Curso: Tribologia - Atrito, desgaste e lubrificação. Tribologia - ferramenta de caracterização e de desenvolvimento de pavimentos cerâmicos

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1 Curso: Tribologia - Atrito, desgaste e lubrificação. Tribologia - ferramenta de caracterização e de desenvolvimento de pavimentos cerâmicos Instituto de Materiais Cerâmicos IMC/UCS Telefones: (51) / (54) mcmfarias@ucs.br ou imc@ucs.br Data: 18/04/2017

2 Ari Nardello Dr. Eng. +55 (54) (54) Engenheiro de Testes / Test Engineer Fras-le Campo de Provas / Fras-le Proving Ground Divisão Autopeças / Autoparts Division

3 Campo de Provas - Randon

4 Campo de Provas - Pistas Criado em 2010, o Campo de Provas Randon é um centro de testes por excelência, localizado em Farroupilha, RS, Brasil, em uma área de 87 hectares, conta com 18 pistas, totalizando 15 quilômetros, 2 km dos quais de pista reta e totalmente plana, onde são reproduzidos os mais diferentes tipos de pavimentos e irregularidades específicas para realização de testes nas mais variadas condições.

5 Campo de Provas - Laboratório Ensaio de resistência mecânica: Ancoragens de cintos de segurança Engates e acoplamentos Pinos, buchas e componentes em geral Fras-le S.A. Divisão Autopeças Autoparts Division 5

6 Trabalho de Pesquisa, Doutorado LEVANTAMENTO E CARACTERIZAÇÃO DO ESTADO DA SUPERFÍCIE DE ESTRADAS DA REGIÃO SUL DO BRASIL PELA DENSIDADE ESPECTRAL DE POTÊNCIA Parceria da Pesquisa: Universidade Federal do Rio Grande do Sul ORIENTADOR: Prof. Dr. Alberto Tamagna - UFRGS

7 O objetivo geral desta pesquisa é, em primeiro lugar, gerar conhecimento tecnológico e subsídios técnicos, através daquilo que cada perfil de pista possui de informação contida na sua amplitude e comprimento de onda (λ), bem como classificar diferentes perfis de rodovias da Região Sul do Brasil. Objetivos específicos: Medir perfis de estradas através de um perfilômetro; Classificar os perfis das rodovias medidos, segundo uma Norma; Classificar os perfis medidos, por trechos de rodovia, por rodovias, região, por estados e até por país; Calcular a Densidade Espectral de Potência (PSD) de cada perfil medido através do algoritmo da FFT (Fast Fourier Transformer), método estatístico; Difundir informações sobre a qualidade dos perfis dos pavimentos da malha rodoviária do sul do país (RS, SC e PR);

8 Subsidiar conhecimentos para empresas produtoras de veículos (automóveis e veículos comerciais), na utilização desses dados para auxílio ao desenvolvimentos; Servir de instrumento de diagnóstico a gestão da rede rodoviária do país, mais especificamente, nas regiões abordadas; Identificar pontos críticos nas estradas, não com foco na qualidade e geometria das rodovias, mas sim, nas respostas que os pavimentos dão aos veículos; Através do cruzamento de informações da dinâmica veicular com as PSD s dos pavimentos prever velocidades permissíveis nas rodovias; Fomentar estudos para gerar aplicabilidade em cálculos estruturais no domínio da frequência; Constituir um histórico de informações rodoviárias do país.

9 Histórico total de rodovias: km; Estradas pavimentadas: km (12,5%); Pesquisa CNT de Rodovias (2015): km; Quantidade de corredores principais: km Pavimento Extensão Total km % Ótimo ,6 Bom ,8 Regular ,4 Ruim ,1 Péssimo ,1 Total

10 Alguns Índices Gerais Índice de competitividade: Índice de classificação que avalia a infraestrutura das rodovias brasileiras; (2.7, posição 121º de 140 países avaliados.) Rodovias federais e principais rodovias estaduais pesquisadas em 2015: km) e a evolução da pesquisada desde 1995 a 2015; Nos últimos dez anos, a extensão da malha rodoviária federal pavimentada cresceu 14,7%, (58,2 p/ 66,7 mil km - 10 anos); O crescimento do número de veículos, nos 10 anos, foi de 118,7%; Acidentes em rodovias federais aumentou 77,9% nos últimos 10 anos.

