rodas (ATR) é definido pela

deformação permanente caracterizada por uma depressão na superfície do revestimento, podendo

ser acompanhada de solevamento, e ainda, podendo se apresentar sob a forma de afundamento

plástico ou de consolidação.

Medina e Motta (2015) apresentam que na pista experimental da AASHTO se observou a

contribuição de cada camada na deformação permanente. Verificou-se que o concreto asfáltico

contribui 32% para o surgimento deste defeito; a base de brita, 4%; a sub-base, 45% e o subleito

9%.

Modelos de Desempenho

O dimensionamento mecanicista nada mais é do que a seleção de materiais e espessuras das

diversas camadas do pavimento, de tal maneira que as tensões de tração do revestimento e as

tensões verticais no subleito suportem a ação do tráfego comercial, antes que ocorram trincas por

fadiga ou um determinado afundamento máximo estabelecido na trilha de roda (MOTTA, 1991).

Como cita Franco (2007), um dos fatores essenciais para o desenvolvimento de um projeto

estrutural de pavimentação é o critério de ruptura, pois influencia diretamente nos custos da obra.

Fontenele e Fernandes Júnior (2014) ressaltam que existem vários fatores que podem afetar o

desempenho de um pavimento e estes se agrupam nas categorias de: fatores associados ao tráfego –

incluem-se os volumes de tráfego, pressão de inflação dos pneus, tipos e cargas de eixos,

mecanismo de aplicação de carga e tempo; à composição e propriedade dos materiais – capacidade

de suporte, módulo de resiliência e elasticidade, coeficiente de Poisson e distribuição

granulométrica; associados ao ambiente – temperatura, umidade, congelamento e descongelamento,

precipitação e águas subterrâneas; e outros – dispositivos de drenagem, espessura do pavimento,

macro e micro textura da superfície e nível de manutenção.

Frente a todos esses fatores que influenciam na vida de serviço do pavimento, existem os modelos

de desempenho, ou seja, expressões matemáticas que simulam um dano específico a um

determinado pavimento.

A literatura apresenta, em sua grande parte, modelos de desempenho para os dois principais defeitos

ocorridos em pavimentos flexíveis, o trincamento por fadiga e a deformação permanente. Segundo

Franco (2007), os modelos de desempenho funcionam como limitantes para a determinação de

espessuras de camadas estruturais no dimensionamento do pavimento.

Neste estudo, o modelo utilizado para o cálculo do N de fadiga foi o apresentado em “Método de

Dimensionamento Mecanístico-Empírico de Pavimentos Asfálticos – SisPav”, desenvolvido por

Franco (2007). O modelo resultou na Equação 1.

(

)

(

)

(1)

Onde:

= deformação horizontal de tração no fundo do concreto asfáltico (m/m);

M = Módulo de Resiliência do CA (MPa);

fcl = fator campo laboratório = 10000.

Franco (2007) destaca que para a previsão de desempenho frente à deformação por afundamento em

trilha de roda, o critério da deformação limite no topo do subleito é o mais utilizado pelos métodos

de dimensionamento, uma vez que, à medida que se aumenta a espessura total do pavimento, as

tensões que chegam ao topo do subleito tendem a diminuir. Utilizou-se então, para este mecanismo

de ruptura, um dos modelos apresentados pelos métodos de dimensionamento do Asphalt Institute,

que segue na Equação 2.

(2)

Onde:

= deformação vertical de compressão no topo do subleito (m/m).

PRESSÃO DE INFLAÇÃO DOS PNEUS

Romero e Lozano (2006) dizem que a pressão de inflação deve ser levada em conta, já que o

aumento da rigidez dos pneus, ou seja, o aumento da pressão de enchimento ocasiona um aumento

do potencial destrutivo do pavimento.

Fernandes Júnior et al (2007) atentam para a influência que a pressão de inflação dos pneus exerce

na dosagem de misturas asfálticas, no dimensionamento de pavimentos, nos critérios de alocação de

custos rodoviários e na regulamentação técnica, sendo nesta última, onde deveria haver limitação da

pressão de enchimento dos pneus. Como os carregamentos são muito altos, acabam culminando em

maiores pressões de inflação, e, por este motivo, os casos acima citados precisam ser estudados com

cuidado.

