ANÁLISE DO EFEITO DO PESO DOS VEÍCULOS NAS ESTRADAS

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1 ANÁLISE DO EFEITO DO PESO DOS VEÍCULOS NAS ESTADAS Luciao Bruo Faruolo 1, Divisão de Isrumeos de Medição de Massa, Direoria de Merologia Legal, Isiuo de Nacioal de Merologia, Normalização e ualidade Idusrial, av. Nossa sehora das graças, 50,Xerém, Duque de Caxias, J, Brasil, cep Tel Fax Deparameo de Pesquisa e Pós-graduação, CEFET-J Cero Federal de Educação Tecológica do io de Jaeiro- Av. Maracaã,9, cep , io de Jaeiro, el/fax: lbfaruolo@imero.gov.br José Luiz Ferades D.Sc, Deparameo de Pesquisa e Pós-graduação, CEFET-J Cero Federal de Educação Tecológica do io de Jaeiro- Av. Maracaã,9, cep , io de Jaeiro, el/fax: jlferades@cefe-rj.br Maria odrigues Brochado D.Sc 3 Deparameo de Pesquisa e Pós-graduação, CEFET-J Cero Federal de Educação Tecológica do io de Jaeiro- Av. Maracaã,9, cep , io de Jaeiro, el/fax: maria@cefe-rj.br ESUMO Ese arigo visa apresear o comporameo dos veículos de raspore de carga as rodovias, cosiderados os camihões ruck de rês eixos aos bi-res de see eixos, chamados combiação de veículos de carga, sob o aspeco de desgase das rodovias, vida úil do pavimeo e seguraça as esradas. Na irodução, são apreseados os aspecos de uilização do raspore de carga o Brasil, os diferees veículos mais uilizados as rodovias, os faores de desgase, os aspecos de excesso de peso e a uilização de isrumeos de pesages para a fiscalização do peso. Em seguida, esão relacioados diferees cálculos para o dimesioameo do pavimeo das esradas, comparadose ere as variáveis uilizadas. Na seqüêcia, são apreseados os elemeos uilizados a meodologia de rabalho, como o esaio em campo a rodovia B316 e a ferramea de Moe Carlo. Por fim, são desacadas algumas cosiderações sobre o dimesioameo adequado à realidade das rodovias e a ecessidade de avaliação dos riscos auais de um pavimeo sub dimesioado. PALAVA-CHAVE: Pesagem de Veículo, Desgase de odovia, Pavimeo. ÁEA TEMÁTICA: Seguraça Viária

2 1. INTODUÇÃO No raspore rodoviário brasileiro, o seor de cargas represea 70,6% do úmero de empresas e 54,4% da receia líquida do seor (IBGE 00), sedo o corole do excesso de peso dos camihões um faor preocupae para as auoridades. Aualmee, o Brasil o limie de peso oal dos veículos é 74 com AET - auorização especial de raspore, e de 57 para circulação ormal, aeriormee, era esabelecido em 45. A maioria dos projeos das rodovias foi desevolvida durae a vigêcia do meor limie, sedo os criérios pricipais de dimesioameo do pavimeo das esradas: o volume de ráfego, a carga por eixo e a resisêcia do solo. O aumeo do úmero de veículos de raspore e o acréscimo do limie de peso bruo oal apreseam riscos para a maioria das rodovias, pois as mesmas operam com sobre carga. Aualmee os criérios de dimesioameo das esradas, segudo a AASHTO (America Associaio of Sae Highway ad Trasporaio Officials) coemplam ouros faores, além dos aeriores, cosideram a durabilidade do piso e a composição dos veículos. Para a fiscalização do peso dos veículos, são uilizados isrumeos de pesage diâmica isalados em praças de pesages as esradas, os quais esimam a força aplicada pelas rodas sobre o piso, sedo esses procedimeos de avaliação desevolvidos pela America Sadard Tes Maerial ASTM( 00). Diferees pesquisadores esudaram sisemas de medição diâmica, ere eles: Oo(1998), que desevolveu um sisema de medição do peso de veículos aravés da média dos siais emiidos de uma plaaforma de pesagem, uilizado algorimos maemáicos para esimar a massa do veículo, ambém realizou esudos cosiderado faores como o erro causado pela icliação da plaaforma de pesagem e pela aceleração do objeo a ser pesado. Kumme (1996) esudou processos de calibração para os rasduores de força. Daaci (001) esudou processos de pesagem para ala velocidade baseados o méodo de regressão ão-liear de Gauss-Newo e Hyuz-gy (004) esudou a ifluêcia dos peus a rasmissão de força do veículo ao solo.. INFLUÊNCIA DO PESO DOS VEÍCULOS NO DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS A uilização de isrumeos de pesagem de veículos rodoviários em fudameal imporâcia o processo de dimesioameo das esradas, pois, são levados em cosideração os elemeos de resisêcia do solo e o peso dos veículos que deverão rafegar pela rodovia. Segudo o maual de pavimeação do DNE(1996), o pavimeo é dimesioado em fução do úmero equivalee(n) de operações de um eixo omado como padrão, durae o período de projeo escolhido. O maual apresea os faores de equivalêcia de operação ere eixos simples e em adem, com diferees cargas e o eixo simples padrão com carga de 8,( lb).

