ANÁLISE DO EFEITO DO PESO DOS VEÍCULOS NAS ESTRADAS

ANÁLISE DO EFEITO DO PESO DOS VEÍCULOS NAS ESTADAS Luciao Bruo Faruolo 1, Divisão de Isrumeos de Medição de Massa, Direoria de Merologia Legal, Isiuo de Nacioal de Merologia, Normalização e ualidade Idusrial, av. Nossa sehora das graças, 50,Xerém, Duque de Caxias, J, Brasil, cep 550-00 Tel +55 1-679-9138 Fax +551-679-6194. Deparameo de Pesquisa e Pós-graduação, CEFET-J Cero Federal de Educação Tecológica do io de Jaeiro- Av. Maracaã,9, cep 071-110, io de Jaeiro, el/fax: +551-569-4495. lbfaruolo@imero.gov.br José Luiz Ferades D.Sc, Deparameo de Pesquisa e Pós-graduação, CEFET-J Cero Federal de Educação Tecológica do io de Jaeiro- Av. Maracaã,9, cep 071-110, io de Jaeiro, el/fax: +551-569-4495. jlferades@cefe-rj.br Maria odrigues Brochado D.Sc 3 Deparameo de Pesquisa e Pós-graduação, CEFET-J Cero Federal de Educação Tecológica do io de Jaeiro- Av. Maracaã,9, cep 071-110, io de Jaeiro, el/fax: +551-569-4499. maria@cefe-rj.br ESUMO Ese arigo visa apresear o comporameo dos veículos de raspore de carga as rodovias, cosiderados os camihões ruck de rês eixos aos bi-res de see eixos, chamados combiação de veículos de carga, sob o aspeco de desgase das rodovias, vida úil do pavimeo e seguraça as esradas. Na irodução, são apreseados os aspecos de uilização do raspore de carga o Brasil, os diferees veículos mais uilizados as rodovias, os faores de desgase, os aspecos de excesso de peso e a uilização de isrumeos de pesages para a fiscalização do peso. Em seguida, esão relacioados diferees cálculos para o dimesioameo do pavimeo das esradas, comparadose ere as variáveis uilizadas. Na seqüêcia, são apreseados os elemeos uilizados a meodologia de rabalho, como o esaio em campo a rodovia B316 e a ferramea de Moe Carlo. Por fim, são desacadas algumas cosiderações sobre o dimesioameo adequado à realidade das rodovias e a ecessidade de avaliação dos riscos auais de um pavimeo sub dimesioado. PALAVA-CHAVE: Pesagem de Veículo, Desgase de odovia, Pavimeo. ÁEA TEMÁTICA: Seguraça Viária

1. INTODUÇÃO No raspore rodoviário brasileiro, o seor de cargas represea 70,6% do úmero de empresas e 54,4% da receia líquida do seor (IBGE 00), sedo o corole do excesso de peso dos camihões um faor preocupae para as auoridades. Aualmee, o Brasil o limie de peso oal dos veículos é 74 com AET - auorização especial de raspore, e de 57 para circulação ormal, aeriormee, era esabelecido em 45. A maioria dos projeos das rodovias foi desevolvida durae a vigêcia do meor limie, sedo os criérios pricipais de dimesioameo do pavimeo das esradas: o volume de ráfego, a carga por eixo e a resisêcia do solo. O aumeo do úmero de veículos de raspore e o acréscimo do limie de peso bruo oal apreseam riscos para a maioria das rodovias, pois as mesmas operam com sobre carga. Aualmee os criérios de dimesioameo das esradas, segudo a AASHTO (America Associaio of Sae Highway ad Trasporaio Officials) coemplam ouros faores, além dos aeriores, cosideram a durabilidade do piso e a composição dos veículos. Para a fiscalização do peso dos veículos, são uilizados isrumeos de pesage diâmica isalados em praças de pesages as esradas, os quais esimam a força aplicada pelas rodas sobre o piso, sedo esses procedimeos de avaliação desevolvidos pela America Sadard Tes Maerial ASTM( 00). Diferees pesquisadores esudaram sisemas de medição diâmica, ere eles: Oo(1998), que desevolveu um sisema de medição do peso de veículos aravés da média dos siais emiidos de uma plaaforma de pesagem, uilizado algorimos maemáicos para esimar a massa do veículo, ambém realizou esudos cosiderado faores como o erro causado pela icliação da plaaforma de pesagem e pela aceleração do objeo a ser pesado. Kumme (1996) esudou processos de calibração para os rasduores de força. Daaci (001) esudou processos de pesagem para ala velocidade baseados o méodo de regressão ão-liear de Gauss-Newo e Hyuz-gy (004) esudou a ifluêcia dos peus a rasmissão de força do veículo ao solo.. INFLUÊNCIA DO PESO DOS VEÍCULOS NO DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS A uilização de isrumeos de pesagem de veículos rodoviários em fudameal imporâcia o processo de dimesioameo das esradas, pois, são levados em cosideração os elemeos de resisêcia do solo e o peso dos veículos que deverão rafegar pela rodovia. Segudo o maual de pavimeação do DNE(1996), o pavimeo é dimesioado em fução do úmero equivalee(n) de operações de um eixo omado como padrão, durae o período de projeo escolhido. O maual apresea os faores de equivalêcia de operação ere eixos simples e em adem, com diferees cargas e o eixo simples padrão com carga de 8,(18.000 lb).

