CONSIDERAÇÃO DO TRÁFEGO EM PROJETOS DE PAVIMENTOS · tráfego e dos defeitos das patologias emergentes ao longo do tempo nos pavimentos Necessária a passagem repetitiva de diferentes

CONSIDERAÇÃO DO TRÁFEGO

EM PROJETOS DE PAVIMENTOS

Universidade do Estado de Santa Catarina

Pós-Graduação em Engenharia Civil – Mestrado Acadêmico

Profa. Adriana Goulart dos Santos

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

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

O tráfego rodoviário é composto por veículos que

apresentam diversas configurações de eixos com

relevantes magnitudes de cargas

Fonte: Balbo, 2007

Fonte: Balbo, 2007

Cargas máximas legais vigentes no Brasil:

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

Fonte: Balbo, 2007

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

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

Equivalência entre cargas

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”

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

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...

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:

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:

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

Número N de repetições equivalente ao eixo padrão

Por meio dos FEC, todo o tráfego será convertido em

um

É importante fixar a expressão “número N” para projetos

de pavimentos

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

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

18.000 libras-força (80kN) e os números de repetições de outros eixos

com outras cargas permitiram a fixação dos FEC após experimentos

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.

Formulação clássica dos FEC:

Considerando-se F(Vxi)= 100%

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

Fatores de equivalência de cargas na norma brasileira

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

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

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

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

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;

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

Cálculo do Volume Diário Médio Anual (VDMA)

Volume diário médio (VDM)

Cálculo do Volume Diário Médio Anual (VDMA)

VDM anual

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


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


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

Pesagem de eixos de veículos comerciais

Frequência de distribuição de pesos por eixos – pesagem realizada em 1998

Fonte: Balbo, 2007

Pesagem realizada em 192 caminhões, eixo a eixo, revelou excessos de carga em

eixos traseiros

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

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)


(N)

Para o cálculo do Fator de Carga (FC) é necessário:


(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)


(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


(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:


(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


(N)

Esquema de cálculo das equivalências de operações:

Fonte: Balbo, 2007


(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


(N)

É ausente um fator que transforme o número de veículos em número

de eixos=== que é definido pelo fator de eixo (FE)


(N)

Por Fator de veículo (FV) ou fator de caminhão,

define-se o produto FC x FE


(N)

Fonte: Balbo, 2007

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Balbo, J. T. Pavimentação Asfáltica: materiais, projeto e restauração.

Oficina de Textos, São Paulo, 2007.

Sória, M.H.A. Projeto de Pavimentos. Universidade de São Paulo, Escola

de Engenharia de São Carlos, Departamento de Transportes, São Carlos-

SP, 1987.

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