3 Sedo v 1 volume médio diário de ráfego o ao de aberura em um seido e admiido-se uma axa de % de crescimeo aual, em progressão ariméica, o vm volume médio diário de ráfego, em um seido o período de P aos, será coforme a Eq.(1): v m = v [ + ( P 1) /100] 1 (1) O volume oal de ráfego v, (em um seido) durae o período, será de acordo com a Eq.(): v = 365xPxv m () Admiido-se uma axa % aual em progressão geomérica, o volume oal do ráfego v, durae o período é dado por Eq.(3): v p [( 1+ /100) 1] 365v = 1 (3) /100 Cohecedo v, calcula-se N, que é o úmero equivalee de operações de eixo simples padrão durae o período de projeo e o parâmero de ráfego usado o dimesioameo, em Eq (4) e (5): N = v x(f.e) x (F.C.) (4) (F.E) x (F.C.) = F.V. (5) F.E. é um faor de eixos, iso é, um úmero que, muliplicado pelo úmero de eixos que operam, dá o úmero de eixos correspodees. F.C é um faor de carga, iso é, um úmero muliplicado pelo úmero de eixos que operam, dá o úmero de eixos equivalees ao eixo padrão. F.V. é um faor de veículo, iso é, um úmero que muliplicado pelo úmero de veículos que operam, dá direamee o úmero de eixos equivalees ao eixo padrão. Para o cálculo de F.E., F.C. e F. V., é ecessário cohecer a composição de ráfego. Para iso, faz-se uma coagem do ráfego a esrada que se esá cosiderado, esudado-se um cero volume de ráfego, (para o período de amosragem). Faz-se a coagem do úmero oal de eixos, e pesam-se odos esses eixos. O CENTAN (cero de excelêcia em egeharia de raspore) a realização da Semaa Nacioal de Coagem de Tráfego, em 005, com regisro de origem, desio e classificaória dos ipos de veículos em 109 posos de coagem, regisrou os perceuais de veículos uilizados o râsio acioal, demosrados a Tabela 1.

4 Tabela 1 Perceual dos ipos de veículos o râsio o Brasil. Tipos de moos eboques combiados Semireboques Camihõe Ôibus Passeio Veículos s simples Perceual 4,9 0,3 4,6 15,8 19,4 4,5 50,5 Segudo a ASTM (America Sadard Tes Maerial) e a AASHTO (America Associaio of Sae Highway ad Trasporaio Officials), para pavimeos flexíveis a ifluêcia dos faores relacioados aos aspecos cosruivos, volume de ráfego e durabilidade esão relacioados com a carga por eixos aravés das equações abaixo (6, 7 e 8): G log W = 5,93 + 9,36log( SN + 1) 4,79log( L1 + L ) + 4,33log L + (6) β 0,08( L + L ) β = 0,40 + (7) ( SN + 3,3 1 5,19 3,3 1) L 4, p G = log 4, 1,5 w = Número de carga de eixos, com dois peus, o período de empo ; SN = Número esruural, ídice derivado do volume de ráfego e codições de esruura das vias, espessuras e maerial de cosrução. L 1= carga por eixo simples ou em adem, lb/1000. L = código de ipos de eixos, 1 para eixo simples e para cojuo em adem. β = fução do projeo e ifluêcia da variação de carga e da curva p e w, curva de durabilidade. G = fução da perda de durabilidade relaiva ao poo ode p =1,5. p = durabilidade o fial do empo. Durabilidade é propriedade do pavimeo para o empo da observação de serviço para ala velocidade e grade volume de ráfego de camihões. Segudo a AASHTO, iicialmee cosiderou-se o efeio do excesso de carga dos camihões que é calculado, uilizado-se a equação (9): FECi = (Wi / Wp)b (9) Ode (8)

