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RELATÓRIO TÉCNICO DE ATIVIDADES
Processo:
Chamada Pública:
402365/2009-7
Edital MCT/CNPq nº 18/2009 - P&D&I em Transportes
1. DADOS CADASTRAIS
Órgão/ Entidade Proponente:
CNPJ:
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
13.031.547/0001-04
Endereço:
Avenida Marechal Rondon, sem número, Jardim Rosa Elze, Cidade Universitária Professor
José Aloísio de Campos.
Cidade:
UF:
CEP:
DDD/ Telefone:
São Cristóvão
SE
49.100-00
(079) 2105-6864
2. COORDENADOR
Nome:
FERNANDO SILVA ALBUQUERQUE
Função:
Professor Adjunto III
Departamento:
Engenharia Civil
E-mail:
DDD/ Telefone:
(079) 2105-6702
[email protected]
3. IDENTIFICAÇÃO DO RELATÓRIO TÉCNICO DAS ATIVIDADES DE PESQUISA
Título do Projeto:
Avaliação de ruído de tráfego urbano na interface
pneu/pavimento em revestimento asfálticos.
Período de Execução:
Maio/2010
Março/2013
Palavras-chave:
Ruído de Tráfego; Interface Pneu/Pavimento; Pavimentos Urbanos
OBS.: O texto apresentado neste Relatório Técnico foi adaptado a partir de Relatório de Dissertação de Manoel Fernando
Freire Cabral, cujo Mestrado foi defendido no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de
Sergipe sob orientação do Coordenador deste Projeto de Pesquisa. A pesquisa do ex-aluno de mestrado foi conduzida com
recursos oriundos do CNPq.
2
RESUMO
O ruído do tráfego em rodovias e vias urbanas é um problema cada vez mais
importante no Brasil, devido ao aumento do volume de tráfego em grandes cidades e
nas áreas urbanizadas nas proximidades de rodovias. Contudo, os padrões mínimos
de conforto acústico devem ser mantidos para a sociedade exercer suas atividades.
A bibliografia técnica indica que a contribuição da interação pneu-pavimento é a
maior na geração de ruído de tráfego para veículos de passeio em velocidades a
partir de 40 km/h, superando o ruído do motor. Neste trabalho, são apresentadas
algumas avaliações de ruído gerado na interface pneu-pavimento pelo método Close
Proximity, a diferentes velocidades permitidas em meio urbano (40, 60 e 80 km/h),
para seis tipos de revestimentos asfálticos aplicados no Estado de Sergipe
(Concreto Asfáltico Usinado a Quente Convencional, com Ligante Modificado com
Borracha de Pneu e com Ligante Modificado com SBS, Microrevestimento Asfáltico,
Tratamento Superficial Duplo e Pré-misturado a Frio). Observou-se que aumento do
nível de pressão sonora (NPS) é proporcional ao aumento da velocidade de tráfego,
além de variar com a mudança de parâmetros como índice de vazios (aqui
indiretamente representado pela densidade do revestimento), macrotextura e
irregularidade longitudinal do revestimento avaliado. Foram estudadas todas essas
condicionantes, possibilitando a indicação de pavimentos silenciosos, com reduções
de
NPS
superiores
a
5
dB(A),
comparando-se
com
misturas
asfálticas
convencionais. Também foi proposto um modelo de previsão para quantificar o NPS
na interface pneu-pavimento a partir das características superficiais de cada tipo de
revestimento asfáltico. Com isto, os projetistas terão subsídios para selecionar
alternativas de pavimentação acusticamente mais adequadas às vias urbanas
críticas, como hospitais, escolas, zonas urbanas residenciais e comerciais,
contribuindo para aumentar o conforto acústico à sociedade.
Palavras-chave: Ruído de tráfego; Pneu-pavimento; Conforto Acústico;
Pavimentos silenciosos.
3
TRAFFIC NOISE EVALUATION ON THE TIRE/PAVEMENT INTERACTION FROM
ASPHALT WEARING COURSES IN THE STATE OF SERGIPE – BRAZIL
ABSTRACT
Traffic noise in highways and urban roads is a very important problem in
Brazil, due to the growth of traffic volume on urban areas. However, it is necessary to
establish trigger values for minimum standards of acoustic comfort to perform society
activities. The technical literature indicates that the major factor to generate traffic
noise is the tire/pavement interaction for speeds higher than 40 km/h, causing noise
even higher than the engine noise. This work presents some evaluations of noise
due to tire/pavement interaction using the Close Proximity Method. The evaluation
was carried out at different speeds (40, 60 and 80 km/h), and on six kinds of asphalt
wearing courses applied in Sergipe State – Brazil (hot mix asphalt, asphalt rubber,
SBS polymer-modified hot mix asphalt, slurry seal, double bituminous surface
treatment and cold asphalt mix). It was observed that the noise growth is proportional
to the speed increase. The noise also varies with changing parameters such as air
voids (here indirectly represented by the asphalt layer density), macrotexture and
roughness of the evaluated pavements. Those parameters were evaluated making
possible to indicate quieter pavements, with noise reductions upper than 5 dB(A)
comparing conventionals hot mix asphalt. A prediction model is proposed to quantify
the noise at the tire/pavement interaction based on surface characteristics of each
type of studied pavements. Thus, the designers have now additional tools to select
quieter pavements for critical urban roads, such those close to hospitals, schools,
residential and commercial urban areas, contributing to increase acoustic comfort to
society.
Keywords: Traffic Noise, Tire/Pavement Interaction; Acoustic Comfort, Quiet
Pavements.
4
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO.............................................................................................................. 10
1.1
Justificativa ............................................................................................................ 11
1.2
Objetivos da Pesquisa ........................................................................................... 12
2 SOM E RUÍDO.............................................................................................................. 14
2.1
O som .................................................................................................................... 14
2.2
O Ruído ................................................................................................................. 18
3 GERAÇÃO DE RUÍDO NA INTERFACE PNEU-PAVIMENTO ...................................... 19
3.1
Influência dos revestimentos rodoviários na geração de ruído na interface pneupavimento ........................................................................................................................ 20
3.2
Mecanismos mecânicos de geração do ruído ........................................................ 22
3.3
Mecanismos aerodinâmicos de geração do ruído .................................................. 24
4 TÉCNICAS PARA MITIGAÇÃO DO RUÍDO PNEU-PAVIMENTO ................................. 28
4.1
Barreiras acústicas ................................................................................................ 28
4.2
Pavimentos silenciosos ......................................................................................... 29
5 MÉTODOS PARA AVALIAÇÃO DO RUÍDO DE TRÁFEGO ......................................... 32
5.1
Método Estatístico de Passagem (Statistical Pass-By method, SPB) .................... 32
5.2
Método da Passagem Controlada (Controled Pass By, CPB) ................................ 33
5.3
Método da Proximidade Imediata (Close Proximity, CPX) ..................................... 33
Método da Intensidade de Som Aproximada (Close Proximity Sound Intensity, CPI) .. 36
5.4
5.5
Avaliação do ruído no entorno de vias ................................................................... 36
6 METODOLOGIA ........................................................................................................... 39
6.1
Pavimentos avaliados ............................................................................................ 39
6.2
Coleta de dados .................................................................................................... 45
6.2.1
Avaliação da Macrotextura dos revestimentos ................................................... 47
6.2.2
Avaliação da microtextura dos revestimentos .................................................... 50
6.2.3
Avaliação da irregularidade dos pavimentos ...................................................... 51
6.2.4
Avaliação da Densidade do revestimento........................................................... 54
6.3
Plano Experimental................................................................................................ 60
6.4
Análise dos dados ................................................................................................. 61
7 RESULTADOS E ANÁLISES ........................................................................................ 66
7.1
Diagnóstico funcional dos pavimentos ................................................................... 66
7.2
Avaliação de Gráficos de Ruído............................................................................. 72
7.3
Correlações de parâmetros avaliados com o NPS ................................................. 81
7.4
Modelo de previsão de NPS .................................................................................. 92
7.5
Validação do modelo de previsão de NPS ............................................................. 95
7.6
Especificações para pavimentos silenciosos ......................................................... 98
8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES ................................................................................ 103
8.1
Sugestões para trabalhos futuros ........................................................................ 105
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 100
EQUIPE TÉCNICA.............................................................................................................. 106
5
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação da textura de um pavimento. ......................................................... 20
Tabela 3 – Classificação da macrotextura em função da altura de mancha de areia ........... 48
Tabela 4 – Classificação de microtextura em relação ao VRD ............................................. 51
Tabela 5 – Classificação de Irregularidade Longitudinal de acordo com o IRI ..................... 53
Tabela 2 – Ensaios de caracterização do pavimento ........................................................... 61
Tabela 6 – Resultados do ensaio de mancha de areia......................................................... 66
Tabela 7 - Resultados de MPD dos revestimentos avaliados............................................... 68
Tabela 8 - Valores de VRD dos revestimentos analisados ................................................... 69
Tabela 9 - Valores de IRI dos revestimentos analisados...................................................... 70
Tabela 10 - Valores de densidade dos revestimentos analisados ........................................ 71
Tabela 11 - Resumo dos dados obtidos nos levantamentos de campo. ............................... 83
Tabela 12 – Análise da Significância do modelo .................................................................. 94
Tabela 13 – Teste de validação do modelo de previsão ...................................................... 96
Tabela 14 – Análise de Variância......................................................................................... 98
Tabela 15 - Modelo de tabela para cálculos de NPS na interface pneu-pavimento e ao lado
da via ................................................................................................................................. 100
Tabela 16 – Estimativa do NPS ao lado da via revestida com CAUQ no Estado de Sergipe
.......................................................................................................................................... 101
Tabela 17 – Análise do NPS2 a partir de modificações no valor de IRI, D e MPD .............. 102
6
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Curvas de ponderação A, B e C.......................................................................... 17
Figura 2 - Microfone de condensador com diafragma metálico. ........................................... 17
Figura 3 – Níveis de pressão sonora em diversos ambientes. ............................................. 18
Figura 4 – Ruído de tráfego estratificado por suas fontes constituintes ............................... 19
Figura 5 - Relação entre a escala da textura e seus efeitos nas características do pavimento
............................................................................................................................................ 21
Figura 6 - Vibrações ocasionadas pelo impacto da banda de rodagem no pavimento. ........ 22
Figura 7 – Efeito do deslizamento/adesão entre pneu e pavimento. .................................... 23
Figura 8 – Efeito da adesividade pneu-pavimento. .............................................................. 24
Figura 9 – Efeito do bombeamento de ar na interface pneu-pavimento. .............................. 24
Figura 10 – Efeito da ressonância de Helmholtz na interface pneu-pavimento. ................... 25
Figura 11 - Reflexões geradas pela corneta acústica na interface pneu-pavimento. ............ 26
Figura 12 - Tubos de ressonância em um pneu. .................................................................. 26
Figura 13 - Vibrações das paredes laterais do pneu. ........................................................... 27
Figura 14 - Ressonância de cavidade em um pneu. ............................................................ 27
Figura 15 - Trajetória das ondas sonoras ao alcançarem uma barreira acústica.................. 28
Figura 16 – Influência da altura da barreira acústica ............................................................ 29
Figura 17 - Método SPB para avaliação de ruído de tráfego ................................................ 33
Figura 18 - Método CPB para avaliação de ruído de tráfego................................................ 34
Figura 19 – Sistema de medição de NPS CPX montado em trailer puxado por veículo. (a)
trailer puxado por veículo; (b) detalhe do posicionamento dos microfones .......................... 34
Figura 20 – Microfones fixados na roda do próprio veículo no método CPX. ....................... 34
Figura 21 - Posicionamento dos microfones para levantamentos CPX ................................ 35
Figura 22 – Mecanismos mais significativos de atenuação sonora. ..................................... 37
Figura 23 – Localização dos trechos avaliados .................................................................... 39
Figura 24 – Extensão dos trechos de teste para cada velocidade de tráfego ....................... 40
Figura 25 – Trecho CAUQ1 com baixo volume de tráfego em Aracaju: (a) aspecto da via; (b)
localização do segmento teste. ............................................................................................ 40
Figura 26 – Trechos em CAUQ com alto volume de tráfego. Trecho CAUQ2:(a) aspecto da
via; (b) localização do segmento teste; Trecho CAUQ3: (c) aspecto da via; (d) localização do
segmento teste. ................................................................................................................... 42
Figura 27 – Trecho AB - Asfalto Borracha analisado na zona sul da cidade de Aracaju: (a)
aspecto da via; (b) localização do segmento teste. .............................................................. 43
Figura 28 – Trecho MRA - Microrevestimento asfáltico na cidade de Aracaju: (a) aspecto da
via; (b) localização do segmento teste. ................................................................................ 43
Figura 29 – Trecho TSD - Tratamento Superficial Duplo no município de Itaporanga D’Ajuda:
(a) aspecto da via; (b) localização do segmento teste.......................................................... 44
Figura 30 – Trechos SBS1 e SBS2 em CAUQ com adição de SBS no município de
Itaporanga D’Ajuda. Trecho SBS1: (a) aspecto da via; (b) localização do segmento teste;
Trecho SBS2: (c) aspecto da via; (d) localização do segmento teste.................................... 46
Figura 31 – Trecho PMF – Pré-Misturado a Frio no município de Aracaju: (a) aspecto da via;
(b) localização do segmento teste........................................................................................ 46
7
Figura 32 – Ensaio de mancha de areia: (a) e (b) espalhamento em movimentos circulares;
(c) disposição das três amostras; (d) verificação dos diâmetros. ......................................... 48
Figura 33 – Laser de alta frequência para análise de macrotextura ..................................... 49
Figura 34 – Método de cálculo do MPD – Mean Profile Depth (ASTM E-1845).................... 49
Figura 35 – Pêndulo Britânico: (a) nivelamento; (b) aferição do “zero”. ................................ 51
Figura 36 – Pêndulo Britânico: (a) Aplicação de água na superfície; (b) verificação da
temperatura; (c) ensaio. ....................................................................................................... 51
Figura 37 – Perfilômetro a Laser instalado no veículo teste ................................................. 52
Figura 38 – Tela do Software CiberLogger de medição da Irregularidade Longitudinal........ 53
Figura 39 – Densímetro não-nuclear utilizado: (a) equipamento; (b) operação em campo. .. 55
Figura 40 - Retirada de corpos de prova do revestimento asfáltico para comparativo de
métodos de medição densidade .......................................................................................... 55
Figura 41 – Esquema do suporte para levantamento de ruído pelo método CPX ................ 56
Figura 42 – Sistema de aquisição de dados de ruído utilizado na pesquisa: (a) esquema de
montagem (b) sistema em funcionamento ........................................................................... 57
Figura 43 – Tela de avaliação e aquisição de dados de NPS a partir o software utilizado. .. 57
Figura 44 – Pneu utilizado na pesquisa ............................................................................... 58
Figura 45 – (a) Equipamento CPX instalado no veículo teste (b) detalhe do equipamento
durante execução dos testes ............................................................................................... 58
Figura 46 – Calibração dos microfones: (a) equipamento calibrador; (b) posicionamento do
calibrador no microfone; (c) Tela de calibração do software. ............................................... 59
Figura 47 – Pavimentos asfálticos selecionados para o estudo ........................................... 60
Figura 48 – Gráfico Hs (mm) x MPD (mm) ........................................................................... 69
Figura 49 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 40 km/h (Microfone dianteiro) ......................... 72
Figura 50 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 40 km/h (Microfone traseiro)........................... 73
Figura 51 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 60 km/h (Microfone dianteiro) ......................... 74
Figura 52 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 60 km/h (Microfone traseiro)........................... 74
Figura 53 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 80 km/h (Microfone dianteiro) ......................... 75
Figura 54 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 80 km/h (Microfone traseiro)........................... 76
Figura 55 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) para Microfone dianteiro até 1000 Hz
............................................................................................................................................ 77
Figura 56 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) para Microfone traseiro até 1000 Hz 78
Figura 57 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) para Microfone dianteiro acima de
1000 Hz ............................................................................................................................... 78
Figura 58 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) para Microfone traseiro acima de 1000
Hz ........................................................................................................................................ 79
Figura 59 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) à 1000 Hz ......................................... 79
Figura 60 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o CAUQ1 ...................................... 84
Figura 61 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o CAUQ2 ...................................... 84
Figura 62 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o CAUQ3 ...................................... 85
Figura 63 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o AB ............................................. 85
Figura 64 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o MRA .......................................... 86
Figura 65 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o TSD........................................... 86
Figura 66 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o SBS1 ......................................... 87
Figura 67 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o SBS2 ......................................... 87
Figura 68 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o PMF .......................................... 88
8
Figura 69 – Correlações entre NPS, IRI, Hs, VRD, D e MPD na velocidade de 40 km/h...... 90
Figura 70- Correlações entre NPS, IRI, Hs, VRD, D e MPD na velocidade de 60 km/h ....... 90
Figura 71 - Correlações entre NPS, IRI, Hs, VRD, D e MPD na velocidade de 80 km/h ...... 91
Figura 72 - Correlações entre NPS e velocidade ................................................................. 92
Figura 73 – Scatterplot NPS1000 (medido x calculado) .......................................................... 94
Figura 74 – Gráfico de Resíduos NPS1000 (Calculado x Resíduos) ...................................... 95
Figura 75 – Scatterplot NPS1000 (medido x calculado) – Validação.................................... 96
Figura 76 - Gráfico de Resíduos NPS1000 (Calculado x Resíduos) – Validação .................... 97
9
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIAÇÕES
AB - Asfalto borracha
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM - American Association for Testing and Materials
CAUQ - Concreto Asfáltico Usinado a Quente
CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente
CPA – Camada Porosa de Atrito
CPI - Close Proximity Sound Intensity (Método da Intensidade de Som Aproximada)
CPX - Close Proximity (Método da Proximidade Imediata)
dB- Decíbel
dB (A) - Decibel, na curva de ponderação A
DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes
EMURB - Empresa Municipal de Obras e Urbanização
FHWA - Federal Highway Administration
Hz - Hertz, unidade de frequência sonora
IRI - Índice de Irregularidade Longitudinal Internacional
Leq - Nível de Ruído Equivalente
Log – Logaritmo
N - Newton
NIS - Nível de Intensidade Sonora
NPS - Nível de Pressão Sonora
OMS – Organização Mundial da Saúde
Pa - Pascal
TSD – Tratamento Superficial Duplo
W - Watt
10
1 INTRODUÇÃO
Soluções de engenharia que gerem mais conforto e qualidade de vida a
população, objetivando evitar os efeitos nocivos do acelerado crescimento
populacional em centros urbanos, são cada vez mais indispensáveis. Segundo a
Organização Mundial da Saúde (OMS, 1999), a poluição sonora gerada pelo tráfego
de veículos em vias urbanas é uma das principais fontes de ruído nas cidades,
sendo menor apenas que o ruído de aeronaves.
