44ª RAPv REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO E 18º ENACOR ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO RODOVIÁRIA ISSN RAPv

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1 44ª RAPv REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO E 18º ENACOR ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO RODOVIÁRIA ISSN 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 RESUMO 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). 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

2 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. lucas.bueno09@gmail.com 2 Graduanda em Engenharia Civil - UFSM. marinafrederich@hotmail.com 3 Graduando em Engenharia Civil - UFSM. gersonsevero90@gmail.com 4 Graduando em Engenharia Civil - UFSM. romulodlima@gmail.com 5 Professor da Universidade Federal de Santa Maria. dsp@ufsm.br 6 Professor da Universidade Federal de Santa Maria. luspecht@gmail.com 7 Mestrando em Engenharia Civil - UFSM. mauricio85@bol.com.br 8 Doutorando em Engenharia Civil - UFSM. fernando.d.boeira@gmail.com 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

3 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

4 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,

5 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 = 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. 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. (2)

6 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 Material Espessura(cm) MR(MPa) Coef.Poisson Revestimento CA 5,0-7,5-10,0-12, ,35 Base Granular BGS ,40 Subleito Solo ,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 simulações numéricas realizadas no software SisPav, na ferramenta de Análise Elástica de Múltiplas Camadas (AEMC). Foram

7 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 (N ATR ). 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 N FADIGA e no N ATR. 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 Espessura (cm) MR (MPa) CA 5-7, , BGS Subleito - 79 Os gráficos apresentados na Figura 2 confrontam, para cada uma das diferentes pressões de inflação dos pneus avaliadas, o N ATR em relação à Carga do Eixo. O valor percentual destacado sobre a série de valores apresenta a redução causada no N ATR quando a pressão de inflação dos pneus foi aumentada do seu valor mínimo (0,55MPa) para o seu valor máximo (0,83MPa).

8 Figura 2. Carga do ESRD x N ATR, com variação de espessura do revestimento da estrutura característica. Conforme o esperado, o valor do N ATR 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 N ATR 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 N ATR 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 N ATR 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 (N FADIGA ).

9 Figura 3. Carga do ESRD x N FADIGA, com variação de espessura do revestimento dos conjuntos característicos. A Figura 3 permite a visualização do aumento do N FADIGA de maneira diretamente proporcional ao aumento da espessura da camada de concreto asfáltico. Da mesma forma ocorrida para o N ATR, 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 N FADIGA. 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 N FADIGA 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 N FADIGA 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 N FADIGA 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 N FADIGA. 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 N FADIGA. Estes percentuais mantém valores bastante parecidos ao decorrer do acréscimo de carga, com exceção ao

10 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 N FADIGA 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 Espessura (cm) MR (MPa) CA 7, BGS Subleito - 79 É importante salientar que para esta análise e as que seguem, o N ATR 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 N ATR foi de baixa significância, com valores sempre menores do que 10%. Portanto, optou-se por dar continuidade às análises com enfoque no N FADIGA. Além disso, através dos modelos de desempenho aplicados, verificou-se que todos os diferentes casos avaliados nesta pesquisa apresentaram o N ATR maior do que o N FADIGA, 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 N FADIGA analisados para cada carregamento de eixo e pressão dos pneus. Figura 4. Carga do ESRD x N FADIGA, com variação de espessura da base granular dos conjuntos característicos. Novamente, conforme esperado, percebe-se que os valores de N FADIGA crescem conjuntamente com o aumento de espessura da camada granular. Porém, em relação ao aumento da pressão de inflação

11 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 N FADIGA. 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 N FADIGA reduz em cerca de 30% quando a espessura da base é igual a 20 cm. Já o aumento da carga em 50% reduz o N FADIGA 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 N FADIGA varia pouco em relação à espessura anterior, não chegando a 40%; quando a carga é elevada em 50%, a redução do N FADIGA 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 N FADIGA 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 Espessura (cm) MR (MPa) CA BGS Subleito - 79 A Figura 5 apresenta, para os conjuntos exibidos na Tabela 4, os valores de N FADIGA analisados para cada carregamento de eixo e pressão dos pneus. As variações foram realizadas apenas nos valores de módulo de resiliência do concreto asfáltico.

12 Figura 5. Carga do ESRD x N FADIGA, 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 N FADIGA 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 N FADIGA 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 N FADIGA 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 N FADIGA. Tabela 5. Conjuntos característicos com variação do módulo de resiliência da base granular Material Espessura (cm) MR (MPa) CA BGS Subleito - 79 A Figura 6 apresenta, para os conjuntos exibidos na Tabela 5, os valores de N FADIGA analisados para cada carregamento de eixo e pressão dos pneus com variação nos valores de módulo de resiliência da camada de brita graduada simples.