5 FECi : faor de equivalêcia de carga. Wi: carga por eixo geérico. Wp: carga por eixo omada como padrão 8 kn. b: expoee defiido pela AASHO e CE (exércio dos USA). Porém em 004, adoou-se a relação da equação para o cálculo do eixo equivalee, para pavimeos flexíveis: LEF L, W = W 18,1 li ( L + ) i = (18 + 1) 4,79 4,79 β 10 G βl, 10 G 18,1 4,331 ( ) (10) LEF L, = faor de carga equivalee, úmero lb por carga de eixo úico aplicada, equivalee a uma carga L, para um ipo de eixo, correspodee a uma flexibilidade do pavimeo SN e durabilidade p. L i = carga i para o eixo ipo cosiderado, lb/1000, = código de ipo de eixo. Segudo a circular E-C079 (005), do corpo de pesquisa em raspore da academia americaa dos E.U.A, a qual discorre sobre o procedimeo de calibração da carga e dos faores de resisêcia aplicados ao limie de projeos geoécicos, coforme as perspecivas de projeo desevolvidas pela AASHTO (004), a equação(11) é a base para represear o limie de resisêcia: γ ii ϕ (11) ode: γ é o faor de carga. i = compoee de carga específico. γ i i = somaório dos faores de carga aplicados o esado limie cosiderado. ϕ = faor de resisêcia. = limie de resisêcia omial.

6 Para esabelecer uma relação maemáica ee as variáveis relacioadas a calibração foi desevolvida oura equação (1), com o objeivo de faciliar as ierações de valores para a esruura geomérica esabelecida. ϕ γ 0 (1) Ode: = valor de resisêcia omial. = valor de carga omial. ϕ = faor de resisêcia. γ = faor de carga. Sedo cosiderado a equação (13) para o esado limie da equação aerior, iserido valores radômicos para as variáveis correspodees: g = 0 (13) Ode: g = variável aleaória represeado a margem de seguraça. = variável aleaória represeado a resisêcia. = variável aleaória represeado a carga. Ode o ível de cofiaça da relação ere a resisêcia e a carga esão represeados por β, o qual sigifica: β 1 = COV g (14) Ode: COV = coeficiee de variação da fução g. g Podedo ambém cosiderar β como sedo: β = σ + σ (15)

7 Ode: = média dos valores de resisêcia. = média da carga. σ = desvio padrão da resisêcia. σ = desvio padrão da carga. 3. VIDA ÚTIL DO PAVIMENTO Segudo Albao 1998, e Schliesser e Bull, 1994, os ciclos de vida de um pavimeo esão descrios em fases, coforme a classificação em fases e o diagrama da Figura 1. Figura 1 - Ciclo de vida de uma rodovia pavimeada, Albao 1998, e Schliesser e Bull, Fase A Cosrução: a rodovia esá em esado óimo somee o dia da erega ao ráfego, saisfazedo pleamee ao usuário. Fase B Deerioração Lea: a rodovia sofre pela passagem do ráfego um processo de debiliação lea e pouco visível. uado ão há maueção preveiva, ese período, dura de seis a oio aos, Fase C Deerioração Acelerada: os efeios da fadiga começam a surgir. A rodovia resise cada vez meos ao ráfego. No iício, ão há repercussão esruural e as ricas ão são visíveis há um observador comum. Com o passar do empo pode-se observar mais falhas, agora visíveis, esado a rodovia próxima ao fial da fase, com a esruura daificada. Um esquema cosciee de maueção deve ser desecadeado o iício desa fase.

