Avaliação dos Pavimentos Flexíveis: Condições de Aderência Pneu/Pavimento

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: MANUTENÇÃO DE PAVIMENTOS Avaliação dos Pavimentos Flexíveis: Condições de Aderência Pneu/Pavimento Prof.: Raul Lobato

2 Aula 04 Avaliação das condições de aderência pneu/pavimento: Segurança Viária; Aderência pneu-pavimento; Textura superficial do pavimento; Forças de Atrito; Tipos de Superfície; Interação Pneu-Pista Molhada; Medidas de textura; Drenabilidade; Medidas de atrito; International Friction Index - IFI

3 Segurança viária PISTAS MOLHADAS MENOR RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM ACIDENTES

4 Segurança viária SINALIZAÇÃO PAVIMENTO COMPORTAMENTO HUMANO

5 Segurança viária Características físicas da rodovia que devem ser estudadas para se garantir medidas preventivas de segurança viária: BURACOS NA PISTA; DESNÍVEL ENTRE FAIXA E ACOSTAMENTO; FORMAÇÃO DE ESPELHOS D ÁGUA; PRESENÇA DE CASCALHO SOLTO NA PISTA; RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM. ADERÊNCIA PNEU/PAVIMENTO

6 Aderência pneu-pavimento O TERMO ADERÊNCIA REFERE-SE AO LIMITE DE ATRITO, DESENVOLVIDO ENTRE OS PNEUS DO VEÍCULO E A SUPERFÍCIE DA CAMADA DE ROLAMENTO DO PAVIMENTO, QUE ASSEGURA A MOBILIDADE E DIRIGIBILIDADE DO VEÍCULO. A aderência da superfície de um pavimento é determinada pela textura que esta possui. A melhor forma de obter a caracterização de uma superfície é avaliando sua textura. A textura é usualmente classificada em: Microtextura; Macrotextura; Megatextura.

7 Faixas de Textura

8 Faixas de Textura

9 Textura Superficial do Pavimento MICROTEXTURA: GRAU DE RUGOSIDADE OU ASPEREZA DOS AGREGADOS UTILIZADOS NA MISTURA ASFÁLTICA (RUGOSIDADE IDENTIFICADA A NÍVEL MICROSCÓPICO) Essa faixa de textura do pavimento varia principalmente de acordo com as características mineralógicas e estruturais do agregado que foi utilizado para a mistura asfáltica. A microtextura é considerada a principal responsável na resistência a derrapagem em velocidades baixas. RUGOSA POLIDA

10 Textura Superficial do Pavimento MACROTEXTURA: DEFINIDA PELA FORMA, TAMANHO E GRADUAÇÃO DOS AGREGADOS E DA MISTURA DO PAVIMENTO ASFÁLTICO (RUGOSIDADE VISÍVEL A OLHO NU) É a maior responsável pela aderência entre o pneu e o pavimento (inclusive em altas velocidades). Também é responsável por DRENAR a água sobre o pavimento de modo que não se acumule sobre a microtextura, permitindo a aderência entre o pneu e o pavimento. É MODIFICADA ao longo do tempo, geralmente sofrendo decréscimo de suas propriedades pelo DESGASTE do agregado, DENSIFICAÇÃO do revestimento, DESAGREGAÇÃO e pela RECOMPACTAÇÃO em função da ação do tráfego. ABERTA FECHADA

11 Textura Superficial do Pavimento Megatextura e Irregularidade interferem apenas nas condições de rolagem do veículo, tais como contato com veículo com o pavimento e a estabilidade direcional do mesmo. MEGATEXTURA: EM GRANDE PARTE DEFINIDA COMO PEQUENAS DESAGREGAÇÕES E DEFORMAÇÕES NA SUPERFÍCIE DO PAVIMENTO. IRREGULARIDADE LONGITUDINAL: CONJUNTO DOS DESVIOS INDESEJÁVEIS DA SUPERFÍCIE DO PAVIMENTO EM RELAÇÃO A UM PLANO DE REFERÊNCIA