13 Figura 6. Carga do ESRD x N FADIGA, 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 N FADIGA 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 N FADIGA 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 N FADIGA 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 Espessura (cm) MR (MPa) CA BGS Subleito 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 N FADIGA, à medida que a pressão de inflação é aumentada do seu valor mínimo para o seu valor máximo, modificam de

14 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 N FADIGA. Figura 7. Carga do ESRD x N FADIGA, 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 N FADIGA e N ATR. 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 N FADIGA 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 N FADIGA (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

15 base, e, quanto maior a rigidez desta camada, maior a influência da pressão de inflação dos pneus na redução do N FADIGA. Já para o subleito, o aumento de rigidez da camada de solo mostrou pouca influência nos valores de redução do N FADIGA 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 N ATR quando comparado ao N FADIGA ; 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. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBANO. J. F; Efeitos dos excessos de carga sobre a durabilidade de pavimentos Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Porto Alegre/RS: UFRGS PPGEP, BALBO, J. T.; Pavimentação asfáltica: materiais, projeto e restauração. Oficina de Textos, São Paulo, BERNUCCI, L.B.; MOTTA, L. M. G.; CERATTI, J.A. P.; SOARES, J. B. Pavimentação Asfáltica: formação básica para engenheiros. Petrobras; Associação Brasileira das Empresas Distribuidora de Asfalto, Rio de Janeiro, CHOU, C. J.; Effect of overloaded heavy vehicles on pavement and bridge design. Transportation Research Record: Journal of the Transportatuin Research Board. Washington, D. C., n.1539, p.58-65, CONTRAN. Resolução nº 104/99 de 21/12/1999. Dispõe sobre a tolerância máxima de peso bruto de veículos e estabelece critérios para aplicação de multas. Brasília, DNIT. Levantamento visual contínuo para avaliação da superfície de pavimentos flexíveis e semirígidos. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes, Norma 008/2003. DNIT. Manual de estudos de tráfego. Ministério dos Transportes. Publicação IPR 723. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes FERNANDES JUNIOR, J. L.; PAES, J. C.; PEREIRA, P. A. A.; Avaliação dos efeitos das solicitações do trafego sobre o desempenho de pavimentos flexíveis portugueses e brasileiros. Revista Pavimentação, Ano II, n.5, pp Associação Brasileira de Pavimentação ABPv, Rio de Janeiro, FONTENELE, H. B.; FERNANDES JÚNIOR, J.L.; Representação do tráfego de veículos rodoviários de carga através de espectros de carga por eixo e seu efeito no desempenho dos pavimentos. CLA Cultural Ltda., São Paulo, 2014.

16 FRANCO, F. A. C. P.; Método de Dimensionamento Mecanístico-Empírico de Pavimentos Asfálticos SisPav. 294 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Programa de Pós-Graduação de Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, KULAKOWSKI, B.T.; Streit, D.A.; WOLLYUNG, R.J.; and KENIS, W.J.; A study of dynamics wheel loads conducted using a four-post road simulator'. Proceedings of the fourth International Symposium on Heavy Vehicle Weights and Dimensions. UMTRI. Ann Arbor MACHEMEHL, R.B.; WANG, F.; PROZZI, J.A. Analytical study of effects of truck tire pressure on pavements using measured tire-pavement contact stress data. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Record Research Board. TRB 2005 Anual Meeting CD-ROOM. Washington, D.C., MEDINA, J.; MOTTA, L.M.G; Mecânica dos Pavimentos 3ª edição. Editora Interciência, Rio de Janeiro, MERIGUI, J.V; Estudo da deformação permanente de misturas asfálticas em ensaios de laboratório. 256 f. Tese. Escola Politécnica Universidade de São Paulo. São Paulo, MOTTA, L.M.G; Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis: critério de confiabilidade e ensaios de cargas repetidas. 365 f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, ROMERO, J. A.; LOZANO, A; Effect of trucks suspension and tire properties on pavement damage spatial distribution. 85th Annual Meeting of the Transportation Research Board, WIDMER, J. A.; Compatibilidade de Tráfego de bitrens de 25 m com a infraestrutura viária brasileira. 2º Colóquio Internacional de Suspensões e 1º Colóquio de Implementos Rodoviários da SAE Brasil. Caxias do Sul, 2002.