UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA

Programa de Ps-Graduao em Engenharia da Produo - PPGEP

EFEITOS DA VARIAO DA CARGA POR EIXO, PRESSO DE INFLAO E TIPO DE PNEU NA RESPOSTA ELSTICA

DE UM PAVIMENTO

Joo Fortini Albano

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia da Produo - PPGEP, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia. rea de Concentrao: Transportes.

Porto Alegre

agosto de 1998

ii

EFEITOS DA VARIAO DA CARGA POR EIXO, PRESSO DE INFLAO E TIPO DE PNEU NA RESPOSTA ELSTICA DE UM

PAVIMENTO

Joo Fortini Albano

Esta dissertao foi julgada adequada para obteno do ttulo de Mestre em

Engenharia e aprovada em sua forma final pelo Orientador e pela Banca Examinadora do

Curso de Ps-Graduao.

Orientador: _____________________________

Prof. Dr. Luis Antonio Lindau, UFRGS

Banca Examinadora:

Prof. Dr. Manoel Henrique Alba Sria, USP

Prof. Dr. Jorge Augusto Pereira Ceratti, UFRGS

Prof. Dr. Luiz Afonso dos Santos Senna, UFRGS

____________________________

Prof. Dr. Luis Antonio Lindau

Coordenador do PPGEP

Porto Alegre, agosto de 1998

iii

Dedico este trabalho a pessoas muito especiais:

Joo Pitanguy Albano e Anerys Fortini Albano, pais, amigos e educadores e

Suzana, Filipe, Fabio e Marcelo de Medeiros Albano, minhas grandes paixes.

iv

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Luis Antonio Lindau, que exerceu uma orientao de alta qualidade;

Ao Prof. Jorge A. Pereira Ceratti e ao Diretor do DAER Eng. Jos Luiz da Rocha

Paiva que, alm do apoio, ajudaram a definir o sentido geral do trabalho;

Ao Presidente Eudes Antidis Missio, conselheiros e funcionrios do Conselho

Rodovirio do DAER cujo apoio e colaborao foram indispensveis;

Ao Colegiado do Departamento de Engenharia Civil da Escola de Engenharia da

UFRGS, cuja sensibilidade viabilizou maior dedicao ao trabalho;

Ao colega Washington Peres Nez cuja luz de seu conhecimento iluminou e

facilitou muitos rumos desta pesquisa;

Ao Prof. Luiz A. dos Santos Senna e Prof. Suyen Matsumura Nakahara pelo

contnuo incentivo;

Ao Eng. Jos A. de Oliveira, dirigente da Unidade de Normas e Pesquisas do DAER

e aos funcionrios Newton Martins Sobrinho e Cledir M. Charo pela colaborao no

experimento;

Ao Eng. Luiz Fernando Thorel, supervisor da fiscalizao das obras RS/240 e aos

funcionrios do DAER Alfeu L Boeni, Arildo R. Coelho, Jos Carlos R. Novo e Novaldir

P. da Luz e ainda aos Eng. Francisco Barreto, Econ. Ricardo Zngano, Luiz Gadens e

Srgio Coitinho do DAER e STE na operao do posto do pedgio da RS/240, pela ajuda nos

levantamentos de campo;

Ao Batalho da Polcia Rodoviria Estadual pelo apoio e acompanhamento no

levantamento dos dados de campo;

As empresas Toniolo Busnello S.A. e INCORP Consultoria Ltda. pela colaborao

com a cesso de equipamentos importantes;

Ao mecnico Ivo de Azevedo e os auxiliares de pesquisa Rafael Lerch e Carlo

Framarim, da rea de Pesquisas e Testes da UFRGS/DAER;

A Suzana de Medeiros Albano que, quando minha inquietude apontava para outros

rumos, sugeriu um mestrado em transportes e,

A todos que colaboraram direta ou indiretamente na elaborao deste trabalho, o meu

mais sincero reconhecimento.