12 Força de atrito Força tangencial resistente na interface entre dois corpos, sob a ação de uma força externa, um corpo move-se ou tende a mover-se em relação ao outro ADESÃO HISTERESE RESULTA DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO QUE SE DÁ NA ÁREA DE CONTATO ENTRE A SUPERFÍCIE DO PNEU E A DO PAVIMENTO. ESSA FORÇA ADESIVA DIMINUI SE AS SUPERFÍCIES DE CONTATO FOREM SEPARADAS POR ALGUM CONTAMINANTE. SE RELACIONA COM A MICROTEXTURA DO PAVIMENTO RESULTADO DA PERDA DE ENERGIA DEVIDO A DEFORMAÇÃO DO PNEU SOBRE A TEXTURA DO PAVIMENTO. A PERDA DE ENERGIA QUE SE DÁ EM FORMA DE CALOR, DEIXA UMA FORÇA DE ATRITO QUE AJUDA A PARAR O MOVIMENTO. NÃO SOFRE INFLUÊNCIA DE CONTAMINANTES. SE RELACIONA COM A MACROTEXTURA.

13 Força de atrito

14 Tipos de Superfície RUGOSA E ABERTA: APRESENTA UM ELEVADO ATRITO POR ADESÃO E HISTERESE, CARACTERIZANDO UM PAVIMENTO QUE APRESENTA BOAS CONDIÇÕES DE SEGURANÇA MESMO NA PRESENÇA DE FLUIDOS CONTAMINANTES NA PISTA

15 Tipos de Superfície RUGOSA E FECHADA: OFERECE NÍVEIS ADEQUADOS DE ADERÊNCIA EM PISTA SECA, ONDE O ATRITO POR ADESÃO É SUFICIENTE. PORÉM, EM PISTAS MOLHADAS, OS NÍVEIS DE ATRITO ADEQUADOS PODEM NÃO SER ATINGIDOS SOB ALTAS VELOCIDADES

16 Tipos de Superfície POLIDA E ABERTA: OFERECE UMA BOA CAPACIDADE DE ESCOAMENTO, DEVIDO A SUA MACROTEXTURA, PORÉM BAIXOS ÍNDICES DE ATRITO POR ADESÃO. NESSE TIPO DE TEXTURA A ADERÊNCIA É PRORCIONADA PELO ATRITO POR HISTERESE, O QUE TAMBÉM INDICA UM BOM DESEMPENHO EM CONDIÇÕES DE PISTA MOLHADA

17 Tipos de Superfície POLIDA E FECHADA: CARACTERIZA PAVIMENTO QUE JÁ ATINGIRAM SEU LIMITE FUNCIONAL E DEMANDAM ALGUMA INTERVENÇÃO. OS NÍVEIS DE ATRITO TANTO POR ADESÃO QUANTO POR HISTERESE ENCONTRAM-SE ABAIXO DO IDEAL EM CONDIÇÕES DE PISTA SECA E MOLHADA.

18 Tipos de Superfície

19 Interação Pneu-Pista molhada PISTA MOLHADA = PRESENÇA DE FLUIDO CONTAMINANTE ÁGUA GELO FUNDENTE NEVE FUNDENTE ATRITO PISTA SECA > ATRITO PISTA MOLHADA QUANTO MAIOR A VELOCIDADE, MENOR O TEMPO E A SUPERFÍCIE DE CONTATO HIDROPLANAGEM: PERDA DO CONTATO ENTRE AS SUPERFÍCIES DO PNEU E DO PAVIMENTO DEVIDO A PRESENÇA DE UM FLUIDO CONTAMINANTE

20 Medidas de Textura Mancha de areia; Mancha de graxa (Grease Patch) Perfilômetros Laser; Circular Track Meter CT Meter; Mini Texture Meter; Drenabilidade (Outflow); Drenômetro LTP-EPUSP.