De forma geral, o som é toda e qualquer sensação produzida no sistema
auditivo. Já o ruído é classificado como um tipo de som, porém de conotação ruim,
ou seja, indesejável. Os ruídos podem até trazer informações úteis, mas na maioria
das vezes incomodam e podem causar efeitos negativos, tanto fisiológicos, como
psicológicos, entre outros (BISTAFA, 2006).
Segundo Bernhard e Wayson (2004), a exposição ao ruído em níveis
moderados pode causar interferências na fala, distúrbios de sono, aborrecimento e
perda da qualidade de vida. Já em níveis elevados, o ruído pode causar perda de
audição e outros efeitos nocivos a saúde, como hipertensão.
Para a OMS (1999), os efeitos nocivos do ruído dependem também do tempo
de exposição. Todavia, estabelece como valor de referência 50 dB, acima do qual já
se percebem efeitos nocivos ao ser humano, que vão desde o simples
aborrecimento até a perda da audição, que pode ser percebida em adultos que se
expõem a 70 dB durante 24h por dia ao longo da vida ou a picos acima de 140 dB.
Na maioria das vezes, a opção para a redução dos ruídos gerados pelo
tráfego é a aplicação de barreiras físicas ou acústicas (muros) que impedem a
propagação das ondas sonoras até o local afetado, a exemplo de trechos recém
implantados no Rodoanel na Cidade de São Paulo. Porém, estas medidas, além de
serem dispendiosas, provocam certa poluição visual e podem não atingir o objetivo
desejado, devido ao efeito de reflexão das ondas sonoras (BERNHARD; WAYSON,
2004).
Uma alternativa à construção das barreiras acústicas para mitigação do ruído
é a utilização de pavimentos silenciosos. Esta técnica tem a vantagem de promover
a redução do ruído diretamente pela atividade de pavimentação, sendo geralmente
11
mais silenciosos que os revestimentos asfálticos convencionais, mantendo-se a
segurança, durabilidade e economicidade. Estes pavimentos podem reduzir entre 3
e 10 dB(A) os ruídos emitidos pela interface pneu-pavimento. Cada 5 dB(A) de
redução de ruído representa grande redução de incômodo ao ser humano. Este
valor é utilizado como parâmetro nas agências de transporte norte-americanas para
avaliar pavimentos silenciosos (BERNHARD; WAYSON, 2004).
Em estudo feito por Hanson e James (2004), concluiu-se que o ruído de
tráfego é constituído de diversas fontes, tais como o ruído do motor, dos pneus e do
efeito aerodinâmico, dentre outras. O atrito gerado na interface pneu-pavimento
supera os demais, quando são praticadas velocidades acima de 40 km/h.
De acordo com Sandberg e Ejsmont (2002) apud Freitas (2008), a geração de
ruído relacionado à interface pneu-pavimento provém de mecanismos como as
vibrações radiais e tangenciais, resultantes do impacto da estrutura do pneu com a
superfície, a aderência à superfície do pavimento e o deslocamento do ar nos sulcos
da banda de rodagem do pneu e em sua volta. Tais mecanismos podem ser
amplificados ou não, em função da acústica e mecânica da superfície do pavimento
(textura, índice de vazios, rigidez etc.).
Nesta pesquisa, a partir da utilização de métodos para avaliação do ruído na
interface pneu-pavimento, o nível de pressão sonora obtido será correlacionado com
a textura, densidade, índice de vazios e irregularidade do pavimento, tornando-se
possível a indicação das características requeridas aos pavimentos silenciosos.
Consequentemente, possibilita-se planejar e definir o tipo de pavimento a ser
empregado em determinadas áreas, respeitando os patamares mínimos aceitos
internacionalmente para o conforto acústico da população.
1.1 JUSTIFICATIVA
A frota de veículos brasileira tem crescido muito anualmente. Segundo o
IBGE Cidades@ (IBGE, 2010), já no ano de 2010, a cidade de Aracaju - SE
apresentava uma proporção de 2,76 habitantes por veículo. É imprescindível que
sejam adotadas medidas para a mitigação do ruído gerado pelo tráfego de veículos
em vias urbanas e rodovias que circundam meios urbanos, mantendo-se o equilíbrio
entre a qualidade de vida e o desenvolvimento econômico.
12
De acordo com a Resolução CONAMA nº 001 de 08/03/1990 (CONAMA,
1990), que remete a padrões das normas NBR-10.151 – Avaliação do Ruído em
áreas Habitadas visando o Conforto da Comunidade (ABNT, 2000a) e NBR-10.152 –
Níveis de Ruído para Conforto Acústico (ABNT, 2000b), a qualidade de vida está
sendo degradada em virtude da poluição sonora, que se agrava cada vez mais nos
grandes centros urbanos. Esta resolução e as referidas normas técnicas
estabelecem limites aos níveis sonoros de acordo com o uso das edificações.
O ruído no interior das edificações tem significativa parcela proveniente do
tráfego de veículos em vias urbanas e rodovias no seu entorno.
Nos Estados Unidos, a FHWA (Federal Highway Administration) publicou os
padrões de ruído para projetos rodoviários. É estabelecido que quando os níveis de
pressão sonora produzidos pelo tráfego se aproximarem ou excederem 67 dB(A) no
entorno de áreas residenciais, soluções para a redução de ruído devem ser
adotadas (FHWA, 2000).
Há a necessidade do estudo de alternativas de engenharia, especialmente de
pavimentos, para que, com o crescente desenvolvimento econômico, o ruído de
tráfego não influencie negativamente na qualidade de vida da população. Quer seja
em áreas residências e comerciais, ou nas proximidades a hospitais e escolas,
devem ser mantidos os padrões mínimos de conforto acústico para a população
exercer suas atividades.
De acordo dom a hipótese baseada em estudos realizados por Bernhard e
Wayson (2004), Freitas (2008) e Mak et al. (2012), de que quanto mais aberta a
textura superficial do pavimento, maior
o índice de vazios e menos denso o
revestimento, pode-se reduzir o ruído na interface pneu-pavimento em até 10 dB(A).
Pretende-se neste trabalho, além de avaliar estas relações, reunir subsídios para
indicação de revestimentos asfálticos para aplicação em usos específicos, a partir
das suas características construtivas.
1.2 OBJETIVOS DA PESQUISA
1.2.1
Objetivo geral
A pesquisa aqui relatada foi realizada com o objetivo de avaliar o ruído gerado
pela ação do tráfego, especificamente na interface pneu-pavimento, para vários tipos
13
de revestimentos asfálticos aplicados em pavimentos urbanos e rodoviários do
Estado de Sergipe. Com os resultados da avaliação procede-se a indicação de
revestimentos asfálticos apropriados para usos específicos em áreas urbanas e
marginais de rodovias, buscando uma forma de enquadrar o ruído ainda gerado em
patamares internacionalmente aceitos, proporcionando o conforto acústico à
sociedade.
1.2.2
Objetivos Específicos
Para alcançar o objetivo geral, foram definidos os seguintes objetivos
específicos:
• Medir o ruído na interface pneu-pavimento por métodos padronizados
internacionalmente, definindo suas vantagens e desvantagens;
• Avaliar a influência da velocidade no nível de ruído gerado na interface
pneu-pavimento;
• Avaliar a influência da macrotextura e microtextura dos pavimentos na
geração de ruído;
• Avaliar a interferência da irregularidade longitudinal do revestimento
nos níveis de ruído;
• Desenvolver modelo de previsão para quantificar níveis de ruído na
interface pneu-pavimento, de acordo com a variação de parâmetros
como índice de vazios, textura e irregularidade longitudinal do
revestimento empregado;
• Propor
especificação
para
alternativas
de
pavimentação
mais
adequadas a vias urbanas críticas, como hospitais, escolas, zonas
urbanas residenciais e comerciais.
14
2 SOM E RUÍDO
2.1 O SOM
Segundo Bernhard e Wayson (2004) acústica é a ciência do som, sendo
responsável pelo estudo da sua geração, propagação e recepção.
O som pode ser definido como uma variação de pressão ambiente detectável
pelo sistema auditivo, proveniente da vibração das moléculas do ar propagadas a
partir de estruturas vibrantes. A menor variação detectável chama-se “limiar da
audibilidade”, sendo “limiar da dor” a variação que provoca incômodo. O sistema
auditivo humano é bastante sensível na detecção dessas variações (BISTAFA,
2006).
Período (T) é o intervalo de tempo para que a curva da variação de pressão
ambiente complete um ciclo inteiro. Quando a amplitude (λ) das ondas for maior que
o limiar de audibilidade, o som é detectado. Então, a variação de pressão ambiente
é chamada de pressão acústica ou sonora (BISTAFA, 2006).
A faixa de frequência que os seres humanos percebem o som inicia-se em 20
Hz e acaba em 20 kHz. Acima desta faixa têm-se os ultrassons e abaixo, os
infrassons (BISTAFA, 2006).
As três características essenciais do som são: a intensidade, a altura e o
timbre. A intensidade depende da amplitude do movimento vibratório, da superfície
da fonte sonora, da distância entre o receptor e a fonte e da natureza do meio entre
estes, determinando se o som é forte ou fraco. A altura, ou frequência do som, é a
característica que responde à sensação de som mais agudo ou grave. Representa o
número de vezes que a mudança de pressão do ar é repetida na unidade de tempo,
estas relacionadas em ciclos por segundo ou Hertz (Hz). O timbre distingue dois
sons de mesma intensidade e altura que resultam em diferentes sensações (BRAGA
et al., 2005; RASMUSSEN et al., 2007).
2.1.1
Medida do som – Escala Decibel
A percepção do som segue a Lei de Fecher-Weber, que estabelece que o
aumento da sensação ao som é proporcional ao logaritmo do estímulo. A unidade
para medida de som é o decibel (dB), que equivale a um décimo do Bel, esta
15
desenvolvida pelos engenheiros da Bell Telephone Laboratories, nos Estados
Unidos, que transforma em escala logarítmica a ampla faixa de variação da escala
linear de potência (BISTAFA, 2006).
(1)
Onde:
P - Potência medida
P0 - Potência de referência
2.1.2
Nível de intensidade sonora
Intensidade sonora é a quantidade média de energia na unidade de tempo
que atravessa uma área perpendicular à direção de propagação da onda, sendo
medida em Watt por metro quadrado (W/m²). A sua medida direta requer a utilização
de equipamento específico (sondas de intensimetria) e de procedimentos
adequados. Dessa forma, não se pode medir diretamente a potência sonora de uma
fonte, apenas podendo esta ser calculada com medidas de intensidade ou pressão
(BISTAFA, 2006).
Denomina-se Nível de Intensidade Sonora (NIS) a intensidade sonora quando
é medida em decibéis, que tem a função de representar a intensidade percebida
pela fisiologia do ouvido humano, ou seja, medição da variação de energia
(BISTAFA, 2006).
A fórmula para aplicação da escala logarítmica é:
(2)
Sendo:
NIS – Nível de Intensidade Sonora (dB)
I1 – Intensidade física do som (W/m²)
I0 – Intensidade de referência =Limiar da audibilidade = 10-12 W/m²
2.1.3
Nível de pressão sonora
A pressão sonora é uma grandeza física correlacionada com a sensação
subjetiva de intensidade do som, ou seja, o quão intenso é o som que é percebido
pelo ser humano (BISTAFA, 2006).
16
Assim como a intensidade sonora, a pressão sonora também é relacionada
com a escala decibel, resultando no chamado Nível de Pressão Sonora (NPS), pois
avalia neste caso a variação de pressão no ar devido à propagação da onda sonora.
Seu cálculo é realizado de acordo com a equação seguinte (BISTAFA, 2006):
NPS = 20 ⋅ log  P1 
 P0 
(3)
Onde:
NPS = Nível de Pressão Sonora, em dB.
P1 = Raiz média quadrática das variações dos valores instantâneos da
pressão sonora (N/m² ou µPa).
P0 = Pressão de referência → limiar de audibilidade (2 x 10-5 N/m² ou 20 µPa).
2.1.4
Curvas de ponderação
De acordo com Bernhard e Wayson (2004), para fazer a correção que mais se
aproximaria da percepção auditiva humana na relação de frequências com o nível
sonoro, utilizam-se as curvas de ponderação (A, B e C), mostrada na Figura 1. A
curva mais utilizada para a avaliação do ruído é a curva de ponderação A, sendo os
valores expressos em dB (A), pois esta é a que melhor representa a percepção do
ouvido humano em amplitudes típicas do ruído ambiente. Já as Curvas de
ponderação B e C representam a ponderação para sons de maior amplitude,
tipicamente encontrados em ambientes industriais.
2.1.5
Medidores de campo
O sensor de pressão sonora para medidas acústicas é o microfone, que é um
transdutor eletroacústico que transforma a pressão sonora em sinal elétrico
equivalente. Este sinal pode ser manipulado, amplificado, armazenado e filtrado de
diversas formas. Existem seis tipos de microfone: os de carbono, dinâmico, de fita,
piezoelétrico, de eletreto e de condensador (BISTAFA, 2006).
Dentre os diversos tipos o que mais se adequa a medições acústicas é o
microfone de condensador com diafragma metálico (Figura 2). Isso se deve a sua
ampla faixa dinâmica, estabilidade e ampla faixa de leitura de frequência. Ao ar livre
17
se recomenda o uso de microfones de ângulo de incidência de 0º, pois normalmente
é possível identificar a principal direção de propagação (BISTAFA, 2006).
Figura 1 – Curvas de ponderação A, B e C.
Fonte: IRWN (1979) apud BERNHARD e WAYSON (2004)
Os sinais elétricos captados por microfones são lidos por medidores de nível
de pressão sonora, que fornecem os resultados de NPS em frequências de
interesse. Estes medidores são conhecidos como sonômetros, ou popularmente,
decibelímetros (BISTAFA, 2006).
Figura 2 - Microfone de condensador com diafragma metálico.
Fonte: Behringer (2000).
18
2.2 O RUÍDO
Todo ruído é um som, porém nem todo som é classificado como ruído, pois
este tem conotação ruim, ou seja, é indesejável. Eventualmente os ruídos podem até
trazer
informações
úteis,
mas
geralmente
incomodam,
podendo
afetar
negativamente o desempenho nas atividades de trabalho, interferindo na
comunicação oral e na concentração. Fora do ambiente de trabalho, ele gera
incômodo, interfere em atividades como o sono, conversação, relaxamento, que
causam impacto psicológico, podendo, a depender do nível e exposição, prejudicar a
saúde mental (BISTAFA, 2006).
A Figura 3, adaptada do estudo realizado por Rasmussem et al (2007),
exemplifica os níveis qualitativos de pressão sonora dos ruídos gerados em diversos
ambientes. O ruído de tráfego, geralmente, é considerado de nível médio, ou seja,
se encontra na faixa de 60 a 100 dB(A).
Figura 3 – Níveis de pressão sonora em diversos ambientes.
Fonte: Adaptada: Rasmussem et al (2007)
19
3 GERAÇÃO DE RUÍDO NA INTERFACE PNEU-PAVIMENTO
Conforme estudo realizado por Hanson e James (2004), o som emitido pelo
tráfego é caracterizado como ruído e é constituído por inúmeras fontes (motor, atrito
pneu-pavimento, efeito aerodinâmico, dentre outros). O atrito gerado na interface
pneu-pavimento supera os demais quando os veículos trafegam a velocidades
acima de 40 km/h. A Figura 4, resultado de estudos dos mesmos autores, detalha
graficamente a variação das diversas fontes de ruído de tráfego de acordo com a
velocidade imprimida por um veículo de passeio.
Figura 4 – Ruído de tráfego estratificado por suas fontes constituintes
Fonte: Hanson e James, 2004.
O ruído gerado na interface pneu-pavimento resulta de numerosos e
complexos mecanismos, que ocorrem simultaneamente e em graus variáveis a
depender das características do pneu, como desenho das ranhuras, borracha
utilizada na fabricação e pressão de calibração, e do pavimento, como textura,
porosidade, rigidez, etc. (RASMUSSEN et al., 2007). Todos estes mecanismos terão
uma maior ou menor atuação na geração de ruído a depender da velocidade de
tráfego.
20
Os mecanismos de geração de ruído na interface pneu-pavimento são
divididos em mecânicos e aerodinâmicos, com características descritas nos itens
seguintes.
3.1 INFLUÊNCIA DOS REVESTIMENTOS RODOVIÁRIOS NA GERAÇÃO DE RUÍDO NA INTERFACE
PNEU-PAVIMENTO
Além
da
velocidade,
conforme
visto
na
seção
3,
existem
muitas
características na superfície do pavimento que se sabe ou se acredita que
influenciam na geração do ruído de tráfego.
Dentre estas características do pavimento, cada uma com sua relevância na
geração ou redução do ruído, podem ser destacadas a textura superficial, índice de
vazios, espessura, adesão pneu-pavimento e rigidez do revestimento. A textura
superficial é a principal responsável pela alteração no nível do ruído em um
pavimento, seguido dos vazios, rigidez, espessura e adesão (RASMUSSEN et al.,
2007).
A textura superficial do pavimento resume características que dizem respeito
ao conforto e a segurança dos usuários da via. A avaliação da textura é dividida em
quatro tipos segundo sua escala de variação: microtextura, macrotextura,
megatextura e irregularidade (Tabela 1), segundo o comprimento de onda (l).
Tabela 1 - Classificação da textura de um pavimento.
Classificação da textura
Escala de Variação
Microtextura
l < 0,5 mm
Macrotextura
0,5 mm < l < 50 mm
Megatextura
50 mm < l < 500 mm
Irregularidade
0,5 m < l < 50 m
Fonte: Bernucci et al., 2006.
A microtextura trata da rugosidade ou aspereza da superfície individual dos
agregados que compõem o revestimento. Já a macrotextura está relacionada ao
tamanho do agregado, aos espaços vazios existentes no revestimento e à forma
geométrica de cada agregado (BERNUCCI et al., 2006).
A megatextura está ligada a buracos (panelas) em fase acentuada de
degradação, ondulações e desníveis na pista (BERNUCCI et al., 2006).
21
A irregularidade de um pavimento é definida como o desvio da superfície da
rodovia com relação a um plano de referência, que afeta o movimento dos veículos,
a qualidade de rolamento e as cargas dinâmicas sobre a via (PATERSON, 1987).
Na Figura 5 pode-se observar a influência da textura no ruído de tráfego
proposta por Sandberg et al. (2002), tendo-se as escalas de macro e megatextura
com os principais geradores. Nesta proposta, a microtextura e irregularidade são
caracterizadas pela pouca influência na geração de ruído.
Figura 5 - Relação entre a escala da textura e seus efeitos nas características do pavimento
Fonte: Sandberg et al., 2002.
Escala da textura (mm)
No entanto, como as ondulações e defeitos do pavimento (parcela da
megatextura) são facilmente detectáveis por medidores de irregularidade, acreditase que possa existir alguma relação entre a irregularidade longitudinal e o ruído na
interface pneu-pavimento, especificamente em velocidades elevadas, quando as
vibrações no pneumático são maiores. Isto pode ficar mais evidente em pavimentos
de alta irregularidade longitudinal, quando os impactos do pneu com o pavimento
são maiores devido ao efeito de “cargas dinâmicas” (PATERSON, 1987).