11 Perfil de Pistas Objetivo do perfil: O pavimento é desenvolvido para resistir aos esforços oriundos das ações do tráfego, proporcionar rolamento rápido, seguro, econômico e confortável para todos os tipos de veículos que lá transitarem. É considerado um sinal randômico de banda larga e pode ser descrito pelo seu próprio perfil ou por suas propriedades estatísticas. A rugosidade de uma pista é descrita pela irregularidade do perfil ao longo da trajetória do veículo, segundo Gillespie at al. (1980). Significado: Numa definição de irregularidade de pavimentos, quem melhor define é a norma brasileira DNER PRO 164/1994. É o desvio da superfície da rodovia, em relação a um plano de referência, que afeta a dinâmica dos veículos, a qualidade do rolamento e as cargas dinâmicas sobre a via, que atrapalha o rolamento rápido e suave dos veículos, gerando insegurança e onerando os usuários, além de acelerar a degradação do pavimento.

12 Densidade Espectral de Potência (PSD) A função PSD foi inicialmente desenvolvida para caracterizar sinais de voltagem, na engenharia elétrica, onde era amplitude da voltagem ao quadrado pela frequência (V²/Hz); Um processo randômico não pode ser previsto no tempo e sua amplitude, somente pode ser escrita, através de médias estatísticas. Para a reconstrução de um sinal desta natureza é utilizada a função Power Spectral Density (PSD), que é a distribuição da variância do perfil como uma função do número de ondas, cuja unidade é ciclos/m. Várias definições existem como se obter a Densidade Espectral de Potência (PSD) de um sinal aleatório, como: via função de correlação, via filtragem analógica, pelo método numérico de Dodds & Robson e pelo algoritmo da FFT, que será aplicado aqui nesta pesquisa. Maiores detalhes sobre o desenvolvimento algébrico de uma PSD, nas referências de Julius & Piersol (1971). O resultado da PSD, aqui calculada, é em [m²/(ciclos/metro)] no eixo do Y e [ciclos /metro] no eixo do X que corresponde a comprimentos de onda de 0,01 a 16 ciclos/m (0,062 m a 100 m).

13 Resultados conforme interpretação da Norma A Norma ISO 8608:1995 determina como se classifica perfis de pistas através da Densidade Espectral de Potência (PSD). Especifica como os perfis medidos devem ser reportados, compilados e filtrados para se enquadrarem nos quistos que a mesma determina. No anexo A: Recomendações de apresentação gráfica de perfis coletados mas não mandatórios. No anexo C: Determina famílias de curvas que relaciona frequência espacial com frequência temporal, em bandas de oitavas. No anexo D: Apresenta o método e requisitos para calcular uma PSD através do algoritmo Fast Fourier Transform (FFT). A saída espectral sempre é em potência de dois (...16, 32, 64...) e é recomendável que o número de amostras, por bloco, seja múltiplos aproximados. A saída corresponde a média da soma das raias espectrais de cada bloco.

14 m²/(ciclos/metro) No anexo B: Determina a equação geral para a geração das curvas de caracterização das PSD s. Em cima de cada curva determina a classificação de cada perfil que vai desde a curva A (que classifica um pavimento Muito Bom) a curva F (classifica um pavimento Péssimo), para pavimentos asfálticos e as curvas G e H são para estradas não pavimentadas. 1,00E+01 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 Curvas de Referência da Norma ISO 8608:1995 1,00E-04 1,00E-05 G H 1,00E-06 F E 1,00E-07 D 1,00E-08 C B 1,00E-09 A 0,01 0, (ciclos/metro) Classe S(no) w Classificacão H 5,70E G 1,50E F 2,70E-04 2 Péssimo E 6,20E-05 2 Muito Ruim D 1,70E-05 2 Ruim C 4,20E-06 2 Médio B 1,20E-06 2 Bom A 2,40E-07 2 Muito Bom S(n): Coeficiente de rugosidade; no: frequência espacial de referencia (0,1ciclos/m); W1 e w2: constantes em função do tipo de superfície. S(n)= S(no).(n/no)^-w (Mira e Dodds & Robson)