21 Método da Mancha de Areia Consiste no espalhamento de um VOLUME PRÉ-DETERMINADO de areia ou esferas de vidro sobre o pavimento de modo a preencher os vazios da macrotextura. A profundidade é obtida pela razão do volume de areia pela área de espalhamento. Normativas: ASTM E ; Mode Opératoires du Laboratoire Central dês Ponts et Chaussés Mesure de la Profondeur 40 au Sable Mode Opératoire RG-2/Paris -1971; IAC 4302 DAC 2001.

22 Método da Mancha de Areia: procedimento Materiais: Areia limpa e seca com granulometria passando na peneira #50 (60) e sendo retida na #100 (80); Cilindro metálico com volume interno de (25.000) mm³; Carimbo espalhador; Régua milimetrada. O procedimento de ensaio, inicialmente, consiste em determinar a área de teste, devendo esta estar homogênea e estar completamente seca, e todas as impurezas removidas com o auxílio de escovas

23 Método da Mancha de Areia: procedimento

24 Método da Mancha de Areia: procedimento Após a limpeza da superfície a areia é despejada e em seguida é espalhada com o carimbo de maneira uniforme e em formato circular, até que toda a areia preencha os vazios do pavimento. Em seguida são realizadas quatro medidas em milímetros (aproximadamente igualmente espaçadas) do diâmetro do círculo formado.

25 Método da Mancha de Areia: procedimento

26 Método da Mancha de Areia: procedimento A média desses quatro valores será utilizada para o cálculo da área, sendo então possível determinar a profundidade da macrotextura através da equação. Sendo: Hs: altura da mancha de areia (mm); V: volume de areia ( mm³); Hs = V A = 4 V π D² D: diâmetro médio da mancha de areia (mm).

27 Método da Mancha de Areia: procedimento O próximo passo será o cálculo do valor final da profundidade média da macrotextura do pavimento para uma determinada UNIDADE AMOSTRAL. Este cálculo consiste em determinar a média aritmética dos valores de Hs. Pela equação: i=1 n Hs i Sendo: Tx = Numero total de medições Tx: valor final da macrotextura do pavimento (mm); Hsi: valor parcial de macrotextura (mm).

28 Método da Mancha de Areia: procedimento

29 Método da Mancha de Areia: procedimento

30 Método da Mancha de Graxa (Grease Patch) Trata-se de uma variação do método da Mancha de Areia, sendo mais utilizado em pavimento de AEROPORTOS. O procedimento consiste em preencher os vazios da textura superficial do pavimento com um VOLUME CONHECIDO de mm³ de graxa de uso geral. Demarca-se a área de ensaio com duas fitas adesivas paralelas, espaçadas em 10 cm, e como limite emprega-se uma terceira fica adesiva perpendicular fechando um dos extremos. *A técnica foi desenvolvida na NASA Langley Research Center

31 Método da Mancha de Graxa (Grease Patch) A superfície é limpa com o auxílio de uma escova de mão macia e a graxa é espalhada sobre a superfície seca por meio de um pequeno rodo, preenchendo os vazios da superfície e formando uma área final de formato retangular.

32 Método da Mancha de Graxa (Grease Patch) Mede-se o comprimento do retângulo com aproximação visual de 5 mm. Calcula-se a área coberta e obtém-se a profundidade média da textura. Hg = V A Sendo: Hg: altura da mancha de graxa (mm); V: volume de areia ( mm³); A: área do retângulo da mancha de graxa (mm²).

33 Método da Mancha de Graxa (Grease Patch)

34 Perfilômetro a Laser O perfilômetro a Laser pode ser instalado em equipamentos estacionários sobre uma viga onde o laser é acionado por um motor ou empurrado a mão, ou ser montado em um veículo que se desloca a velocidades de até 72 km/h. De um modo geral, esses equipamentos atuam projetando um raio (laser) sobre um ponto do pavimento e um receptor, situado na viga, mede a altura desse ponto sobre o pavimento. Normativa: ASTM E-1845