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

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

FECi : faor de equivalêcia de carga. Wi: carga por eixo geérico. Wp: carga por eixo omada como padrão 8 kn. b: expoee defiido pela AASHO e CE (exércio dos USA). Porém em 004, adoou-se a relação da equação para o cálculo do eixo equivalee, para pavimeos flexíveis: LEF L, W = W 18,1 li ( L + ) i = (18 + 1) 4,79 4,79 β 10 G βl, 10 G 18,1 4,331 ( ) (10) LEF L, = faor de carga equivalee, úmero 18000 lb por carga de eixo úico aplicada, equivalee a uma carga L, para um ipo de eixo, correspodee a uma flexibilidade do pavimeo SN e durabilidade p. L i = carga i para o eixo ipo cosiderado, lb/1000, = código de ipo de eixo. Segudo a circular E-C079 (005), do corpo de pesquisa em raspore da academia americaa dos E.U.A, a qual discorre sobre o procedimeo de calibração da carga e dos faores de resisêcia aplicados ao limie de projeos geoécicos, coforme as perspecivas de projeo desevolvidas pela AASHTO (004), a equação(11) é a base para represear o limie de resisêcia: γ ii ϕ (11) ode: γ é o faor de carga. i = compoee de carga específico. γ i i = somaório dos faores de carga aplicados o esado limie cosiderado. ϕ = faor de resisêcia. = limie de resisêcia omial.

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

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

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

Cargas: com o objeivo de aalisar a capacidade de medição do equipameo em diferees íveis de uilização, edo como referêcia a resolução do Cora Coselho Nacioal de Trâsio 185/005, sobre os limies de peso e dimesões dos veículos, foram divididos os carregameos com valores em oeladas as faixas: V1. 1 a 16, V. a 6 V3. 3 a 36 V4. 4 a 46 V5. 5 a 56 3C S3 3T4 Figura - epreseação dos ipos de veículos uilizados o ese. Após a escolha dos veículos, coforme a defiição dos parâmeros aeriores, verificaram-se os pesos dos veículos de V1 a V5, de forma esáica e diâmica. A forma diâmica obida quado os veículos passaram sobre o isrumeo de pesagem com velocidade corolada de aé 1km/h, O valor esáico, obido em um isrumeo de pesagem esáica. Em seguida, esabelecedo uma comparação ere o valor diâmico e o valor esáico, cosiderado esa difereça o desvio: cosiderado posiivo quado o valor médio é maior que o valor esáico e cosiderado egaivo quado valor médio é meor que o valor esáico. Os valores diâmicos são represeados pela média das medições diâmicas( ± ) o desvio padrão em relação a esa média. Os valores esão cosiderados para cada ipo de veículo uilizado. Os resulados esão expressos a Tabela. Tabela Comparação ere o peso esáico e o peso diâmico de veículos de carga rodoviária Veículos Valor diâmico Valor Desvio Posiivo Negaivo esáico médio V1 1109,3kg ± 466,47kg 1340kg 1,87% X V 3004,0kg ± 188,kg 840kg 0,7% X V3 34797,3kg ± 306,98kg 34560kg 0,69% X V4 41713,0kg ± 1355,10kg 46340kg 9,99% X V5 51730,7kg ± 611,94kg 5870kg,16% X

