avaliação dos pavimentos flexíveis: condições de aderência...

Avaliação dos Pavimentos Flexíveis:Condições de Aderência Pneu/Pavimento

Prof.: Raul Lobato

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSOCAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP

FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICASCURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DISCIPLINA: MANUTENÇÃO DE PAVIMENTOS

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

Segurança viária

PISTAS MOLHADAS

MENOR RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM

ACIDENTES

Segurança viáriaSINALIZAÇÃO

COMPORTAMENTO

HUMANOPAVIMENTO

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

Aderência pneu-pavimento

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.

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.

Faixas de Textura

Textura Superficial do Pavimento

Essa faixa de textura do pavimento varia principalmente de acordo comas características mineralógicas e estruturais do agregado que foiutilizado para a mistura asfáltica. A microtextura é considerada aprincipal responsável na resistência a derrapagem em velocidadesbaixas.

MICROTEXTURA: GRAU DE RUGOSIDADE OU ASPEREZA DOS AGREGADOS UTILIZADOS NA MISTURA ASFÁLTICA (RUGOSIDADE IDENTIFICADA A NÍVEL

MICROSCÓPICO)

RUGOSA POLIDA


É a maior responsável pela aderência entre o pneu e o pavimento(inclusive em altas velocidades). Também é responsável por DRENAR aágua sobre o pavimento de modo que não se acumule sobre amicrotextura, permitindo a aderência entre o pneu e o pavimento. ÉMODIFICADA ao longo do tempo, geralmente sofrendo decréscimo desuas propriedades pelo DESGASTE do agregado, DENSIFICAÇÃO dorevestimento, DESAGREGAÇÃO e pela RECOMPACTAÇÃO em função daação do tráfego.

MACROTEXTURA: DEFINIDA PELA FORMA, TAMANHO E GRADUAÇÃO DOS AGREGADOS E DA MISTURA DO PAVIMENTO ASFÁLTICO (RUGOSIDADE VISÍVEL A

OLHO NU)

ABERTA FECHADA


Megatextura e Irregularidade interferem apenas nas condições derolagem do veículo, tais como contato com veículo com o pavimento ea 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

Força de atritoForça tangencial resistente na interface entre dois corpos, sob a açãode uma força externa, um corpo move-se ou tende a mover-se emrelação ao outro

ADESÃO HISTERESE

RESULTA DA RESISTÊNCIA AOCISALHAMENTO QUE SE DÁ NA ÁREA DECONTATO ENTRE A SUPERFÍCIE DO PNEU EA DO PAVIMENTO. ESSA FORÇA ADESIVADIMINUI SE AS SUPERFÍCIES DE CONTATOFOREM SEPARADAS POR ALGUMCONTAMINANTE. SE RELACIONA COM AMICROTEXTURA DO PAVIMENTO

RESULTADO DA PERDA DE ENERGIA DEVIDOA DEFORMAÇÃO DO PNEU SOBRE ATEXTURA DO PAVIMENTO. A PERDA DEENERGIA QUE SE DÁ EM FORMA DE CALOR,DEIXA UMA FORÇA DE ATRITO QUE AJUDAA PARAR O MOVIMENTO. NÃO SOFREINFLUÊNCIA DE CONTAMINANTES. SERELACIONA COM A MACROTEXTURA.

Força de atrito

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


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


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


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.

Interação Pneu-Pista molhada

GELO FUNDENTE NEVE FUNDENTEÁGUA

PISTA MOLHADA = PRESENÇA DE FLUIDO CONTAMINANTE

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

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.

Método da Mancha de Areia

Consiste no espalhamento de um VOLUME PRÉ-DETERMINADO deareia ou esferas de vidro sobre o pavimento de modo a preencher osvazios da macrotextura. A profundidade é obtida pela razão do volumede areia pela área de espalhamento.

Normativas:• ASTM E-965 - 2006;

• 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.

Método da Mancha de Areia: procedimento

Materiais:

• Areia limpa e seca com granulometria passando na peneira #50 (60) esendo retida na #100 (80);

• Cilindro metálico com volume interno de 24.000 (25.000) mm³;

• Carimbo espalhador;

• Régua milimetrada.