Segundo Freitas (2008), os valores obtidos de megatextura têm influência nos
ruídos de baixa frequência, inferiores a 1.000 Hz, enquanto que baixos valores da
macrotextura tem influência na emissão dos ruídos em frequências altas, superiores
22
a 1.000 Hz. O ruído depende fortemente da macro e megatextura dos revestimentos,
pois são fatores determinantes em relação ao impacto mecânico do pneu sobre o
revestimento, resultando em vibrações na carcaça. Ainda, uma macrotextura mais
aberta possibilita a diminuição do ruído gerado pelo bombeamento do ar na interface
pneu-pavimento, pois este é mais facilmente dissipado.
Da mesma forma que a macrotextura, um maior índice de vazios do
revestimento possibilita a redução do ruído de tráfego, contribuindo para a
dissipação do ar.
A densidade do pavimento é uma relação entre a sua massa e seu volume.
Para o caso de pavimentos asfálticos, este parâmetro pode ser um bom indicador,
além de outros fatores, do índice de vazios do material, já que quanto maior este, há
uma redução do valor da densidade (BERNUCCI et al., 2006).
A microtextura poderá aumentar ou diminuir o atrito entre o pneu e o
pavimento, podendo influenciar no ruído de tráfego, devido ao maior ou menor
contato entre as superfícies do pneumático e do revestimento asfáltico.
3.2 MECANISMOS MECÂNICOS DE GERAÇÃO DO RUÍDO
3.2.1
Vibrações Radiais
Ao girar o pneu sobre o pavimento a banda de rodagem gera centenas ou
milhares de impactos por segundo, a medida que os gomos tocam a superfície
deste. As vibrações provocadas são amplificadas pela parede lateral do pneumático,
conforme Figura 6 (RASMUSSEN et al., 2007).
Figura 6 - Vibrações ocasionadas pelo impacto da banda de rodagem no pavimento.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 15
23
Altos índices de irregularidade e os defeitos dos revestimentos asfálticos
contribuem para potencializar este efeito, pois aumentam o número de pontos de
impacto, elevando as vibrações.
Altas velocidades também potencializam tal efeito, elevando as vibrações
provocadas pelos impactos dos gomos na superfície.
3.2.2
Vibrações no deslizamento/adesão
Segundo Rasmussen et al. (2007), quando o pneu rola sobre a superfície do
pavimento a borracha é continuamente deformada e distorcida, em movimentos de
aceleração ou frenagem. Eventualmente as forças horizontais excedem o limite de
fricção do pavimento e a borracha escorrega, readerindo a superfície imediatamente,
desta forma gerando ruído (Figura 7).
Figura 7 – Efeito do deslizamento/adesão entre pneu e pavimento.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 16
Revestimentos com microtextura elevada promovem uma maior área de
contato, dificultando os deslizamentos e a ocorrência de ruídos desta natureza. Isto
fica mais evidente quando o veículo trafega em baixa velocidade e o contato entre
pneu e pavimento é maior.
3.2.3
Vibrações de adesividade
Durante o rolamento, quando o pneu perde contato com o pavimento surge
um efeito de sucção (Figura 8) semelhante a uma ventosa. Quando esta adesividade
é vencida gera-se uma vibração na carcaça do pneu que, consequentemente,
produz um efeito sonoro (RASMUSSEN et al., 2007).
24
Figura 8 – Efeito da adesividade pneu-pavimento.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 17
Revestimentos com textura muito fechada promovem uma maior adesão
pneu-pavimento, favorecendo a ocorrência de ruídos desta natureza.
3.3 MECANISMOS AERODINÂMICOS DE GERAÇÃO DO RUÍDO
3.3.1
Bombeamento de ar
As lacunas existentes na interface pneu-pavimento são normalmente
preenchidas com ar. Quando o veículo está em movimento, parte deste ar é
espremida para fora e a outra fica aprisionada e comprimida. A medida que o pneu
perde contato com o pavimento, o ar que estava aprisionado é forçado a sair e
algumas vezes gera sucção (Figura 9). Este fenômeno se repete centenas de vezes
por segundo e o som deste ar, se movendo rapidamente, pode ser percebido pelo
ouvido humano (RASMUSSEN et al., 2007).
Figura 9 – Efeito do bombeamento de ar na interface pneu-pavimento.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 16
25
Revestimentos com textura mais aberta tendem a reduzir tais efeitos, tendo
em vista o ar ser dissipado mais facilmente. O desenho e quantidade das ranhuras
do pneu pode contribuir ou não com a redução deste fenômeno.
3.3.2
Ressonância de Helmholtz
É semelhante ao que ocorre quando se sopra na boca de uma garrafa,
quando se pode ouvir um som distinto produzido quando o ar vibra para cima e para
baixo em seu interior. O ar presente na cunha formada entre o pneu e o pavimento
(Figura10) emite som ao ser movimentado (RASMUSSEN et al., 2007).
Figura 10 – Efeito da ressonância de Helmholtz na interface pneu-pavimento.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 18
Assim como no bombeamento de ar, a textura mais aberta do revestimento e
uma maior quantidade de ranhuras do pneu tendem a reduzir a geração de ruído
desta natureza.
3.3.3
Corneta Acústica
A cunha formada entre o pneu e o pavimento, tanto na parte dianteira como
traseira do pneumático, é uma cavidade preenchida por ar livre na qual há reflexões
múltiplas de sons gerados na interface pneu-pavimento (Figura 11) (RASMUSSEN
et al., 2007).
Este fenômeno tem influência da calibração e da estrutura construtiva dos
pneus que podem aumentar ou diminuir a abertura da “corneta”, consequentemente
aumentando ou diminuindo a reflexão dos sons gerados na interface pneu-
26
pavimento. Ainda, pavimentos porosos podem dissipar as ondas sonoras, reduzindo
as reflexões.
Figura 11 - Reflexões geradas pela corneta acústica na interface pneu-pavimento.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 17
3.3.4
Tubo de Ressonância
Quando o deslocamento de ar proveniente da emissão de um determinado
som ocorre no interior de um tubo, este será amplificado na saída. De forma
análoga, os sulcos da banda de rodagem dos pneus funcionam como amplificadores
de sons gerados na movimentação do pneu sobre o pavimento (Figura 12)
(RASMUSSEN et al., 2007).
Figura 12 - Tubos de ressonância em um pneu.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 18
Como os sulcos da superfície do pneu são indispensáveis a segurança do
movimento do veículo, este fenômeno é praticamente inevitável.
27
3.3.5
Vibrações das paredes laterais
As pequenas vibrações provocadas pelo movimento do pneu ao rolar sobre o
pavimento são amplificadas pelas vibrações transmitidas as paredes laterais do
pneu (Figura 13) (RASMUSSEN et al., 2007). Tal amplificação será influenciada pela
pressão de calibração dos pneus, que em pressões abaixo da recomendada
permitem uma maior vibração da carcaça do pneumático.
Figura 13 - Vibrações das paredes laterais do pneu.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 19
3.3.6
Ressonância de Cavidade
Apesar de ser mais facilmente percebida no interior do veículo, a resposta do
ar interno do pneu a qualquer impacto causa ressonância suficientemente audível
(Figura 14) (RASMUSSEN et al., 2007). Estando o pneu com pressão de calibração
acima da recomendada pelo fabricante, há uma maior distensão da borracha que
aumentará a cavidade interna e consequentemente influenciando na ressonância
dos sons em seu interior.
Figura 14 - Ressonância de cavidade em um pneu.
Fonte: Adaptado de Rasmussen et al, 2007 p. 19
28
4 TÉCNICAS PARA MITIGAÇÃO DO RUÍDO PNEU-PAVIMENTO
O ruído gerado na interface pneu-pavimento apresenta inúmeras variáveis.
Para a redução dos níveis de pressão sonora que chegam à população, pode-se
proceder a implantação de barreiras acústicas e/ou a execução de pavimentos
silenciosos.
4.1 BARREIRAS ACÚSTICAS
À medida que o som se propaga o nível de pressão sonora é atenuado ao
longo de sua trajetória. Vários fatores influenciam nesta atenuação, desde o próprio
ar atmosférico a barreiras físicas que reduzem o nível de pressão sonora que
atingirá o receptor. Para o caso de rodovias, uma maneira de atenuar os sons
gerados pelo tráfego de veículos é o uso de barreiras acústicas ao longo das suas
margens, podendo estas ser em metal, solo, concreto, vegetação etc. (BISTAFA,
2006).
Segundo Harris (1979) apud Freitas e Trabulo (2007), nas barreiras acústicas,
parte da energia sonora refletida ou dispersada volta a fonte e outra é absorvida ou
transmitida pela barreira. Ainda pode haver difração no topo da barreira (Figura 15).
Figura 15 - Trajetória das ondas sonoras ao alcançarem uma barreira acústica
Fonte: Freitas e Trabulo (2007)
De acordo com a FHWA (2000), a altura da barreira é o fator mais importante
na redução de ruído, onde cada 1,0 m de altura adicionado a uma linha de visão
29
equivalente a um adulto mediano, resulta na redução de 1,5 dB do NPS que chega
ao receptor (Figura 16). A barreira até a linha de visão pode resultar em uma
redução de 5 dB(A).
Figura 16 – Influência da altura da barreira acústica
Fonte: Adaptado de FHWA, 2000.
Segundo Specht et al. (2009), estas soluções (barreiras acústicas) deveriam
entrar em desuso, por serem ineficientes e onerosas.
4.2 PAVIMENTOS SILENCIOSOS
Uma forma alternativa à construção de barreiras físicas para proteção
acústica é a utilização de pavimentos silenciosos. De acordo com Sandberg et al.
(2002) um pavimento silencioso é aquele que, ao interagir com o rolamento do pneu,
influencia o ruído do veículo de tal forma que o NPS é reduzido em no mínimo 3
dB(A) em relação ao obtido em revestimentos convencionais.
Segundo Bernhard e Wayson (2004), é possível construir e manter
pavimentos que são mais silenciosos do que pavimentos tipicamente utilizados,
além de serem também seguros, duráveis e rentáveis.
Os pavimentos silenciosos chegam a reduzir entre 3 e 10 dBA os níveis de
pressão sonora emitidos pela interface pneu-pavimento. Cada 5 dBA de redução de
30
ruído representa uma grande redução de incômodo ao ser humano, especialmente
por se tratar de uma variável logarítimica. Este valor é utilizado como parâmetro nas
agências de transporte norte-americanas (BERNHARD e WAYSON, 2004).
O conceito de pavimento silencioso é bem recente, existindo poucos registros
de pesquisa específica sobre este tema no Brasil, não constando nas pesquisas
deste trabalho bibliografias relacionadas ao controle do ruído gerado pela interface
pneu-pavimento.
Em outros países existem algumas experiências relacionadas ao ruído na
interface pneu-pavimento, como na Corea do Sul, onde Cho e Mun (2008) avaliaram
o efeito da velocidade e da superfície dos revestimentos no NPS captado durante os
ensaios realizados na via expressa Jungbu Inland. Os estudos demonstraram a
influência da velocidade e da textura da superfície no NPS gerado.
Em pesquisas realizadas na Espanha com o método CPX (Close Proximity),
Paje et al. (2010) demonstraram a eficácia da incorporação de borracha reciclada ao
revestimento asfáltico na redução do ruído emitido na interface pneu-pavimento,
obtendo-se uma redução de 2,0 dB(A) em relação a uma mistura asfáltica sem
adição de borracha.
De acordo com Kowalski et al. (2009), revestimentos com camada de
desgaste em CPA – Camada Porosa de Atrito - são mais silenciosas do que
revestimentos em DGA – Dense-Graded Alphalt (asfalto de graduação densa) - e
SMA - Stone Matrix Asphalt (matriz pétrea asfáltica). Tal conclusão se deu após o
monitoramento durante 4 anos do ruído de tráfego em trechos de rodovias com os
revestimentos citados.
Em um estudo realizado por Freitas et al. (2012) em Portugal, observou-se o
aumento do NPS a medida que se aumentava a velocidade de tráfego, bem como
quando se observava maior densidade de tráfego. Já uma textura mais aberta da
superfície dos pavimentos levava à redução do NPS.
Estudo realizado nos Estados Unidos por Kocak e Kutay (2012), também
concluram que a mistura asfáltica utilizada tem forte influência na redução do nível
de pressão sonora gerado na interface pneu-pavimento.
Bueno et al. (2011) estudaram a influência da temperatura da superfície do
pavimento na geração do ruído na interface pneu-pavimento. Analisando os
31
resultados, observaram que o aumento da temperatura do pavimento conduz a uma
redução do NPS a taxa de 0,06 dB(A) a cada 1ºC.
Pierce et al. (2009) estudaram a diminuição da eficiência de pavimentos
porosos na redução do ruído gerado na interface pneu-pavimento ao longo do
tempo. Observou-se que pavimentos porosos aplicados no estado de Washington
nos EUA, perdiam rapidamente a sua capacidade de reduzir o ruído de tráfego
devido ao seu desgaste precoce, este provocado pelos pneus de uso em neve
devido as suas travas metálicas.
Meiarashi (2004) acompanhou o desenvolvimento de um pavimento de baixo
ruído executado no Japão para a redução do ruído de tráfego. Este novo pavimento
tem uma estrutura porosa composta de borracha feita a partir de granulado de pneus
usados e resina de uretano como o seu ligante. É chamado de “pavimento poroso
elástico” (PERS). Observou-se que este pavimento tem um potencial de redução
NPS de até 10,0 dB(A).
Na China, em estudo realizado por Lan et al. (2009), compararam-se misturas
asfálticas modificadas com borracha. Comparando-se uma mistura de granulometria
aberta com uma densa, percebeu-se que a mistura de granulometria mais aberta foi
capaz de reduzir em 8,9 dB(A) o NPS emitido na interface pneu-pavimento.
Wang (2012), realizou estudo em nove tipos de pavimentos em 61 trechos de
rodovias na Carolina do Norte (EUA), medindo o nível de ruído gerado na interface
pneu-pavimento, para investigar quais pavimentos seriam mais silenciosos.
Observou que vários efeitos interferem na emissão de ruído, tais como temperatura,
umidade, velocidade de condução do veículo, peso do veículo e idade do pavimento.
Verificou-se valores de NPS de até 4,6 dB(A) menores em pavimentos de
granulometria menos densa.
Mendonça et al. (2013) observou que soluções de redução de ruído de
tráfego com o uso de pavimentos mais silenciosos, baseando-se em Freitas et al.
(2012), se aliadas a veículos mais silenciosos, como elétricos ou híbridos, podem
representar um perigo aos pedestres. Analisando-se a percepção do som nas
diversas faixas etárias, o ruído de tráfego, desde que não seja excessivo, configurase como um alerta aos pedestres, pois acima dos sessenta anos o indivíduo pode
ter uma perda de percepção de som acima de 75,0%.
32
5 MÉTODOS PARA AVALIAÇÃO DO RUÍDO DE TRÁFEGO
Até o momento não existem métodos e normas brasileiras estabelecidos para
as pesquisas acerca de pavimentos silenciosos. Contudo, existem métodos
normatizados
internacionalmente,
pela
International
Organization
for
Standardization, para levantamento de ruído na interface pneu-pavimento e
avaliação do nível e frequência do som.
Alguns destes métodos servem para avaliação do ruído gerado pela
passagem de veículos lateralmente a via. Existem alguns outros que avaliam o ruído
gerado na interface pneu-pavimento. Há também um modelo matemático
desenvolvido pela FHWA (1998) com o qual é possível estimar o ruído ao longo da
margem da via produzido por apenas um veículo e para um fluxo de veículos. Estes
métodos são descritos nos itens seguintes.
5.1 MÉTODO ESTATÍSTICO DE PASSAGEM (STATISTICAL PASS-BY METHOD, SPB)
Levantamento de ruído preconizado pela ISO 11819-1/1997, o SPB –
Statistical Pass-By Method, ou método estatístico de passagem, mede o nível de
pressão sonora (dB (A)) gerado por veículos classificados como leve, pesado com
dois eixos e pesado com mais de dois eixos em um ponto específico de uma
rodovia. É indicado para análises de ruído em vias de tráfego normal.
De acordo com a referida Norma, para realização do ensaio o microfone deve
ficar distante 7,50m (±0,1m) do eixo da via e a uma altura de 1,20m (±0,1m) acima
do plano da linha de tráfego, conforme Figura 17.
Para a avaliação do ruído em diferentes tipos de pavimentos é calculado o
Índice Estatístico de Passagem (Statistical Pass-By Index, SPBI) que leva em
consideração o tipo de veículo, sua pressão sonora medida e a velocidade de
referência da rodovia (ISO 11819-1/1997).
O SPBI é obtido pela Equação 4 (ISO 11819-1/1997):
(4)
Onde:
SPBI – Índice Estatístico de Passagem;
W1, W2a, W2b – Fatores de proporção de cada tipo de veículo;
33
L1, L2a, L2b – Valor de pressão sonora de cada tipo de veículo;
V1, V2a, V2b – Velocidade de referência da rodovia.
Figura 17 - Método SPB para avaliação de ruído de tráfego
Fonte: Freitas (2008)
5.2 MÉTODO DA PASSAGEM CONTROLADA (CONTROLED PASS BY, CPB)
É bastante similar ao SPB, diferenciando-se por ser feito o controle dos
veículos
que
irão
trafegar
com
velocidades
pré-estabelecidas.
Conforme
preconizado pela norma ISO 362/1998, este tipo de levantamento deve ser realizado
com o uso de dois microfones para captação do NPS, de acordo com a Figura 18.
5.3 MÉTODO DA PROXIMIDADE IMEDIATA (CLOSE PROXIMITY, CPX)
Normatizado pela ISO 11819-2/2000, este método consiste em medir a
pressão sonora do ruído gerado na interface pneu-pavimento com um sistema de
captação formado por dois microfones fixados próximo ao pneu, podendo ser
instalado em uma das rodas do próprio veículo ou de um trailer a ser rebocado pelo
veículo (Figuras 19 e 20). Deve-se realizar os levantamentos com velocidades
determinadas previamente.
34
Figura 18 - Método CPB para avaliação de ruído de tráfego.
Fonte: ISO 362 (1998)
Figura 19 – Sistema de medição de NPS CPX montado em trailer puxado por veículo. (a)
trailer puxado por veículo; (b) detalhe do posicionamento dos microfones
Fonte: Hanson et al. (2004)
(a)
(b)
A referida norma estabelece o esquema de montagem deste tipo de sistema,
que deve seguir o exposto na Figura 21.
35
Figura 20 – Microfones fixados na roda do próprio veículo no método CPX.
Fonte: Freitas et al. (2008)
Figura 21 - Posicionamento dos microfones para levantamentos CPX
Fonte: Adaptado de Freitas et al. (2008)
De acordo com Hanson e James (2004), o método CPX tem vantagens como
a capacidade de medir o NPS em praticamente qualquer tipo de superfície e ter
36
menor influência de outros ruídos devido a proximidade da interface pneupavimento.