15 Tabela Tabela de correlação entre IRI e Condição do pavimento Índice de Irregularidade Internacional (IRI) índice mundial que traduzisse, de maneira clara e objetiva, o estado de irregularidade de uma superfície. A escolha desses Autores foi o IRI (International Roughness Index). [Sayers, Gillespie e Queiroz, 1986]. Correlação entre IRI e a condição da superfície Conforto dos usuários; Forças dinâmicas das rodas aplicadas pelos veículos comerciais; Condição global da superfície. Tabela de correlação entre IRI e Condição do pavimento Condição IRI (m/km) Boa 1,0 3,5 Regular 3,5 4,5 Ruim > 4,5

16 Equipamento medidor de perfil Perfilômetros ou perfilógrafos, equipamento que passado sobre uma determinada superfície gera uma saída relacionada com o perfil da mesma. Um perfil verdadeiro é uma questão de resolução e exatidão dos equipamentos utilizados. Quanto mais exato e sensível o equipamento, mais próximo, o perfil medido aproxima-se do verdadeiro, comenta Barella (2008). Ponto de referência; Altura em relação ao ponto de referência; Deslocamento longitudinal.

17 Perfilômetros Inerciais - Principais limitações Presença de sujeira na parte inferior dos módulos laser; Uso do equipamento em cursos maiores que o permitido devido aos solavancos; Frenagens ou acelerações muito bruscas ou alteração na aceleração vertical não provocada pelo pavimento; Erro de aliasing que consiste na inadequação da frequência de medição do equipamento em relação a determinados comprimentos de onda ; Erro de rolagem em curvas provocando deslocamentos desiguais e não sendo compensadas pelo sistema dinâmico do perfilômetro e somando ao perfil; Não executar na frequência indicada pelo fabricante as verificações do equipamento, antes de dar início a uma medição; Não respeitar a velocidade mínima e máxima do veículo para o uso do equipamento; Realizar medições com a pista úmida ou chovendo.

18 Módulos de medição a laser: compostos por um gerador laser e receptor do sinal laser; Hodômetro: sensor de pulsos (encoder); Hub: unidade eletrônica do perfilômetro; Barra de alumínio com suporte para fixação dos módulos; Software para medição e processamento sinais. dos Softwares utilizados no equipamento CiberShell CiberLogger

19 Instalação do equipamento no veículo Fixar barra de alumínio ao veículo e módulos a barra; Fixar o hodômetro ao cubo da roda; Abrir o software CiberLogger; Fazer o zeramento dos módulos lasers; Ajustar a constante de deslocamento longitudinal; Equipamento ajustado com filtro FPBa de 0,01 a 80 Hz de frequência de corte. Recomendações de uso do equipamento Velocidade entre 30 a 80 km/h e o mais constante possível; Não é recomendado o uso chuva e muita poeira; Evitar frenagens bruscas e manobras repentinas; Fazer verificações intermediarias de integridade.

20 Calibração do equipamento A) Calibração estática Ajustes das alturas e deslocamentos da barra, zeramento do sensores lasers e acelerômetros. Ajuste do deslocamento longitudinal. 1) Teste do balanço: Para verificações intermediárias (pseudo estática).

21 B) Calibração dinâmica 1) Teste do equipamento em laboratório. Peças medidas

22 2) Pista de Obstáculos PSD perfil obstáculos Perfil teórico de obstáculos

23 3) Pista de whasboard Esta pista contempla um perfil de diferentes blocos de comprimento de onda, desde 0,4 m a 1,6 m. PSD perfil pista de whasboard

24 Pista de whasboard Perfil teórico Perfil teórico X perfil medido

25 O software CatmanAP Softwares utilizados O software ncode DesignLife

26 G) H) DataNormalization IncludeZeroPaddedBuffers Configurações do modo de cálculo da PSD - ncode A) Frequency Spectrum: Power Spectral Density B) AveragingMethod: Linear C) WindowType: Hanning D) BufferSize: E) WindowPower: 1,63² F) BufferOverlap: 67% G) DataNormalization: buffersize H) IncludeZeroPaddedBuffers: off

27 Definição das rotas a serem medidas O objetivo da pesquisa foi a exploração das rodovias da Região Sul do país, através dos três estados integrantes (RS, SC e PR). A escolha dos locais a serem medidos, foi através de uma pesquisa, parte prática e parte teórica, as quais, juntas seriam as mais apropriadas para serem medidas, visto que a medição é amostral e não seria possível na sua totalidade. Regiões mais expressivas; Rotas de escoamento; Rodovias de maior impacto econômico; Rodovias de maior trafegabilidade.