De acordo com Machemehl et al (2005) quando variados os valores de carga do eixo e inflação dos

pneus, conclui-se que as pressões de enchimento apresentam uma forte relação com as deformações

horizontais de tração na fibra inferior do revestimento, bem como com tensões próximas à

superfície do revestimento. Em contrapartida, os efeitos da pressão de enchimento dos pneus no

afundamento em trilha de roda são menores, principalmente nas estruturas espessas.

Kulakowski et al (1995) afirma que as variações das propriedades de rigidez dos pneus podem

afetar a distribuição espacial das cargas do pavimento numa situação de tráfego de vários tipos de

veículos. Fontenele e Fernandes Júnior (2014) explicam que quando a carga de um eixo ou roda é

mantida constante, e a pressão de inflação dos pneus é elevada, há uma redução da área de contato,

tornando a pressão de contato pneu-pavimento maior, trazendo maiores danos à estrutura, visto que

haverá maiores esforços atuantes no revestimento asfáltico. Albano (2005) relata o estudo de

Goktan e Mimstschke em 1995, que concluíram que quanto maior a pressão de contato, mais rápido

haverá formação de trilhas de rodas provocadas por veículos pesados.

METODOLOGIA

Matriz Fatorial

Para a realização deste estudo foram considerados diferentes conjuntos (espessura das camadas e

módulos de resiliência) de pavimentos revestidos por concreto asfáltico. Para cada conjunto, foi

simulada a passagem do Eixo Simples de Rodas Duplas (ESRD) com cargas de 70kN, 80kN,

100kN, 120kN, 140kN e 170kN, cada uma com pressão de inflação dos pneus de 0,55MPa;

0,69MPa e 0,83MPa. As espessuras do revestimento e da base e os módulos de resiliência do

revestimento, da base e do subleito foram variados de acordo com a Tabela 1. A utilização de

valores altos para pressão dos pneus busca avaliar os casos de carregamentos muito altos, citados na

literatura, que acabam culminando em maiores pressões de enchimento (FERNANDES JÚNIOR et

al, 2007). A faixa de carga por eixo encontrada nas rodovias federais e apresentada por Balbo

(2007) representa o desrespeito constante das cargas máximas legais dos eixos de veículos

comerciais regulamentados; sendo assim, justifica-se a utilização das cargas elevadas do ESRD

avaliadas neste trabalho.

Tabela 1. Dados Propostos

Onde:

CA = Concreto Asfáltico;

BGS = Brita Graduada Simples;

MR = Módulo de Resiliência.

Os valores adotados para os módulos de resiliência de todas as camadas e os coeficientes de Poisson

das mesmas seguem os valores referenciais encontrados na literatura (BALBO, 2007; BERNUCCI

et al, 2008).

Análise Mecanicista

Com os dados da matriz fatorial, realizou-se uma análise combinatória com o carregamento imposto

ao pavimento pelo Eixo Simples de Rodas Duplas e sua respectiva pressão de inflação dos pneus,

obtendo-se variadas configurações de pavimentos flexíveis. Foram simulados 432 conjuntos

(estrutura + módulos de resiliência) combinados com três diferentes valores de pressão dos pneus e

seis carregamentos distintos do ESRD. Totalizaram-se 7.776 simulações numéricas realizadas no

software SisPav, na ferramenta de Análise Elástica de Múltiplas Camadas (AEMC). Foram

Camada Material Espessura(cm) MR(MPa) Coef.Poisson

Revestimento CA 5,0 - 7,5 - 10,0 - 12,5 4.000 - 5.000 - 6.000 - 7.000 0,35

Base Granular BGS 20 - 30 - 40 100 - 300 - 500 0,40

Subleito Solo - - - - - - 29 - 79 - 123 0,45

avaliadas através do AEMC a deformação horizontal de tração no fundo do concreto asfáltico e a

deformação vertical de compressão no topo do subleito.