Este método, apesar de simples e bastante representativo, pode ter influência
de ruídos de ventos e não representa o tráfego normal da via. Porém, é ideal para a
análise do NPS gerado na interface pneu-pavimento, pois há baixa influência de
outras fontes de ruído, como ruído de motores, vibração da carcaça do veículo, etc.
5.4 MÉTODO DA INTENSIDADE DE SOM APROXIMADA (CLOSE PROXIMITY SOUND INTENSITY,
CPI)
Normatizado pela ISO 3740/2000, este método é muito semelhante ao CPX,
descrito anteriormente, diferindo apenas por serem feitas leituras de Nível de
Intensidade sonora.
5.5 AVALIAÇÃO DO RUÍDO NO ENTORNO DE VIAS
Para ser possível a avaliação da propagação do ruído no entorno da via, ou
seja, em residências e demais edificações, poder ser utilizado um método
preconizado pela FHWA - Federal Highway Administration (1998) do U.S.
Department of Transportation.
A FHWA (1998) definiu um modelo para prever o nível de pressão sonora ao
lado de uma via, originado por uma fonte sonora deslocando-se continuamente
(veículo):
1+ α
d 
NPS2 = NPS1 + 10 ⋅ log 1 
 d2 
(6)
Onde:
NPS2 = Nível de pressão sonora estimada no ponto 2, em dB(A).
NPS1 = Nível de pressão sonora detectada no ponto 1, em dB(A).
d2
= Distância do ponto 2 à fonte sonora (m).
d1
= Distância do ponto 1 à fonte sonora (m).
α
= Fator de absorção sonora da cobertura do solo entre a via e o
receptor. Este valor é empírico. Para o caso de poucas obstruções laterais e
cobertura de solo impermeabilizada, o nível sonoro será reduzido em 3 dB para cada
37
duplicação da distância e assume-se o valor de “0”, já para cobertura permeável, o
nível sonoro reduzirá 4,5 dB a cada duplicação da distância e o valor será “0,5”
(BISTAFA, 2006).
Os principais mecanismos de atenuação sonora ao ar livre são a distância, a
absorção sonora do ar atmosférico, reflexões no solo e barreiras naturais (copas de
árvores) e artificiais (Figura 22) (BISTAFA, 2006).
Figura 22 – Mecanismos mais significativos de atenuação sonora.
Fonte: Anderson e Kurse apud Bistafa, 2006
Também foi desenvolvido pela FHWA (1998) um modelo que para definição
do nível de pressão sonora equivalente horário que um fluxo de veículos pode
ocasionar em imediações de vias. Este modelo foi desenvolvido levando-se em
consideração o conhecimento do nível sonoro a 15 metros do eixo da via, daí a
utilização da relação 15 sobre a distância (da) do ponto analisado na Equação 7.
 + 10 ⋅ log 15 
NPS (h )= NPS 2 + 10 ⋅ log  N
 d 
 (V ⋅ T )
a 

1+α
+ Acomb − 13
(7)
Onde:
NPS(h)= Nível de pressão sonora equivalente horário do tipo de veículo, em
dB(A).
N
= Quantidade de veículos do tipo, no intervalo de T = 1 hora.
V
= Velocidade média do tipo de veículo, em km/h.
38
= Tempo para o qual se deseja calcular o nível sonoro, em horas.
= Distância (perpendicular ao eixo da pista) até o ponto a ser analisado
(m).
Acomb= É o efeito combinado de diferentes formas de atenuação, que pode ser
a combinação entre barreiras e o solo, entre gradientes de
temperatura/velocidade do vento e a barreira, ou entre gradientes de
temperatura/velocidade do vento e solo. Caso seja uma área livre (sem
barreiras) e solo impermeabilizado (situação das vias estudadas), nesta
pesquisa, este já está computado pelo fator de absorção (BISTAFA,
2006).
T
da
Estes dois métodos têm na temperatura ambiente e incidências de vento sua
limitação, fato que pode incorrer em divergências quando aplicados em países de
clima tropical.
39
6 METODOLOGIA
Neste capítulo são apresentadas as análises que foram realizadas, o plano
experimental para obtenção dos dados e os procedimentos de coleta de dados em
campo.
6.1 PAVIMENTOS AVALIADOS
Para aquisição de dados foram realizados levantamentos em 9 (nove)
segmentos teste distintos, contemplando 6 (seis) tipos de revestimentos comumente
empregados tanto no estado de Sergipe como nos demais estados brasileiros:
Concreto Asfáltico Usinado a Quente, Concreto Asfáltico com ligante modificado
com borracha de pneu, Microrevestimento Asfáltico, Tratamento Superficial Duplo –
TSD, Concreto Asfáltico com ligante modificado com SBS e Pré-Misturado a Frio PMF. Os pavimentos analisados estão localizados nos municípios de Aracaju
(CAUQ com baixo volume de tráfego, AB, MRA e PMF), São Cristóvão (CAUQ com
alto volume de tráfego) e Itaporanga D’Ajuda (CAUQ com alto volume de tráfego,
TSD e SBS), todos em Sergipe (Figura 23), e foram cadastrados com auxílio de
GPS. Os segmentos estudados são descritos nos itens seguintes.
A avaliação de revestimento com Camada Porosa de Atrito (CPA) foi abortada
dos objetivos da pesquisa devido ser tecnicamente inviável a sua construção como
trecho experimental. A bibliografia sugere baixa durabilidade deste material em
regiões com alta incidência solar, como o que ocorre no Nordeste Brasileiro.
Devido à limitação de tempo de captura de dados do software utilizado nos
levantamentos de ruído (de apenas 9,0 segundos), a extensão máxima utilizada em
cada trecho a partir da coordenada lida no GPS foi de 200 metros (para ensaios a 80
km/h), conforme Figura 24.
6.1.1
Concreto asfáltico convencional com baixo volume de tráfego
Segundo informações fornecidas pela EMURB (Empresa Municipal de Obras
e Urbanização), praticamente em todas as ruas com pavimentação asfáltica da
cidade de Aracaju - SE foi utilizado concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ)
como revestimento.
40
Figura 23 – Localização dos trechos avaliados
Trecho em CAUQ1
Trecho em CAUQ2
Trecho em CAUQ3
Trecho em AB
Trecho em MRA
Trecho em TSD
Trecho em SBS1
Trecho em SBS2
Trecho em PMF
Figura 24 – Extensão dos trechos de teste para cada velocidade de tráfego
Foi analisado um trecho da Avenida Oviêdo Teixeira, localizado na zona sul
da cidade de Aracaju (Latitude 10º56’45,0”S e Longitude 37º03’25,4”W), com pouca
movimentação de tráfego e também com poucas edificações em suas margens
(Trecho CAUQ1). O pavimento apresentava poucos defeitos na época do
levantamento (Figura 25).
41
Figura 25 – Trecho CAUQ1 com baixo volume de tráfego em Aracaju: (a) aspecto da via; (b)
localização do segmento teste.
(a)
(b)
6.1.2
Concreto asfáltico convencional com alto volume de tráfego
Foram analisados dois segmentos revestidos com concreto asfáltico usinado
a quente (CAUQ) sujeitos a alto volume de tráfego (Trechos CAUQ2 e CAUQ3). O
Trecho B situa-se no município de São Cristóvão – SE e o Trecho C no município de
Itaporanga D’Ajuda – SE. Ambos compreendem Trechos da BR-101 (Figura 26).
Como a rodovia apresenta tráfego intenso, os levantamentos só foram possíveis
com a realização de desvio do tráfego durante a execução dos ensaios.
As localizações geográficas dos Trechos CAUQ2 e CAUQ3 avaliados são
Latitude 10º57’33,1”S e Longitude 37º15’00,4”W, Latitude 11º00’59,1”S e Longitude
37º19’13,1”W, respectivamente. Ambos apresentavam bastante defeitos estruturais,
principalmente trincamento por fadiga.
42
Figura 26 – Trechos em CAUQ com alto volume de tráfego. Trecho CAUQ2:(a) aspecto da
via; (b) localização do segmento teste; Trecho CAUQ3: (c) aspecto da via; (d) localização do
segmento teste.
6.1.3
Asfalto Borracha
O trecho revestido com concreto asfáltico com ligante modificado com
borracha de pneu (Trecho AB) situa-se na zona sul da cidade de Aracaju – SE
(Latitude 10º55’51,6”S e Longitude 37º03’53,2”W), onde as especificações da
pavimentação tiveram que atender à concepção ecológica da especulação
imobiliária local (Figura 27). Está localizado na rua Engenheiro Antônio Gonçalves
Soares, no bairro Luzia.
O pavimento apresentava bastante ondulação. O volume de tráfego já é
elevado, especialmente de veículos de passeio, e conta com muitas edificações em
seu entorno.
43
Figura 27 – Trecho AB - Asfalto Borracha analisado na zona sul da cidade de Aracaju: (a)
aspecto da via; (b) localização do segmento teste.
(a)
(b)
6.1.4
Microrevestimento Asfáltico
O segmento revestido com microrevestimento asfáltico (Trecho MRA) está
situado na rodovia José Sarney, litoral sul da cidade de Aracaju - SE (Figura 28). O
pavimento consiste de tratamento superficial duplo que, em processo de
restauração, foi sobreposto por camada de microrevestimento.
Figura 28 – Trecho MRA - Microrevestimento asfáltico na cidade de Aracaju: (a) aspecto da
via; (b) localização do segmento teste.
(a)
44
(b)
Esta rodovia localiza-se no litoral e o trecho selecionado para a pesquisa está
compreendido entre edificações (restaurantes, clubes e pousadas), visando
minimizar a influência dos ventos nos levantamentos de ruído. A sua localização
geográfica é Latitude 11º01’40,4”S e Longitude 37º04’37,3”W.
6.1.5
Tratamento Superficial Duplo – TSD
O segmento revestido com Tratamento Superficial Duplo - TSD (Trecho TSD)
situa-se no município de Itaporanga D’Ajuda – SE (Figura 29) e faz parte da rodovia
SE–438, que liga a cidade de Aracaju ao litoral sul do estado. Está na localizado nas
coordenadas Latitude 11º08’20,5”S e Longitude 37º11’13,2”W e encontra-se em bom
estado de conservação.
Figura 29 – Trecho TSD - Tratamento Superficial Duplo no município de Itaporanga D’Ajuda:
(a) aspecto da via; (b) localização do segmento teste.
(a)
45
(b)
6.1.6
Concreto Asfáltico com Polímero - SBS
Foram analisados dois segmentos revestidos com Camada de Concreto
Asfáltico com ligante modificado com polímero SBS (Trechos SBS1 e SBS2), sujeitos
a alto volume de tráfego. Ambos compreendem Trechos da BR-101, recém
duplicada, no município de Itaporanga D’Ajuda – SE (Figura 30). Como a rodovia
apresenta tráfego intenso, os levantamentos só foram possíveis com a realização de
desvio do tráfego durante a execução dos ensaios.
As localizações geográficas dos Trechos SBS1 e SBS2 avaliados são Latitude
10º57’34,0”S e Longitude 37º15’01,3”W, Latitude 11º00’56,5”S e Longitude
37º19’09,9”W, respectivamente.
6.1.7
Pré-Misturado a Frio
O segmento revestido com Pré-Misturado a Frio (Trecho PMF) situa-se em
área da cidade de Aracaju – SE, na zona sul da cidade (Latitude 10º55’54,2”S e
Longitude 37º04’12,1”W), onde foram realizadas obras de saneamento básico e a
recomposição do revestimento asfáltico foi executado com PMF denso (Figura 31).
Está localizada na Avenida Dr. Francisco Moreira, no Bairro Luzia.
6.2 COLETA DE DADOS
Os procedimentos utilizados na obtenção dos dados de macrotextura e
microtextura, irregularidade longitudinal, densidade do revestimento e nível de
pressão sonora dos pavimentos, utilizados para o desenvolvimento do modelo de
previsão e na proposta de especificação de pavimentação adequada às vias com
restrição de ruído, são descritos nos itens seguintes.
46
Figura 30 – Trechos SBS1 e SBS2 em CAUQ com adição de SBS no município de
Itaporanga D’Ajuda. Trecho SBS1: (a) aspecto da via; (b) localização do segmento teste;
Trecho SBS2: (c) aspecto da via; (d) localização do segmento teste.
Figura 31 – Trecho PMF – Pré-Misturado a Frio no município de Aracaju: (a) aspecto da via;
(b) localização do segmento teste.
(a)
47
(b)
6.2.1
AVALIAÇÃO DA MACROTEXTURA DOS REVESTIMENTOS
A macrotextura dos pavimentos foi analisada por meio do método de Ensaio
de Mancha de Areia e por medição com laser de alta frequência (ambos
equipamentos adquiridos com fontes de recurso distintas do CNPq).
O ensaio de Altura de Mancha de Areia é realizado de acordo com a Norma
ASTM-E-965. Inicialmente é feito o espalhamento de 25 cm³ de areia, previamente
preparada em laboratório, cuja granulometria compreende grãos que passam na
peneira nº 60 e ficam retidos na nº 80, utilizando-se um espalhador circular, com
revestimento de borracha em sua base, sobre o pavimento limpo e seco, fazendo
movimentos circulares de modo que a areia se distribua também de forma circular
(Figura 32 a, b, c). Em seguida são medidos quatro diâmetros da mancha (Figura
33d). Para cada revestimento foram realizadas três amostras de mancha de areia,
sendo utilizada a média dos diâmetros maior e menor na fórmula do cálculo da altura
da mancha de areia.
O cálculo da altura de mancha de areia é realizado por meio da Equação (5).
Hs = V / (π.D²/4)
Onde:
Hs – Altura da mancha de areia (mm)
V – volume de areia (25.000 mm³)
D – diâmetro médio da mancha (mm)
(5)
48
Figura 32 – Ensaio de mancha de areia: (a) e (b) espalhamento em movimentos circulares;
(c) disposição das três amostras; (d) verificação dos diâmetros.
Após a obtenção dos resultados é feita a classificação da macrotextura em
função da altura de mancha de areia de acordo com a Tabela 3.
A outra forma que se analisou a macrotextura foi através dos resultados de
medições com módulos lasers de alta frequência (Figura 33).
Tabela 2 – Classificação da macrotextura em função da altura de mancha de areia
AVALIAÇÃO DA MACROTEXTURA - MÉTODO DA ALTURA DE AREIA
PROFUNDIDADE MÉDIA (mm)
TEXTURA SUPERFICIAL
Hs < 0,20 mm
MUITO FINA OU MUITO FECHADA
0,20 mm < Hs < 0,40 mm
FINA OU FECHADA
0,40 mm < Hs < 0,80 mm
MÉDIA
0,80 mm < Hs < 1,20 mm
GROSSEIRA OU ABERTA
Hs > 1,20 mm
MUITO GROSSEIRA OU MUTIO ABERTA
Fonte: DNIT (2005)
49
Figura 33 – Laser de alta frequência para análise de macrotextura
Obtendo-se medições diretas do perfil com conjunto laser, ao longo de uma
distância de referência (distância de base de 10 cm), tem-se o chamado MPD (Mean
Profile Depth), que é calculado a partir da média das profundidades medidas neste
perfil (Figura 34) para cada metade da distância de base, conforme a norma ASTM
E-1845 apud Salgado et al., 2009.
Figura 34 – Método de cálculo do MPD – Mean Profile Depth (ASTM E-1845)
Embora sejam medidas correlatas, os resultados de MPD e Hs podem ter
divergências devido tanto à variação do diâmetro dos grãos no ensaio de mancha de
areia, que influencia o preenchimento das lacunas entre os agregados da superfície
50
do pavimento, como pela medida com laser ser bidimensional, enquanto o ensaio de
mancha de areia é tridimensional. Desta forma, como o MPD é medido em linha,
preferencialmente na trilha de roda, as variações laterais não são captadas pelo
sensor laser.
Os patamares aceitáveis para concreto asfáltico devem constar no intervalo
de 0,60 mm até 1,20 mm, tanto para medidas em Hs quanto em MPD (Bernucci et
al., 2006). Para pavimentos drenantes, são sugeridos valores acima de 1,25 mm
(Duarte, 2011).
6.2.2
AVALIAÇÃO DA MICROTEXTURA DOS REVESTIMENTOS
A microtextura dos pavimentos foi analisada por meio do método de Ensaio
do Pêndulo Britânico (equipamento adquirido com fonte de recurso distinta do
CNPq).
Este ensaio é realizado de acordo com a norma ASTM-E-303-93. Consiste
em um equipamento com uma sapata de borracha acoplada na extremidade de uma
haste, simulando a superfície de um pneumático, que é solta em movimento
pendular a fim de friccionar o revestimento. Com o deslocamento do pêndulo após
tocar o pavimento, é feita uma leitura, que mostrará o valor de resistência
derrapagem (VRD).
Para o procedimento de ensaio, deve-se, inicialmente, nivelar os apoios do
aparelho sobre o pavimento com o nível de bolha. Depois efetua-se a verificação do
“zero” e o ajuste do comprimento de fricção do pêndulo com uma régua (Figura 35).
Em seguida, com um borrifador de água, o revestimento, já isento de sujeira, é
molhado a fim de simular a pior condição de atrito na superfície (Figura 36). Com o
auxílio de um termômetro é medida a temperatura da água na superfície do
pavimento para correção do valor de VRD. Então o ensaio é realizado com três
medidas de VRD para cada revestimento, cujo valor final utilizado é calculado
através de média aritmética, com correção da temperatura. Após a análise do
resultado, é feita a classificação de acordo com a Tabela 4.
51
Figura 35 – Pêndulo Britânico: (a) nivelamento; (b) aferição do “zero”.
(a)
(b)
Figura 36 – Pêndulo Britânico: (a) Aplicação de água na superfície; (b) verificação da
temperatura; (c) ensaio.
(a)
(b)
(c)
Tabela 3 – Classificação de microtextura em relação ao VRD
CLASSES DE RESISTENCIA À DERRAPAGEM - MÉTODO DO PÊNDULO BRITÂNICO
CLASSES
VRD - VALOR DE RESISTÊNCIA A DERRAPAGEM
1- PERIGOSA
VRD < 25
2 - MUITO LISA
25 < VRD < 31
3 - LISA
32 < VRD < 39
4 - INSUFICIENTEMENTE RUGOSA
40 < VRD < 46
5 - MEDIANAMENTE RUGOSA
47 < VRD < 54
6 - RUGOSA
55 < VRD < 75
7 - MUITO RUGOSA
VRD > 75
Fonte: DNIT (2005)
6.2.3
AVALIAÇÃO DA IRREGULARIDADE DOS PAVIMENTOS
Para as análises de irregularidade longitudinal (IRI - International Roughness
Index) foi utilizado um perfilômetro inercial a laser (equipamento adquirido com fonte
de recurso distinta do CNPq), cujo funcionamento segue o preconizado pela norma
ASTM E 950-98. Seus principais componentes são: 3 módulos de medição laser
verticais; barra de suporte para fixação dos módulos; suporte para fixação no
52
veículo; hodômetro; GPS e software para coleta de informações e processamento de
dados. O mesmo foi instalado na parte dianteira do veículo teste (Figura 37), o qual
foi adquirido com recursos do CNPq para constituir um laboratório móvel.