Sedo: x = média das medições diâmicas. v = valor esáico. e x ve Desvio médio = ve Pela simulação compuacioal, aravés do uso da écica de Moe Carlo, foram aalisados os valores cosiderado aé 100.000 ierações, para a aálise de icerezas da pesagem diâmica, obedo-se os valores coforme a Tabela 3. Mesmo com uma icereza meor que o valor do desvio padrão, aida é verificado o desvio do valor esáico em fução do valor médio das medições diâmicas. Tabela 3 valores da pesagem diâmica dos veículos, aé, 1km/h. Veículo Valores de pesagem diâmica V1 1109,3kg ± 40,53kg V 3004,0 kg ± 98,59kg V3 34797,3kg ± 159,40kg V4 41713,0kg ± 699,97kg V5 51730,0kg ± 316,4kg Aravés dos valores de desvios verificados ere os ipos de veículos, pode-se comprovar a ifuêcia das diferees composições de eixos o valor medido diamicamee, que pode variar sedo maior ou meor que o valor esáico, ese caso de velocidades aé 1km/h. No caso do veículo V4 foi regisrado um valor muio difereciado, devido a problemas de presão em um dos peus de um dos eixos. CONCLUSÃO O corole do peso de veículos é um faor deermiae para a coservação das esradas. A pesagem por eixo de camihões é a forma de se eviar uma sobrecarga o pavimeo das rodovias, devido o peso por eixo ser cosiderado o dimesioameo das mesmas. Os vários ipos de veículos apreseam comporameos diferêciados quao à avaliação por eixo, coforme demosrado o rabalho, que podem ser regisrados em velocidade de aé 1km/h forças maiores ou meores que o peso medido com o veículo esacioado, podedo variar aé aproximadamee 10%, para um veículo com problemas de pressão de ar os peus. Ereao, a fiscalização deve uilizar isrumeos de pesagem com o devido corole merológico, afim de garair a cofiabilidade das medições. A maueção das esradas ambém deve icluir uma reavalição das ormas de projeos de egeharia aigos para as caracerisicas auais de rafego, devido ao acréscimo da uilização de veículos e com caracerisicas diversas.

EFEÊNCIAS Albao.J.F (1998) Efeios da Variação da carga por eixo, pressão de iflação e ipo de Peu a resposa Elásica de um Pavimeo. Escola de Egeharia. Disseração de Mesrado em egeharia programa de egeharia de Produção, UFGS. Poro Alegre. ASTM E1318-0 (00), Sadard Specificaio for Highway Weigh-I-Moio (WIM) Sysems wih User equiremes ad Tes Mehods. Daaci, Musafa (001) New Approaches for High Speed ad Accurae Weigh Measuremes, IMEKO, Sambú, Turkey. E-C079 (005), Trasporaio eseach Circular, Calibraio o Deermie Load ad esisece Facors for Geoecical ad Sruural Desig, Trasporaio esearch Board of Naioal Academies, Washigo, D.C. www.rb.org IBGE Isiuo Brasileiro de Geografia e Esaísica www.ibge.gov.br em /09/005, Pesquisa aual de serviços - 001, abela 8 esulados dos raspores e serviços auxiliares dos raspores. Hyuz-Gy Ju, Thomas. Way, Bjor Loygre, Mas Ladsrom, Alui C. Bailey, Eddie C. Bur, Timohy P. Mc.Doald (004). Dyamic Load ad Iflaio Pressure Effecs o coac pressures of a Foresy Forwarder Tire, Joural of Terramechaics. esolução 185/005 - Cora - Coselho Nacioal de Trâsio - www.dprf.gov.br olf Kumme (1996). The Deermiaio of he Effecive Dyamic Force for he Calibraio of Force Trasducers, Mih due egard o he Disribuio of Mass ed Acceleraio. IMEKO. Schiliesser, A; Bull,A (1994) camihos: um ovo efoque para a gesão e maueção rodoviária, CEPAL isiuo Pa-americao de carreeras, Brasília. T. Oo, K. Fukuda, K. Yoshida, H. Uozumi E H. Toori (1998) Mass-esimaio Mehods for I-moio Vehicles Usig Axle Whighig Sysem, IMEKO.