28 1) Definição das rotas através de uma Pesquisa Prática O que não foi possível presencialmente fez-se através de distribuidores e clientes conhecedores de cada região. Critérios de avaliação para compor a pesquisa. Principais rotas de escoamento de pessoas; Participação do mercado; Histórico pós-vendas frente aos problemas de campo de veículos combinados; Coleta de informações junto a distribuidores e clientes de cada região do Brasil; Estradas Federais: Rodovias que permitem a intercomunicação entre os centros administrativos estaduais ou federais, ou destes com regiões distantes, possibilitando o acesso rápido a portos e regiões fronteiriças; Estradas Estaduais: Vias que interligam uma porção mais restrita do território. Estradas Municipais: Rodovias que interligam as localidades de um município e vicinais.

29 VDM 2) Definição das rotas através de pesquisa teórica O VDM representa a quantidade de veículos de passeio, comerciais e combinações veiculares que trafegam nas rodovias diariamente. A importância do VDM é para garantir qualidade nas estradas (manutenção, segurança e fluidez) e, consequentemente, conforto aos usuários. O objetivo de buscar o VDM de rodovias foi com o intuito de conhecer as rodovias que apresentassem o maior fluxo rodoviário com maior trafegabilidade VDM Anual - Estado do Rio Grande do Sul Rodovias RS

30 Rotas para serem medidas Rotas RS Referencial A Referencial B Rota Distância (Km) Rio Grande Pelotas BR Pelotas São Sepé BR São Sepé Santa Maria BR Santa Maria Cruz Alta BR392 - BR Cruz Alta Santa Rosa RS342 - BR285 - RS Santa Rosa Tenente Portela RS344 - BR472 - RS472 - BR Uruguaiana São Sepé RS377 - BR290 - BR São Sepé Porto Alegre BR290 -BR Pelotas Porto Alegre BR Porto Alegre Caiçara BR116 - BR386 - BR158 - RS Caiçara Mondaí RS Vacaria Porto Alegre RS Erechim Mariano Moro RS153 - BR Osório Passo de Torres BR Farroupilha Passo Fundo RS Porto Alegre Lages BR Rio Branco Ibiraiaras RS Rotas SC Distância Total: km Referencial A Referencial B Rota Distância (Km) Lages Mafra BR116 - BR Passo de Torres Garuva BR Mariano Moro General Carneiro BR153 - SC Mondaí Barracão BR163 - BR386 - SC386 - SC Cacador Pato Branco SC350 - BR470 - SC Distância Total: km Rotas PR Referencial A Referencial B Rota Distância (Km) Barracão Capanema BR163 - PR Foz do Iguaçu Prudentópolis BR277 - BR163 - BR Prudentópolis Ponta Grossa BR376 - BR373 - BR Ponta Grossa Curitiba BR Prudentópolis Curitiba BR277 - BR General Carneiro Curitiba BR476 - BR153 - BR Mafra Curitiba BR Garuva Curitiba BR101 - BR Ponta Grossa Alto do Amparo BR376 - BR Alto do Amparo Santo Antônio da Platina BR Ponta Grossa Jaguariava PR011 - PR Jaguariava Santo Antônio da Platina PR151 - PR092 - BR Santo Antônio da Platina Ourinhos BR Alto do Amparo Apucarana BR Apucarana Ourinhos PR170 - BR369 - PR Apucarana Maringá BR376 - BR369 - PR376 - R Maringá Campo Mourão PR317 - BR369 - BR Maringá Paranavaí BR276 - PR Curitiba BR 116 divisa PR/SP BR Curitiba Paranaguá BR Distância Total: km Quilômetros previstos: km

31 Rotas previstas Rodovias que foram selecionadas como parte da síntese da pesquisa teórica e prática, na região Sul do país. Detalhamento das rotas que representa o resultado do cruzamento das regiões mais agricultáveis e de circulação com o maior VDM, por rodovia. A representação dessas rotas podem ser vistas na Figura abaixo. Algumas medições adicionais, nos estados de SP, MS, MG e MT fizeram parte do banco de dados das rotas previstas (APÊNDICE B).

