44ª RAPv – REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO
E
18º ENACOR – ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO
RODOVIÁRIA
ISSN 1807-5568 RAPv
Foz do Iguaçu, PR – de 18 a 21 de Agosto de 2015
DETERMINAÇÃO DO EFEITO DA PRESSÃO DE INFLAÇÃO DOS PNEUS
E DA CARGA DO EIXO SIMPLES DE RODAS DUPLAS NA DEGRADAÇÃO
DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS
Lucas Dotto Bueno (1); Marina Frederich de Oliveira (2); Gerson Severo da Trindade (3);
Rômulo de Lima de Oliveira (4); Deividi da Silva Pereira (5); Luciano Pivoto Specht (6);
Mauricio Silveira dos Santos (7); Fernando Dekeper Boeira (8).
RESUMO
O objetivo principal durante a concepção do projeto de um pavimento é que esse seja capaz de manter suas condições
funcionais e estruturais durante seu ciclo de vida, suportando a ação do tráfego. Porém, a deterioração de um pavimento
não se limita às cargas do tráfego, mas é influenciada também por fatores como condições climáticas, os materiais das
camadas da estrutura e a pressão de inflação dos pneus dos veículos. Essa última deve ser levada em conta já que o
acréscimo da pressão de enchimento dos pneus ocasiona um aumento no potencial destrutivo do pavimento. Através do
software SisPav, na ferramenta AEMC, foram simulados 432 conjuntos (estrutura mais módulos de resiliência)
combinados com três diferentes valores de pressão dos pneus e seis carregamentos distintos do Eixo Simples de Rodas
Duplas (ESRD). Desse modo, os dados obtidos foram aplicados em modelos de desempenho referentes aos mecanismos
de ruptura de fadiga e deformação permanente.
A partir das simulações, pode-se perceber que para o eixo estudado, ao comparar o efeito de três diferentes pressões de
inflação de pneus, mantendo as outras variáveis fixas, o aumento de pressão do menor para o maior valor simulado pode
reduzir a vida de fadiga do pavimento em aproximadamente 50 por cento. Em relação à deformação permanente,
percebeu-se que o aumento da pressão de inflação não tem grande influência neste mecanismo de ruptura, sendo que, o
aumento do menor para o maior valor de pressão ocasionou uma redução na vida útil do pavimento, em relação ao
afundamento em trilha de roda (ATR), de no máximo 9 por cento.
PALAVRAS-CHAVE: Pressão de inflação dos pneus, fadiga, deformação permanente.
ABSTRACT
The main point during the conception of a pavement project is that this one has to be capable to maintain its functional
and structural conditions during its life cycle, supporting the traffic action. However, the pavements deterioration is not
limited to traffic load, but also influenced by other factors such as climatic conditions, material of layer structure and
tire inflation pressure of the vehicles. The last one has to be considered once that the elevation of tire inflation pressure
results on an increase of the pavement destructive potential. Using the software SisPav, in a tool called AEMC, was
simulated 432 sets (structure and resilient modulus) combined with three different values of tire inflation pressure and
six different loads to Single Axle with dual tires. Thus, the data obtained was applied in different performance models
refering to damage mechanisms of fatigue and permanent deformation. From simulations, it was possible to notice that
the axle studied, comparing the effect of three different tire inflation pressure, maintaining the other variables fixed, the
increase of pressure from the smaller to the bigger value simulated can reduce the fatigue life of pavement in almost
fifty percent. In relation with permanent deformation, it was noticed that the increase of tire inflation pressure does not
have big influence on this damage mechanism, where the elevation from the smaller to the bigger value of pressure
caused a reduction of at maximum 9 percent on pavement life in relation to rutting.
KEY WORDS: Tire inflation pressure, fatigue, permanent deformation.
1
Mestrando em Engenharia Civil - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM): Endereço
profissional: Avenida Roraima, 1000, Cidade Universitária, Santa Maria, RS. E-mail:
[email protected]
2
Graduanda em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]
3
Graduando em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]
4
Graduando em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]
5
Professor da Universidade Federal de Santa Maria. E-mail: [email protected]
6
Professor da Universidade Federal de Santa Maria. E-mail: [email protected]
7
Mestrando em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]
8
Doutorando em Engenharia Civil - UFSM. E-mail: [email protected]
INTRODUÇÃO
As cargas do tráfego são transmitidas à estrutura do pavimento por meio dos pneus dos veículos que
circulam pela via. O controle dos pesos dos veículos nas rodovias brasileiras é executado através de
postos dotados com balanças, entretanto, a escassez de postos de pesagens distribuídos pelo
território brasileiro favorece o desrespeito da legislação em relação ao carregamento máximo
permitido por eixo. Ademais, a legislação brasileira não prevê o controle da pressão de inflação dos
pneus nestes postos de pesagem; além disso, novas tecnologias possibilitam elevadas pressões de
enchimento nos pneumáticos.