O procedimento de ensaio, inicialmente, consiste em determinar aárea de teste, devendo esta estar homogênea e estar completamenteseca, e todas as impurezas removidas com o auxílio de escovas


Após a limpeza da superfície a areia é despejada e em seguida é espalhadacom o carimbo de maneira uniforme e em formato circular, até que toda aareia preencha os vazios do pavimento. Em seguida são realizadas quatromedidas em milímetros (aproximadamente igualmente espaçadas) dodiâmetro do círculo formado.


A média desses quatro valores será utilizada para o cálculo da área, sendoentão possível determinar a profundidade da macrotextura através daequação.

Sendo:

Hs: altura da mancha de areia (mm);

V: volume de areia (25.000 mm³);

D: diâmetro médio da mancha de areia (mm).

𝐻𝑠 =𝑉

𝐴=

4 × 𝑉

π × 𝐷²


O próximo passo será o cálculo do valor final da profundidade média damacrotextura do pavimento para uma determinada UNIDADE AMOSTRAL.Este cálculo consiste em determinar a média aritmética dos valores de Hs.Pela equação:

Sendo:

Tx: valor final da macrotextura do pavimento (mm);

Hsi: valor parcial de macrotextura (mm).

𝑇𝑥 = 𝑖=1𝑛 𝐻𝑠𝑖

𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖çõ𝑒𝑠

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. Oprocedimento consiste em preencher os vazios da texturasuperficial do pavimento com um VOLUME CONHECIDO de16.000 mm³ de graxa de uso geral. Demarca-se a área deensaio com duas fitas adesivas paralelas, espaçadas em 10 cm,e como limite emprega-se uma terceira fica adesivaperpendicular fechando um dos extremos.

*A técnica foi desenvolvida na NASA Langley Research Center


A superfície é limpa com o auxílio de uma escova de mão macia e agraxa é espalhada sobre a superfície seca por meio de um pequenorodo, preenchendo os vazios da superfície e formando uma área finalde formato retangular.


Mede-se o comprimento do retângulo com aproximação visual de 5mm. Calcula-se a área coberta e obtém-se a profundidade média datextura.

Sendo:

Hg: altura da mancha de graxa (mm);

V: volume de areia (16.000 mm³);

A: área do retângulo da mancha de graxa (mm²).

𝐻𝑔 =𝑉

𝐴

Perfilômetro a Laser

O perfilômetro a Laser pode ser instalado em equipamentosestacionários sobre uma viga onde o laser é acionado por um motor ouempurrado a mão, ou ser montado em um veículo que se desloca avelocidades de até 72 km/h. De um modo geral, esses equipamentosatuam projetando um raio (laser) sobre um ponto do pavimento e umreceptor, situado na viga, mede a altura desse ponto sobre opavimento.

Normativa: ASTM E-1845

Perfilômetro a Laser

Circular Track Meter – CT Meter

É um EQUIPAMENTO A LASER, que mede o perfil do pavimento de umaÁREA CIRCULAR com 284 mm de diâmetro e 892 mm decircunferência. O equipamento é controlado por um computadorportátil. O CT Meter produz resultados comparáveis ao ensaio deMANCHA DE AREIA com forte correlação.


Circular Track Meter – CT Meter

Mini Texture Meter

Este equipamento pode ser usadopara medir a textura da superfície derodovias, aeroportos e calçadas. ÉOPERADO MANUALMENTE, a umavelocidade entre 3 e 6 km/h(VELOCIDADE DE CAMINHADA) ouacoplado em um veículo. OEQUIPAMENTO A LASER projetauma luz sobre a superfície avaliada,que reflete e mede a distância até asuperfície. O equipamento forneceos resultados impressos.

Drenabilidade

A drenabilidade do pavimento pode ser definida como a CAPACIDADEDE EXPULSAR A ÁGUA que recebe pela superfície, por meio demicrocanais formados pela macrotextura. A capacidade drenante dopavimento pode ser obtida realizando-se o ENSAIO DEDRENABILIDADE, que afere o TEMPO que determinado VOLUME deágua leva para ser drenado pelo pavimento.

EM GERAL QUANTO MENOR A PROFUNDIDADE DE MACROTEXTURA, MAIOR O TEMPO DE DRENAGEM

Drenabilidade

Drenômetro (Outflow meter)

Método que avalia a capacidade drenante do pavimento eindiretamente a sua MACROTEXTURA. Utiliza-se um cilindrotransparente com um volume conhecido, acoplado ao fundo uma placacom um orifício circular, em contato com a superfície do pavimento. Ocilindro é preenchido com água e mede-se o tempo em segundo que aágua demora a escoar, passando por duas marcas existentes no tubo,demarcadas de forma a apresentar o volume conhecido (730 ml). Otempo é medido manualmente com um cronômetro (Outflow Time –OFT).