35 Perfilômetro a Laser

36 Circular Track Meter CT Meter É um EQUIPAMENTO A LASER, que mede o perfil do pavimento de uma ÁREA CIRCULAR com 284 mm de diâmetro e 892 mm de circunferência. O equipamento é controlado por um computador portátil. O CT Meter produz resultados comparáveis ao ensaio de MANCHA DE AREIA com forte correlação. Normativa: ASTM E-2157

37 Circular Track Meter CT Meter

38 Mini Texture Meter Este equipamento pode ser usado para medir a textura da superfície de rodovias, aeroportos e calçadas. É OPERADO MANUALMENTE, a uma velocidade entre 3 e 6 km/h (VELOCIDADE DE CAMINHADA) ou acoplado em um veículo. O EQUIPAMENTO A LASER projeta uma luz sobre a superfície avaliada, que reflete e mede a distância até a superfície. O equipamento fornece os resultados impressos.

39 Drenabilidade A drenabilidade do pavimento pode ser definida como a CAPACIDADE DE EXPULSAR A ÁGUA que recebe pela superfície, por meio de microcanais formados pela macrotextura. A capacidade drenante do pavimento pode ser obtida realizando-se o ENSAIO DE DRENABILIDADE, que afere o TEMPO que determinado VOLUME de água leva para ser drenado pelo pavimento. EM GERAL QUANTO MENOR A PROFUNDIDADE DE MACROTEXTURA, MAIOR O TEMPO DE DRENAGEM

40 Drenabilidade

41 Drenômetro (Outflow meter) Método que avalia a capacidade drenante do pavimento e indiretamente a sua MACROTEXTURA. Utiliza-se um cilindro transparente com um volume conhecido, acoplado ao fundo uma placa com um orifício circular, em contato com a superfície do pavimento. O cilindro é preenchido com água e mede-se o tempo em segundo que a água demora a escoar, passando por duas marcas existentes no tubo, demarcadas de forma a apresentar o volume conhecido (730 ml). O tempo é medido manualmente com um cronômetro (Outflow Time OFT). Normativa: ASTM E-2380 (2009)

42 Drenômetro (Outflow meter): Procedimento

43 Drenômetro (Outflow meter): Procedimento A área selecionada para ensaio deve ser HOMOGÊNEA, evitando-se locais que possuam pinturas, buracos, solavancos e rachaduras; A superfície da área onde o ensaio será realizado deverá ser LIMPA para a remoção de materiais soltos ou semi-aderidos, detritos ou até material de superfície deteriorada; A superfície deve ser molhada antes de ser ensaiada (ABSORÇÃO); O drenômetro deve ser colocado sobre a superfície, certificando a ESTABILIDADE E UNIFORMIDADE da área de contato entre o anel de borracha e a superfície; Em seguida o drenômetro deve ser preenchido com água até um pouco ACIMA DA PRIMEIRA MARCAÇÃO;

44 Drenômetro (Outflow meter): Procedimento Posteriormente o tampão do fundo é liberado; No instante em que o nível de água passa pela primeira marcação do tubo aciona-se o CRONÔMETRO. O mesmo é parado quando o nível de água passar pela segunda marcação.

45 Drenômetro (Outflow meter): Procedimento O ensaio deve ser realizado no MÍNIMO QUATRO VEZES, aleatoriamente, para se determinar o tempo de escoamento. Devem ser excluídos ensaios que apresentarem tempo de escoamento diferentes em mais de 10 SEGUNDOS do tempo médio de todos os testes realizados naquela superfície do pavimento. Sendo: MTD = K ofm t θ N 1 4 N P MTD: produndidade volumétrica de textura (mm); K ofm : constante; θ: viscosidade absoluta (N.s/m²); t: tempo de drenagem (s); N : número de asperezas por unidade de área (1/m²); P: perímetro médio dos canais da macrotextura (m).

46 Drenômetro do LTP e da ASTM DRENÔMETRO LTP ASTM Diâmetro do orifício (mm) Volume de água conhecido (ml) e 700 MTD = 3,114 OFT + 0,636 Sendo: MTD: produndidade volumétrica de textura (mm); OFT: tempo médio do ensaio de drenabilidade (s).