Segundo Fontenele e Fernandes Júnior (2014), a deterioração de um pavimento não está limitada às
cargas do tráfego, fatores como o material usado na estrutura, condições ambientais, pressão de
inflação dos pneus, entre outros, também podem influenciar na redução da vida útil da estrutura ao
causar defeitos na mesma. A AASHO Road Test estabelece que a relação entre a carga do tráfego e
a deterioração do pavimento obedece à lei da quarta potência, o que significa que um eixo
carregado duas vezes mais que outro, causará um dano dezesseis vezes maior no mesmo pavimento.
Widmer (2002) afirma que o aumento de 20% nos limites de carga, implica em 50% de redução da
vida prevista do pavimento.
A resolução em vigor, publicada pelo Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN), no Diário
Oficial da União, no dia 06 de junho de 2014, aumentou para 10% o limite de tolerância de peso por
eixo para os veículos de carga. Entretanto, a regra só vale para os veículos comerciais que não
ultrapassarem o limite de 5% do peso bruto total ou peso bruto total combinado. Caso seja
ultrapassada esta tolerância de 5% do peso total, a margem por eixo permanece 7,5%. Nota-se uma
atenção exclusiva dos órgãos fiscalizadores para a carga dos eixos dos veículos comerciais, porém,
é importante ressaltar que a pressão de inflação dos pneus age diretamente no processo de
degradação do pavimento, e quanto a isso, não há nenhuma medida tomada pelos órgãos
responsáveis pelas rodovias brasileiras. Dos poucos postos que existem no país (fixos ou móveis),
Fontenele e Fernandes Júnior (2014) apresentam que 66% destes se encontram não operantes, ou
localizados inadequadamente, o que possibilita a utilização de rotas de fuga; os que operam, medem
apenas o peso da carga, e não a pressão de enchimento dos pneus. Isso afeta, segundo Chou (2006),
não só o cumprimento da lei, mas a precisão de fatores de carga e a partir daí, a equivalência de
carga por eixo, que influencia no dimensionamento de estruturas de pavimentos.
Desta forma, busca-se identificar, através de uma análise mecanicista, a influência da pressão dos
pneus e da carga do eixo no número de solicitações admissíveis do pavimento e o seu
comportamento à medida que são realizadas alterações pontuais na estrutura e nas propriedades dos
materiais da estrutura.
EIXOS RODOVIÁRIOS
Atualmente, circulam pelas rodovias brasileiras vários tipos de veículos, com diferentes
capacidades de transporte de carga. Com isso, há uma variedade de eixos rodoviários para cada tipo
destes veículos e o conhecimento destes é vital para que ocorra o dimensionamento adequado do
pavimento.
DNIT (2006) apresenta a nomenclatura dos eixos da seguinte forma: quando um eixo é isolado, ele
é denominado simples; quando mais de um eixo for organizado em conjunto, são denominados
eixos tandem. Os principais eixos rodoviários circulando no Brasil atualmente são o Eixo Simples
de Roda Simples (ESRS), o Eixo Simples de Rodas Duplas (ESRD), Eixo Tandem Duplo (ETD) e
Eixo Tandem Triplo (ETT).
O Eixo Simples de Rodas Duplas, utilizado nas análises numéricas realizadas neste trabalho, é um
eixo isolado, com quatro pneumáticos, conforme apresentado na Figura 1. A carga máxima legal
deste eixo, segundo DNIT (2006) é delimitada em 100 kN.
Figura 1. Eixo Simples de Rodas Duplas, suas dimensões e carga máxima legal. (Adaptado de DNIT, 2006)
MECANISMOS DE RUPTURA
Merighi (1999) realizou uma análise de aproximadamente trezentos artigos técnicos que haviam
sido publicados entre 1988 e 1996, relacionados à deterioração de pavimentos. Cerca de 38% dos
defeitos eram trincas por fadiga, 17% tinham origem na deformação permanente, 11% eram
problemas de execução e 34% não foi possível determinar a causa.