8 Fase D Deerioração Toal: observa-se a perda do pavimeo e o ráfego de veículos ora-se difícil, a velocidade média de percurso dimiui e a capacidade da rodovia ora-se reduzida. 4. EXPEIMENTO Como foi apreseado os ies aeriores, o projeo do pavimeo de uma rodovia em relação com o peso dos veículos, ipo de eixo e a vida úil é reduzida devido ao efeio da sobrecarga de peso os veículos e aumeo do ráfego. Porao, o corole de peso realizado por isrumeos de pesagem em sido uma ferramea imporae, para eviar o desgase premauro da rodovia. Com objeivo de comprovar a ecessidade de se cosiderar os faores relaivos à composição do veículo e às codições dos peus dos veículos as esradas, realizou-se esaios de pesagem diâmica de camihões em uma balaça isalada a rodovia B 316 de duas faixas de rolameo, o esado do Piauí, em 005. Aravés do uso de um balaça diâmica, isrumeo isalado em uma praça de pesagem, especialmee cosruída para esa fialidade, para a pesagem de veículos em movimeo em baixa velocidade ode são fiscalizados os veículos com excesso de peso, verificou-se a variação da força exercida pelo veículo sobre o solo, para diferees composições de cargas e ipos de veículos. Esa variação foi cosaada comparado-se os valores diâmicos com o peso dos veículos verificados em uma balaça esáica, ode ão exise a ifluêcia dos elemeos diâmicos do veículo, como a variação do efeio de mola e amorecimeo da suspesão, o efeio de arrase das rodas e a vibração provocada pela forças de deslocameo do veículo. Para a realização das medições foi aalisada uma pisa simples, de duas faixas, e diferees ipos de veículos, abordado a maioria das classificações da froa acioal, icluido o ovos ipos de veículos de maior capacidade, com permissão ormal de uso de aé 57, o momeo da medição, ode foram cosiderados: Pisa simples: largura = 7,0 m (em duas faixas de 3,60m/cada); acosameos: Tipo I - largura = 5,00m (,50m de cada lado); Veículos: para caracerizar a maioria dos ipos de veículos uilizados para o raspore de carga rodoviária a froa acioal, foram uilizados cico ipos de veículos, coforme a descrição seguie e a figura 1: V1. 3C -Três eixos - ruck leve. V. 3C - Três eixos (com carregameo superior ao aerior) ruck pesado. V3. S3 - Cico eixos com reboque carrea. V4. 3T4 - See eixos com reboque e egae- bi-rem aque. V5. 3T4 - See eixos bi-rem para cargas à grael.

9 Cargas: com o objeivo de aalisar a capacidade de medição do equipameo em diferees íveis de uilização, edo como referêcia a resolução do Cora Coselho Nacioal de Trâsio 185/005, sobre os limies de peso e dimesões dos veículos, foram divididos os carregameos com valores em oeladas as faixas: V1. 1 a 16, V. a 6 V3. 3 a 36 V4. 4 a 46 V5. 5 a 56 3C S3 3T4 Figura - epreseação dos ipos de veículos uilizados o ese. Após a escolha dos veículos, coforme a defiição dos parâmeros aeriores, verificaram-se os pesos dos veículos de V1 a V5, de forma esáica e diâmica. A forma diâmica obida quado os veículos passaram sobre o isrumeo de pesagem com velocidade corolada de aé 1km/h, O valor esáico, obido em um isrumeo de pesagem esáica. Em seguida, esabelecedo uma comparação ere o valor diâmico e o valor esáico, cosiderado esa difereça o desvio: cosiderado posiivo quado o valor médio é maior que o valor esáico e cosiderado egaivo quado valor médio é meor que o valor esáico. Os valores diâmicos são represeados pela média das medições diâmicas( ± ) o desvio padrão em relação a esa média. Os valores esão cosiderados para cada ipo de veículo uilizado. Os resulados esão expressos a Tabela. Tabela Comparação ere o peso esáico e o peso diâmico de veículos de carga rodoviária Veículos Valor diâmico Valor Desvio Posiivo Negaivo esáico médio V1 1109,3kg ± 466,47kg 1340kg 1,87% X V 3004,0kg ± 188,kg 840kg 0,7% X V ,3kg ± 306,98kg 34560kg 0,69% X V ,0kg ± 1355,10kg 46340kg 9,99% X V ,7kg ± 611,94kg 5870kg,16% X

