CONSIDERAÇÃO DO TRÁFEGO EM PROJETOS DE PAVIMENTOS · tráfego e dos defeitos das patologias...
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CONSIDERAÇÃO DO TRÁFEGO EM PROJETOS DE PAVIMENTOS Universidade do Estado de Santa Catarina Pós-Graduação em Engenharia Civil – Mestrado Acadêmico Profa. Adriana Goulart dos Santos
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CONSIDERAÇÃO DO TRÁFEGO
EM PROJETOS DE PAVIMENTOS
Universidade do Estado de Santa Catarina
Pós-Graduação em Engenharia Civil – Mestrado Acadêmico
Profa. Adriana Goulart dos Santos
VEÍCULOS COMERCIAIS RODOVIÁRIOS:
Caminhões e ônibus são os veículos comerciais que
efetivamente interessam para situações de
dimensionamento de pavimentos e análise de
pavimentos
Veículos leves=== causam danos insignificantes às estruturas
comparados aos demais
Esforços solicitantes em pavimentos asfáltico por causa de diferentes cargas:
Fonte: Balbo, 2007
Existem quatro tipos de eixos rodoviários de caminhões e
ônibus:
Um eixo isolado é denominado simples
Eixos em conjunto são denominados tandem
Se na extremidade do eixo há apenas 1 roda, ela é simples, se
existirem 2 rodas, então ela é dupla
O tráfego rodoviário é composto por veículos que
apresentam diversas configurações de eixos com
relevantes magnitudes de cargas
Fonte: Balbo, 2007
Fonte: Balbo, 2007
Cargas máximas legais vigentes no Brasil:
Tendo em vista os métodos de dimensionamentos de
pavimentos que vigoram no Brasil, os excessos de
cargas observados nas rodovias são bastantes
prejudiciais ao desempenho esperado do pavimento
O controle de cargas é desejável para uma melhor
garantia de prorrogação da vida útil de um pavimento
Fonte: Balbo, 2007
Equivalência entre cargas
Conceito: surge da simples observação de que, para
estruturas idênticas de pavimento, os efeitos
destrutivos ocasionados ao longo do tempo, por
veículos diferentes, são desiguais, emergindo então um
critério comparativo entre veículos
Definir e quantificar numericamente esses efeitos
foi o principal objetivo da ASSHTO Road Test
Yoder e Witckaz (1975) indicam que os fatores de equivalência de cargas definem o dano causado pela passagem de um veículo qualquer, para um tipo específico de pavimento, em relação ao dano causado pela passagem de um veículo, tomado como padrão, para o mesmo tipo de pavimento considerado
Na ASSHTO Road Test, foi estabelecido como padrão o eixo simples de rodas duplas (ESDR), com 80kN sobre si
Equivalência entre cargas
Pereira (1985) apud Balbo (2007) define dano (ou deterioração) como
correspondente “à evolução total que o estado de pavimento pode sofrer,
considerando-se um tipo específico de degradação”
NESTE CONTEXTO, É DE SE ESPERAR QUE, POR
EXEMPLO, MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE
PAVIMENTOS FLEXÍVEIS E RÍGIDOS APRESENTEM
DIFERENTES VALORES PARA TAIS FATORES DE
EQUIVALÊNCIA ESTRUTURAL ENTRE CARGAS
Já que os critérios de ruptura adotados por esses
métodos são absolutamente distintos
O efeito pontual destrutivo de uma carga individual, a cada
passagem sua, pode ser chamado de dano
A ruptura do pavimento, considerado por meio de algum
critério que define seu fim de vida útil, ocorrerá por efeito do
acúmulo de dada quantidade consecutiva de dano
DANO
PODE SER ENTENDIDO COMO QUALQUER
PLASTIFICAÇÃO OCORRIDA E OCASIONADA PELA
PASSAGEM DE UMA CARGA: UMA TENSÃO DE
CISALHAMENTO NO SUBLEITO; APLICAÇÃO DE TRAÇÃO
EM CAMADA BETUMINOSA OU CIMENTADA, ETC...
O dano total (dt,p) causado por dado número de passagens de um veículo
padrão (Np) sobre uma estrutura de pavimento é consequência do efeito
cumulativo de danos unitários (du,p) resultante de cada uma das passagens
individuais desse mesmo veículo-padrão sobre a seção de pavimento
Nj é o número de passagens do veículo qualquer (j), que causaria a mesma
deterioração do pavimento, tendo em vista determinado critério de ruptura
(fadiga, deformação plástica, contaminação, perda de serventia, etc..)