Medina e Motta (2015) apresentam que o defeito mais frequente nos pavimentos flexíveis
brasileiros é o trincamento na camada superior de concreto asfáltico, desenvolvido pela flexão
alternada da camada superficial apoiada em camadas granulares (em geral deformáveis
elasticamente). Mas, os mesmos autores também destacam a ocorrência de deformações
permanentes nas trilhas de rodas dos veículos pesados em estradas, corredores de ônibus urbanos, e
nos pátios de estacionamento revestidos com concreto asfáltico.
Fadiga
Balbo (2007) explica fadiga como um fenômeno que atinge muitos materiais quando solicitados em
níveis de tensão menores àqueles de ruptura – para dado modo de solicitação – que causa alteração
na sua estrutura interna, finalizando em perda de características estruturais originais. A partir daí,
surgem microfissuras de maneira progressiva, que evoluem até o desenvolvimento de fraturas e
consequente rompimento do material.
Quando há solicitação da camada de concreto asfáltico por cargas que provocam tensões menores
do que a resistência à tração do revestimento, há o rompimento desta camada, o que caracteriza a
deterioração por fadiga. Inicialmente, surgem trincas na fibra inferior da camada de concreto
asfáltico e seguem se propagando para a superfície, assim, no final desta evolução, dá a impressão
de semelhança ao couro de crocodilo (ALBANO, 2005).
Os materiais sujeitos a sofrer ruptura por fadiga são os que apresentam ligações cristalinas entre
partículas; tais como, CCP (Concreto de Cimento Portland), CCR (Concreto Compactado com
Rolo), CA (Concreto Asfáltico), SC (Solo Cimento) e BGTC (Brita Graduada Tratada com
Cimento). A fadiga, portanto, se manifesta através de fissuras ou fendas no pavimento. (BALBO,
2007)
Deformação Permanente
Segundo Balbo (2007), o ATR é uma deformação plástica/permanente que atinge o revestimento
asfáltico ou o sistema, e ocorre com a densificação adicional das camadas, denominada
consolidação, ou ruptura por cisalhamento de uma ou mais camadas do sistema.
De acordo com o DNIT (2003), o afundamento em trilhas de rodas (ATR) é definido pela
deformação permanente caracterizada por uma depressão na superfície do revestimento, podendo
ser acompanhada de solevamento, e ainda, podendo se apresentar sob a forma de afundamento
plástico ou de consolidação.
Medina e Motta (2015) apresentam que na pista experimental da AASHTO se observou a
contribuição de cada camada na deformação permanente. Verificou-se que o concreto asfáltico
contribui 32% para o surgimento deste defeito; a base de brita, 4%; a sub-base, 45% e o subleito
9%.
Modelos de Desempenho
O dimensionamento mecanicista nada mais é do que a seleção de materiais e espessuras das
diversas camadas do pavimento, de tal maneira que as tensões de tração do revestimento e as
tensões verticais no subleito suportem a ação do tráfego comercial, antes que ocorram trincas por
fadiga ou um determinado afundamento máximo estabelecido na trilha de roda (MOTTA, 1991).
Como cita Franco (2007), um dos fatores essenciais para o desenvolvimento de um projeto
estrutural de pavimentação é o critério de ruptura, pois influencia diretamente nos custos da obra.
Fontenele e Fernandes Júnior (2014) ressaltam que existem vários fatores que podem afetar o
desempenho de um pavimento e estes se agrupam nas categorias de: fatores associados ao tráfego –
incluem-se os volumes de tráfego, pressão de inflação dos pneus, tipos e cargas de eixos,
mecanismo de aplicação de carga e tempo; à composição e propriedade dos materiais – capacidade
de suporte, módulo de resiliência e elasticidade, coeficiente de Poisson e distribuição
granulométrica; associados ao ambiente – temperatura, umidade, congelamento e descongelamento,
precipitação e águas subterrâneas; e outros – dispositivos de drenagem, espessura do pavimento,
macro e micro textura da superfície e nível de manutenção.
Frente a todos esses fatores que influenciam na vida de serviço do pavimento, existem os modelos
de desempenho, ou seja, expressões matemáticas que simulam um dano específico a um
determinado pavimento.
A literatura apresenta, em sua grande parte, modelos de desempenho para os dois principais defeitos
ocorridos em pavimentos flexíveis, o trincamento por fadiga e a deformação permanente. Segundo
Franco (2007), os modelos de desempenho funcionam como limitantes para a determinação de
espessuras de camadas estruturais no dimensionamento do pavimento.