Normativa: ASTM E-2380 (2009)

Drenômetro (Outflow meter): Procedimento


• A área selecionada para ensaio deve ser HOMOGÊNEA, evitando-selocais que possuam pinturas, buracos, solavancos e rachaduras;

• A superfície da área onde o ensaio será realizado deverá ser LIMPApara a remoção de materiais soltos ou semi-aderidos, detritos ou atématerial de superfície deteriorada;

• A superfície deve ser molhada antes de ser ensaiada (ABSORÇÃO);

• O drenômetro deve ser colocado sobre a superfície, certificando aESTABILIDADE E UNIFORMIDADE da área de contato entre o anel deborracha e a superfície;

• Em seguida o drenômetro deve ser preenchido com água até umpouco ACIMA DA PRIMEIRA MARCAÇÃO;


• 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.


O ensaio deve ser realizado no MÍNIMO QUATRO VEZES, aleatoriamente, para sedeterminar o tempo de escoamento. Devem ser excluídos ensaios queapresentarem tempo de escoamento diferentes em mais de 10 SEGUNDOS dotempo médio de todos os testes realizados naquela superfície do pavimento.

Sendo:

MTD: produndidade volumétrica de textura (mm);

𝐾𝑜𝑓𝑚: 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).

𝑀𝑇𝐷 = 𝐾𝑜𝑓𝑚𝜗

𝑡 𝑁′

1 4

𝑁′ 𝑃

Drenômetro do LTP e da ASTM

Sendo:

MTD: produndidade volumétrica de textura (mm);

OFT: tempo médio do ensaio de drenabilidade (s).

𝑀𝑇𝐷 =3,114

𝑂𝐹𝑇+ 0,636

DRENÔMETRO LTP ASTM

Diâmetro do orifício (mm) 58 ≥ 60

Volume de água conhecido (ml) 724 ≥650 e ≤700

Medidas de Atrito

• Pêndulo Britânico (Estático);

• Dynamic Friction Tester – DF Tester – DFT (Estático);

• μ-meter (Roda Oblíqua);

• Stradograph (Roda Oblíqua);

• Odoliograph (Roda Oblíqua);

• SCRIM (Roda Oblíqua);

• Equipamento de Roda Bloqueada;

• BV-11 (Roda Parcialmente Bloqueada);

• SFT – Surface Friction Tester (Roda Parcialmente Bloqueada);

• Grip Tester (Roda Parcialmente Bloqueada);

• Runway Friction Tester (Roda Parcialmente Bloqueada).

ESTÁTICO

RODA OBLÍQUA

RODA BLOQUEADA

RODA PARCIALMENTE BLOQUEADA

Pêndulo Britânico

O pêndulo britânico possibilita a medição do coeficiente de atritocinemático através da avaliação da energia que é absorvida pelo atritoda borracha da sapata do pêndulo com o pavimento. As característicasdeste ensaio simulam a passagem do pneu de um veículo com baixavelocidade sobre o pavimento molhado.


Os valores obtidos são expressos em

British Pendulum Number – BPN ou Valor

De Resistência à derrapagem - VRD

EQUIPAMENTO PORTÁTIL

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


As condições do ensaio foram definidas de tal forma que os valoresapresentados no mostrados do equipamento correspondem ao VRD deum 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 orompimento da película de água e promoção do contatopneu/pavimento para BAIXAS VELOCIDADES.

DF Tester

Permite a medida direta do atrito de vários tipos de superfíciespavimentadas. O DFT consiste em um DISCO que gira na horizontal, emvelocidade tangencial de 20 km/h (há modelos que atingem 60 km/h),composto de três corrediças de borracha, (do mesmo tipo das borrachasusadas em pneus dos equipamentos de ensaio de atrito) que contatam asuperfície, enquanto que a VELOCIDADE é reduzida em função do atritogerado na área de contato. O equipamento possui um reservatório quedespeja ÁGUA NA SUPERFÍCIE que está sendo ensaiada. O cálculo do atrito éfeito em função da velocidade. Apresenta forte correlação com o PÊNDULOBRITÂNICO.


