ESTUDO DO EFEITO DO AUMENTO DA CARGA, DA PRESSÃO DE INFLAÇÃO E
DO TIPO DE PNEU NA RESPOSTA ELÁSTICA DE UM PAVIMENTO
João Fortini Albano
Luis Antonio Lindau
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção - UFRGS
RESUMO - Neste Trabalho procura-se sintetizar a realidade da área de pavimentação, enfatizando os reduzidos
investimentos em obras e pesquisas e a necessidade atual de boas condições de tráfego na rede face a um uso
mais intensivo. São arrolados elementos que preocupam os engenheiros e a sociedade sobre os danos aos
pavimentos provocados pelo excesso de carga associado a um aumento da pressão de inflação dos pneus
decorrente do uso predominante de pneus radiais. Explica-se a programação de um Levantamento de Campo
para obter um quadro de pressões praticadas e um Programa Experimental através do qual serão estudados os
efeitos e interações da variação da carga, pressão de inflação e tipo de pneu (radial e lonas) sobre a resposta
elástica de um pavimento da Área de Pesquisas da UFRGS-DAER/RS, adotando-se como resposta a Bacia de
Deformações, medida a partir de um Simulador de Tráfego e Viga Benkelman.
ABSTRACT - This paper provides a synthesis of the actual situation of paving, emphasizing the reduction of
investments in pavement works and research and the current requirements for good network facilities subject to
increasing traffic demands. Some elements related to damages on pavements are listed. Damages, which have
worried engineers and society as a whole, are caused by excessively high loads and corresponding tire pressures,
specially when radial tires are used. In order to verify the range of tire inflation pressures used by trucks, a field
survey was programmed and is hereby presented. An experimental design, meant to study the effects and
interaction of loads, inflation pressures and types of tires on the elastic answer of a test pavement, is also
presented. The test pavement available at the UFRGS-DAER/RS Research Area, where a traffic simulator
operates, will provide the basis for this study. Deflection basins will be measured by using a Benkelman beam.
1. INTRODUÇÃO
A partir da segunda metade da década de oitenta, houve uma redução dos investimentos
públicos na malha rodoviária do país. Por outro lado, salvo honrosas exceções, os avanços
tecnológicos na área de pavimentação foram poucos. Pode-se referir que somente em 1994 o
DNER adotou um método de projeto de reforço com base na análise de modelos elásticos, o
PRO 269/94 (1995), que considera as propriedades resilientes de solos do subleito e materiais
granulares do pavimento, reciclagem do CBUQ, modelos de fadiga de misturas betuminosas
brasileiras e cálculo de tensões e deformações através da teoria da elasticidade não linear.
A idade avançada dos pavimentos, o estado geral da rede rodoviária, a elevação dos custos
operacionais e questões de segurança viária constituíram o cenário ideal para o surgimento de
ações amplas na área de planejamento. A Gerência de Pavimentos, que visa a destinação
judiciosa dos recursos através da adoção de modernas técnicas, cresceu no Brasil. Observouse, no início dos anos 90, uma espécie de reação à estagnação da área na década anterior.
Deve-se registrar também, como atualidade, as crescentes exigências de maior padrão dos
Projetos de Restauração e Programas de Manutenção formuladas pelo Banco Mundial para
concessão de empréstimos e, ainda, os Programas de Concessões Rodoviárias através dos
quais o Estado delega à iniciativa privada a manutenção de rodovias com alto volume de
tráfego, sendo os custos cobertos pelo pedágio arrecadado.
Com a finalidade desenvolver pesquisas na área de pavimentação e buscando a redução de
custos, a Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS e o Departamento Autônomo
de Estradas de Rodagem - DAER/RS celebraram, no início desta década, um Protocolo
Consensual de Colaboração Técnico-Científica para estudos de alternativas econômicas para
pavimentação de rodovias coletoras. A partir deste Convênio, foi construído um Simulador de
Tráfego e uma Área de Pesquisas, localizados no Campus do Vale da UFRGS, em Porto
Alegre, com dez pistas experimentais constituídas por estruturas de pavimento empregando
basalto alterado nas camadas de base e sub-base. Estes materiais estão sendo testados com
vistas a uma provável utilização na pavimentação de rodovias sujeitas a uma vida útil com
volume de tráfego, da ordem de N = 105.