Neste estudo, o modelo utilizado para o cálculo do N de fadiga foi o apresentado em “Método de
Dimensionamento Mecanístico-Empírico de Pavimentos Asfálticos – SisPav”, desenvolvido por
Franco (2007). O modelo resultou na Equação 1.
( )
(
)
(1)
Onde:
= deformação horizontal de tração no fundo do concreto asfáltico (m/m);
M = Módulo de Resiliência do CA (MPa);
fcl = fator campo laboratório = 10000.
Franco (2007) destaca que para a previsão de desempenho frente à deformação por afundamento em
trilha de roda, o critério da deformação limite no topo do subleito é o mais utilizado pelos métodos
de dimensionamento, uma vez que, à medida que se aumenta a espessura total do pavimento, as
tensões que chegam ao topo do subleito tendem a diminuir. Utilizou-se então, para este mecanismo
de ruptura, um dos modelos apresentados pelos métodos de dimensionamento do Asphalt Institute,
que segue na Equação 2.
(2)
Onde:
= deformação vertical de compressão no topo do subleito (m/m).
PRESSÃO DE INFLAÇÃO DOS PNEUS
Romero e Lozano (2006) dizem que a pressão de inflação deve ser levada em conta, já que o
aumento da rigidez dos pneus, ou seja, o aumento da pressão de enchimento ocasiona um aumento
do potencial destrutivo do pavimento.
Fernandes Júnior et al (2007) atentam para a influência que a pressão de inflação dos pneus exerce
na dosagem de misturas asfálticas, no dimensionamento de pavimentos, nos critérios de alocação de
custos rodoviários e na regulamentação técnica, sendo nesta última, onde deveria haver limitação da
pressão de enchimento dos pneus. Como os carregamentos são muito altos, acabam culminando em
maiores pressões de inflação, e, por este motivo, os casos acima citados precisam ser estudados com
cuidado.
De acordo com Machemehl et al (2005) quando variados os valores de carga do eixo e inflação dos
pneus, conclui-se que as pressões de enchimento apresentam uma forte relação com as deformações
horizontais de tração na fibra inferior do revestimento, bem como com tensões próximas à
superfície do revestimento. Em contrapartida, os efeitos da pressão de enchimento dos pneus no
afundamento em trilha de roda são menores, principalmente nas estruturas espessas.
Kulakowski et al (1995) afirma que as variações das propriedades de rigidez dos pneus podem
afetar a distribuição espacial das cargas do pavimento numa situação de tráfego de vários tipos de
veículos. Fontenele e Fernandes Júnior (2014) explicam que quando a carga de um eixo ou roda é
mantida constante, e a pressão de inflação dos pneus é elevada, há uma redução da área de contato,
tornando a pressão de contato pneu-pavimento maior, trazendo maiores danos à estrutura, visto que
haverá maiores esforços atuantes no revestimento asfáltico. Albano (2005) relata o estudo de
Goktan e Mimstschke em 1995, que concluíram que quanto maior a pressão de contato, mais rápido
haverá formação de trilhas de rodas provocadas por veículos pesados.
METODOLOGIA
Matriz Fatorial
Para a realização deste estudo foram considerados diferentes conjuntos (espessura das camadas e
módulos de resiliência) de pavimentos revestidos por concreto asfáltico. Para cada conjunto, foi
simulada a passagem do Eixo Simples de Rodas Duplas (ESRD) com cargas de 70kN, 80kN,
100kN, 120kN, 140kN e 170kN, cada uma com pressão de inflação dos pneus de 0,55MPa;
0,69MPa e 0,83MPa. As espessuras do revestimento e da base e os módulos de resiliência do
revestimento, da base e do subleito foram variados de acordo com a Tabela 1. A utilização de
valores altos para pressão dos pneus busca avaliar os casos de carregamentos muito altos, citados na
literatura, que acabam culminando em maiores pressões de enchimento (FERNANDES JÚNIOR et
al, 2007). A faixa de carga por eixo encontrada nas rodovias federais e apresentada por Balbo
(2007) representa o desrespeito constante das cargas máximas legais dos eixos de veículos
comerciais regulamentados; sendo assim, justifica-se a utilização das cargas elevadas do ESRD
avaliadas neste trabalho.