De posse dos valores de deformação, foram aplicados os modelos de desempenho descritos

anteriormente, para identificar os valores de solicitações admissíveis para fadiga (NFADIGA) e

deformação permanente (NATR). Desta maneira, foi possível avaliar, para casos específicos, a

influência da pressão de inflação dos pneus e da carga do eixo na deterioração do pavimento por

estes dois mecanismos de ruptura. Além disso, identificou-se como esta influência da pressão se

comporta à medida que o carregamento do eixo é aumentado e as configurações da estrutura do

pavimento são modificadas.

RESULTADOS

Devido ao montante significativo de dados acumulados, foram escolhidos alguns conjuntos

característicos para avaliação da influência do aumento da pressão de inflação dos pneus no

NFADIGA e no NATR. É importante salientar que os demais dados geraram resultados com a mesma

tendência destes que serão apresentados.

Neste primeiro caso, o objetivo foi verificar o efeito causado pelo aumento da pressão nos valores

de solicitações admissíveis para cada um dos mecanismos de ruptura avaliados à medida que a

camada de concreto asfáltico se tornava mais robusta. A Tabela 2 apresenta as espessuras e módulos

de resiliência dos conjuntos simulados.

Tabela 2. Conjuntos característicos com variação de espessura da camada asfáltica.

Os gráficos apresentados na Figura 2 confrontam, para cada uma das diferentes pressões de inflação

dos pneus avaliadas, o NATR em relação à Carga do Eixo. O valor percentual destacado sobre a série

de valores apresenta a redução causada no NATR quando a pressão de inflação dos pneus foi

aumentada do seu valor mínimo (0,55MPa) para o seu valor máximo (0,83MPa).

Material Espessura (cm) MR (MPa)

CA 5 - 7,5 - 10 - 12,5 5.000

BGS 40 300

Subleito - 79

Figura 2. Carga do ESRD x NATR, com variação de espessura do revestimento da estrutura característica.

Conforme o esperado, o valor do NATR aumenta à medida que o revestimento se torna mais robusto

e diminui à medida que o carregamento do eixo simples de rodas duplas é elevado. No entanto, em

relação à pressão de inflação dos pneus, pode-se perceber que o maior percentual de redução do

NATR quando a pressão é elevada de 0,55 para 0,83 MPa é de 9%, um valor relativamente pequeno.

Sendo assim, pode-se dizer que o efeito da pressão de inflação dos pneus não apresenta relevância

considerável para este mecanismo de ruptura; desta forma, os resultados condizem com aqueles

encontrados por Machemehl et al (2005). Possivelmente, este resultado deve-se ao fato de que o

modelo de desempenho utilizado para o cálculo do NATR é bastante simplificado, levando em

consideração apenas a deformação vertical de compressão no topo do subleito. Percebe-se também

que à medida que a carga do ESRD é aumentada, o percentual de redução do NATR não sofre

variações significativas, sem possibilitar a identificação de um padrão de comportamento ao

decorrer do crescimento do carregamento.

A Figura 3 apresenta, para os mesmos conjuntos de dados apresentados na Tabela 2, carregamento

do eixo e pressão de inflação dos pneus, os valores do número de solicitações admissíveis para

fadiga do pavimento (NFADIGA).

Figura 3. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação de espessura do revestimento dos conjuntos característicos.

A Figura 3 permite a visualização do aumento do NFADIGA de maneira diretamente proporcional ao

aumento da espessura da camada de concreto asfáltico. Da mesma forma ocorrida para o NATR, o

aumento do carregamento do ESRD causa redução no valor do NFADIGA.

Percebe-se que a pressão dos pneus se torna uma variável muito influente na composição do

NFADIGA. O aumento da pressão de inflação de 0,55 para 0,83MPa causa, quando avaliado o

conjunto com espessura da camada de concreto asfáltico igual a 5cm, mais de 50% de redução no

número de solicitações admissíveis para fadiga do pavimento. Ou seja, numa mesma estrutura,

quando variado o valor da pressão de inflação dos pneus, o eixo pode danificar até duas vezes mais

o pavimento, acelerando o processo de deterioração do mesmo. Verificou-se também que à medida

que a espessura do revestimento se torna mais robusta, o percentual de redução do NFADIGA causado

pelo aumento da pressão se torna significativamente menor, ou seja, necessita-se de uma camada

mais espessa de concreto asfáltico para combater a circulação de eixos com pressão de inflação dos

pneus elevadas.