32 Coleta de dados na Região Sul do Brasil A Região Sul possui km de rodovias, quantidade de quilômetros pesquisados pela CNT e km de estradas foram coletados que correspondem a 35,5% das rodovias dos três estados. O veículo utilizado foi o que segue nas figuras; Cada trecho medido, foi segmentado em trechos de um quilômetro e calculada a sua PSD correspondente; PSD s de trechos longos mascaram resultados; A coleta de dados foi feita em trechos de (10 a 50) km, no máximo, devido ao tamanho dos arquivos e pelas dificuldades de processamento..

33 m² / (ciclos/metro) PSD de Média Geral PSD Geral das estradas da Região Sul do País que corresponde a soma de todos os trechos das rodovias medidas, totalizando km. Entre os pontos 1 e 2, os comprimentos de onda variam de 0,3 a 16 m, e, segundo a Norma, as estradas são classificadas como Boas e Muitos boas. (entre as faixas A e B). No intervalo entre 0 e 1 os comprimentos de onda variam de 16 a 100 m que classificam as estradas como Médias e Ruins. 1,00E+01 PSD da Região Sul do Brasil, equivalente a Km e Curvas da Norma ISO ,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E ,00E-06 1,00E-07 1,00E ,00E-09 0,01 0, (ciclos/metro) PSD dos km 2 F E D C B A CNT (2015) Norma DNIT nº 005/2003 TER Norma DNIT nº 006/2003 PRO Norma DNIT nº 007/2003 PRO Norma DNIT nº 008/2003 PRO

34 m² / (ciclos/metro) Segue no gráfico PSD s correspondentes a 250 km na BR116 e as curvas da Norma. Pelos resultados da figura mencionada, vê-se a grande variabilidade que estes 250 km de rodovias possuem, através das PSD s calculadas por segmentos de 1 km. 1,00E+01 PSD's Referente a 250 km de rodovia - BR116 - RS 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 0,01 0, (ciclos/metro) PSD média F E D C B A

35 Análise das PSD s por comprimento de onda PSD s como forma de análise dos perfis medidos. Soma das suas quilometragens, resultando equivalente a uma longa rodovia de km. Dos km de rodovias medidos, resultou que, 41% das rodovias analisadas pertencem à faixa A, pistas muito boas, 34% de classificação B (pistas boas) e 20% de classificação C (pistas médias), estendendo-se para as outras faixas com menor intensidade. Total (Km) X X Classificação das Rodovias Péssima Pista muito ruim Pista ruim Pista média Pista boa Pista muito boa Linhas Comprimento de onda (m) H G F E D C B A % % % % % % % % mm mm mm mm Média Geral = 0% 0% 0% 0% 4% 20% 34% 41%

36 m² / (ciclos/metro) 1) Estradas do Rio Grande do Sul RS Análise dos perfis através de sua PSD: O Estado do Rio Grande do Sul possui km de rodovias (federais e principais rodovias estaduais e municipais) pavimentadas, conforme pesquisa CNT e foram medidos e analisados km de rodovias diversas. Entre os pontos 0 e 1 - Estradas Tendência a serem médias. Entre os pontos 1 e 2 Estradas Boas e Muito Boas. Acima do ponto 2 - tendência cte. 1,00E+01 PSD do Estado do Rio Grande do Sul, equivalente a Km 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E ,00E-09 0,01 0,1 (ciclos/metro) F E D C B A CNT (2015) PSD média km

37 m² / (ciclos/metro) m² / (ciclos/metro) 1,00E+01 PSD's Referente a 47 km na BR290 - Entre Gravataí e o pedágio - RS Na Figura ao lado vê-se um trecho de 47 km da BR290, trecho em Gravataí - RS. As PSD s revelam a existência de ondulações nos comprimentos de onda entre 0,2 a 0,5 ciclos/metro (ondulações de 2 a 5 m. 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 F E 1,00E-07 D 1,00E-08 C B 1,00E-09 A 0,01 0,1 (ciclos/metro) 1 10 PSD média 1,00E+01 PSD's Referente a 1 km na BR290 - RS 1,00E+00 Na Figura ao lado vê-se 2 trechos de 1km da BR290, trecho em Gravataí RS. Duas PSD s de 1 km, camufladas dentro da Figura acima. Verificase a grande variabilidade num mesmo segmento de 47 km. 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E ,00E-06 F E 1,00E-07 D 1,00E-08 C B 1,00E-09 A 0,01 0, (ciclos/metro) 1 km de via 1 km de via