Tabela 1. Dados Propostos
Camada
Revestimento
Base Granular
Subleito
Material
CA
BGS
Solo
Espessura(cm)
5,0 - 7,5 - 10,0 - 12,5
20 - 30 - 40
------
MR(MPa)
Coef.Poisson
4.000 - 5.000 - 6.000 - 7.000
0,35
100 - 300 - 500
0,40
29 - 79 - 123
0,45
Onde:
CA = Concreto Asfáltico;
BGS = Brita Graduada Simples;
MR = Módulo de Resiliência.
Os valores adotados para os módulos de resiliência de todas as camadas e os coeficientes de Poisson
das mesmas seguem os valores referenciais encontrados na literatura (BALBO, 2007; BERNUCCI
et al, 2008).
Análise Mecanicista
Com os dados da matriz fatorial, realizou-se uma análise combinatória com o carregamento imposto
ao pavimento pelo Eixo Simples de Rodas Duplas e sua respectiva pressão de inflação dos pneus,
obtendo-se variadas configurações de pavimentos flexíveis. Foram simulados 432 conjuntos
(estrutura + módulos de resiliência) combinados com três diferentes valores de pressão dos pneus e
seis carregamentos distintos do ESRD. Totalizaram-se 7.776 simulações numéricas realizadas no
software SisPav, na ferramenta de Análise Elástica de Múltiplas Camadas (AEMC). Foram
avaliadas através do AEMC a deformação horizontal de tração no fundo do concreto asfáltico e a
deformação vertical de compressão no topo do subleito.
De posse dos valores de deformação, foram aplicados os modelos de desempenho descritos
anteriormente, para identificar os valores de solicitações admissíveis para fadiga (N FADIGA) e
deformação permanente (NATR). Desta maneira, foi possível avaliar, para casos específicos, a
influência da pressão de inflação dos pneus e da carga do eixo na deterioração do pavimento por
estes dois mecanismos de ruptura. Além disso, identificou-se como esta influência da pressão se
comporta à medida que o carregamento do eixo é aumentado e as configurações da estrutura do
pavimento são modificadas.
RESULTADOS
Devido ao montante significativo de dados acumulados, foram escolhidos alguns conjuntos
característicos para avaliação da influência do aumento da pressão de inflação dos pneus no
NFADIGA e no NATR. É importante salientar que os demais dados geraram resultados com a mesma
tendência destes que serão apresentados.
Neste primeiro caso, o objetivo foi verificar o efeito causado pelo aumento da pressão nos valores
de solicitações admissíveis para cada um dos mecanismos de ruptura avaliados à medida que a
camada de concreto asfáltico se tornava mais robusta. A Tabela 2 apresenta as espessuras e módulos
de resiliência dos conjuntos simulados.
Tabela 2. Conjuntos característicos com variação de espessura da camada asfáltica.
Material
CA
BGS
Subleito
Espessura (cm)
5 - 7,5 - 10 - 12,5
40
-
MR (MPa)
5.000
300
79
Os gráficos apresentados na Figura 2 confrontam, para cada uma das diferentes pressões de inflação
dos pneus avaliadas, o NATR em relação à Carga do Eixo. O valor percentual destacado sobre a série
de valores apresenta a redução causada no NATR quando a pressão de inflação dos pneus foi
aumentada do seu valor mínimo (0,55MPa) para o seu valor máximo (0,83MPa).
Figura 2. Carga do ESRD x NATR, com variação de espessura do revestimento da estrutura característica.
Conforme o esperado, o valor do NATR aumenta à medida que o revestimento se torna mais robusto
e diminui à medida que o carregamento do eixo simples de rodas duplas é elevado. No entanto, em
relação à pressão de inflação dos pneus, pode-se perceber que o maior percentual de redução do
NATR quando a pressão é elevada de 0,55 para 0,83 MPa é de 9%, um valor relativamente pequeno.
Sendo assim, pode-se dizer que o efeito da pressão de inflação dos pneus não apresenta relevância
considerável para este mecanismo de ruptura; desta forma, os resultados condizem com aqueles
encontrados por Machemehl et al (2005). Possivelmente, este resultado deve-se ao fato de que o
modelo de desempenho utilizado para o cálculo do NATR é bastante simplificado, levando em
consideração apenas a deformação vertical de compressão no topo do subleito. Percebe-se também
que à medida que a carga do ESRD é aumentada, o percentual de redução do NATR não sofre
variações significativas, sem possibilitar a identificação de um padrão de comportamento ao
decorrer do crescimento do carregamento.