Figura 37 – Perfilômetro a Laser instalado no veículo teste
O funcionamento do perfilômetro consiste na leitura simultânea do
deslocamento longitudinal, da altura do veículo até o pavimento e da aceleração
vertical do veículo (Figura 38).
Esta será registrada e transformada em
deslocamento vertical do veículo. Corrigindo-se todos os valores de altura em
relação a aceleração vertical obtêm-se o perfil longitudinal (BARELLA et al., 2005
apud ALBUQUERQUE, 2007). Após a análise do resultado, é feita a classificação de
acordo com a Tabela 5.
A cada montagem do referido equipamento foi realizada a verificação do
funcionamento dos módulos lasers e a cada trecho a ser ensaiado o sistema foi
calibrado com o auxílio de uma régua de alumínio, revestida com adesivo preto
fosco nos pontos de incidência dos raios lasers.
53
Figura 38 – Tela do Software CiberLogger1 de medição da Irregularidade Longitudinal
Tabela 4 – Classificação de Irregularidade Longitudinal de acordo com o IRI
CONCEITO
IRI (m/km)
Excelente
Bom
Regular
Ruim
Péssimo
1-1,9
1,9-2,7
2,7-3,5
3,5-4,6
>4,6
Fonte: DNIT (2005)
Após os levantamentos, os dados armazenados pelo CiberLogger foram pósprocessados com o software CiberShell, resultando em relatórios que podem conter:
os índices IRI, o valor médio dos Afundamentos em Trilhas de Roda (ATR), a
velocidade do veículo, as observações de campo, as coordenadas GPS, dentre
outros. Para o caso deste trabalho, este software foi configurado para gerar
relatórios com valores registrados em intervalos de 10,0 metros, dessa forma
1
CiberLogger – Software desenvolvido pela Cibermétrica, utilizado para captura de dados em alta
velocidade de módulos de medição laser.
54
possibilitando a compatibilização com os segmentos testemunha correspondentes a
cada velocidade, conforme descrito no item 6.1.
6.2.4
AVALIAÇÃO DA DENSIDADE DO REVESTIMENTO
A determinação da densidade dos revestimentos estudados foi realizada com
o medidor de densidade de asfalto eletromagnético (equipamento adquirido com
fonte de recurso distinta do CNPq), também conhecido como não- nuclear (Figura
39). Este equipamento mede a constante dielétrica
2
do material produzida em um
prato sensor que é apoiado sobre a superfície. Sendo a constante dielétrica do
material diretamente proporcional a densidade, é determinada a densidade do
revestimento após prévia calibração do equipamento (DIAS, 2005).
Figura 39 – Densímetro não-nuclear utilizado: (a) equipamento; (b) operação em campo.
(a)
(b)
Segundo Bernucci et al. (2006) a densidade máxima teórica de misturas
asfálticas convencionais ou com ligante modificado com SBS deve estar
compreendida entre 2.300,0 a 2.450,0 kg/m³, a depender do percentual de asfalto na
mistura, que geralmente fica entre 5,0% e 7,0%. Já para asfalto borracha esta será
de 2.480,0 kg/m³, para o pré-misturado a frio de 2.100,0 kg/m³.
2
Constante Dielétrica – número adimensional que exprime a capacidade de um material conduzir
eletricidade.
55
O projeto executivo dos segmentos revestidos em Concreto Asfáltico com
ligante modificado com polímero SBS, analisados, estabelecia massa específica
aparente > 2.300,00 kg/m³.
Para uma melhor aferição dos resultados de massa específica aparente
obtidos com o densímetro não nuclear, nos Trechos SBS1 e SBS2 foram extraídos
corpos de prova do revestimento asfáltico, no mesmo local em que foi utilizado o
densímetro (Figura 40), e verificadas as suas massas específicas aparentes em
laboratório. Comparando-se os resultados obtidos com os dois métodos obteve-se
um índice de correção que foi aplicado a todos os valores de densidade medidos
com o densímetro não nuclear.
Figura 40 - Retirada de corpos de prova do revestimento asfáltico para comparativo de
métodos de medição densidade
6.2.5
Levantamento do ruído na interface pneu-pavimento
A medida do nível de pressão sonora gerado na interface pneu-pavimento foi
realizada pelo Método de Proximidade Imediata (CPX), método este adequado a
este propósito e objetivo desta pesquisa. Todo o equipamento foi acoplado à roda do
veículo teste utilizando-se um suporte projetado especificamente para este fim.
56
De acordo com Oliveira (2010), o sistema de aquisição de dados de áudio
desenvolvido na UFS, como parte de projeto apoiado pelo CNPq, foi concebido
baseado na ISO 11819-2/2000, de modo a permitir medições de ruído em veículos
com rodas de aro entre 13” e 15”. Em um segundo momento, desenvolveu-se um
sistema universal, podendo ser acoplado a qualquer tipo de roda de veículo
automotivo. Neste sistema (Figura 41) pode-se ajustar a posição dos microfones
conforme as distâncias normatizadas para a aplicação do método, que são as
seguintes: distância entre os dois microfones de 40 cm; entre o pneu e o microfone
de 20 cm; entre o pavimento e o microfone de 10 cm. Os microfones são interligados
com cabos a uma interface de áudio com pré-amplificador, conectada a um
notebook (Figura 42).
Figura 41 – Esquema do suporte para levantamento de ruído pelo método CPX
O notebook permite a análise do nível de pressão sonora e espectro de
frequência utilizando-se o software Realtime Analizer3 (Figura 43). Foi efetuada a
análise em tempo real das frequências e nível de pressão sonora – NPS com
medidas em decibéis ponderadas pela curva A pelo software, com aquisição de
dados a cada segundo de medição. Foi efetuada uma média aritmética dos
3
Realtime Analizer, software incluso no pacote Acoustic Analyzing System 5E da YMEC. Versão de
demonstração.
57
resultados gravados para o tempo de 9 segundos em cada trecho avaliado, para
cada velocidade (representado distâncias variáveis para velocidades de 40, 60 e 80
km/h), com o objetivo de elaboração de gráficos.
Figura 42 – Sistema de aquisição de dados de ruído utilizado na pesquisa: (a) esquema de
montagem (b) sistema em funcionamento
(a)
(b)
Figura 43 – Tela de avaliação e aquisição de dados de NPS a partir o software utilizado.
O veículo teste (adquirido com recursos do CNPq) utilizado foi um utilitário
leve, pick-up, munido de motor 1.4 com rodas de aro 14” em aço estampado e pneus
58
marca Goodyear 175/70R14 modelo GT2, devidamente calibrados com 28 psi de
pressão (Figura 44). Na Figura 45 é possível observar o detalhe do equipamento
CPX acoplado ao veículo de teste.
Figura 44 – Pneu utilizado na pesquisa
Figura 45 – (a) Equipamento CPX instalado no veículo teste (b) detalhe do equipamento
durante execução dos testes
Mic. Traseiro
Mic. Dianteiro
(a)
(b)
59
Os microfones dianteiro e traseiro, modelo ECM 8000 da Behringer com
resposta linear de frequência e padrão polar omnidirecional, foram calibrados, antes
do início do levantamento em cada trecho, com referencial de pico de nível sonoro
de 94 dB(A), na frequência de 1.000 Hz utilizando-se calibrador CAL-3000
CALIBRATOR da INSTRUTHERM e tela de calibração do Realtime Analizer (Figura
46).
Figura 46 – Calibração dos microfones: (a) equipamento calibrador; (b) posicionamento do
calibrador no microfone; (c) Tela de calibração do software.
(a)
(b)
(c)
60
6.3 PLANO EXPERIMENTAL
Para obtenção dos dados necessários às análises propostas foram,
inicialmente, selecionados trechos da malha viária presente no Estado de Sergipe
que possivelmente apresentariam características distintas. Dessa forma, foi possível
evidenciar a influência destas características na redução ou aumento do NPS.
Foram selecionados pavimentos asfálticos divididos em três grupos principais,
conforme Figura 47.
Figura 47 – Pavimentos asfálticos selecionados para o estudo
Tipos de
Desenvolvimento
Pavimentos
do Modelo
Validação
TSD
Revestimentos não
Estruturais
MRA
PMF
Modelagem
do NPS
Misturas Asfálticas
Convencionais
CAUQ1
CAUQ2
CAUQ3
AB
Misturas Asfálticas
com Polímeros
SBS1
SBS2
Sendo:
TSD – Tratamento Superficial Duplo;
MRA – Microrevestimento Asfáltico;
CAUQ – Concreto Asfáltico Usinado a Quente;
AB – Concreto Asfáltico com ligante modificado com borracha de pneu;
SBS – Mistura Asfaltica com ligante modificado com SBS;
PMF – Pré-Misturado a Frio Denso ( 9,0% < Vv < 15,0%).
61
Foram realizados em cada um deles uma série de ensaios para avaliação de
desempenho funcional, conforme Tabela 2.
Tabela 5 – Ensaios de caracterização do pavimento
Determinação
Macrotextura
Método
- Altura de Mancha de Areia - ASTM-E-965
- Profundidade média de perfil por medição à
laser - ASTM E-1845
Microtextura
Irregularidade Longitudinal
Densidade
Ensaio do Pêndulo Britânico - ASTM-E-303-93
Perfilômetro inercial a laser- ASTM E 950-98
Utilizando Densímetro não nuclear
Após caracterizado o pavimento, prosseguiu-se com os ensaios para
determinação do NPS gerado na interface pneu-pavimento, utilizando-se o método
CPX, descrito anteriormente no item 5.3, para velocidades de teste de 40 km/h, 60
km/h e 80 km/h.
6.4 ANÁLISE DOS DADOS
Neste trabalho foi realizado o seguinte conjunto de análises, em consonância
como os objetivos definidos:
• Diagnóstico funcional dos pavimentos;
• Avaliação de gráficos de ruído;
• Correlações de parâmetros avaliados com o NPS;
• Modelo de previsão de NPS;
• Validação do modelo de NPS;
• Especificações para pavimentos silenciosos;
Estas análises estão descritas nos itens seguintes.
6.4.1
Diagnóstico funcional dos pavimentos
Definidos os trechos homogêneos de diferentes revestimentos asfálticos
(seção 6.1), foi realizado para cada um o diagnóstico prévio, de acordo com os
parâmetros estabelecidos em normas técnicas nacionais (ABNT e DNIT) e
62
internacionais (ISO e ASTM), de sua irregularidade longitudinal (IRI), da
macrotextura (Hs e MPD), da microtextura (VRD) e da densidade da camada
asfáltica (D).
Todos os dados coletados estão apresentados em planilhas de dados, para
juntamente com a apresentação de resultados serem classificados, conforme
estabelecido nas normas específicas de cada parâmetro, cujos patamares adotados
constam na seção 6.2 (Coleta de dados).
6.4.2
Avaliação de gráficos de ruído
Os gráficos de frequência por nível de pressão sonora foram elaborados para
os diversos tipos de revestimentos estudados, divididos de acordo com as
velocidades avaliadas e a posição do microfone (Dianteiro e Traseiro) do método de
coleta de dados CPX (Close Proximity). Neste, pode-se avaliar o comportamento do
NPS de acordo com o espectro de frequência para cada tipo de revestimento e
velocidade, quais pavimentos apresentaram maior influência nos NPS a baixas
frequências (< 1.000 Hz) e nas altas frequências (> 1.000 Hz), bem como a
avaliação da magnitude dos efeitos mecânicos e aerodinâmicos.
Também foram elaborados gráficos de picos nível de pressão sonora por
velocidade, em cada microfone e em cada faixa de frequência (acima, abaixo e
exatamente em 1.000Hz). Desta forma, possibilitando melhor visualização da
evolução do NPS com o acréscimo de velocidade.
6.4.3
Correlações de parâmetros avaliados com o NPS
Com os dados obtidos em campo, procedeu-se a análise das correlações
lineares entre as diversas variáveis: irregularidade longitudinal, macrotextura,
microtextura, densidade e velocidade versus o NPS.
A correlação entre duas ou mais variáveis existe quando as alterações
sofridas por uma delas são acompanhadas por modificações nas outras
(MONTGOMERY et al., 2003)
Para a análise destas correlações os dados de NPS foram classificados de
acordo com a velocidade e características do pavimento correspondentes em que
foram feitas as leituras.
63
Utilizando-se o pacote de “análise de dados” do Microsoft Excel procedeu-se
a análise automática das correlações lineares. Tal análise fornece índices de
correlação que variam de -1 a +1.
Os resultados positivos indicam que a relação é diretamente proporcional, ou
seja, o NPS aumentará se o valor da variável em análise aumentar. Em caso de
resultado negativo a relação é inversamente proporcional, ou seja, quanto maior o
valor da variável menor será o NPS. Em ambos os casos são considerados
significantes valores absolutos superiores a 0,5. Este patamar foi adotado devido à
grande variabilidade encontrada em serviços de pavimentação.
6.4.4
Modelo de previsão de NPS
Nesta etapa foi elaborado um modelo de previsão, com o qual será possível
calcular o NPS a partir dos parâmetros avaliados em campo em cada pavimento
(IRI, Hs ou MPD, VRD, D e V), partindo-se da hipótese que NPS = f(IRI, Hs, MPD,
VRD, D, V). Para o desenvolvimento do modelo de previsão de NPS a partir das
características do revestimento, foi utilizado o software Statistica4.
Os dados utilizados para a análise estatística e, consequentemente, para
elaborar o modelo de previsão foram os referentes às misturas asfálticas, contendo
concretos asfálticos convencionais, pré-misturados a frio e concretos asfálticos com
ligantes modificados por polímeros (borracha de pneus e SBS), totalizando 15
amostras.
Considerando que normalmente se faz o uso de decibelímetros para a
avaliação de ruído de tráfego, o modelo estatístico para previsão do nível de pressão
sonora gerado a partir das características dos revestimentos foi desenvolvido para
obtenção do NPS na frequência de 1.000 Hz.
Foi utilizada a regressão linear múltipla, buscando-se uma equação linear
para o cálculo do NPS em função das variáveis dependentes mais relevantes.
A consistência do modelo foi avaliada utilizando-se o diagrama de dispersão
(Scatterplot) entre valores observados e previstos calculando-se o coeficiente de
determinação (R2).
4
STATISTICA for Windows, Release 7, é um produto da Statsoft, consistindo em um banco de
softwares sobre estatística univariada e multivariada.
64
O Scatterplot é um gráfico de dispersão utilizado para análise da simetria da
curva entre valores observado e previstos pelo modelo e estabelecer o coeficiente
de determinação (R²) (ALBUQUERQUE, 2007).
Já as variáveis tiveram seu p-level (nível de significância observado)
avaliados, sendo estabelecido um nível de significância de 5,0% como máximo.
Foram gerados gráficos do tipo “valores observados x resíduos”, “valores
observados x valores estimados” e calculada a raiz do erro médio quadrático
percentual entre valores observados e estimados (REMQP).
De acordo com Spiegel (1994) apud Albuquerque (2007), o cálculo da raiz do
erro médio quadrático percentual (REMQP), calculado pela Equação 8, consiste na
raiz quadrada da média das diferenças individuais quadráticas entre as n previsões
e n observações de forma percentual. Tem-se como patamar tolerável para o
REMQP o valor de 15,0%, para medir o erro típico da previsão do modelo.
(8)
Durante a revisão bibliográfica não foram encontrados modelos matemáticos
ou estatísticos de previsão de nível de pressão sonora na interface pneu-pavimento,
semelhantes à apresentada neste trabalho. Este, apesar de passível de refinamento
futuro, seja pelo emprego de outras metodologias ou pela ampliação do banco de
dados,
pode
representar
grande
avanço
na
elaboração
de
projetos
de
pavimentação, que além de serem concebidos visando à segurança e durabilidade
das vias, também poderão prever a melhoria do conforto acústico da sociedade,
fator ainda não priorizado pela engenharia rodoviária.
6.4.5
Validação do modelo de NPS
A validação do modelo foi realizada aplicando-se as variáveis medidas em
pavimentos adicionais, especificamente selecionados para este processo em um
total de 12 amostras. Os parâmetros medidos em campo foram aplicados à função
desenvolvida e foram comparados os resultados calculados de NPS com os obtidos
durante os levantamentos de campo.
65
Também foi avaliado o Scatterplot entre valores observados e previstos
calculando-se o coeficiente de determinação (R2), conforme item 6.4.4.
Foram gerados gráficos do tipo “valores observados x resíduos” e calculada a
raiz do erro médio quadrático percentual entre valores observados e estimados
(REMQP). Foi realizada também uma análise de variância para verificar se os
valores observados e estimados de NPS fazem parte de uma mesma população.
A análise de variância é um procedimento para verificação de existência de
diferença significativa entre médias entre tratamentos ou grupos de dados. Foi
analisada a “ANOVA: fator único”, que verifica a variância simples dos dados de
duas ou mais amostras, testando a hipótese de que cada amostra faz parte da
mesma distribuição de probabilidade (MONTGOMERY et al., 2003).
6.4.6
Especificações para pavimentos silenciosos
Foram definidas as especificações de pavimentação indicadas para
determinado uso do solo, para que se proporcione conforto acústico em suas
imediações.
As alternativas apresentadas constam de indicações de características a
serem adotadas nos diversos parâmetros do pavimento durante sua construção ou
em intervenções que venham a melhorar o conforto acústico. Também foram
indicadas alternativas de redução de ruído com intervenções na velocidade de
tráfego das vias.
6.4.7
Avaliações posteriores a esta pesquisa
São planejadas novas avaliações, complementares aos objetivos deste
trabalho, que serão realizadas posteriormente ao período deste projeto. Para tanto,
foi adquirido um equipamento com recursos do CNPq (Spectral Analysis of Surface
waves) que torna possível a avaliação de espessuras de camadas do pavimento e
da rigidez de cada uma delas. Com isto pode-se verificar de como a rigidez de
camadas de revestimentos podem influenciar no mecanismo de geração de ruído na
interface pneu-pavimento. Estas avaliações serão frutos da continuidade da atuação
nesta linha de pesquisa.
66
7 RESULTADOS E ANÁLISES
Os resultados dos levantamentos de campo realizados durante a pesquisa
são apresentados nos itens seguintes.
7.1 DIAGNÓSTICO FUNCIONAL DOS PAVIMENTOS
7.1.1
Macrotextura
Os resultados dos levantamentos de macrotextura, através de ensaio de
altura de mancha de areia, para os revestimentos analisados encontram-se na
Tabelas 6.
Tabela 6 – Resultados do ensaio de mancha de areia.