38 1.Análise das PSD s por comprimentos de onda Análise das PSD s por comprimentos de onda Todas as rodovias medidas foram somadas às suas quilometragens, resultando equivalente a uma longa rodovia de km. Na média geral, segundo a classificação dos km de rodovias medidos, resultaram que, 41% das rodovias analisadas pertencem à faixa A, pistas muito boas, 35% de classificação B (pistas boas), 19% de classificação C (pistas médias) e 4% de pistas ruins, estendendo-se para as outras faixas com menor intensidade. Total (Km) X X Classificação das Rodovias Péssima Pista muito ruim Pista ruim Pista média Pista boa Pista muito boa Linhas Comprimento de onda (m) H G F E D C B A % % % % % % % % mm mm mm mm Média Geral = 0% 0% 0% 0% 4% 19% 35% 41%

39 m² / (ciclos/metro) 2) Estradas de Santa Catarina SC Análise dos perfis através de sua PSD: O Estado de Santa Catarina (SC) possui km de rodovias (federais e principais rodovias estaduais e municipais) pavimentadas. Foram medidos e analisados km de diversas rodovias no estado de Santa. Entre os pontos 0 e 1 - Estradas Tendência a serem Médias e Ruins. Entre os pontos 1 e 2 Estradas Boas e Muito Boas. Acima do ponto 2 - tendência cte. 1,00E+01 PSD do Estado de Santa Catarina, equivalente a Km 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E ,00E-06 1,00E-07 1,00E ,00E-09 0,01 0, (ciclos/metro) F E D C B A CNT (2015) PSD média km

40 m² / (ciclos/metro m² / (ciclos/metro) 1,00E+01 PSD's km BR101 - Criciuma a Porto Belo - SC Na Figura ao lado vê-se um trecho de 250 km de uma única rodovia, a qual interliga boa parte do Brasil (BR101), cujo trecho escolhido foi de Criciúma a Porto Belo - SC. 1,00E+00 0,01 0, ,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E (ciclos/metro) PSD Média 2 F E D C B A 1,00E+01 PSD's - 38 km Rodovia SC350 - Caçador - SC Na figura ao lado vê-se um trecho de rodovia de 38 km (SC350), em Caçador no estado de SC. É uma rodovia de classificação média em todos os comprimentos de onda entre 0 a 2. Acima de 2 o perfil é considerado muito degradado e remendado 1,00E+00 0,01 0, ,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E (ciclos/metro) PSD Média 2 3 F E D C B A

41 1.Análise das PSD s por comprimentos de onda Análise das PSD s por comprimentos de onda Todas as rodovias medidas foram somadas às suas quilometragens, resultando equivalente a uma longa rodovia de km. Na média geral, segundo a classificação dos km de rodovias medidos, resultaram que, 43% das rodovias analisadas pertencem à faixa A, pistas muito boas, 29% faixa B (pistas boas), 21% de classificação C (pistas médias) e 6% de pistas ruins, estendendo-se para as outras faixas com menor intensidade. Linhas Total (Km) Comprimento de onda (m) X X H G F E D C B A % % % % % % % % mm mm mm mm Média Geral = Classificação das Rodovias Péssima Pista muito ruim 0% 0% 0% 1% 6% 21% 29% 43% Pista ruim Pista média Pista boa Pista muito boa

42 m² / (ciclos/metro) 3) Estradas do Paraná PR Análise dos perfis através de sua PSD: O Estado do Paraná possui km de rodovias (federais e principais rodovias estaduais e municipais) pavimentadas. Foram medidos e analisados km de diversas rodovias no estado do Paraná. Entre os pontos 0 e 1 - Estradas Tendência a serem Médias e Ruins. Entre os pontos 1 e 2 Estradas Boas e Muito Boas. Acima do ponto 2 - tendência cte. 1,00E+01 PSD do Estado do Paraná, equivalente a Km 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E ,00E-06 1,00E-07 1,00E ,00E-09 0,01 0,1 (ciclos/metro) PSD média km F E D C B A CNT (2015)