v

SUMRIO

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

vii

LISTA DE FIGURAS

x

LISTA DE QUADROS

xii

LISTA DE TABELAS

xiii

RESUMO

xv

ABSTRACT

xvi

1 INTRODUO 1

1.1 O Contexto da Pavimentao Rodoviria e o Tema Escolhido 1

1.2 Objetivos da Dissertao e Mtodo Utilizado 2

1.4 Limitaes do Trabalho

5

2 REVISO BIBLIOGRFICA

7

2.1 Carga Rodoviria 7

2.1.1 Ao do Trfego 7

2.1.2 Limites Legais 11

2.1 3 Excesso de Carga 19

2.2 Presso de Enchimento 23

2.2.1 Valores Normalmente Praticados 23

vi

2.2.2 Principais Efeitos 28

2.3 Tipo de Pneu 31

2.4 Concluses

37

3 REA DE TESTES E O SIMULADOR DE TRFEGO UFRGS/DAER 39

3.1 rea de Testes

39

3.2 Simulador de Trfego 41

4 PESQUISA DE CAMPO 46

4.1 Descrio da Pesquisa 46

4.2 Coleta de Dados 51

4.3 Resultados Obtidos 54

4.4 Anlise dos Resultados

58

4.5 Concluses

61

5 EXPERIMENTO FATORIAL 62

5.1 Descrio do Experimento 62

5.2 Coleta de Dados e Resultados 69

5.3 Anlise das Deflexes, rea e Presso de Contato 73

5.3.1 Deflexes

73

5.3.2 rea e Presso de Contato 79

5.4 Concluses

86

6 ESTUDO DO DESEMPENHO DO PAVIMENTO 87

6.1 A Deflexo Recupervel como Resposta Estrutural 87

6.2 Desempenho do Pavimento 92

vii

6.2.1 Serventia e Fator de Equivalncia de Cargas 92

6.2.2 Medida do Desempenho do Pavimento 97

6.3 Concluses

103

7 CONCLUSES E SUGESTES 105

7.1 Concluses da Dissertao 105

7.2 Recomendaes e Sugestes para Trabalhos Futuros 110

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 112

ANEXO A - Aferio da Unidade Hidrulica 117

ANEXO B - Anlises de Varincia e Modelos de Regresso 119

ANEXO C - Grficos com os Resultados da Pesquisa de Campo 131

viii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AASHO: American Association of State Officials

AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials

ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ABPv: Associao Brasileira de Pavimentao

Ac: rea de Contato

Acirc: rea Circular

ALF: Accelerated Loading Facility

ANFIR: Associao Nacional dos Fabricantes de Implementos Rodovirios

ANPET: Associao Nacional de Pesquisa e Ensino em Transportes

AREOP: Associao Rio Grandense de Empreiteiros de Obras Pblicas

ASTM: American Society for Testing and Materials

BD: Basalto Decomposto

CA: Concreto Asfltico

CALTRANS: Department of Transportation / State of California

CBUQ: Concreto Betuminoso Usinado a Quente

CDH: California Division of Highways

Ce : Carga por Eixo

CE: Corpo de Engenheiros

CMT: Capacidade Mxima de Trao

CONTRAN: Conselho Nacional de Trnsito

COPPE: Coordenao do Programa de Ps-Graduao em Engenharia da UFRJ

CR: Conselho Rodovirio

CTB: Cdigo de Trnsito Brasileiro

CTI: Central Tire Inflation

Dadm: Deflexo admissvel

DAER: Departamento Autnomo de Estradas de Rodagem

DECIV: Departamento de Engenharia Civil da Escola de Engenharia da UFRGS

DER: Departamento de Estradas de Rodagem

ix

DERSA: Departamento de Estradas de Rodagem Sociedade Annima

DNER: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

EUA: Estados Unidos da Amrica

FAPERGS: Fundao de Amparo Pesquisa do Rio Grande do Sul

FEC: Fator de Equivalncia de Cargas

FHWA: Federal Highway Administration

FWD: Falling Weight Deflectometer

GEIPOT: Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes

HDM: Highway Design and Maintenance Standards Model

HVS: Heavy Vehicle Simulator

IS: ndice de Serventia

IPR: Instituto de Pesquisas Rodovirias

LVDT: Linear Variable Differential Transformer

MERCOSUL: Mercado Comum do Sul

MT: Ministrio dos Transportes

N: Nmero equivalente de operaes de um eixo padro

NCHRP: National Cooperative Highway Research Program

NE: Nmero Estrutural

PBT: Peso Bruto Total

PBTC: Peso Bruto Total Combinado

Pc: Presso de Contato

Pe: Presso de Enchimento

PCA: Portland Cement Association

PPGEP: Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Produo da UFRGS

R: Raio de curvatura

RAPv: Reunio Anual de Pavimentao

RS: Rio Grande do Sul

TRB: Transportation Research Board

TSD: Tratamento Superficial Duplo

UFIR: Unidade Fiscal de Referncia

UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ: Universidade Federal do Rio de Janeiro