Desta forma, pode-se fazer a seguinte análise: quando a espessura do revestimento é baixa (5cm) e a

pressão de inflação dos pneus é aumentada em 50% (0,55 para 0,83MPa) o NFADIGA reduz cerca de

50%. Já quando aumentamos a carga do eixo em 50% (80kN para 120kN) o NFADIGA reduz cerca de

30%. Ou seja, com espessuras de revestimento delgadas, a pressão de inflação dos pneus representa

maior influência na redução do NFADIGA do que a própria carga do ESRD. À medida que a espessura

do revestimento se torna mais espessa, estes valores percentuais vão se invertendo. Quando as

mesmas observações são feitas com a espessura de revestimento máxima (12,5cm), o aumento de

50% na pressão dos pneus causa redução de aproximadamente 20% no NFADIGA; já o mesmo

aumento de carga causa redução de cerca de 60% no NFADIGA.

Em relação ao comportamento da influência da pressão à medida que aumentamos a carga aplicada

pelo eixo em uma mesma estrutura, assim como ocorrido para deformação permanente, não é

possível identificar um padrão de comportamento dos percentuais de redução do NFADIGA. Estes

percentuais mantém valores bastante parecidos ao decorrer do acréscimo de carga, com exceção ao

carregamento de 170kN, que apresenta um percentual relativamente menor em relação às demais

cargas.

Dando sequência às análises, procurou-se verificar a influência da espessura da camada de base

granular na redução do NFADIGA causado pelo aumento na pressão de inflação dos pneus. A Tabela 3

apresenta as espessuras e módulos de resiliência dos conjuntos simulados.

Tabela 3. Conjuntos característicos com variação de espessura da camada de brita graduada simples.

É importante salientar que para esta análise e as que seguem, o NATR apresentou o mesmo

comportamento, em relação ao aumento da pressão de inflação dos pneus, visualizado no caso em

que foram variadas as espessuras do revestimento. Ou seja, quando foram elevadas as pressões de

inflação a redução no NATR foi de baixa significância, com valores sempre menores do que 10%.

Portanto, optou-se por dar continuidade às análises com enfoque no NFADIGA. Além disso, através

dos modelos de desempenho aplicados, verificou-se que todos os 7.776 diferentes casos avaliados

nesta pesquisa apresentaram o NATR maior do que o NFADIGA, ou seja, para estes casos específicos

avaliados, o pavimento rompe antes por fadiga do que por deformação permanente. A Figura 4

apresenta, para os conjuntos exibidos na Tabela 3, os valores de NFADIGA analisados para cada

carregamento de eixo e pressão dos pneus.

Figura 4. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação de espessura da base granular dos conjuntos característicos.

Novamente, conforme esperado, percebe-se que os valores de NFADIGA crescem conjuntamente com

o aumento de espessura da camada granular. Porém, em relação ao aumento da pressão de inflação

Material Espessura (cm) MR (MPa)

CA 7,5 5.000

BGS 20 - 30 - 40 300

Subleito - 79

dos pneus, pode-se perceber que à medida que a camada de brita graduada se torna mais robusta, o

aumento da pressão de inflação dos pneus causa mais impacto na redução do NFADIGA. O aumento

percentual não é de grande significância, mas já indica um comportamento da estrutura do

pavimento. Realizando a mesma análise feita para o caso anterior, com o aumento da pressão de

inflação dos pneus em 50%, o NFADIGA reduz em cerca de 30% quando a espessura da base é igual a

20 cm. Já o aumento da carga em 50% reduz o NFADIGA em aproximadamente 50%. Aumentando a

espessura da base para 40 cm e novamente realizando o aumento percentual de 50% na pressão dos

pneus, a redução no NFADIGA varia pouco em relação à espessura anterior, não chegando a 40%;

quando a carga é elevada em 50%, a redução do NFADIGA também não sofre grandes modificações,

se aproximando dos 45%. Porém, pode-se notar um comportamento inverso em relação ao caso

anterior (aonde foram variadas as espessuras do revestimento).