47 Medidas de Atrito ESTÁTICO Pêndulo Britânico (Estático); Dynamic Friction Tester DF Tester DFT (Estático); RODA OBLÍQUA μ-meter (Roda Oblíqua); Stradograph (Roda Oblíqua); RODA BLOQUEADA Odoliograph (Roda Oblíqua); SCRIM (Roda Oblíqua); Equipamento de Roda Bloqueada; RODA PARCIALMENTE BLOQUEADA BV-11 (Roda Parcialmente Bloqueada); SFT Surface Friction Tester (Roda Parcialmente Bloqueada); Grip Tester (Roda Parcialmente Bloqueada); Runway Friction Tester (Roda Parcialmente Bloqueada).

48 Pêndulo Britânico EQUIPAMENTO PORTÁTIL O pêndulo britânico possibilita a medição do coeficiente de atrito cinemático através da avaliação da energia que é absorvida pelo atrito da borracha da sapata do pêndulo com o pavimento. As características deste ensaio simulam a passagem do pneu de um veículo com baixa velocidade sobre o pavimento molhado. Normativa: ASTM E-303 (2013) Os valores obtidos são expressos em British Pendulum Number BPN ou Valor De Resistência à derrapagem - VRD

49 Pêndulo Britânico: procedimento Nivelamento e ajuste do ponteiro; Ajuste a área de contato da sapata com o pavimento; A superfície onde a sapata emborrachada entrará em contato com o pavimento deve ser molhada; O pêndulo deve ser lançado 5 (CINCO) vezes em cada ponto, considerando apenas as últimas quatro medidas para determinar o valor médio de BPN para a superfície do pavimento no local ensaiado; Os valores individuais de BPN devem ser anotados, assim como as informações referentes à temperatura da superfície do teste, o tipo, a idade, a condição, a textura e o local dos teste também devem ser registrados. A NORMA AMERICANA DETERMINA QUE A VARIAÇÃO MÁXIMA ENTRE AS MEDIDAS DE BPN SEJA DE 3 UNIDADES

50 Pêndulo Britânico: procedimento

51 Pêndulo Britânico: procedimento As condições do ensaio foram definidas de tal forma que os valores apresentados no mostrados do equipamento correspondem ao VRD de um pneumático padrão derrapando sobre o pavimento a 48 km/h. Sugere-se o VALOR MÍNIMO de 47 (BERNUCCI, DNIT sugere VRDmín = 55) para garantir pelo menos uma microtextura medianamente rugosa. A MICROTEXTURA é uma característica muito importante para o rompimento da película de água e promoção do contato pneu/pavimento para BAIXAS VELOCIDADES.

52 Pêndulo Britânico: procedimento

53 DF Tester EQUIPAMENTO PORTÁTIL Permite a medida direta do atrito de vários tipos de superfícies pavimentadas. O DFT consiste em um DISCO que gira na horizontal, em velocidade tangencial de 20 km/h (há modelos que atingem 60 km/h), composto de três corrediças de borracha, (do mesmo tipo das borrachas usadas em pneus dos equipamentos de ensaio de atrito) que contatam a superfície, enquanto que a VELOCIDADE é reduzida em função do atrito gerado na área de contato. O equipamento possui um reservatório que despeja ÁGUA NA SUPERFÍCIE que está sendo ensaiada. O cálculo do atrito é feito em função da velocidade. Apresenta forte correlação com o PÊNDULO BRITÂNICO. Normativa: ASTM E-1911

54 DF Tester

55 μ-meter (Mu-meter) MEDIÇÃO CONTÍNUA Este equipamento é muito usado no Brasil em AEROPORTOS (DIRENG e Infraero). Trata-se de um equipamento rebocado, constituído de três rodas, sendo duas destinadas a medir o COEFICIENTE DE ATRITO e a terceira para indicar as distâncias percorridas. As medidas podem ser feitas tanto para PAVIMENTO SECO como para condição de PISTA MOLHADA. Neste último caso, há um sistema espargidor que aplica uma película d água de espessura média de 1mm à frente das rodas sensoras. A velocidade do equipamento pode ser ajustável, sendo a mais comum de 65 km/h. Normativa: ASTM E-670 (2000)