A Figura 3 apresenta, para os mesmos conjuntos de dados apresentados na Tabela 2, carregamento
do eixo e pressão de inflação dos pneus, os valores do número de solicitações admissíveis para
fadiga do pavimento (NFADIGA).
Figura 3. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação de espessura do revestimento dos conjuntos característicos.
A Figura 3 permite a visualização do aumento do NFADIGA de maneira diretamente proporcional ao
aumento da espessura da camada de concreto asfáltico. Da mesma forma ocorrida para o NATR, o
aumento do carregamento do ESRD causa redução no valor do N FADIGA.
Percebe-se que a pressão dos pneus se torna uma variável muito influente na composição do
NFADIGA. O aumento da pressão de inflação de 0,55 para 0,83MPa causa, quando avaliado o
conjunto com espessura da camada de concreto asfáltico igual a 5cm, mais de 50% de redução no
número de solicitações admissíveis para fadiga do pavimento. Ou seja, numa mesma estrutura,
quando variado o valor da pressão de inflação dos pneus, o eixo pode danificar até duas vezes mais
o pavimento, acelerando o processo de deterioração do mesmo. Verificou-se também que à medida
que a espessura do revestimento se torna mais robusta, o percentual de redução do NFADIGA causado
pelo aumento da pressão se torna significativamente menor, ou seja, necessita-se de uma camada
mais espessa de concreto asfáltico para combater a circulação de eixos com pressão de inflação dos
pneus elevadas.
Desta forma, pode-se fazer a seguinte análise: quando a espessura do revestimento é baixa (5cm) e a
pressão de inflação dos pneus é aumentada em 50% (0,55 para 0,83MPa) o NFADIGA reduz cerca de
50%. Já quando aumentamos a carga do eixo em 50% (80kN para 120kN) o N FADIGA reduz cerca de
30%. Ou seja, com espessuras de revestimento delgadas, a pressão de inflação dos pneus representa
maior influência na redução do NFADIGA do que a própria carga do ESRD. À medida que a espessura
do revestimento se torna mais espessa, estes valores percentuais vão se invertendo. Quando as
mesmas observações são feitas com a espessura de revestimento máxima (12,5cm), o aumento de
50% na pressão dos pneus causa redução de aproximadamente 20% no N FADIGA; já o mesmo
aumento de carga causa redução de cerca de 60% no NFADIGA.
Em relação ao comportamento da influência da pressão à medida que aumentamos a carga aplicada
pelo eixo em uma mesma estrutura, assim como ocorrido para deformação permanente, não é
possível identificar um padrão de comportamento dos percentuais de redução do NFADIGA. Estes
percentuais mantém valores bastante parecidos ao decorrer do acréscimo de carga, com exceção ao
carregamento de 170kN, que apresenta um percentual relativamente menor em relação às demais
cargas.
Dando sequência às análises, procurou-se verificar a influência da espessura da camada de base
granular na redução do NFADIGA causado pelo aumento na pressão de inflação dos pneus. A Tabela 3
apresenta as espessuras e módulos de resiliência dos conjuntos simulados.
Tabela 3. Conjuntos característicos com variação de espessura da camada de brita graduada simples.
Material
CA
BGS
Subleito
Espessura (cm)
7,5
20 - 30 - 40
-
MR (MPa)
5.000
300
79
É importante salientar que para esta análise e as que seguem, o NATR apresentou o mesmo
comportamento, em relação ao aumento da pressão de inflação dos pneus, visualizado no caso em
que foram variadas as espessuras do revestimento. Ou seja, quando foram elevadas as pressões de
inflação a redução no NATR foi de baixa significância, com valores sempre menores do que 10%.
Portanto, optou-se por dar continuidade às análises com enfoque no NFADIGA. Além disso, através
dos modelos de desempenho aplicados, verificou-se que todos os 7.776 diferentes casos avaliados
nesta pesquisa apresentaram o NATR maior do que o NFADIGA, ou seja, para estes casos específicos
avaliados, o pavimento rompe antes por fadiga do que por deformação permanente. A Figura 4
apresenta, para os conjuntos exibidos na Tabela 3, os valores de NFADIGA analisados para cada
carregamento de eixo e pressão dos pneus.
Figura 4. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação de espessura da base granular dos conjuntos característicos.