Diâmetro da
Altura de
Média
Trecho/
Mancha (mm)
Medida
Classificação
mancha de da altura
Revestimento
Dmaior Dmenor Dmédio areia (mm)
(mm)
1ª
270,0 250,0 260,0
0,47
CAUQ1
0,49
MÉDIA
2ª
255,0 250,0 252,5
0,50
3ª
260,0 250,0 255,0
0,49
1ª
235,0 200,0 217,5
0,67
CAUQ2
0,59
MÉDIA
2ª
250,0 225,0 237,5
0,56
3ª
255,0 240,0 247,5
0,52
1ª
220,0 205,0 212,5
0,70
CAUQ3
0,74
MÉDIA
2ª
215,0 190,0 202,5
0,78
3ª
215,0 200,0 207,5
0,74
1ª
255,0 245,0 250,0
0,51
AB
0,51
MÉDIA
2ª
245,0 235,0 240,0
0,55
3ª
260,0 260,0 260,0
0,47
MUITO
1ª
165,0 150,0 157,5
1,28
GROSSEIRA
2ª
150,0
140,0
145,0
1,51
MRA
1,33
OU MUITO
3ª
175,0 150,0 162,5
1,21
ABERTA
MUITO
1ª
125,0 110,0 117,5
2,31
GROSSEIRA
2ª
120,0 115,0 117,5
2,31
TSD
2,22
OU MUITO
3ª
130,0 120,0 125,0
2,04
ABERTA
1ª
240,0 245,0 242,5
0,54
SBS1
0,51
MÉDIA
2ª
255,0 265,0 260,0
0,47
3ª
240,0 250,0 245,0
0,53
1ª
265,0 250,0 257,5
0,48
SBS2
0,47
MÉDIA
2ª
260,0 270,0 265,0
0,45
3ª
250,0 265,0 257,5
0,48
1ª
205,0 190,0 197,5
0,82
GROSSEIRA
PMF
0,81
2ª
210,0 175,0 192,5
0,86
OU ABERTA
3ª
220,0 190,0 205,0
0,76
67
Os trechos CAUQ1, CAUQ2, CAUQ3, AB, SBS1 e SBS2 são classificados com
macrotextura superficial média, pois os valores de altura da mancha de areia
encontram-se entre 0,40mm e 0,80 mm. Os Trechos MRA e TSD são classificados
com macrotextura superficial muito grosseira ou muito aberta, com Hs > 1,20 mm. O
Trecho em PMF é classificado com macrotextura grosseira ou aberta, pois 0,80 mm
< Hs < 1,20 mm. Dessa forma, tem-se que os trechos CAUQ1, CAUQ2, AB, SBS1 e
SBS2 estão abaixo do limite recomendado pelo DNIT (0,60mm < Hs < 1,20 mm), já o
MRA e TSD estão acima desta recomendação, mas com características de
pavimentos drenantes.
Os valores de macrotextura obtidos com laser de alta frequência e
apresentados em termos de MPD foram diferentes dos respectivos Hs, porém com
variabilidade semelhante (Tabela 7). Os mesmos refletem uma média do valor para
toda a extensão dos trechos analisados, enquanto os valores de Hs representam
medidas pontuais.
Em termos de MPD, a classificação dos trechos CAUQ2, CAUQ3, SBS1 e
SBS2 são classificados com macrotextura superficial média, pois os valores de altura
da mancha de areia encontram-se entre 0,40mm e 0,80 mm. O Trecho TSD é
classificado com macrotextura superficial muito grosseira ou muito aberta, com Hs >
1,20 mm. Os Trechos CAUQ1, AB, MRA e PMF são classificados com macrotextura
grosseira ou aberta, pois 0,80 mm < Hs < 1,20 mm. Dessa forma, tem-se que os
trechos SBS1 e SBS2 estão abaixo do limite recomendado pelo DNIT (0,60mm < Hs
< 1,20 mm), já TSD está acima desta recomendação, mas com características de
pavimentos drenantes.
68
Tabela 7 - Resultados de MPD dos revestimentos avaliados
Trecho/
Velocidade
Extensão
MPD (mm) Média (mm) Classificação
Revestimento
(km/h)
(m)
CAUQ1
CAUQ2
CAUQ3
AB
MRA
TSD
SBS1
SBS2
PMF
40,0
60,0
80,0
40,0
60,0
80,0
40,0
60,0
80,0
40,0
60,0
80,0
40,0
60,0
80,0
40,0
60,0
100,0
150,0
200,0
100,0
150,0
200,0
100,0
150,0
200,0
100,0
150,0
200,0
100,0
150,0
200,0
100,0
150,0
0,91
0,85
0,85
0,75
0,71
0,75
0,68
0,71
0,92
0,96
0,93
0,90
1,12
1,19
1,22
1,89
1,96
80,0
200,0
2,00
40,0
60,0
80,0
40,0
60,0
80,0
40,0
60,0
80,0
100,0
150,0
200,0
100,0
150,0
200,0
100,0
150,0
200,0
0,52
0,50
0,50
0,55
0,55
0,54
0,78
0,79
0,85
0,87
GROSSEIRA
OU ABERTA
0,74
MÉDIA
0,77
MÉDIA
0,93
GROSSEIRA
OU ABERTA
1,18
GROSSEIRA
OU ABERTA
1,95
MUITO
GROSSEIRA
OU MUITO
ABERTA
0,51
MÉDIA
0,55
MÉDIA
0,81
GROSSEIRA
OU ABERTA
Caso não haja disponibilidade de lasers de alta frequência para determinação
do MPD, este pode ser calculado a partir dos valores de Hs, utilizando a equação
(6), esta extraída de gráfico relacionando Hs x MPD (Figura 48).
(6)
69
Figura 48 – Gráfico Hs (mm) x MPD (mm)
7.1.2
Microtextura
Os resultados obtidos no ensaio de Pêndulo Britânico para os revestimentos
analisados são apresentados na Tabela 8.
Tabela 8 - Valores de VRD dos revestimentos analisados
T
1ª
2ª
3ª
Valor
Trecho
Correção
Média
Classificação
(ºC)
Medida Medida Medida
corrigido
CAUQ1 29,5
1,9
53,80
52,80
52,80
53,13
55,03
Rugosa
CAUQ2
-
-
-
-
-
-
-
-
CAUQ3
AB
MRA
TSD
41,0
28,5
37,0
37,0
3,0
1,7
2,7
2,7
38,00
62,20
74,00
70,00
32,00
64,20
75,00
65,00
39,00
63,20
74,00
70,00
36,33
63,20
74,33
68,33
39,33
64,90
77,03
71,03
SBS1
38,0
2,8
46,0
44,0
43,0
44,33
47,13
SBS2
35,0
2,5
40,0
41,0
40,0
40,33
42,83
PMF
38,0
2,8
45,0
40,0
42,0
42,33
45,13
Lisa
Rugosa
Muito rugosa
Rugosa
Medianamente
Rugosa
Insuficientemente
Rugosa
Insuficientemente
Rugosa
O trecho CAUQ3 é classificado com superfície lisa (VRD < 55) e os Trechos
SBS2 e PMF são classificados como insuficientemente rugosa (40 < VRD < 46). Os
trechos CAUQ1, AB e TSD têm superfície rugosa, pois os valores de VRD
encontram-se entre 55 e 75. Já o Trecho SBS1 têm superfície medianamente rugosa
70
(47 <VRD < 54) e o trecho MRA é classificados com superfície muito rugosa (VRD >
75).
Os dados e a classificação do trecho CAUQ2, não foram apresentados, pois
houve uma falha mecânica do equipamento no momento do ensaio, não sendo
possível a repetição deste devido ao avanço das obras de restauração e duplicação
da BR-101.
7.1.3
Irregularidade Longitudinal
Os resultados de Irregularidade Longitudinal (IRI - International Roughness
Index), utilizando-se um perfilômetro inercial a laser, para os revestimento
analisados estão na Tabela 9.
Tabela 9 - Valores de IRI dos revestimentos analisados
Trecho/
Velocidade
Extensão
IRI
Média
Classificação
Revestimento
(km/h)
(m)
(m/km)
(m/km)
40,0
100,0
3,12
CAUQ1
60,0
150,0
3,58
3,51
RUIM
80,0
200,0
3,82
40,0
100,0
1,46
CAUQ2
60,0
150,0
1,53
1,54
EXCELENTE
80,0
200,0
1,62
40,0
100,0
2,37
CAUQ3
60,0
150,0
2,35
2,36
BOM
80,0
200,0
2,36
40,0
100,0
4,49
AB
60,0
150,0
4,99
4,76
PESSIMO
80,0
200,0
4,81
40,0
100,0
3,23
MRA
60,0
150,0
3,11
3,12
REGULAR
80,0
200,0
3,03
40,0
100,0
3,05
TSD
60,0
150,0
2,68
2,72
REGULAR
80,0
200,0
2,44
40,0
100,0
3,53
SBS1
60,0
150,0
3,61
3,49
REGULAR
80,0
200,0
3,33
40,0
100,0
2,08
SBS2
60,0
150,0
2,08
2,11
BOM
80,0
200,0
2,18
40,0
100,0
9,86
PMF
60,0
150,0
10,25
9,99
PESSIMO
80,0
200,0
9,85
71
Segundo classificação definida pelo DNIT (2005), quanto à irregularidade, o
revestimento CAUQ1 é classificado como ruim (3,5 m/km < IRI < 4,6 m/km). Já o
trecho CAUQ2 é considerado Excelente (1,0 m/km < IRI < 1,9 m/km) e os Trechos
CAUQ3 e SBS2 são classificado como bons (1,9 m/km < IRI < 2,7 m/km). Os trechos
MRA, TSD e SBS1 são regulares (2,7 m/km < IRI < 3,5 m/km) e os Trechos AB e
PMF são classificados como péssimos (IRI > 4,6 m/km). Os revestimentos que
apresentaram maiores índices de irregularidade continham, no momento da
avaliação, superfície com muitas ondulações, e para o caso do AB e PMF alguns
remendos.
7.1.4
Densidades
A Tabela 10 contém os resultados de massa específica aparente dos
revestimentos estudados, obtidos com o uso do densímetro não nuclear e corrigidos
conforme descrito no sub-item 6.4.4.
Tabela 10 - Valores de densidade dos revestimentos analisados
Trecho/Revestimento
Temp. do
pavimento
(ºC)
D (kg/m³) Corrigida
CAUQ1
50,8
2.279,55
CAUQ2
46,7
2.403,45
CAUQ3
AB
MRA
TSD
SBS1
SBS2
PMF
49,9
57,4
47,0
38,4
42,4
42,0
41,0
2.394,70
2.279,09
2.272,29
2.264,15
2.340,00
2.307,00
2.160,45
Os Trechos CAUQ2, CAUQ3, SBS1 e SBS2 apresentaram massa específica
aparente dentro da faixa esperada, apenas o CAUQ1 ficou um pouco abaixo, ou seja,
menor que 2.300 kg/m³.
O Trecho AB apresentou densidade abaixo do esperado para asfalto
borracha, que é de 2.480,0 kg/m³, já o Trecho PMF apresentou densidade superior a
mínima esperada de 2.100,0 kg/m³, configurando-se como um pré-misturado a frio
denso.
72
7.2 AVALIAÇÃO DE GRÁFICOS DE RUÍDO
As Figuras 49 a 54 constituem-se dos gráficos dos níveis de pressão sonora
entre a frequência de 10 Hz e 10 kHz para os revestimentos asfálticos estudados.
Estes gráficos foram construídos para os resultados de NPS medidos pelos
microfones dianteiro e traseiro durante os levantamentos de ruído pelo método CPX
em diferentes velocidades (40, 60 e 80 km/h). No momento das avaliações as
temperaturas dos pavimentos variavam entre 38,4ºC e 50,8ºC.
Figura 49 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 40 km/h (Microfone dianteiro)
Na velocidade de 40 km/h a faixa de frequência que registrou os maiores
níveis de pressão sonora (estes mais relevantes para a análise de ruído na interface
pneu-pavimento), localizou-se no intervalo de 100Hz a 2.000Hz. Percebe-se que os
picos de NPS são distintos quando compara-se os registros de todos os
revestimentos, variando entre 76,36 a 93,75 dB(A).
73
Figura 50 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 40 km/h (Microfone traseiro)
A variação dos NPS ao longo do espectro de frequência foi bem semelhante
nos revestimentos teste, especialmente nos revestimentos em misturas asfálticas,
havendo uma progressão até o pico de NPS a medida que se aumentava a
frequência até 1.000 Hz e posteriormente uma queda de mesma proporção. O
revestimento em TSD apresentou comportamento diferente, quando o NPS
praticamente se estabilizou após 1.000 Hz, inclusive permanecendo superior ao
NPS dos demais revestimentos em frequências superiores.
Presume-se que o comportamento do NPS ao longo do espectro de
frequência no TSD se deu pelo fato de sua macrotextura ser muito aberta e,
consequentemente, o contato entre o pneu e o pavimento é menor do que nos
demais revestimentos na situação de superfície seca, provocando menor número de
impactos entre estes. Dessa forma, leva-se a uma menor geração de ruídos de
baixa frequência (oriundos de mecanismos mecânicos), sendo que os de alta
frequência, originados por efeitos aerodinâmicos (mais agudos), prevalecem.
74
Figura 51 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 60 km/h (Microfone dianteiro)
Figura 52 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 60 km/h (Microfone traseiro)
75
À velocidade de 60 km/h a faixa de frequência que registrou os maiores níveis
de pressão sonora localiza-se no intervalo de 100Hz a 2.500Hz. O comportamento
das curvas de ruído produzido foi bem semelhante à velocidade de 40 km/h, porém
com valores superiores em 5,09 dB(A) em média.
Porém já se percebe que o nível máximo de pressão sonora do TSD foi
inferior aos demais, principalmente o captado pelo microfone dianteiro, no qual são
registrados os ruídos aerodinâmicos, com diferenças que variam de 5,36 dB(A) até
11,76 dB(A). Fato que pode ser atribuído a macrotextura do TSD ser mais aberta
que as dos demais revestimentos, promovendo uma maior dissipação do ruído na
interface pneu-pavimento.
Figura 53 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 80 km/h (Microfone dianteiro)
Observou-se que com o aumento da velocidade, de 40 km/h para 60 km/h,
houve uma redução do NPS do TSD, sendo de 2,17 dB(A) no microfone dianteiro e
1,62 dB(A) no traseiro. Acredita-se que com o aumento de velocidade houve a
redução do contato entre o pneu e o pavimento, propiciando ainda mais a dissipação
do ruído, principalmente pelo não aprisionamento do ar nos sucos do pneu e, assim,
76
desfavorecendo a formação de corneta acústica, ressonância de Helmholtz e de
bombeamento de ar.
Figura 54 - NPS (dB(A)) x Frequência(Hz) a 80 km/h (Microfone traseiro)
Da mesma forma que à velocidade de 40 km/h, também à 80 km/h a faixa de
frequência que registrou os maiores níveis de pressão sonora localiza-se no
intervalo de 100Hz a 2.000Hz. O comportamento do ruído produzido ao longo das
faixas de frequência se manteve semelhante, com um acréscimo médio de 5,08
dB(A) em relação a velocidade de 60 km/h.
No entanto, o nível máximo de pressão sonora do TSD sofreu pouca variação
com o acréscimo de velocidade e se mostrou ainda inferior aos demais,
principalmente o captado pelo microfone dianteiro, no qual são registrados os ruídos
aerodinâmicos.
Para todas as velocidades de teste, observou-se que o pico de NPS do TSD
se apresentou em faixa de frequência superior aos demais, entre 2.000 Hz e 2.500
Hz, que de acordo com a variação dos NPS ao longo do espectro de frequência,
indicam uma predominância dos ruídos aerodinâmicos (mais agudos), mesmo em
77
altas velocidades. Tal fato pode estar ligado a macrotextura muito grosseira,
conforme relatado anteriormente.
Nota-se que, nas diversas velocidades, em frequências relacionadas à
vibração dos pneumáticos (menores que 1.000 Hz), os picos de NPS foram
registrados pelo microfone traseiro. Já para os efeitos aerodinâmicos (maiores que
1.000 Hz), foram registrados maiores valores pelo microfone dianteiro. Este
comportamento pode ter sido causado pelo efeito de bombeamento de ar provocado
pela massa de ar que se choca frontalmente com o pneu durante o movimento do
veículo, efeito este que não ocorre na parte traseira.
Nas Figuras 55 a 59 são apresentados os gráficos dos picos de nível de
pressão sonora abaixo e acima de 1.000Hz e exatamente a 1.000 Hz, registrados
em cada microfone para as diferentes velocidades (40, 60 e 80 km/h) nos
revestimentos estudados.
Figura 55 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) para Microfone dianteiro até 1000 Hz
78
Figura 56 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) para Microfone traseiro até 1000 Hz
Figura 57 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) para Microfone dianteiro acima de
1000 Hz
79
Figura 58 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) para Microfone traseiro acima de 1000
Hz
Figura 59 - Pico de NPS (dB(A)) x Velocidade (km/h) à 1000 Hz
Percebe-se que há acréscimo dos NPS em todas as frequências à medida
que se aumenta a velocidade, todavia os níveis máximos de pressão sonora do TSD
80
a 60 km/h foram mais baixos que os demais pavimentos nas frequências de
referência analisadas. No Tratamento Superficial Duplo, mesmo com a variação de
velocidade de 60 para 80 km/h, houve pouca alteração do NPS emitido pela
interface pneu-pavimento.
No Trecho CAUQ2, obteve-se os maiores valores de NPS. A 80 km/h foi
captado mais de 100 dB no microfone dianteiro em uma faixa de frequência de 1250
Hz. Já o Trecho TSD, registrou os menores ruídos a velocidades superiores a 40
km/h, não ultrapassando 84 dB(A) (frequência de 2500 Hz) na velocidade de
80km/h.
Essa tendência do TSD de produzir menores níveis de pressão sonora com o
acréscimo da velocidade pode ser explicada pela macrotextura muito grosseira (Hs =
2,22 mm) desse revestimento. Neste, quanto maior a macrotextura, o ar pode ser
mais facilmente dissipado e, dessa forma, tem-se uma menor incidência do efeito
corneta, o que contribui para não aumentar o NPS.
Tanto em baixas como em altas velocidades, observou-se que o CAUQ2
apresentou maior NPS em todas as frequências. Esse fato pode ser decorrente da
macrotextura média (Hs = 0,59 mm), que propicia maior contato entre o pneu e o
pavimento em situações de pista seca, e da elevada densidade (que dá indícios de
baixo índice de vazios), o que torna o pavimento ineficiente na redução do ruído na
interface pneu-pavimento.
Em baixas velocidades os Trechos CAUQ2 e CAUQ3 apresentaram os
maiores NPS, fato decorrente das suas altas densidades (consequentemente um
baixo índice de vazios) que impedem uma maior dissipação dos ruídos, pela
absorção de ar na camada de revestimento.
Comparando-se os três Trechos em CAUQ, também ficou evidenciada a
maior influência da densidade na redução de ruído, pois mesmo tendo a composição
de materiais semelhante, o CAUQ1, cuja densidade foi menor que o CAUQ2 e o
CAUQ3, apresentou menores NPS.
