CONSIDERAÇÃO DO TRÁFEGO EM PROJETOS DE PAVIMENTOS

Transcrição

1 Universidade do Estado de Santa Catarina Pós-Graduação em Engenharia Civil Mestrado Acadêmico CONSIDERAÇÃO DO TRÁFEGO EM PROJETOS DE PAVIMENTOS Profa. Adriana Goulart dos Santos

2 VEÍCULOS COMERCIAIS RODOVIÁRIOS: Caminhões e ônibus são os veículos comerciais que efetivamente interessam para situações de dimensionamento de pavimentos e análise de pavimentos Veículos leves=== causam danos insignificantes às estruturas comparados aos demais Esforços solicitantes em pavimentos asfáltico por causa de diferentes cargas: Fonte: Balbo, 2007

3 O tráfego rodoviário é composto por veículos que apresentam diversas configurações de eixos com relevantes magnitudes de cargas Existem quatro tipos de eixos rodoviários de caminhões e ônibus: Um eixo isolado é denominado simples Eixos em conjunto são denominados tandem Se na extremidade do eixo há apenas 1 roda, ela é simples, se existirem 2 rodas, então ela é dupla

4 Fonte: Balbo, 2007

5 Cargas máximas legais vigentes no Brasil: Fonte: Balbo, 2007 Tendo em vista os métodos de dimensionamentos de pavimentos que vigoram no Brasil, os excessos de cargas observados nas rodovias são bastantes prejudiciais ao desempenho esperado do pavimento O controle de cargas é desejável para uma melhor garantia de prorrogação da vida útil de um pavimento

7 Equivalência entre cargas Conceito: surge da simples observação de que, para estruturas idênticas de pavimento, os efeitos destrutivos ocasionados ao longo do tempo, por veículos diferentes, são desiguais, emergindo então um critério comparativo entre veículos Definir e quantificar numericamente esses efeitos foi o principal objetivo da ASSHTO Road Test

8 Equivalência entre cargas Yoder e Witckaz (1975) indicam que os fatores de equivalência de cargas definem o dano causado pela passagem de um veículo qualquer, para um tipo específico de pavimento, em relação ao dano causado pela passagem de um veículo, tomado como padrão, para o mesmo tipo de pavimento considerado Na ASSHTO Road Test, foi estabelecido como padrão o eixo simples de rodas duplas (ESDR), com 80kN sobre si Pereira (1985) apud Balbo (2007) define dano (ou deterioração) como correspondente à evolução total que o estado de pavimento pode sofrer, considerando-se um tipo específico de degradação

9 NESTE CONTEXTO, É DE SE ESPERAR QUE, POR EXEMPLO, MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS E RÍGIDOS APRESENTEM DIFERENTES VALORES PARA TAIS FATORES DE EQUIVALÊNCIA ESTRUTURAL ENTRE CARGAS Já que os critérios de ruptura adotados por esses métodos são absolutamente distintos O efeito pontual destrutivo de uma carga individual, a cada passagem sua, pode ser chamado de dano A ruptura do pavimento, considerado por meio de algum critério que define seu fim de vida útil, ocorrerá por efeito do acúmulo de dada quantidade consecutiva de dano

10 DANO PODE SER ENTENDIDO COMO QUALQUER PLASTIFICAÇÃO OCORRIDA E OCASIONADA PELA PASSAGEM DE UMA CARGA: UMA TENSÃO DE CISALHAMENTO NO SUBLEITO; APLICAÇÃO DE TRAÇÃO EM CAMADA BETUMINOSA OU CIMENTADA, ETC...

11 O dano total (dt,p) causado por dado número de passagens de um veículo padrão (Np) sobre uma estrutura de pavimento é consequência do efeito cumulativo de danos unitários (du,p) resultante de cada uma das passagens individuais desse mesmo veículo-padrão sobre a seção de pavimento Nj é o número de passagens do veículo qualquer (j), que causaria a mesma deterioração do pavimento, tendo em vista determinado critério de ruptura (fadiga, deformação plástica, contaminação, perda de serventia, etc..) Como o critério de ruptura implicitamente assumido é idêntico para quaisquer eixos, então os valores dt,p e du,p são obrigatoriamente idênticos:

12 O fator de Equivalência de Cargas (FEC) entre um veículo qualquer e outro tomado arbitrariamente como padrão, pode ser descrito por meio da relação entre danos unitários causados por uma passagem individual de cada um dos eixos sobre dada seção de pavimento: O fator de Equivalências de Cargas pode ser definido numericamente pela relação entre o número de repetições de carga do veículo padrão e do veículo qualquer que levem ao mesmo estado de ruína dada seção de pavimento:

13 A relação entre o número de repetições de carga de um veículo (ou eixo) padrão que leva o pavimento à ruína e o número de repetições de carga de um veículo (ou eixo) qualquer que, também, leva o mesmo pavimento à ruína define O valor do fator de equivalência de cargas entre o segundo e o primeiro tipo de veículo (eixo) Métodos de dimensionamento que empregam o conceito de FEC consideram todos os efeitos resultantes da repetição de cargas de eixos de diversas configurações, transformando-os em repetições do eixo-padrão equivalente

14 Por meio dos FEC, todo o tráfego será convertido em um Número N de repetições equivalente ao eixo padrão É importante fixar a expressão número N para projetos de pavimentos

15 Os fatores de equivalência de carga (FEC) podem ser obtidos experimentalmente, em pista, por monitoração do tráfego e dos defeitos das patologias emergentes ao longo do tempo nos pavimentos Necessária a passagem repetitiva de diferentes eixos sobre pavimentos idênticos para as análises exigidas Durante a AASHTO Road Test, inúmeras seções de pavimentos (de 1 a 5) eram solicitadas, diariamente, por caminhões com diferentes eixos e diferentes cargas

16 Avaliações quinzenais de valores de serventia atual permitiam descrever a evolução dos defeitos em cada seção do pavimento Até valores de serventia de 2,5 a 2,0===definidas como condições finais de degradação Para cada seção de pavimento foram contabilizadas quantos eixos haviam passado durante o período A relação entre tais números de eixos, o eixo fixado como o ESDR com libras-força (80kN) e os números de repetições de outros eixos com outras cargas permitiram a fixação dos FEC após experimentos

17 Formulação clássica dos FEC: Dos conceitos de equivalência de carga, surge a definição para Fator de Equivalência de Carga (FEC), que é: Constante numérica utilizada para quantificar o dano causado pelo veículo ou eixo-padrão adotado em projeto.

18 Considerando-se F(Vxi)= 100%

19 Equivalência de carga no critério do USACE (Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos) Fatores de equivalência de carga para eixo simples de rodas duplas A relação é exponencial, E um acréscimo de 50% na carga-padrão seria capaz de causar um dano unitário por passagem de cerca de dez vezes o dano causado pelo eixo-padrão

20 Fatores de equivalência de cargas na norma brasileira Fatores de equivalência de cargas na norma brasileira - Fonte: Sousa (1981) apud Balbo (2007)

21 Fatores de equivalência de cargas na norma brasileira Fatores de equivalência de cargas - Fonte: DNER (1985) e Sousa (1981) apud Balbo (2007) Onde: Q é a carga sobre o eixo

22 Fatores de equivalência de cargas na norma americana Fatores de equivalência de cargas - Fonte: AASHTO (1993) apud Balbo (2007) Onde: Q é a carga sobre o eixo

23 COMPOSIÇÃO DO TRÁFEGO MISTO A definição de uma estrutura de pavimento para a sua posterior construção está intimamente relacionado com a magnitude das cargas que a solicitarão No projeto de pavimentos asfálticos flexíveis rodoviários, o tratamento das solicitações de tráfego é a conversão de todo o seu universo de eixos e cargas em um número equivalente de repetições de um eixo padrão A utilização dos fatores de equivalência entre cargas para o cômputo do número de solicitações N do eixo-padrão depende o conhecimento do tipo de tráfego que solicitará a via

24 Classificação e contagem volumétrica dos veículos rodoviários A melhor maneira de quantificar os volumes de veículos que se utilizam da via são as contagens em campo Apenas viáveis quando a via já existe; As contagens são muito empregadas quando se projetam duplicações, melhoramentos, restauração de pavimentos, etc;

25 Classificação e contagem volumétrica dos veículos rodoviários Os levantamentos visuais com equipes de campo são realizados em períodos sequenciais de 1 hora, o que permite a verificação de flutuações horárias ocorridas nos volumes de tráfego