Novamente, conforme esperado, percebe-se que os valores de NFADIGA crescem conjuntamente com
o aumento de espessura da camada granular. Porém, em relação ao aumento da pressão de inflação
dos pneus, pode-se perceber que à medida que a camada de brita graduada se torna mais robusta, o
aumento da pressão de inflação dos pneus causa mais impacto na redução do NFADIGA. O aumento
percentual não é de grande significância, mas já indica um comportamento da estrutura do
pavimento. Realizando a mesma análise feita para o caso anterior, com o aumento da pressão de
inflação dos pneus em 50%, o NFADIGA reduz em cerca de 30% quando a espessura da base é igual a
20 cm. Já o aumento da carga em 50% reduz o NFADIGA em aproximadamente 50%. Aumentando a
espessura da base para 40 cm e novamente realizando o aumento percentual de 50% na pressão dos
pneus, a redução no NFADIGA varia pouco em relação à espessura anterior, não chegando a 40%;
quando a carga é elevada em 50%, a redução do NFADIGA também não sofre grandes modificações,
se aproximando dos 45%. Porém, pode-se notar um comportamento inverso em relação ao caso
anterior (aonde foram variadas as espessuras do revestimento).
Em relação ao aumento de carga em uma mesma estrutura, nota-se que, analogamente ao caso
anterior, quando foi trabalhado com um carregamento 70% maior do que a carga máxima legal do
eixo, os valores percentuais de redução do NFADIGA causado pelo aumento de pressão de inflação de
0,55 para 0,83MPa sofreram redução em relação aos carregamentos mais baixos para uma mesma
estrutura avaliada. Esta situação se repete em todos os casos que seguem.
A mesma análise realizada com as variações de espessuras das camadas de revestimento e base foi
realizada para os módulos de resiliência dos materiais. A Tabela 4 apresenta os conjuntos avaliados
com variação do MR do concreto asfáltico.
Tabela 4. Conjuntos característicos com variação do módulo de resiliência do revestimento
Material
CA
BGS
Subleito
Espessura (cm)
MR (MPa)
10
4.000 - 5.000 - 6.000 - 7.000
40
300
79
A Figura 5 apresenta, para os conjuntos exibidos na Tabela 4, os valores de NFADIGA analisados para
cada carregamento de eixo e pressão dos pneus. As variações foram realizadas apenas nos valores
de módulo de resiliência do concreto asfáltico.
Figura 5. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação do módulo de resiliência do revestimento dos conjuntos
característicos.
Conforme o esperado, à medida que o módulo de resiliência do concreto asfáltico se torna mais
rígido, o número de solicitações para fadiga do pavimento também aumenta. Ou seja, a deformação
de tração no fundo do concreto asfáltico, utilizada no modelo de Franco (2007), reduz com o
aumento do MR do revestimento.
Pode-se perceber que, assim como no caso em que foi variada a espessura do concreto asfáltico,
quando o módulo de resiliência deste material é elevado, tornando a camada mais rígida, o
percentual de redução do NFADIGA causado pelo aumento da pressão dos pneus, de 0,55 para
0,83MPa, diminui pouco significativamente.
Quando a pressão de inflação dos pneus é aumentada em 50%, o NFADIGA reduz cerca de 30% para
os conjuntos avaliados com o menor MR do concreto asfáltico (4.000MPa). Já quando a carga do
eixo é aumentada em 50%, o NFADIGA reduz cerca de 50%. À medida que o concreto asfáltico se
torna mais rígido estes valores percentuais sofrem pequena alteração, conforme pode ser observado
nos gráficos da Figura 5.
Os conjuntos apresentados na Tabela 5 foram escolhidos para analisar a influência do aumento do
módulo de resiliência da base granular no efeito da pressão de inflação dos pneus no NFADIGA.
Tabela 5. Conjuntos característicos com variação do módulo de resiliência da base granular
Material
CA
BGS
Subleito
Espessura (cm)
10
40
-
MR (MPa)
5.000
100 - 300 - 500
79
A Figura 6 apresenta, para os conjuntos exibidos na Tabela 5, os valores de NFADIGA analisados para
cada carregamento de eixo e pressão dos pneus com variação nos valores de módulo de resiliência
da camada de brita graduada simples.
Figura 6. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação do módulo de resiliência da base granular dos conjuntos
característicos.
Assim como ocorrido para a camada de revestimento, à medida que a rigidez da base granular é
aumentada, os valores de NFADIGA tornam-se maiores, ou seja, o número de solicitações admissíveis
para fadiga deste pavimento é maior.