Como o critério de ruptura implicitamente assumido é idêntico para
quaisquer eixos, então os valores dt,p e du,p são obrigatoriamente idênticos:
O fator de Equivalência de Cargas (FEC) entre um veículo qualquer e outro
tomado arbitrariamente como padrão, pode ser descrito por meio da relação
entre danos unitários causados por uma passagem individual de cada um dos
eixos sobre dada seção de pavimento:
O fator de Equivalências de Cargas pode ser definido numericamente pela
relação entre o número de repetições de carga do veículo padrão e do veículo
qualquer que levem ao mesmo estado de ruína dada seção de pavimento:
A relação entre o número de repetições de carga de um
veículo (ou eixo) padrão que leva o pavimento à ruína e o
número de repetições de carga de um veículo (ou eixo)
qualquer que, também, leva o mesmo pavimento à ruína
define
O valor do fator de equivalência de cargas entre o segundo e o
primeiro tipo de veículo (eixo)
Métodos de dimensionamento que empregam o
conceito de FEC consideram todos os efeitos
resultantes da repetição de cargas de eixos de diversas
configurações, transformando-os em repetições do
eixo-padrão equivalente
Número N de repetições equivalente ao eixo padrão
Por meio dos FEC, todo o tráfego será convertido em
um
É importante fixar a expressão “número N” para projetos
de pavimentos
Os fatores de equivalência de carga (FEC) podem ser
obtidos experimentalmente, em pista, por monitoração do
tráfego e dos defeitos das patologias emergentes ao longo
do tempo nos pavimentos
Necessária a passagem repetitiva de diferentes eixos sobre
pavimentos idênticos para as análises exigidas
Durante a AASHTO Road Test, inúmeras seções de
pavimentos (de 1 a 5) eram solicitadas, diariamente, por
caminhões com diferentes eixos e diferentes cargas
Avaliações quinzenais de valores de serventia atual
permitiam descrever a evolução dos defeitos em cada
seção do pavimento
Até valores de serventia de 2,5 a 2,0===definidas como
condições finais de degradação
Para cada seção de pavimento foram contabilizadas
quantos eixos haviam passado durante o período
A relação entre tais números de eixos, o eixo fixado como o ESDR com
18.000 libras-força (80kN) e os números de repetições de outros eixos
com outras cargas permitiram a fixação dos FEC após experimentos
Dos conceitos de equivalência de carga, surge a definição
para Fator de Equivalência de Carga (FEC), que é:
Constante numérica utilizada para quantificar o dano
causado pelo veículo ou eixo-padrão adotado em projeto.
Formulação clássica dos FEC:
Considerando-se F(Vxi)= 100%
Equivalência de carga no critério do USACE (Corpo de
Engenheiros do Exército dos Estados Unidos)
Fatores de equivalência de carga para eixo simples de rodas duplas
A relação é exponencial,
E um acréscimo de 50%
na carga-padrão seria
capaz de causar um dano
unitário por passagem de
cerca de dez vezes o dano
causado pelo eixo-padrão
Fatores de equivalência de cargas na norma brasileira
Fatores de equivalência de cargas na norma brasileira - Fonte: Sousa (1981) apud Balbo (2007)
Fatores de equivalência de cargas na norma brasileira
Fatores de equivalência de cargas - Fonte: DNER (1985) e Sousa (1981) apud Balbo (2007)
Onde: Q é a carga sobre o eixo
Fatores de equivalência de cargas na norma americana
Fatores de equivalência de cargas - Fonte: AASHTO (1993) apud Balbo (2007)
Onde: Q é a carga sobre o eixo
COMPOSIÇÃO DO TRÁFEGO MISTO
A definição de uma estrutura de pavimento para a sua posterior construção
está intimamente relacionado com a magnitude das cargas que a solicitarão
No projeto de pavimentos asfálticos flexíveis rodoviários, o
tratamento das solicitações de tráfego é a conversão de todo o seu universo
de eixos e cargas em um número equivalente de repetições de um eixo
padrão
A utilização dos fatores de equivalência entre cargas para
o cômputo do número de solicitações N do eixo-padrão
depende o conhecimento do tipo de tráfego que solicitará a
via
Classificação e contagem volumétrica dos veículos
rodoviários
A melhor maneira de quantificar os volumes de veículos que se utilizam da
via são as contagens em campo
Apenas viáveis quando a via já existe;
As contagens são muito empregadas quando se projetam
duplicações, melhoramentos, restauração de pavimentos, etc;
Classificação e contagem volumétrica dos veículos
rodoviários
Os levantamentos visuais com equipes de campo são realizados em períodos
sequenciais de 1 hora, o que permite a verificação de flutuações horárias
ocorridas nos volumes de tráfego
Cálculo do Volume Diário Médio Anual (VDMA)
Volume diário médio (VDM)
Cálculo do Volume Diário Médio Anual (VDMA)
VDM anual