43 m²/(ciclos/m Segue no gráfico PSD s correspondentes a 85 km da PRC280 e as curvas da Norma. Pelos resultados da figura mencionada, vê-se a grande variabilidade dos 85 km de rodovias possuem, através das PSD s calculadas por segmentos de 1 km. 1,00E+01 PSD's - 85 km PRC280 - Clevelância a Palmas - PR 1,00E+00 0,01 0, ,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1 (ciclos/m) PSD Média 2 F E D C B A

44 Análise das PSD s por comprimentos de onda Todas as rodovias medidas foram somadas às suas quilometragens, resultando equivalência a uma longa rodovia de km. A classificação geral, dos km de rodovias medidos, resultou que 39% das rodovias analisadas pertencem à faixa A, pistas muito boas, 36% de classificação B (pistas boas), 21% de classificação C (pistas médias) e 4% de pistas ruins, estendendo-se para as outras faixas. Total (Km) X X Classificação das Rodovias Péssima Pista muito ruim Pista ruim Pista média Pista boa Pista muito boa Linhas Comprimento de onda (m) H G F E D C B A % % % % % % % % mm mm mm mm Média Geral = 0% 0% 0% 0% 4% 21% 36% 39%

45 Análise dinâmica versus comprimento de onda Passagem de um veículo sobre a PSD de um perfil: Resultado da multiplicação da frequência espacial da PSD pela velocidade do mesmo, obtendo-se a frequência de excitação do veículo (Hz), conforme Equação abaixo. Com o cruzamento da resposta em frequência da suspensão do veículo, conforme Figura abaixo, com a frequência de excitação do mesmo, em velocidade, serão obtidas informações de dirigibilidade sobre cada perfil. Fonte: GILLESPIE (1992)

46 Na Tabela abaixo vê-se o resultado do cruzamento das informações, citadas anteriormente, referentes ao comprimento de onda de diversos perfis de pistas. Cruzando informações, frequência natural da suspensão, num perfil de comprimento de onda de 2 m a uma velocidade de 80 km/h, por exemplo, surgem frequências de excitação nas massas não suspensas dos eixos (m) do veículo anterior próximas à frequência natural da suspensão (10,2 Hz). Vale também para a massa suspensa (M) com frequência natural = 10 Hz As constatações foram feitas através do cruzamento das informações das PSD s dos perfis das pistas versus modelo numérico do veículo e outros exemplos podem ser vistos. Frequência Espacial (ciclos/m) Comprimento de onda (m) 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,15 0,3 0,36 0,5 0,6 1,0 4, ,1 6,7 3,3 2,8 2,2 1,7 1,0 0,3 Frequências de Oscilação (Hz) 40 0,1 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,7 3,3 4,0 5,0 6, Velocidade (km/h) 50 0,1 0,5 0,7 1,0 1,3 1,5 2,1 4,2 5,0 6,3 8, ,2 0,6 0,8 1,2 1,5 1,8 2,5 5,0 6,0 7, ,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2,1 2,9 5,8 7,0 8, ,2 0,7 1,1 1,6 2,0 2,4 3,3 6,7 8, ,3 0,8 1,3 1,8 2,3 2,8 3,8 7,5 9, ,3 0,9 1,4 1,9 2,5 3,1 4,2 8, ,3 1,0 1,5 2,1 2,8 3,4 4,6 9, ,3 1,1 1,7 2,3 3,0 3,7 5, ,4 1,5 2,2 3,1 4,0 4,9 6,

47 Caracterizar perfis de pistas não significa medir um perfil de pavimento a cada décimo de milímetro, com resolução vertical de centésimo de milímetro. Muitas vezes, basta ter um perfil bem correlacionado, porque, na maioria das vezes, o que se busca é um perfil que causa oscilações nos veículos. A conclusão foi medir a Região Sul do país, muito embora vários estados já tivessem sido medidos e muitos dados inutilizados pela falta de integridade do equipamento, o qual foi modificado e ajustado pelo fabricante. Segundo avaliações gerais, os pavimentos da malha rodoviária da Região Sul do país (RS, SC e PR), vistos pelos resultados das PSD s e classificação com a Norma, as rodovias tiveram classificação de estradas boas a ótimas, no âmbito geral, mas para longos comprimentos de onda obtiveram classificação média. Através das PSD é possível identificar deficiências nas rodovias, não com foco na qualidade no tipo de pavimento, mas sim, nas ondulações que os pavimentos transmitem a estrutura dos veículos e, como consequência, o surgimento de vibrações que afetam o conforto e comprometem a segurança.