Já a macrotextura tem maior influência em altas velocidades (a partir de 60
km/h), quando o contato entre o pneu e o pavimento é menor. Tal fato explica o
comportamento do TSD que, apresentou NPS semelhante aos demais à velocidade
de 40 km/h. O efeito da densidade do revestimento (consequentemente do índice de
81
vazios) não é importante para este tipo de revestimento, que tem pequena
espessura e constituição diferente das misturas asfálticas. No entanto, a medida que
se aumentou a velocidade a influência da alta macrotextura muito grosseira se
comprovou com a redução do ruído observado.
O
Trecho
em
microrevestimento
asfáltico,
apesar
da
macrtotextura
classificada como muito grosseira, apresentou uma evolução do NPS com o
acréscimo de velocidade. Acredita-se que o alto valor da irregularidade longitudinal
(3,12 m/km, classificada como regular) tenha contribuído para este aumento do
NPS, pois deve ter havido maiores impactos mecânicos entre o pneu e o pavimento
e, consequentemente, gerado maiores NPS.
O Trecho em PMF apresentou picos de NPS bastante elevados, semelhantes
aos dos Trechos CAUQ2 e CAUQ3, contrariando as expectativas. Acredita-se que
isso tenha ocorrido devido a sua alta irregularidade longitudinal (9,99 m/km,
classificada como péssimo), cuja contribuição para elevação do NPS superou a
contribuição para redução atribuída a baixa densidade (consequentemente um alto
índice de vazios) e a macrotextura grosseira.
O segmento revestido em asfalto borracha apresentou valores mais altos de
pressão sonora nas frequências mais baixas, estas relacionadas aos ruídos
causados pela vibração do pneu, fato que pode ter sido causado pelo alto valor de
irregularidade longitudinal (4,76 m/km, classificado como péssimo) deste trecho.
Os Trechos AB, CAUQ1, SBS1 e SBS2 apresentaram curvas de evolução de
NPS com o acréscimo de velocidade bastante semelhante, corroborando para o uso
da densidade como indicador de índice de vazios, pois apesar da alteração na
rigidez dos revestimentos com ligante modificado por polímeros, não se percebeu
influencia desta no NPS gerado na interface pneu-pavimento.
7.3 CORRELAÇÕES DE PARÂMETROS AVALIADOS COM O NPS
A Tabela 11 contém os dados de Velocidade (V), irregularidade longitudinal
(IRI), macrotextura (Hs e MPD), microtextura (VRD) e densidade (D), bem como os
correspondentes NPS máximos de cada trecho analisado, nas frequências abaixo,
acima e exatamente a 1.000 Hz.
82
Foram realizadas correlações lineares entre parâmetros de desempenho de
pavimento e NPS para cada segmento teste e para todo o conjunto de dados obtidos
em campo. Este procedimento é necessário para avaliar a forma que cada
parâmetro influencia o NPS, sendo estabelecida como correlação linear significativa
os valores abaixo de - 0,5 e acima de + 0,5.
A influência do Hs, VRD e D só foi avaliada na análise com todo o conjunto de
dados, devido os dados coletados para estes terem sido pontuais, não havendo a
possibilidade de avaliar a correlação com NPS dentro do mesmo segmento teste.
Onde:
IRI – Irregularidade longitudinal;
Hs – valor de macrotextura em termo de altura de mancha de areia;
VRD – Valor de resistência a derrapagem
D – Densidade;
MPD – valor de macrotextura em termos de Mean Profile Depth;
Pico de NPS – Maior NPS de todas as frequências;
NPS D1 – maior NPS para o microfone dianteiro até 1.000 Hz;
NPS D2 – maior NPS para o microfone dianteiro acima de 1.000 Hz;
NPS1000 –maior NPS a 1.000 Hz;
NPS T1 – maior NPS para o microfone traseiro até 1.000 Hz;
NPS T2 – maior NPS para o microfone traseiro acima de 1.000 Hz;
83
Trecho/Revestimento
CAUQ1
CAUQ2
CAUQ3
AB
MRA
TSD
SBS1
SBS2
PMF
Veloc.
(km/h)
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
Tabela 11 - Resumo dos dados obtidos nos levantamentos de campo.
Pico
IRI
Hs
D
MPD
NPS D1 NPS D2 NPS1000 NPS T1
VRD
NPS
(m/km)
(mm)
(kg/m³)
(mm)
(dB(A)) (dB(A)) (dB(A)) (dB(A))
(dB(A))
3,12
0,49
55,03 2279,55
0,91
84,08
84,08
83,64
84,08
81,57
3,58
0,49
55,03 2279,55
0,85
89,40
88,99
89,40
88,99
86,77
3,82
0,49
55,03 2279,55
0,85
93,30
92,89
93,30
92,89
90,71
1,46
0,59
2403,45
93,75
90,35
90,31
93,75
93,75
0,75
1,53
0,59
2403,45
97,03
94,36
94,92
94,36
97,03
0,71
1,62
0,59
2403,45
104,20 102,37 102,81 104,09 104,09
0,75
89,15
88,92
89,15
88,92
87,73
2,37
0,74
39,33 2394,70
0,68
2,35
0,74
39,33 2394,70
93,40
91,84
93,40
92,47
92,47
0,71
98,00
96,84
98,00
97,26
97,26
2,36
0,74
39,33 2394,70
0,92
4,49
0,51
64,90 2279,09
0,96
80,46
80,03
80,46
80,03
76,36
4,99
0,51
64,90 2279,09
0,93
89,38
88,52
88,45
88,52
89,38
4,81
0,51
64,90 2279,09
0,90
93,73
93,14
92,68
92,98
93,73
3,23
1,33
77,03 2272,29
1,12
86,19
86,19
83,98
86,19
83,60
3,11
1,33
77,03 2272,29
1,19
94,16
94,16
92,81
94,04
84,97
3,03
1,33
77,03 2272,29
1,22
99,78
99,78
98,32
99,78
97,34
3,05
2,22
71,03 2264,15
1,89
85,61
82,39
85,33
82,61
82,61
2,44
2,22
71,03 2264,15
1,96
83,99
80,11
83,16
80,77
80,77
2,68
2,22
71,03 2264,15
2,00
83,91
79,44
83,12
80,46
80,46
0,52
85,31
84,98
84,69
84,98
81,85
3,53
0,51
47,13 2340,00
3,61
0,51
47,13 2340,00
0,50
89,63
89,54
89,63
89,54
85,88
3,33
0,51
47,13 2340,00
0,50
94,92
94,92
94,48
94,92
91,34
2,08
0,47
42,83 2307,00
0,55
82,64
82,64
81,87
82,64
78,97
2,08
0,47
42,83 2307,00
0,55
89,73
89,73
88,89
89,73
86,09
2,18
0,47
42,83 2307,00
0,54
95,48
95,26
95,48
95,26
91,03
9,86
0,81
45,13 2160,45
0,78
87,82
87,82
87,79
87,82
85,60
10,25
0,81
45,13 2160,45
0,79
94,12
94,12
93,05
94,12
91,27
9,85
0,81
45,13 2160,45
0,85
101,59 101,48 101,59 101,48
99,01
NPS T2
(dB(A))
82,83
88,53
92,78
92,81
96,13
104,20
86,26
91,75
96,75
76,76
86,78
91,35
84,59
85,98
97,62
85,61
83,99
83,91
85,31
88,98
94,13
81,42
88,17
94,33
84,73
92,48
98,17
94
84
7.3.1
Correlações por segmento teste avaliado
As correlações lineares foram realizadas com os dados de NPS obtidos
trafegando sobre os segmentos estudados nas velocidades de teste (40, 60, 80
km/h).
As Figuras 60 a 68 contém as correlações lineares entre as variáveis V, IRI e
MPD com o NPS, para os segmentos teste avaliados.
Figura 60 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o CAUQ1
Figura 61 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o CAUQ2
85
Figura 62 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o CAUQ3
Figura 63 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o AB
86
Figura 64 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o MRA
Figura 65 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o TSD
87
Figura 66 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o SBS1
Figura 67 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o SBS2
88
Figura 68 – Correlações entre NPS, V, IRI, e MPD para o PMF
Pode-se afirmar que nos pavimentos estudados o nível de pressão sonora
sofre forte influência (correlação > 0,5) da velocidade, provocando acréscimo
diretamente proporcional.
Esse comportamento já era esperado, pois o aumento da velocidade aumenta
os movimentos de adesão/deslizamento entre pneu e o pavimento, elevando as
vibrações e, consequentemente, o ruído.
Apenas o TSD apresentou correlação negativa, ou seja, inversamente
proporcional, havendo redução do NPS com o aumento da velocidade. Presume-se
que com o aumento da velocidade o contato entre pneu e pavimento, neste
revestimento, é reduzido e o ar pode ser mais facilmente dissipado, o que contribui
para não aumentar o NPS, que permaneceu praticamente estável.
A elevação do NPS com o aumento do valor de IRI (forte correlação positiva),
nos segmentos CAUQ1, CAUQ2, AB, TSD e SBS2, pode ter sido causado pelo
aumento de impactos entre o pneu e o pavimento, em pavimentos de maior
irregularidade, contribuindo para o aumento do nível de pressão sonora.
Já no segmento MRA, houve uma forte correlação negativa com a
irregularidade, havendo redução do NPS com o aumento da irregularidade.
Suspeita-se que a granulometria fina deste revestimento pode ter reduzido as
vibrações do pneumático mesmo com o aumento da irregularidade.
89
O segmento SBS1 e o CAUQ3, este último em frequências acima de 1.000 Hz
e no microfone traseiro, também apresentaram correlação negativa significativa
entre IRI e NPS. Acredita-se que mesmo com a redução do IRI, a velocidade alta
elevou o NPS, pois esta tem maior influência que o IRI na variação do NPS.
O segmento PMF não apresentou correlação significativa para o IRI e NPS (>
0,5 ou < -0,5).
A macrotextura (MPD) apresentou forte influência sobre o NPS, sendo
inversamente proporcional (correlação < -0,5), ou seja, quanto maior o MPD menor
foi o NPS. Acredita-se que a macrotextura propicia maior absorção de ruído, devido
a maior dissipação do ar entre o pneu e o pavimento, favorecendo a redução dos
ruídos aerodinâmicos.
Apenas os segmentos CAUQ3, MRA e PMF, demonstraram forte correlação
positiva para o MPD (correlação > 0,5), tendo influência diretamente proporcional,
ocorrendo aumento do NPS com o aumento do MPD. Acredita-se que nestes
revestimentos, mesmo com o aumento do MPD, a velocidade alta elevou o NPS,
pois esta tem maior influência que o MPD na variação do NPS. Já o segmento
CAUQ2 não apresentou correlação significativa para o MPD (> 0,5 ou < -0,5).
90
7.3.2
Correlações envolvendo todos os trechos
As Figuras 69 a 71 apresentam as correlações lineares entre o NPS e IRI, Hs,
VRD, D e MPD referentes às velocidades de 40, 60 80 km/h respectivamente.
Figura 69 – Correlações entre NPS, IRI, Hs, VRD, D e MPD na velocidade de 40 km/h
Figura 70- Correlações entre NPS, IRI, Hs, VRD, D e MPD na velocidade de 60 km/h
91
Figura 71 - Correlações entre NPS, IRI, Hs, VRD, D e MPD na velocidade de 80 km/h
A partir das correlações lineares realizadas com os dados de NPS obtidos
trafegando a velocidade de 40 km/h, pode-se afirmar que o nível de pressão sonora
nas diversas faixas de frequência sofre forte influência da densidade, crescendo com
o aumento da desta, ou seja, possivelmente com a redução do índice de vazios. As
demais características não apresentaram correlação significativa (> 0,5 ou < -0,5).
Já na velocidade de 60 km/h, as correlações lineares realizadas indicam que
o nível de pressão sonora continuou sofrendo forte influência da densidade,
provocando acréscimo diretamente proporcional, só que apenas no microfone
traseiro, principalmente nas frequências até 1.000 Hz. Tal fato já era esperado,
tendo em vista a redução do contato pneu-pavimento nesta velocidade. O que
proporciona menor absorção de ar deslocado pelas ondas sonoras no interior do
revestimento asfáltico.
Nesta velocidade percebe-se também significativa influência da macrotextura.
Esta relação, que é inversamente proporcional (correlação < -0,5), ou seja, quanto
maior a macrotextura menor foi o NPS emitido, já era esperada, pois com o aumento
da velocidade a macrotextura propicia maior dissipação do ar entre o pneu e o
pavimento, favorecendo a redução dos ruídos aerodinâmicos.
Ainda, observou-se uma forte correlação negativa do NPS captado pelo
microfone traseiro com o VRD. Possivelmente a microtextura tenha favorecido a
92
redução do NPS nesta velocidade devido o pneu permanecer em contato com o
pavimento, inibindo os efeitos de adesão/deslizamento.
Para os resultados da correlação na velocidade de 80 km/h, o nível de
pressão sonora praticamente não sofreu influência da densidade. Apenas
influenciando, de forma reduzida em relação as velocidades mais baixas, os ruídos
captados pelo microfone traseiro. Acredita-se que com a redução do contato entre o
pneu e o pavimento, em velocidades mais elevadas, a dissipação do ar nos vazios
do revestimento sejam menos significativas, esta sendo mais influenciada pela
macrotextura, pela sua proximidade ao pneu.
Na velocidade de 80 km/h pode-se reafirmar a significativa influência da
macrotextura. Esta relação cresceu em relação a observada a 60 km/h, favorecendo
ainda mais a não geração de ruído, devido a maior dissipação do ar entre o pneu e o
pavimento, favorecendo a redução dos ruídos aerodinâmicos.
Na Figura 72 é possível identificar a forte correlação positiva do NPS com a
velocidade. Conforme explicitado anteriormente no item 7.3.1, com o aumento da
velocidade há um aumento da vibração do pneumático, favorecendo a ocorrência de
fenômenos
mecânicos
(vibrações
radiais,
no
deslisamento/adesão
e
de
adesividade), contribuindo para o aumento do NPS.
Figura 72 - Correlações entre NPS e velocidade
7.4 MODELO DE PREVISÃO DE NPS
Para o desenvolvimento do modelo de previsão de NPS a partir das
características do revestimento, foram inseridos no software Statistica 7 os dados da
93
Tabela 11, referentes aos trechos CAUQ1, CAUQ3, AB, SBS2 e PMF, selecionados
para modelagem.
Considerando que normalmente se faz o uso de decibelímetros para a
avalição de ruído de tráfego, o modelo matemático para previsão do nível de
pressão sonora gerado a partir das características do revestimento foi desenvolvido
para obtenção do NPS a frequência de 1.000 Hz, já que tais medidores fazem as
leituras nesta frequência.
Nas diversas simulações a partir da regressão linear múltipla, percebeu-se
que algumas variáveis não eram significativas para o modelo, pois tal variável não
influenciava o NPS gerado na interface pneu-pavimento ou sua relação não era
linear. Dessa forma, o VRD não faz parte do modelo de previsão aqui apresentado.
Em termos de macrotextura optou-se pelo MPD, pois este é mais representativo,
com valor consistindo na média de todo o trecho avaliado. Caso não se disponha de
lasers de alta frequência para a determinação deste em campo, pode-se realizar o
ensaio de mancha de areia e fazer a conversão a partir da Equação (6),
anteriormente apresentada. Ainda, pode-se optar pelo aumento do número de
ensaios de mancha de areia ao longo do revestimento analisado, tornando a média
mais representativa e com resultados mais similares ao MPD.
Eliminando-se os dados de elevado erro residual, foi definida a Equação (9) a
partir da regressão linear múltipla.
(9)
Onde:
NPS1000 = Nível de pressão sonora em dB(A) a 1.000 Hz;
V = Velocidade em km/h;
IRI = Irregularidade Longitudinal (m/km);
D = Densidade em kg/m³;
MPD = mean profile depth (mm).
Na Tabela 12 são apresentados os p-level (nível de significância) das
variáveis, demonstrando que estes não ultrapassaram o limite máximo de 5,0%.
94
Tabela 12 – Análise da Significância do modelo
Intercpt
V
IRI
D
MPD
b
St. Err. of b
0,9238
1,2972
0,9738
-0,3827
0,0747
0,1904
0,1802
0,0847
B
-81,6771
0,3103
2,3518
0,0673
-14,4742
St. Err. of B
29,3906
0,0251
0,3453
0,0125
3,2036
t(10)
-2,7790
12,3649
6,8117
5,4028
-4,5180
p-level
0,0214
0,0000
0,0001
0,0004
0,0015
A Figura 73 apresenta o Scatterplot relacionando, através de uma reta, os
valores de NPS medidos em campo e os calculados com o modelo da equação 9.
Figura 73 – Scatterplot NPS1000 (medido x calculado)
Percebe-se que os valores se aproximaram bastante de uma reta a 45º de
inclinação, o que demonstra não haver superestimação, nem subestimação
significativa do modelo proposto.
O coeficiente de determinação (R²) obtido foi de 0,95, havendo pouca
dispersão dos valores calculados e medidos.
95
Já a Figura 74 representa o Gráfico de Resíduos relacionando os valores
medidos de NPS com o erro residual na comparação com as estimativas. Quanto
mais distante de zero, maior é o erro residual.
Figura 74 – Gráfico de Resíduos NPS1000 (Calculado x Resíduos)
Calculando-se
o
REMQP
para
as
diferenças
individuais
(resíduos)
apresentadas, conforme Equação 8, obteve-se o valor de 1,30 %, sendo este inferior
ao patamar tolerável adotado neste trabalho de 15,0 %.
7.5 VALIDAÇÃO DO MODELO DE PREVISÃO DE NPS
Na Tabela 13 são apresentados os valores de NPS na frequência de 1.000 Hz
calculados com o modelo proposto e os medidos em campo para os segmentos
CAUQ2, MRA, TSD e SBS1, selecionados para a validação do modelo.
96
Tabela 13 – Teste de validação do modelo de previsão
Trecho/Revestimento
CAUQ2
MRA
TSD
SBS1
Veloc.
(km/h)
IRI
(m/km)
D
(kg/m³)
MPD
(mm)
NPS1000
(dB(A))
Medido
NPS1000
(dB(A))
Calculado
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
1,46
1,53
1,62
3,23
3,11
3,03
3,05
2,44
2,68
3,53
3,61
3,33
2.403,45
2.403,45
2.403,45
2.272,29
2.272,29
2.272,29
2.264,15
2.264,15
2.264,15
2.340,00
2.340,00
2.340,00
0,75
0,71
0,75
1,12
1,19
1,22
1,89
1,96
2,00
0,52
0,50
0,50
93,75
94,36
104,09
86,19
94,04
99,78
82,61
80,77
80,46
84,98
89,54
94,92
85,07
92,01
97,85
75,05
79,96
85,54
62,93
66,69
72,88
88,99
95,68
101,22
A Figura 75 apresenta o Scatterplot relacionando os valores medidos em
campo e os calculados com o modelo acima apresentado para os segmentos de
validação.