Estimativa do tráfego desconhecido
É difícil a determinação do perfil do tráfego de um novo pavimento, na época
do estudo básico de sua implantação ou do projeto executivo
A rodovia ainda não existe, a via estar tão deteriorada que o
tráfego atual evita o trajeto, o tráfego ocorre apenas sazonalmente e não
se dispõe de informações históricas
As estimativas deverão ser realizadas a partir de outros artifícios:
Pesquisa origem-destino entre as localidades servidas pela futura via;
O perfil do tráfego pode ser estimado por analogia com vias de natureza
semelhantes;
Quando trata-se de projetos de manutenção e recuperação de
pavimentos, o perfil do tráfego usuário poderá ser estimado com base em
estatísticas de trânsito, a partir de séries históricas
Estimativa do tráfego desconhecido
Muitos fatores podem dificultar a definição do tráfego exato
Refletirá no cálculo do número N de repetições do eixo-padrão
que solicitará a via
Como por exemplo ===Demandas reprimidas;
Valores de N aferidos após projeto em rodovia vicinal de ligação a região Sul do país
Fonte: Balbo, 2007
Estimativa do tráfego desconhecido
Foi observado que após a abertura da via:
Caminhões pesados e semirreboques, que não foram
considerados na determinação do número N, passaram a utilizar a
rodovia após a sua pavimentação
Podem ser utilizadas outras alternativas para a estimativa do volume de tráfego:
Estimativa da produção, em peso, dos grãos de determinado cultivo (soja,
cana-de-açúcar, arroz) que serão transportados em rodovias vicinais entre as
áreas produtora até as rodovias principais
São verificados também os tipos de caminhões que farão o transporte do
cultivo, quanto ao tipo de eixo e carga
Pesagem de eixos de veículos comerciais
Frequência de distribuição de pesos por eixos – pesagem realizada em 1998
Fonte: Balbo, 2007
Pesagem realizada em 192 caminhões, eixo a eixo, revelou excessos de carga em
eixos traseiros
Pesagem de eixos de veículos comerciais
Os pavimentos são dimensionados com base nas cargas
legais máximas
Tal fato evidencia a razão pela qual a durabilidade das
rodovias brasileiras é tão pequena
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
Para a determinação da equivalência de operações de toda a frota, em
termos de um eixo padrão arbitrado (ESRD de 80KN), determina-se o
Fator de Carga (FC)
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
Para o cálculo do Fator de Carga (FC) é necessário:
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
A determinação do número N é realizada, em projetos, para um período
de tempo de serviço do pavimento geralmente determinado por quem
opera e administra a via de transporte (órgão público, concessionária,
etc)
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
O volume anual de veículos em qualquer ano futuro (Vf), calculado em
geral no último ano do período de projeto, será obtido em função da
forma de crescimento do tráfego prevista, com base em séries
históricas ou índices socioeconômicos relacionados à região da via ou
rodovia
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
O volume acumulado de tráfego ao longo do horizonte ou período de
projeto P (Vp) pode ser calculado pela integração das equações do
slide anterior, considerando crescimento linear e geométrico,
respectivamente:
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
Para isso, todos os eixos previstos em contagem (ou por outro
processo) dos veículos usuários da via deverão ser transformados em
eixos-padrão equivalentes pela adoção dos fatores de equivalência de
cargas de acordo com o método de projeto adotado
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
Esquema de cálculo das equivalências de operações:
Fonte: Balbo, 2007
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
O somatório dos valores (FECi x pi) computados fornece a
Equivalência de Operações de cada categoria de eixo por carga,
relativo ao perfil de tráfego verificado em pesagens por 100 veículos da
amostra
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
É ausente um fator que transforme o número de veículos em número
de eixos=== que é definido pelo fator de eixo (FE)
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
Por Fator de veículo (FV) ou fator de caminhão,
define-se o produto FC x FE
Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão
(N)
Fonte: Balbo, 2007
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Balbo, J. T. Pavimentação Asfáltica: materiais, projeto e restauração.
Oficina de Textos, São Paulo, 2007.
Sória, M.H.A. Projeto de Pavimentos. Universidade de São Paulo, Escola
de Engenharia de São Carlos, Departamento de Transportes, São Carlos-
SP, 1987.