56 μ-meter (Mu-meter)

57 μ-meter (Mu-meter) CALIBRAÇÃO COEFICIENTE DE ATRITO DA PLACA = 0,77

58 μ-meter (Mu-meter) OS VALORES DE ATRITO OBTIDOS COM O MUMETER SÃO USADOS COMO DIRETRIZ PARA AVALIAR A DETERIORAÇÃO DO ATRITO DA SUPERFÍCIE DE PAVIMENTOS EM PISTAS, BEM COMO PARA IDENTIFICAR AÇÕES CORRETIVAS ADEQUADAS PARA A REALIZAÇÃO DE OPERAÇÕES AÉREAS SEGURAS.

59 Equipamentos de Roda Bloqueada LOCKED WHEEL TESTER

60 Equipamentos de Roda Bloqueada STUTTGARTER REIBUNGSMESSER SKIDDOMETER

61 Equipamentos de Roda Parcialmente Bloqueada SURFACE FRICTION TESTER

62 Equipamentos de Roda Parcialmente Bloqueada GRIP TESTER BRASIL

63 International Friction Index - IFI Com o objetivo de harmozinar as medidas de atrito de pavimentos obtidas por diversos equipamentos e métodos, a PIARC Permanent International Association of Road Congress (World Road Association), no ínicio dos anos 90, desenvolveu uma ESCALA DE REFERÊNCIA INTERNACIONAL, o IFI - International Friction Index. O trabalho realizado para a concepção deste índice utilizou MAIS DE QUARENTA EQUIPAMENTOS de medição de atrito diferentes em MAIS DE CINQUENTA LOCAIS, avaliando uma GRANDE VARIEDADE DE TIPOS DE PAVIMENTOS EM ESTRADAS E AERÓDROMOS.

64 International Friction Index IFI: Cálculo Para o cálculo do IFI primeiro deve-se obter a CONSTANTE DE VELOCIDADE (Sp), calculada por meio de uma regressão linear com uma MEDIDA DE TEXTURA (Tx). S P = a + b T x DEVICE A B MOBILE PROFILOMETER 17, ,2599 SAND PATCH -11, ,6324 ARAN -12, ,7690

65 International Friction Index IFI: Cálculo O próximo passo é o cálculo do FATOR DE ATRITO AJUSTADO (FR60) para a velocidade de 60 km/h. FR 60 = FRS e S 60 S P Sendo: FRS: valores de atrito medidos a certa velocidade de deslizamento; S: velocidade de deslizamento do equipamento (km/h); Sp: constante de velocidade (calculada); FR60: fator de atrito ajustado para a velocidade de 60 km/h.

66 International Friction Index IFI: Cálculo DEVICE S A B C DF Tester at 60 km/h 60-0, , DF Tester at 20 km/h 20 0, , British Pendulum 10 0, , ESTÁTICO RODA OBLÍQUA RODA BLOQUEADA RODA PARCIALMENTE BLOQUEADA

67 International Friction Index IFI: Cálculo No passo subsequente se obtêm o valor do Número de Atrito (F60) F 60 = A + B FR 60 + C T x Sendo: A, B e C: constantes de regressão; FR60: fator de atrito ajustado para a velocidade de 60 km/h; TX: medida de textura (mm); F60: número de atrito; IFI F60 Sp

68 International Friction Index IFI: Exemplo Calcule o valor de IFI para uma unidade amostral do pavimento tipo Grooving da pista de pouso de um aeroporto hipotético sabendo que Tx = 1,55 mm (determinado pelo método da Mancha de areia) e BPN = 67,0.

69 International Friction Index - IFI DNIT MANCHA DE AREIA BRASIL PENDULO BRITÂNICO

70 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: MANUTENÇÃO DE PAVIMENTOS Avaliação dos Pavimentos Flexíveis: Condições de Aderência Pneu/Pavimento raul.lobatto@hotmail.com