Figura 75 – Scatterplot NPS1000 (medido x calculado) – Validação
97
O coeficiente de determinação (R²) obtido foi de 0,5191. Apresentando uma
maior dispersão em relação às amostras utilizadas no desenvolvimento do modelo.
A Figura 76 representa o Gráfico de Resíduos relacionando os valores
medidos de NPS, dos segmentos de validação, com o erro residual na comparação
com as estimativas.
Figura 76 - Gráfico de Resíduos NPS1000 (Calculado x Resíduos) – Validação
Os erros residuais maiores se referem aos segmentos em MRA e TSD, que
se constituem de revestimentos não estruturais, de características distintas aos
utilizados na elaboração do modelo de previsão (misturas asfálticas convencionais e
com adição de polímeros), cuja influência das variáveis independentes na geração
de NPS pode não ter sido linear e o efeito da densidade do revestimento pode ser
discutível.
Calculando-se
o
REMQP
para
as
diferenças
individuais
(resíduos)
apresentadas, conforme equação 8, obteve-se o valor de 12,24 %, sendo este
inferior ao patamar tolerável adotado neste trabalho de 15,0 %.
98
Ainda, para a validação do modelo foi realizada a análise de variância
(ANOVA: fator único) dos dados, para verificar se estatisticamente os valores
medidos e calculados fazem parte da mesma população (Tabela 14).
Tabela 14 – Análise de Variância
Fonte da
variação
Entre grupos
Dentro dos
grupos
Total
SQ
277,647
gl
1
MQ
F
valor-P
277,647 2,63732 0,11862
2316,08
2593,72
22
23
105,276
-
-
-
F crítico
4,30095
-
A análise de variância demonstrou que não pode-se rejeitar a hipótese nula
(H0) de que as médias dos valores obtidos em campo e dos estimados pelo modelo
proposto são iguais, já que o F < FCrítico e o Pvalue > 0,05 para o nível de significância
de 5%.
7.6 ESPECIFICAÇÕES PARA PAVIMENTOS SILENCIOSOS
Diversas medidas podem ser adotadas para a mitigação do ruído em
edificações que se localizam no entorno de vias urbanas e rodovias. Estas podem
fazer parte de planos diretores, que definam requisitos técnicos construtivos da
engenharia de transportes e soluções de pavimentação.
Quando não se pode alterar o recuo das edificações, fator importante na
atenuação do NPS que atingirá a edificação, a solução pode ser atribuída ao
revestimento das vias e a velocidade de tráfego local.
Tanto em vias existentes como nas que serão projetadas, podem-se utilizar
alternativas como a aplicação de revestimento ou camadas de desgaste com textura
e vazios diferentes aos utilizados atualmente, além da limitação da velocidade de
tráfego. Desta forma pode-se compatibilizar os níveis de emissão de ruído ao
conforto acústico adequado à sociedade. De acordo com a FHWA (2000), o NPS
produzido pelo tráfego no entorno de áreas residenciais não deverá exceder 67
dB(A).
Em pavimentos cujo revestimento seja em misturas asfálticas, com ou sem
adição de polímeros (sendo estes os mais utilizados no estado de Sergipe), a
limitação de velocidade para o máximo 60 km/h promoverá uma redução média de
99
5,34 dB(A) na emissão de ruído na interface pneu-pavimento se comparado ao
gerado a 80 km/h. Caso ainda seja necessário, uma limitação em 40 km/h
incrementará essa redução em mais 4,85 dB(A), totalizando uma média de redução
de 10,19 dB(A) quando se reduz a velocidade de 80 para 40 km/h. Tal medida pode
ser implementada com a indicação da velocidade de tráfego ou a implantação de
redutores de velocidade, tanto físicos, como eletrônicos.
No entanto, quando uma intervenção na velocidade de tráfego não seja
possível ou suficiente, é imprescindível a utilização de pavimentos mais “silenciosos”
do que os convencionais.
Em vias que mesmo com baixa velocidade de tráfego, cerca de 40 km/h, que
ainda se faça necessária redução do ruído de tráfego, pode-se utilizar um
revestimento ou uma camada de desgaste cujo índice de vazios seja superior ao
convencionalmente utilizado (aqui indiretamente representado por pavimentos de
menor densidade). Conforme visto nas correlações, esta é a característica que mais
influencia no NPS captado a baixas velocidades.
Já em vias de velocidades mais altas, a partir de 60 km/h, a influência mais
significativa na redução do NPS é da macrotextura. Portanto, deverá se buscar
revestimentos com textura mais aberta ou grosseira. Pode-se sugerir a aplicação de
TSD, sendo este um revestimento de macrotextura mais aberta ou grosseira, como
camada de desgaste. Tal revestimento emite um NPS inferior aos demais estudados
em no mínimo 5,41dB(A) para a velocidade de 60,0 km/h, chegando a 9,39 dB(A)
para velocidade de 80,0 km/h, valores estes que o classificam como silencioso em
relação aos demais, pois a redução foi superior a 3 dB(A), conforme descrito por
Sandberg et al. (2002).
Para o atendimento do limite máximo estabelecido pela FHWA (67 dB(A)),
pode-se realizar a estimativa do NPS que se propagará até as edificações nas
margens das vias, utilizando-se a Equação 6 (vide seção 5.5), preconizada pela
FHWA (1998), a partir do NPS gerado na interface pneu-pavimento calculado de
acordo com as características construtivas do revestimento, conforme modelo
proposto (equação 9). Fazendo-se diversas interações, modificando-se as
características do revestimento (IRI, D e MPD) para determinada velocidade, se
chegará a especificação que proporcionará maior conforto acústico.
100
Para a realização desta análise poderá ser utilizada a Tabela 15 como
modelo, adicionando-se quantas linhas forem necessárias.
Tabela 15 - Modelo de tabela para cálculos de NPS na interface pneu-pavimento e ao lado
da via
NPS na interface pneu-pavimento
Revestimento
NPS ao lado da via
NPS
1
Veloc.
IRI
D
MPD
(dB(A))
d1 (m) d2 (m) α
(km/h) (m/km) (kg/m³) (mm) Calculado
B
C
D
E
F
G
H
I
NPS2
(dB(A))
J
A
Para o preenchimento das células deverá se seguir a ordem:
A – Revestimento a ser avaliado;
B – Velocidade de tráfego que se pretende avaliar;
C – Irregularidade longitudinal obtida ou proposta;
D – Densidade do revestimento asfáltico obtida ou proposta;
E – Macrotextura (em termos de MPD) obtida ou proposta;
F – NPS na interface pneu-pavimento calculado utilizando-se a equação 9;
G – Distância do ponto 1 a fonte sonora;
H – Distância do ponto 2 a fonte sonora;
I – Fator de absorção sonora da cobertura do solo entre a via e o receptor (vide item
5.5);
J – NPS estimado no ponto 2 (ao lado da via, ou seja, que atingirá as edificações).
O revestimento padrão para o qual foram realizadas as comparações neste
trabalho foi o Concreto Asfáltico Usinado a Quente convencional, utilizado na maior
parte das vias urbanas e rodovias do estado de Sergipe. Para tanto, foram utilizados
os valores médios de IRI, D e MPD dos três segmentos teste em CAUQ analisados
neste trabalho (Tabela 16). Para o cálculo do NPS1 foi utilizado o modelo proposto
neste trabalho (Equação 9). Para o cálculo do NPS2 (Equação 6) foi adotada como
padrão a distância de 10,0 m do eixo da via às edificações (soma: recuo das
edificação + largura do passeio + ½ da largura da via), considerando poucas
obstruções laterais e solo impermeabilizado.
101
Tabela 16 – Estimativa do NPS ao lado da via revestida com CAUQ no Estado de Sergipe
NPS na interface pneu-pavimento
NPS ao lado da via
Revestimento
CAUQ
Veloc.
IRI
D
(km/h) (m/km) (kg/m³)
40
60
80
2,47*
2,47*
2,47*
MPD
(mm)
2359,2* 0,79*
2359,2* 0,79*
2359,2* 0,79*
NPS1
(dB(A))
Calculado
d1
d2
α
83,68
89,88
96,09
0,1
0,1
0,1
10
10
10
0,0
0,0
0,0
NPS2
(dB(A))
63,89
70,09
76,30
*Média geral dos segmentos CAUQ1, CAUQ2 e CAUQ3
Das estimativas, embora somente a 40 km/h (baixa velocidade) o NPS2 a
margem da via seja inferior ao limite estabelecido pela FHWA, nota-se que limitandose a velocidade em no máximo 60 km/h (média velocidade) se promoverá uma
redução de 6,20 dB(A) do NPS2 ao lado da via se comparado ao gerado à 80 km/h
(alta velocidade). Caso esta limitação seja de 40 km/h incrementará essa redução
em mais 6,21 dB(A), totalizando uma média de redução de 12,41 dB(A) quando se
reduz a velocidade de 80 para 40 km/h.
No entanto, quando uma intervenção na velocidade de tráfego não seja
possível ou suficiente, é imprescindível a utilização de pavimentos mais “silenciosos”
do que os convencionais. Pode-se, então, buscar pavimentos com menor IRI e/ou
menor densidade e, ainda, com macrotextura mais aberta.
A Tabela 17 contém interações realizadas para o mesmo revestimento em
CAUQ, porém utilizando-se os valores mínimos, obtidos nos levantamentos de
campo, de IRI e D e máximos de MPD, isoladamente e em conjunto.
Nota-se que algumas combinações tornaram o pavimento “silencioso”, pois
houve redução maior ou igual a 3 dB(A) em relação ao convencional. Sendo
considerados “silenciosos” o CAUQ com “menor densidade”, CAUQ com menor IRI e
menor D, CAUQ com menor IRI e maior MPD, CAUQ com menor D e maior MPD e
CAUQ com menores IRI e D e maior MPD. Estes pavimentos, com exceção apenas
do CAUQ com menor IRI e maior MPD, apresentaram NPS2 inferiores ao limite de
67 dB(A) nos três níveis de velocidade (baixa, média e alta), podendo ser indicados
para o uso em áreas urbanas e residenciais às margens de rodovias.
102
Tabela 17 – Análise do NPS2 a partir de modificações no valor de IRI, D e MPD
NPS na interface pneu-pavimento
NPS ao lado da via
Revestimento
CAUQ
CAUQ
(menor IRI)
CAUQ
(menor D)
CAUQ
(maior MPD)
CAUQ (menor
IRI e menor D)
CAUQ (menor
IRI e maior
MPD)
CAUQ (menor
D e maior
MPD)
CAUQ
(menores IRI e
D e maior
MPD)
Veloc.
IRI
D
MPD
(km/h) (m/km) (kg/m³) (mm)
NPS1
(dB(A))
Calculado
d1
d2
α
NPS2
(dB(A))
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
80
40
60
2,47
2,47
2,47
1,54
1,54
1,54
2,47
2,47
2,47
2,47
2,47
2,47
1,54
1,54
1,54
1,54
1,54
1,54
2,47
2,47
2,47
1,54
1,54
2359,2
2359,2
2359,2
2359,2
2359,2
2359,2
2160,45
2160,45
2160,45
2359,2
2359,2
2359,2
2160,45
2160,45
2160,45
2359,2
2359,2
2359,2
2160,45
2160,45
2160,45
2160,45
2160,45
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,93
0,93
0,93
0,79
0,79
0,79
0,93
0,93
0,93
0,93
0,93
0,93
0,93
0,93
83,89
90,09
96,30
81,70
87,90
94,11
70,51
76,71
82,92
81,86
88,07
94,27
68,32
74,53
80,73
79,67
85,88
92,08
68,48
74,69
80,89
66,29
72,50
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
63,89
70,09
76,30
61,70
67,90
74,11
50,51
56,71
62,92
61,86
68,07
74,27
48,32
54,53
60,73
59,67
65,88
72,08
48,48
54,69
60,89
46,29
52,50
80
1,54
2160,45 0,93
78,71
0,1
10
0,0
58,71
Vale ressaltar que estas alterações são válidas apenas para misturas
asfálticas. Mas caso se utilize um revestimento em TSD com mesmas características
de IRI e D do CAUQ, no entanto com o MPD médio de 2,0 mm, a redução seria de
17,5 dB(A) no NPS2.
As alternativas apresentadas utilizadas isoladamente ou em conjunto,
buscando
compatibilizar
os
níveis
de
emissão
de
ruído
aos
padrões
internacionalmente aceitos, contribuem com a melhoria do conforto acústico das
edificações às margens de rodovias ou em centros urbanos.
103
8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
Neste trabalho foi utilizado o método da proximidade imediata (CPX) para
avaliar o nível de pressão sonora gerado na interface pneu-pavimento em nove
segmentos distintos, contemplando seis revestimentos diferentes. Considerando três
velocidades pré-determinadas, verificou-se as influências da velocidade, densidade
do pavimento, macrotextura, microtextura e irregularidade longitudinal na variação
de ruído de tráfego. Em seguida, pôde-se construir gráficos para melhor
entendimento das influências destas características no NPS, correlacionar
características que influenciam na geração de ruído, elaborar modelo de previsão de
NPS e sugerir especificações para pavimentos silenciosos.
O método de avaliação de nível de pressão sonora (NPS) utilizado tem como
vantagem a captação diretamente na interface pneu-pavimento, capacidade de
medir o NPS em praticamente qualquer tipo de superfície, ter menor influência de
outros ruídos devido à proximidade da interface pneu-pavimento, além da facilidade
de manuseio dos equipamentos e portabilidade. No entanto, possui a desvantagem
de não medir o NPS propagado pelo tráfego até a margem das vias.
Diante dos resultados dos levantamentos ficou evidente que o nível de
pressão sonora gerado na interface pneu-pavimento é diretamente proporcional à
velocidade.
A faixa de frequência que reúne os maiores NPS está situada entre 100 e
2.500Hz. Ainda pode-se afirmar que os níveis de pressão sonora máximos em
frequências abaixo de 1000Hz foram registrados pelo microfone traseiro (registrados
por vibrações do pneumático), enquanto que para frequências maiores, os níveis de
ruído máximos foram registrados pelo microfone dianteiro (registrados pela ação
aerodinâmica).
Conclui-se também que a densidade (fortemente relacionada ao índice de
vazios) tem influência na emissão de ruído em baixas velocidades, quando o pneu
tem mais contato com o pavimento, ou seja, quanto maior o índice de vazios (menor
densidade) menor o ruído gerado. A macrotextura influencia na redução do NPS,
principalmente em altas velocidades, onde, quanto mais grosseira, proporciona uma
maior dissipação do ar na interface pneu-pavimento. A irregularidade longitudinal
influencia no aumento do NPS, embora de forma menos significativa que as
104
características anteriores, aumentando as vibrações mecânicas devido ao impacto
do pneu com o pavimento e, consequentemente, elevando o NPS. Já a microtextura
não tem influência significativa nos valores de NPS.
A análise estatística dos dados, utilizando-se regressão linear múltipla,
permitiu a elaboração de um modelo estatístico que permite a previsão do NPS
gerado na interface pneu-pavimento, a partir dos valores de velocidade de tráfego,
irregularidade longitudinal (IRI), densidade do revestimento e macrotextura (em
termos de MPD).
O modelo desenvolvido apresentou média significância, permitindo seu uso
como ferramenta na elaboração de projetos, que poderão ser elaborados também
com o propósito de proporcionar conforto acústico à sociedade, bem como em
avaliações de pavimentos existentes visando a mitigação de ruído. Futuramente, a
ampliação do banco de dados e a utilização de métodos matemáticos e estatísticos
mais sofisticados poderão aprimorar o modelo, ampliando sua aplicação a outros
tipos de pavimentos, diferentes climas, materiais constituintes, etc.
Este modelo demonstrou maior influencia da velocidade e da densidade no
NPS calculado, seguidos da macrotextura e da irregularidade.
Camadas de desgaste com densidade menores favorecem a redução do
NPS, podendo chegar até 6,73 dB(A) a cada redução de 100 kg/m³. Já pavimentos
com irregularidade longitudinal menores, podem reduzir 2,35 dB(A) quando o IRI
reduz em 1,0 m/km.
A macrotextura , no entanto, favorece a mitigação do NPS quanto maior for o
MPD ou Hs, a cada acréscimo de 0,1 mm desta característica, tornando mais aberta,
levam a redução de 1,45 dB(A).
Medidas como a limitação da velocidade de tráfego, com a implantação de
redutores de velocidade, tanto físicos, como eletrônicos, levam a uma redução entre
5,34 a 10,19 dB(A) na contribuição do ruído gerado na interface pneu-pavimento,
proporcionando uma melhoria no conforto acústico da população.
O pavimento revestido em TSD foi considerado como “silencioso”, pois
proporcionou redução de NPS acima de 5 dB(A) em relação aos demais
revestimentos analisados, quando praticadas velocidades a partir de 60 km/h.
105
8.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Algumas sugestões de novas pesquisas, que ajudarão a fornecer respostas
adicionais ao trabalho aqui realizado, são as seguintes:
• Análise da propagação do ruído no entorno das vias e suas formas de
atenuação;
• Estudo da influência do tipo de pneu, desgaste e calibração na geração
do NPS na interface pneu-pavimento;
• Ampliação do banco de dados para aprimoramento do modelo de
previsão, bem como das especificações de pavimentos silenciosos;
• Análise e inclusão de mais variáveis ao modelo de previsão, como
temperatura, tipo de pneu, tipo de veículo, dentre outras;
• Avaliação de revestimentos do tipo MRA e TSD para melhor
compreensão dos mecanismos de geração de ruído destes;
• Avaliação de pavimentos revestidos com Camada Porosa de Atrito –
CPA e demais pavimentos drenantes, mensurando a sua contribuição
na redução de NPS;
• Estudo aprofundado da influência de cada característica isoladamente
(irregularidade, textura, vazios e velocidade) no NPS emitido nas
freqüências abaixo, acima e exatamente a 1.000Hz;
• Verificação
da
interferência
entre
as
diversas
características
construtivas de um pavimento asfáltico entre si, na geração de NPS;
• Realização dos mesmos estudos desenvolvidos neste trabalho para
pavimentos de concreto;
• Avaliação da rigidez do revestimento como fator contribuinte para a
geração de ruído na interface pneu-pavimento;
• Estudo da viabilidade econômica das diversas soluções de mitigação
de ruído de tráfego, com ênfase na construção de pavimentos
silenciosos.
106
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112
EQUIPE TÉCNICA
•
Fernando Silva Albuquerque – Coordenador
•
Franciely Abati Miranda – Pesquisadora
•
Osvaldo de Freitas Neto – Pesquisador
•
Tatiana Máximo Almeida Albuquerque – Pesquisadora
•
Manoel Fernando Freire Cabral – Aluno de Mestrado
•
Anne Karoline Carvalho Vieira – Aluna de Graduação
•
Diogo Nascimento Oliveira – Aluno de Graduação
•
Gessyca Menezes Costa – Aluna de Graduação
•
Léa Nascimento Dias – Aluna de Graduação
•
Lívia Melanie de Santana Rodrigues – Aluna de Graduação