48 A medição contemplou km de rodovias medidas na Região Sul que representa 35% do total de rodovias pesquisadas pela CNT, sendo que 37% no RS, 36% em SC e 32% no PR, percentual correspondente às rodovias de cada Estado. A classificação geral das estradas da Região Sul do Brasil foram obtidas através das curvas de classificação da Norma ISO 8608:1995 junto com as PSD s de cada perfil. Para ondulações nos pavimentos, entre 0,3 m a 16 m, as estradas da Região Sul, foram classificadas como Boas e Muito boas (faixas A e B da Norma). Salientando que neste intervalo de comprimento de onda é onde ficam as ondulações mais sensíveis e nocivas aos veículos e, consequentemente, ao conforto e segurança. Os comprimentos de onda que têm a maior influência sobre o conforto e sobre a dinâmica dos veículos dos ocupantes das estradas são aqueles entre 1,0 a 30 m. Comprimentos de onda muito longos mais relacionados com o alinhamento vertical ou inclinação ou com a textura da superfície, geralmente não são importantes, Segundo Gillespie (1992) e Sayers (1996). A metodologia de avaliação do estado dos perfis das rodovias, obtido através das PSD s dos mesmos, pode servir de instrumento de diagnóstico a gestão das redes de concessão rodoviárias no que diz respeito ao acabamento dos perfis dos pavimentos, bem como estabelecer métodos de ajustes localizados.

49 Todas as estradas medidas da Região Sul, sem exceção, um Estado com mais e outro com menos, mas todos apresentaram um valor percentual significativo nos longos comprimentos de onda, que classifica as rodovias como médias, segundo a Norma. A conclusão destas análises, obtidas através das PSD s dos km medidos, que as rodovias da região Sul apresentam falta de planicidade nos seus pavimentos. Como consequência disso, favorece o desconforto nos passageiros dos veículos e afeta a segurança dos mesmos quando estes trafegarem em velocidade mais elevadas. O modelo de caracterização de pavimentos pelas PSD pode oferecer ao sistema viário brasileiro, conhecimentos de técnicas diferenciadas de avaliação de perfis de estradas. Técnicas que buscam avaliar a relação das PSD s dos perfis das rodovias em conjunto com os modelos dinâmicos dos veículos. Esta interação é que traduz o modo de andar dos veículos nas rodovias. Através das análises das PSD s, calculadas por segmento de 1 km, foi possível verificar que a grande maioria das estradas da Região Sul do país não mantém um padrão de qualidade constante nos seus perfis, gerando uma grande variabilidade ao redor de um perfil médio. Resultados que podem ser provenientes pela falta de acabamento ou utilização de equipamentos com pouca tecnologia nas pavimentações.

50 Através das PSD s de classificação geral, pouco é possível concluir sobre a severidade de alguns trechos, por que os detalhes são omitidos, mas de grande utilidade para análises de tendências e de projeções para determinadas regiões, estados ou rodovias. Conhecer a velocidade segura que os veículos podem trafegar em cada rodovia é um dos objetivos desta pesquisa. O cruzamento das informações da dinâmica dos modelos de veículos com a PSD dos perfis dos pavimentos é possível estabelecer critérios técnicos para estabelecer velocidades a serem praticadas nas rodovias, cabendo comentar que a velocidade permitida, em via, deve considerar outros fatores como: geometria, sinalização entre outros. Pela avaliação dos perfis, por comprimentos de onda, foi possível identificar quais ondulações apresentam maiores amplitudes nas rodovias e poder avaliar a qualidade dos pavimentos da malha rodoviária da Região Sul através dos percentuais levantados de cada pavimento. A caracterização dos perfis de pistas, calculados pela Densidade Espectral de Potência (PSD), interpretada pela soma de inúmeras ondas senoidais evidenciou-se ser uma ferramenta de caracterização de perfis de pistas.

51 Pela baixa sensibilidade de medição dos sensores inerciais, em baixas velocidades e em longos comprimentos de onda, é muito importante medir com velocidades constantes e com o mínimo de movimentos laterais e frenagens, durante a aquisição dos dados.

52 OBRIGADO