10 Sedo: x = média das medições diâmicas. v = valor esáico. e x ve Desvio médio = ve Pela simulação compuacioal, aravés do uso da écica de Moe Carlo, foram aalisados os valores cosiderado aé ierações, para a aálise de icerezas da pesagem diâmica, obedo-se os valores coforme a Tabela 3. Mesmo com uma icereza meor que o valor do desvio padrão, aida é verificado o desvio do valor esáico em fução do valor médio das medições diâmicas. Tabela 3 valores da pesagem diâmica dos veículos, aé, 1km/h. Veículo Valores de pesagem diâmica V1 1109,3kg ± 40,53kg V 3004,0 kg ± 98,59kg V ,3kg ± 159,40kg V ,0kg ± 699,97kg V ,0kg ± 316,4kg Aravés dos valores de desvios verificados ere os ipos de veículos, pode-se comprovar a ifuêcia das diferees composições de eixos o valor medido diamicamee, que pode variar sedo maior ou meor que o valor esáico, ese caso de velocidades aé 1km/h. No caso do veículo V4 foi regisrado um valor muio difereciado, devido a problemas de presão em um dos peus de um dos eixos. CONCLUSÃO O corole do peso de veículos é um faor deermiae para a coservação das esradas. A pesagem por eixo de camihões é a forma de se eviar uma sobrecarga o pavimeo das rodovias, devido o peso por eixo ser cosiderado o dimesioameo das mesmas. Os vários ipos de veículos apreseam comporameos diferêciados quao à avaliação por eixo, coforme demosrado o rabalho, que podem ser regisrados em velocidade de aé 1km/h forças maiores ou meores que o peso medido com o veículo esacioado, podedo variar aé aproximadamee 10%, para um veículo com problemas de pressão de ar os peus. Ereao, a fiscalização deve uilizar isrumeos de pesagem com o devido corole merológico, afim de garair a cofiabilidade das medições. A maueção das esradas ambém deve icluir uma reavalição das ormas de projeos de egeharia aigos para as caracerisicas auais de rafego, devido ao acréscimo da uilização de veículos e com caracerisicas diversas.

11 EFEÊNCIAS Albao.J.F (1998) Efeios da Variação da carga por eixo, pressão de iflação e ipo de Peu a resposa Elásica de um Pavimeo. Escola de Egeharia. Disseração de Mesrado em egeharia programa de egeharia de Produção, UFGS. Poro Alegre. ASTM E (00), Sadard Specificaio for Highway Weigh-I-Moio (WIM) Sysems wih User equiremes ad Tes Mehods. Daaci, Musafa (001) New Approaches for High Speed ad Accurae Weigh Measuremes, IMEKO, Sambú, Turkey. E-C079 (005), Trasporaio eseach Circular, Calibraio o Deermie Load ad esisece Facors for Geoecical ad Sruural Desig, Trasporaio esearch Board of Naioal Academies, Washigo, D.C. IBGE Isiuo Brasileiro de Geografia e Esaísica em /09/005, Pesquisa aual de serviços - 001, abela 8 esulados dos raspores e serviços auxiliares dos raspores. Hyuz-Gy Ju, Thomas. Way, Bjor Loygre, Mas Ladsrom, Alui C. Bailey, Eddie C. Bur, Timohy P. Mc.Doald (004). Dyamic Load ad Iflaio Pressure Effecs o coac pressures of a Foresy Forwarder Tire, Joural of Terramechaics. esolução 185/005 - Cora - Coselho Nacioal de Trâsio - olf Kumme (1996). The Deermiaio of he Effecive Dyamic Force for he Calibraio of Force Trasducers, Mih due egard o he Disribuio of Mass ed Acceleraio. IMEKO. Schiliesser, A; Bull,A (1994) camihos: um ovo efoque para a gesão e maueção rodoviária, CEPAL isiuo Pa-americao de carreeras, Brasília. T. Oo, K. Fukuda, K. Yoshida, H. Uozumi E H. Toori (1998) Mass-esimaio Mehods for I-moio Vehicles Usig Axle Whighig Sysem, IMEKO.