Para completar a pintura do contexto atual, não se pode esquecer que a virtual estabilidade
econômica tem promovido um uso mais intenso de rodovias. A distribuição e o fornecimento
programado de insumos passou a ser um elemento indispensável na competição econômica. A
intensificação do transporte como fator de produção e de satisfação de necessidades está
carregando e congestionando boa parte do sistema viário implantado. Este é o atual desafio
brasileiro: vias em boas condições, custos de construção e manutenção reduzidos, menores
tempos de deslocamentos e fluxo de tráfego seguro.
2. O TEMA ESCOLHIDO
A necessidade de desenvolvimento do Sistema de Transportes gaúcho e brasileiro é um
convite a muitas iniciativas. O transporte de cargas e a sua relação com a longevidade de
rodovias pavimentadas inspirou esta investigação do efeito do acréscimo da pressão de
inflação e do tipo de pneus associados ao aumento da carga por eixo em pavimentos típicos.
Como primeiro passo, realizou-se uma revisão bibliográfica que indicou autores importantes e
referenciais para a Dissertação: Bell, C.A. et al. (1996); Bonaquist, R. et al. (1989); Huhtala,
M. et al. (1989); Fernandes Jr, J.L.F. (1994); Kim, O.K. et al. (1989); Middleton et al. (1986);
Marshek, K.M. et al. (1986a); Marshek, K.M. et al. (1986b); Sebaaly, P.E. (1992).
Do exame ainda parcial dos textos referidos e entrevistas executadas, selecionou-se os
seguintes pontos principais para a definição do estado-da-arte do tema:
a) O excesso de peso em veículos de carga é uma das maiores causas de defeitos prematuros
nos pavimentos asfálticos. A ruptura por fadiga é o maior dano, seguido da formação de
trilha de roda decorrente das deformações permanentes;
b) O surgimento do pneu tipo “banda larga”, notadamente na segunda metade dos anos 80,
como alternativa de substituição do rodado duplo, provocou maiores preocupações sobre o
efeito da pressão de inflação dos pneus no desempenho de pavimentos flexíveis;
c) Há uma mudança gradual de uso de pneus de lonas para radiais. Esta tendência é
acompanhada por um aumento da pressão de inflação;
d) Uma série de pesquisas indicam que os pneus de lonas não proporcionam uma superfície
de contato uniforme do pneu com o piso. Desta forma, quando há deslocamentos laterais
dos veículos, ocorre uma diminuição na área de contato e um aumento da pressão. Há
situações em que esta pressão concentrada pode chegar até 1.380 kPa (200 psi). Por outro
lado, de acordo com dados fornecidos por fabricantes de pneus radiais, sabe-se que este
produto, hoje com demanda crescente, possui área de contato mais uniforme com o piso
em trechos pavimentados. Há maior flexibilidade dos flancos (paredes laterais) e melhor
capacidade de resistir a impactos e maiores pressões de inflação;
e) Frotistas e transportadores autônomos, visando maior produtividade, excedem os limites de
peso recomendados por fabricantes e pela legislação vigente. Este excesso de carga por
eixo é acompanhado por uma maior pressão de inflação dos pneus, que dá ao veículo
pesado uma “melhor” condição de dirigibilidade e estabilidade;
f) O aumento da pressão nos pneus tem bastante significância no acréscimo da tensão vertical
sobre a superfície e na deformação específica da fibra inferior da camada asfáltica. Estudos
efetuados indicam que o aumento da pressão em 25% pode ocasionar uma elevação de 40 a
60% nos coeficientes de equivalência de carga para eixo simples com rodado duplo de 80
kN (18.000 lb) e tandem duplo de 150 kN (34.000 lb);
g) Os fatores de equivalência constantes no Guia para Projeto de Pavimentos da AASHTO
(1993) estão baseados, em dados obtidos na AASHTO Road Test na qual foram usadas
pressões de pneus de lonas entre 518 e 552 kPa (75 e 80 psi). Por este motivo, é de grande
importância investigar o efeito de maiores pressões, atualmente em uso.
h) Em termos nacionais e mesmo em centros mais desenvolvidos as autoridades e operadores
ainda não se aperceberam da magnitude desta questão que, recentemente, está sendo
desvendada pela área tecnológica. Não se tem notícia de controle de pressão de inflação de
pneus.