O módulo de resiliência da camada de brita graduada simples se comporta, em relação ao efeito
causado pela pressão de inflação dos pneus, de maneira inversa ao MR da camada de concreto
asfáltico. Quando todas as variáveis são mantidas fixas e apenas o módulo de resiliência do material
granular é aumentado, o percentual de redução do NFADIGA causado pelo acréscimo da pressão de
inflação dos pneus torna-se maior. Ou seja, à medida que esta camada se torna mais rígida a pressão
de inflação se torna mais significativa na composição do NFADIGA e a carga do eixo menos.
Em relação ao módulo de resiliência do subleito, a Tabela 6 mostra os conjuntos avaliados quando
apenas esta variável é modificada no decorrer das simulações numéricas.
Tabela 6. Conjuntos característicos com variação do módulo de resiliência do subleito
Material
CA
BGS
Subleito
Espessura (cm)
10
40
-
MR (MPa)
5.000
300
29 - 79 - 129
O comportamento deste caso, conforme apresentado na Figura 7, é análogo aquele com o qual foi
variado apenas o módulo de resiliência da base granular, porém, com uma magnitude menor.
Variando-se apenas o MR do subleito, os percentuais de redução do NFADIGA, à medida que a
pressão de inflação é aumentada do seu valor mínimo para o seu valor máximo, modificam de
maneira muito sutil, mantendo-se praticamente constantes quando a camada de solo se torna mais
rígida.
Assim como em todos os casos anteriores, o aumento do módulo de resiliência da camada (neste
caso, o subleito) acarreta em aumento do NFADIGA.
Figura 7. Carga do ESRD x NFADIGA, com variação do módulo de resiliência do subleito dos conjuntos característicos.
CONCLUSÕES
Observam-se as relações já esperadas, como por exemplo, à medida que os valores de módulo de
resiliência ou espessura de qualquer uma das camadas são elevados, aumenta-se também o valor do
NFADIGA e NATR. Verificou-se também que para todos os conjuntos estudados, o pavimento sofrerá
ruptura por fadiga anteriormente do que por deformação permanente; porém, deve-se avaliar esta
constatação com certo cuidado, já que os modelos de desempenho escolhidos para essa pesquisa
foram desenvolvidos em bases de estudo completamente diferentes e visivelmente apresentam
rigorosidades bastante distintas.
Além destas, nota-se uma influência considerável nos valores de NFADIGA por parte da pressão de
inflação dos pneus. Quando elevados os valores de espessura e módulo de resiliência do
revestimento de concreto asfáltico, a porcentagem de redução no NFADIGA (causada pelo aumento da
menor para a maior pressão de inflação dos pneus) diminui. Assim, entende-se que em uma
espessura e módulo de resiliência máximos do concreto asfáltico, a estrutura sente menos a
influência da variação da pressão de inflação dos pneus e mais da carga aplicada pelo eixo no
pavimento. Destaca-se o fato que, em espessuras delgadas de concreto asfáltico, o aumento de 50%
na pressão de inflação dos pneus causa um impacto na redução do N FADIGA maior do que o aumento
de 50% na carga aplicada pelo ESRD.
Ainda para fadiga, aumentando os valores de espessura e módulo de resiliência da base,
diferentemente do que acontece no revestimento, nota-se que aumenta também a porcentagem de
variação da influência da pressão de inflação, indicando que quanto maior a espessura da camada de
base, e, quanto maior a rigidez desta camada, maior a influência da pressão de inflação dos pneus na
redução do NFADIGA. Já para o subleito, o aumento de rigidez da camada de solo mostrou pouca
influência nos valores de redução do NFADIGA causada pelo aumento da pressão de enchimento dos
pneus.
Para a deformação permanente vale ressaltar que alguns estudos já verificaram que quanto maior a
pressão de contato, mais rápido haverá formação de trilhas de rodas provocadas por veículos
pesados. Nas análises numéricas realizadas nesta pesquisa, o aumento da pressão de inflação dos
pneus mostrou pouco efeito no NATR quando comparado ao NFADIGA; porém, esse efeito existe e
apesar de seu percentual mais baixo, não pode ser descartado.
AGRADECIMENTOS
À REDE TEMÁTICA DO ASFALTO ANP/PETROBRAS pelo apoio às pesquisas do Grupo de
Estudos e Pesquisas em Pavimentação e Segurança Viária – GEPPASV da Universidade Federal de
Santa Maria.
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