Em relação ao aumento de carga em uma mesma estrutura, nota-se que, analogamente ao caso

anterior, quando foi trabalhado com um carregamento 70% maior do que a carga máxima legal do

eixo, os valores percentuais de redução do NFADIGA causado pelo aumento de pressão de inflação de

0,55 para 0,83MPa sofreram redução em relação aos carregamentos mais baixos para uma mesma

estrutura avaliada. Esta situação se repete em todos os casos que seguem.

A mesma análise realizada com as variações de espessuras das camadas de revestimento e base foi

realizada para os módulos de resiliência dos materiais. A Tabela 4 apresenta os conjuntos avaliados

com variação do MR do concreto asfáltico.

Tabela 4. Conjuntos característicos com variação do módulo de resiliência do revestimento

A Figura 5 apresenta, para os conjuntos exibidos na Tabela 4, os valores de NFADIGA analisados para

cada carregamento de eixo e pressão dos pneus. As variações foram realizadas apenas nos valores

de módulo de resiliência do concreto asfáltico.

Material Espessura (cm) MR (MPa)

CA 10 4.000 - 5.000 - 6.000 - 7.000

BGS 40 300

Subleito - 79

Figura 5. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação do módulo de resiliência do revestimento dos conjuntos

característicos.

Conforme o esperado, à medida que o módulo de resiliência do concreto asfáltico se torna mais

rígido, o número de solicitações para fadiga do pavimento também aumenta. Ou seja, a deformação

de tração no fundo do concreto asfáltico, utilizada no modelo de Franco (2007), reduz com o

aumento do MR do revestimento.

Pode-se perceber que, assim como no caso em que foi variada a espessura do concreto asfáltico,

quando o módulo de resiliência deste material é elevado, tornando a camada mais rígida, o

percentual de redução do NFADIGA causado pelo aumento da pressão dos pneus, de 0,55 para

0,83MPa, diminui pouco significativamente.

Quando a pressão de inflação dos pneus é aumentada em 50%, o NFADIGA reduz cerca de 30% para

os conjuntos avaliados com o menor MR do concreto asfáltico (4.000MPa). Já quando a carga do

eixo é aumentada em 50%, o NFADIGA reduz cerca de 50%. À medida que o concreto asfáltico se

torna mais rígido estes valores percentuais sofrem pequena alteração, conforme pode ser observado

nos gráficos da Figura 5.

Os conjuntos apresentados na Tabela 5 foram escolhidos para analisar a influência do aumento do

módulo de resiliência da base granular no efeito da pressão de inflação dos pneus no NFADIGA.

Tabela 5. Conjuntos característicos com variação do módulo de resiliência da base granular

A Figura 6 apresenta, para os conjuntos exibidos na Tabela 5, os valores de NFADIGA analisados para

cada carregamento de eixo e pressão dos pneus com variação nos valores de módulo de resiliência

da camada de brita graduada simples.

Material Espessura (cm) MR (MPa)

CA 10 5.000

BGS 40 100 - 300 - 500

Subleito - 79

Figura 6. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação do módulo de resiliência da base granular dos conjuntos

característicos.

Assim como ocorrido para a camada de revestimento, à medida que a rigidez da base granular é

aumentada, os valores de NFADIGA tornam-se maiores, ou seja, o número de solicitações admissíveis

para fadiga deste pavimento é maior.

O módulo de resiliência da camada de brita graduada simples se comporta, em relação ao efeito

causado pela pressão de inflação dos pneus, de maneira inversa ao MR da camada de concreto

asfáltico. Quando todas as variáveis são mantidas fixas e apenas o módulo de resiliência do material

granular é aumentado, o percentual de redução do NFADIGA causado pelo acréscimo da pressão de

inflação dos pneus torna-se maior. Ou seja, à medida que esta camada se torna mais rígida a pressão

de inflação se torna mais significativa na composição do NFADIGA e a carga do eixo menos.