Desta forma, altíssimos recursos são investidos na construção e manutenção de rodovias e,
face às circunstâncias apontadas, os mesmos não retornam de forma adequada à população.
O Simulador de Tráfego, construído através da parceria UFRGS-DAER/RS e seu bom
desempenho na pesquisa sobre utilização de basalto decomposto como material para uso em
pavimentos de rodovias vicinais é o equipamento ideal para a investigar o assunto. Com a
viabilidade de uso do equipamento adequado ficou alinhavado o tema da Dissertação: um
programa experimental para verificação das influências em um pavimento, dos fatores pressão
e carga por eixo e ainda do tipo de pneu e suas possíveis combinações.
3. PRINCIPAIS OBJETIVOS
a) Estudar e medir o efeito da variação conjunta da carga por eixo, da pressão de inflação e
do tipo de pneus (radial e lonas) no comportamento de um pavimento típico de uma
rodovia vicinal existente na área de testes do Convênio UFRGS-DAER/RS, em Porto
Alegre, considerando como resposta a bacia de deformações e seus respectivos
parâmetros;
b) Quantificar os danos decorrentes ocasionados ao pavimento ensaiado;
c) Calcular o custo de recapeamento face a redução da vida útil do pavimento tendo em vista
a manutenção da via nas condições iniciais de uso;
d) Constatar, mediante análise, tabulação e tratamento das informações obtidas em Unidades
de Conservação do DAER e outros centros, a realidade do excesso de peso praticado em
rodovias pavimentadas;
e) Levantar, através de uma Pesquisa de Campo, a realidade do excesso de pressão de
inflação de pneus, os tipos de pneus utilizados pela frota de carga e, marginalmente, medir
a profundidade do sulco dos pneus para avaliação de condições de segurança;
f) Fornecer elementos técnicos comprovadores da possível necessidade de monitoramento e
inibição ostensiva do excesso de peso e da pressão de inflação de pneus, tendo em vista a
implementação do Sistema Estadual de Controle de Cargas Rodoviárias no RS.
g) Alertar os engenheiros para possíveis revisões nas metodologias de projeto e
desenvolvimento de pesquisas na área, devido aos resultados do trabalho e,
h) Chamar a atenção de autoridades e usuários de rodovias quanto aos potenciais prejuízos
financeiros, econômicos e ainda, da falta de segurança viária advinda do aumento dos
acidentes.
4. METODOLOGIA
Com a finalidade de constatar a realidade da pressão de inflação em veículos de carga
praticada em nosso meio, programou-se uma pesquisa na qual serão colhidos elementos que
irão apoiar a Dissertação. O local escolhido foi a Praça de Pedágio da RS/240, trecho Vila
Scharlau - Rincão do Cascalho. Trata-se de uma das principais rodovias do RS que une a
região metropolitana com a nordeste. Possui um VDM de 16.000 veículos/dia, dos quais 30%
são veículos de carga. Prevê-se, para a constituição de amostras significativas, coletas de
dados durante quatro dias, divididos em duas etapas, uma em cada semana, para não
condicionar o usuário.
Serão obtidas as seguintes informações: pressão dos pneus, tipo e tamanho de cada pneu, sua
localização no veículo, profundidade do sulco na banda de rodagem, se transportador frotista
ou autônomo, carga transportada, data, horário e condições climáticas.
Serão considerados dois tipos de eixos para agrupamento de dados: eixos de rodado simples
dianteiro e eixos de rodado duplo. Os valores de pressão de inflação serão medidos e tratados
estatisticamente, obtendo-se a média da pressão e o valor do desvio padrão de cada tipo e
agrupamento amostrado. Serão também construídos histogramas com dados do afastamento
percentual da pressão medida com a pressão recomendada.