EQUIPAMENTO PORTÁTIL

DF Tester

μ-meter (Mu-meter)

Este equipamento é muito usado no Brasil em AEROPORTOS (DIRENG eInfraero). Trata-se de um equipamento rebocado, constituído de trêsrodas, sendo duas destinadas a medir o COEFICIENTE DE ATRITO e aterceira para indicar as distâncias percorridas. As medidas podem serfeitas tanto para PAVIMENTO SECO como para condição de PISTAMOLHADA. Neste último caso, há um sistema espargidor que aplicauma película d’água de espessura média de 1mm à frente das rodassensoras. A velocidade do equipamento pode ser ajustável, sendo amais comum de 65 km/h.


MEDIÇÃO CONTÍNUA

μ-meter (Mu-meter)

μ-meter (Mu-meter) CALIBRAÇÃO

COEFICIENTE DE ATRITO DA PLACA = 0,77

μ-meter (Mu-meter)

OS VALORES DE ATRITO OBTIDOS COM O MUMETER SÃO USADOS COMODIRETRIZ PARA AVALIAR A DETERIORAÇÃO DO ATRITO DA SUPERFÍCIE DEPAVIMENTOS EM PISTAS, BEM COMO PARA IDENTIFICAR AÇÕES CORRETIVASADEQUADAS PARA A REALIZAÇÃO DE OPERAÇÕES AÉREAS SEGURAS.

Equipamentos de Roda Bloqueada

LOCKED WHEEL TESTER

Equipamentos de Roda Bloqueada

STUTTGARTER REIBUNGSMESSER

SKIDDOMETER

Equipamentos de Roda Parcialmente Bloqueada

SURFACE FRICTION TESTER

Equipamentos de Roda Parcialmente Bloqueada

GRIP TESTER

BRASIL

International Friction Index - IFI

Com o objetivo de harmozinar as medidas de atrito de pavimentosobtidas por diversos equipamentos e métodos, a PIARC – PermanentInternational Association of Road Congress (World Road Association),no ínicio dos anos 90, desenvolveu uma ESCALA DE REFERÊNCIAINTERNACIONAL, o IFI - International Friction Index.

O trabalho realizado para a concepção deste índice utilizou MAIS DEQUARENTA EQUIPAMENTOS de medição de atrito diferentes em MAISDE CINQUENTA LOCAIS, avaliando uma GRANDE VARIEDADE DE TIPOSDE PAVIMENTOS EM ESTRADAS E AERÓDROMOS.

International Friction Index – IFI: Cálculo

Para o cálculo do IFI primeiro deve-se obter a CONSTANTE DEVELOCIDADE (Sp), calculada por meio de uma regressão linear comuma MEDIDA DE TEXTURA (Tx).

𝑆𝑃 = 𝑎 + 𝑏 × 𝑇𝑥

DEVICE A B

MOBILE PROFILOMETER 17,3401 94,2599

SAND PATCH -11,5981 113,6324

ARAN -12,6729 119,7690


O próximo passo é o cálculo do FATOR DE ATRITO AJUSTADO (FR60) para avelocidade de 60 km/h.

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.

𝐹𝑅60 = 𝐹𝑅𝑆 × 𝑒𝑆−60𝑆𝑃


DEVICE S A B C

DF Tester at 60 km/h 60 -0,03365 0,77098 0

DF Tester at 20 km/h 20 0,08114 0,73158 0

British Pendulum 10 0,05626 0,00756 0

ESTÁTICO RODA OBLÍQUA RODA BLOQUEADA

RODA PARCIALMENTE BLOQUEADA


No passo subsequente se obtêm o valor do Número de Atrito (F60)

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;

𝐹60 = 𝐴 + 𝐵 × 𝐹𝑅60 + 𝐶 × 𝑇𝑥

IFI F60 Sp

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.

International Friction Index - IFI

DNIT BRASIL

MANCHA DE AREIA PENDULO BRITÂNICO

Avaliação dos Pavimentos Flexíveis:Condições de Aderência Pneu/Pavimento

E-mail: [email protected]

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSOCAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP

FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICASCURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DISCIPLINA: MANUTENÇÃO DE PAVIMENTOS

avaliação dos pavimentos flexíveis: condições de aderência...

Documents