26 Cálculo do Volume Diário Médio Anual (VDMA) Volume diário médio (VDM)

27 Cálculo do Volume Diário Médio Anual (VDMA) VDM anual

28 Estimativa do tráfego desconhecido É difícil a determinação do perfil do tráfego de um novo pavimento, na época do estudo básico de sua implantação ou do projeto executivo A rodovia ainda não existe, a via estar tão deteriorada que o tráfego atual evita o trajeto, o tráfego ocorre apenas sazonalmente e não se dispõe de informações históricas As estimativas deverão ser realizadas a partir de outros artifícios: Pesquisa origem-destino entre as localidades servidas pela futura via; O perfil do tráfego pode ser estimado por analogia com vias de natureza semelhantes; Quando trata-se de projetos de manutenção e recuperação de pavimentos, o perfil do tráfego usuário poderá ser estimado com base em estatísticas de trânsito, a partir de séries históricas

29 Estimativa do tráfego desconhecido Muitos fatores podem dificultar a definição do tráfego exato Refletirá no cálculo do número N de repetições do eixo-padrão que solicitará a via Como por exemplo ===Demandas reprimidas; Valores de N aferidos após projeto em rodovia vicinal de ligação a região Sul do país Fonte: Balbo, 2007

30 Estimativa do tráfego desconhecido Foi observado que após a abertura da via: Caminhões pesados e semirreboques, que não foram considerados na determinação do número N, passaram a utilizar a rodovia após a sua pavimentação Podem ser utilizadas outras alternativas para a estimativa do volume de tráfego: Estimativa da produção, em peso, dos grãos de determinado cultivo (soja, cana-de-açúcar, arroz) que serão transportados em rodovias vicinais entre as áreas produtora até as rodovias principais São verificados também os tipos de caminhões que farão o transporte do cultivo, quanto ao tipo de eixo e carga

31 Pesagem de eixos de veículos comerciais Frequência de distribuição de pesos por eixos pesagem realizada em 1998 Pesagem realizada em 192 caminhões, eixo a eixo, revelou excessos de carga em eixos traseiros Fonte: Balbo, 2007

32 Pesagem de eixos de veículos comerciais Os pavimentos são dimensionados com base nas cargas legais máximas Tal fato evidencia a razão pela qual a durabilidade das rodovias brasileiras é tão pequena

33 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) Para a determinação da equivalência de operações de toda a frota, em termos de um eixo padrão arbitrado (ESRD de 80KN), determina-se o Fator de Carga (FC)

34 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) Para o cálculo do Fator de Carga (FC) é necessário:

35 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) A determinação do número N é realizada, em projetos, para um período de tempo de serviço do pavimento geralmente determinado por quem opera e administra a via de transporte (órgão público, concessionária, etc)

36 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) O volume anual de veículos em qualquer ano futuro (Vf), calculado em geral no último ano do período de projeto, será obtido em função da forma de crescimento do tráfego prevista, com base em séries históricas ou índices socioeconômicos relacionados à região da via ou rodovia

37 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) O volume acumulado de tráfego ao longo do horizonte ou período de projeto P (Vp) pode ser calculado pela integração das equações do slide anterior, considerando crescimento linear e geométrico, respectivamente:

38 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) Para isso, todos os eixos previstos em contagem (ou por outro processo) dos veículos usuários da via deverão ser transformados em eixos-padrão equivalentes pela adoção dos fatores de equivalência de cargas de acordo com o método de projeto adotado

39 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) Esquema de cálculo das equivalências de operações: Fonte: Balbo, 2007

40 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) O somatório dos valores (FECi x pi) computados fornece a Equivalência de Operações de cada categoria de eixo por carga, relativo ao perfil de tráfego verificado em pesagens por 100 veículos da amostra

41 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) É ausente um fator que transforme o número de veículos em número de eixos=== que é definido pelo fator de eixo (FE)

42 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N) Por Fator de veículo (FV) ou fator de caminhão, define-se o produto FC x FE

43 Estimativa do número de repetições de carga do eixo-padrão (N)

45 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Balbo, J. T. Pavimentação Asfáltica: materiais, projeto e restauração. Oficina de Textos, São Paulo, Sória, M.H.A. Projeto de Pavimentos. Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Transportes, São Carlos- SP, 1987.