O Programa Experimental proposto é o seguinte:
FATORES CONTROLÁVEIS: a) Carga por Rodado Duplo - Os diferentes níveis serão obtidos
por regulagem dos dispositivos hidráulicos do Simulador de Tráfego; b) Pressão de Inflação
dos Pneus - O uso de um compressor de ar instalado no local e calibradores permitirão a
ajustagem da pressão dos pneus nos níveis programados de 552, 690 e 793 kPa (80, 100 e 115
psi); c) Tipo de Pneu - Serão utilizados dois níveis: pneus radiais e de lonas. Definiu-se o
tamanho 900x20 e 900Rx20 com câmaras; d) Pavimento - Do conjunto de 10 pistas
existentes, selecionou-se a de nº 3, considerada de espessura delgada, cuja constituição é 21
cm de basalto alterado oriundo da jazida Frederico Westphalen, revestido com TSD e Capa
Selante.
FATORES CONSTANTES: a) Temperatura - Um revestimento tipo TSD com 2,50 cm não sofre
influência significativa da temperatura, porém definiu-se uma faixa de temperatura de 5 a
30ºC, na qual as leituras e ensaios serão realizados; b) Umidade do Subleito - Para evitar que
diferentes períodos de saturação do subleito durante a execução do experimento possam
introduzir interferências nos resultados, decidiu-se não solicitar o pavimento com o subleito
saturado. O grau de saturação será verificado por tensiômetros posicionados ao lado da pista.
VARIÁVEL DE RESPOSTA: A variável de resposta que definirá o desempenho do pavimento
estudado é a Bacia de Deformações Recuperáveis, medida com uma viga Benkelman.
O experimento será executado na hipótese de que aumentando a carga também aumenta a
pressão nos pneus, de acordo com o comportamento do usuário. O número de níveis para cada
Fator Controlável é o seguinte: Carga 3 níveis; Pressão 3 níveis e Tipo de Pneu 2 níveis.
Assim sendo, haverão 3 x 3 x 2 = 18 combinações. Serão executadas quatro leituras por
combinação, devidamente aleatorizadas, logo, haverão 18 x 4 = 72 determinações de bacias.
Trata-se, de um Projeto Fatorial Cruzado com Três Fatores através do qual serão
pesquisados os efeitos na variável de resposta e a significância da possível interação entre os
fatores para o pavimento investigado. Os cálculos estatísticos serão apoiados pela Tabela
ANOVA e elaborados gráficos de dois fatores referenciados à deformação elástica e aos
parâmetros de avaliação da bacia, para melhor interpretação dos resultados.
5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS
A pesquisa de campo irá responder questões do tipo: qual o pneu mais utilizado na frota de
carga; a pressão média de inflação nos pneus; quem pratica os excessos e, ainda, informações
sobre a profundidade dos sulcos na banda de rodagens dos pneus. Todos dados de campo
serão tabulados e divulgados convenientemente.
Após a execução do experimento, os efeitos das deformações elásticas sobre o pavimento
ensaiado e suas interações também serão analisados. Com estes dados, pretende-se determinar
a redução da vida do pavimento e, calcular o custo do recapeamento para a manutenção das
condições iniciais de tráfego. Pretende-se enfatizar que este custo é uma parcela significativa
do valor pago pela sociedade pelos excessos de pressão e peso. Pensa-se também, imprimir as
marcas dos pneus em condições singulares de carga e pressão e alimentar um software do tipo
ELSYM5 (Kopperman et al., 1985) comparando as possíveis diferenças com as deformações
experimentais.
A Dissertação será encerrada com uma sessão de Conclusões contendo comentários sobre as
limitações da mesma e sugestões para trabalhos futuros na área.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, Ministério dos Transportes, Brasília, DF.
Fernandes Jr, J.L. (1994) Investigação dos Efeitos das Solicitações do Tráfego Sobre o Desempenho de
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