Em relação ao módulo de resiliência do subleito, a Tabela 6 mostra os conjuntos avaliados quando

apenas esta variável é modificada no decorrer das simulações numéricas.

Tabela 6. Conjuntos característicos com variação do módulo de resiliência do subleito

O comportamento deste caso, conforme apresentado na Figura 7, é análogo aquele com o qual foi

variado apenas o módulo de resiliência da base granular, porém, com uma magnitude menor.

Variando-se apenas o MR do subleito, os percentuais de redução do NFADIGA, à medida que a

pressão de inflação é aumentada do seu valor mínimo para o seu valor máximo, modificam de

Material Espessura (cm) MR (MPa)

CA 10 5.000

BGS 40 300

Subleito - 29 - 79 - 129

maneira muito sutil, mantendo-se praticamente constantes quando a camada de solo se torna mais

rígida.

Assim como em todos os casos anteriores, o aumento do módulo de resiliência da camada (neste

caso, o subleito) acarreta em aumento do NFADIGA.

Figura 7. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação do módulo de resiliência do subleito dos conjuntos característicos.

CONCLUSÕES

Observam-se as relações já esperadas, como por exemplo, à medida que os valores de módulo de

resiliência ou espessura de qualquer uma das camadas são elevados, aumenta-se também o valor do

NFADIGA e NATR. Verificou-se também que para todos os conjuntos estudados, o pavimento sofrerá

ruptura por fadiga anteriormente do que por deformação permanente; porém, deve-se avaliar esta

constatação com certo cuidado, já que os modelos de desempenho escolhidos para essa pesquisa

foram desenvolvidos em bases de estudo completamente diferentes e visivelmente apresentam

rigorosidades bastante distintas.

Além destas, nota-se uma influência considerável nos valores de NFADIGA por parte da pressão de

inflação dos pneus. Quando elevados os valores de espessura e módulo de resiliência do

revestimento de concreto asfáltico, a porcentagem de redução no NFADIGA (causada pelo aumento da

menor para a maior pressão de inflação dos pneus) diminui. Assim, entende-se que em uma

espessura e módulo de resiliência máximos do concreto asfáltico, a estrutura sente menos a

influência da variação da pressão de inflação dos pneus e mais da carga aplicada pelo eixo no

pavimento. Destaca-se o fato que, em espessuras delgadas de concreto asfáltico, o aumento de 50%

na pressão de inflação dos pneus causa um impacto na redução do NFADIGA maior do que o aumento

de 50% na carga aplicada pelo ESRD.

Ainda para fadiga, aumentando os valores de espessura e módulo de resiliência da base,

diferentemente do que acontece no revestimento, nota-se que aumenta também a porcentagem de

variação da influência da pressão de inflação, indicando que quanto maior a espessura da camada de

base, e, quanto maior a rigidez desta camada, maior a influência da pressão de inflação dos pneus na

redução do NFADIGA. Já para o subleito, o aumento de rigidez da camada de solo mostrou pouca

influência nos valores de redução do NFADIGA causada pelo aumento da pressão de enchimento dos

pneus.

Para a deformação permanente vale ressaltar que alguns estudos já verificaram que quanto maior a

pressão de contato, mais rápido haverá formação de trilhas de rodas provocadas por veículos

pesados. Nas análises numéricas realizadas nesta pesquisa, o aumento da pressão de inflação dos

pneus mostrou pouco efeito no NATR quando comparado ao NFADIGA; porém, esse efeito existe e

apesar de seu percentual mais baixo, não pode ser descartado.

AGRADECIMENTOS

À REDE TEMÁTICA DO ASFALTO ANP/PETROBRAS pelo apoio às pesquisas do Grupo de

Estudos e Pesquisas em Pavimentação e Segurança Viária – GEPPASV da Universidade Federal de

Santa Maria.

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