x

UH: Unidade Hidrulica

UNP: Unidade de Normas e Pesquisas

USA: United States of America

USP: Universidade de So Paulo

VDM: Volume Dirio Mdio

xi

LISTA DE FIGURAS

1.1 Organizao do Trabalho

2.1 Ciclo de Vida de uma Rodovia Pavimentada

2.2 Variao do FEC em Funo dos Diferentes Nveis de Presso de Enchimento

2.3 Corte Transversal em um Pneu Tpico

2.4 Configurao de Pneus Diagonais e Radiais

2.5 Efeitos da Fora Lateral Aplicada ao Pneu

3.1 Viso Panormica da rea de Pesquisas e Testes de Pavimentos

3.2 O Simulador de Trfego UFRGS/DAER

3.3 Distribuio Transversal de Cargas sobre Cada Setor

4.1 Local da Pesquisa: o Posto de Pedgio da RS/240

4.2 Coleta de Dados em Veculos de Carga junto ao Posto do Pedgio da RS/240

4.3 Planilha Utilizada na Pesquisa de Campo

5.1 Planta Baixa da Pista 3 (sem escala)

5.2 Determinao da Deflexo com a Viga Benkelman

5.3 Impresses da rea de Contato do Rodado com o Piso

5.4 Modelo de Planilha Adotado para Coleta de Dados

5.5 Deflexo x Presso de Enchimento

5.6 Efeito da Presso de Inflao sobre a Deflexo Superficial

5.7 Diagrama de Colunas: Deflexo x Carga/Eixo

5.8 Diagrama de Colunas: Deflexo x Presso de Enchimento

5.9 Dimenses e Forma da rea de Contato

5.10 rea de Contato x rea Circular para uma Presso de Inflao de 552 kPa (80 psi)

5.11 rea de Contato x rea Circular para uma Presso de Inflao de 620 kPa (90 psi)

5.12 rea de Contato x rea Circular para uma Presso de Inflao de 689 kPa (100 psi)

5.13 Presso de Contato x Presso de Inflao

6.1 Nr At o Final de Vida Restante do Pavimento

6.2 Proporcionalidade entre Carga/Eixo e Deflexo

6.3 Variao dos FEC Emprico-Mecansticos

6.4 Variao dos FEC Calculados segundo a AASHO

xii

6.5 FEC Emprico-Mecansticos x Reduo % da Vida til

6.6 FEC (derivados da AASHO) x Reduo % da Vida til

A.1 Leituras para a Equao de Calibrao

B.1 Modelo de Regresso para Deflexo: Plotagem de Probabilidade, Ajuste de Linha e

Resduos

C.1 Incidncia do Tipo de Fabricao de Pneus

C.2 Distribuio Percentual por Tamanho de Pneu

C.3 Distribuio das Profundidades dos Sulcos de Pneus Dianteiros

C.4 Distribuio das Profundidades dos Sulcos de Pneus No-Dianteiros

C.5 Composio Percentual da Amostra de Caminhes

C.6 Discriminao da Amostra por Fabricante de Pneus

C.7 Marcas de Veculos

C.8 Relao de Trabalho dos Motoristas

xiii

LISTA DE QUADROS

QUADRO 2.1 - Classificao e Limites de Carga dos Principais Veculos da Frota Brasileira

QUADRO 2.2 - Limites de Carga na Europa

QUADRO 2.3 - Alguns Limites Estaduais de Cargas desde Janeiro de 1988 nos EUA

QUADRO 2.4 - Comparao entre os Limites de Carga do Brasil com EUA e Europa

QUADRO 2.5 - Excesso de Peso por Eixo Praticado no Brasil

QUADRO 2.6 - Cargas Mximas e Presses de Enchimento

QUADRO 2.7 - Relao entre Presso de Inflao e Carga Atuante por Cada Roda

QUADRO 3.1 - Primeiras Pistas Experimentais nos EUA

QUADRO 3.2 - Tempo Transcorrido para Degradar um Pavimento

QUADRO 5.1 - Constituio do Pavimento da Pista 3

QUADRO 5.2 - Organizao das Leituras da Deflexo no Experimento

QUADRO 5.3 - Disposio de Dados com o Resultado das Leituras de Deflexes (0,01 mm)

QUADRO 5.4 - rea de Contato x rea Circular

xiv

LISTA DE TABELAS

TABELA 4.1 - Estimativas de Tamanho da Amostra

TABELA 4.2 - Presso de Inflao na Amostra de Pneus Dianteiros

TABELA 4.3 - Presso de Inflao na Amostra de Pneus No - Dianteiros

TABELA 4.4 - Tipos de Pneus

TABELA 4.5 - Composio da Amostra por Tamanho e Tipo de Pneus

TABELA 4.6 - Composio da Amostra por Tipo de Veculo

TABELA 4.7 - Distribuio das Profundidades dos Sulcos da Rodagem de Pneus Dianteiros

TABELA 4.8 - Distribuio das Profundidades dos Sulcos da Rodagem dos Pneus No -

Dianteiros

TABELA 4.9 - Diviso da Amostra por Fabricante de Pneus

TABELA 4.10 - Diviso da Amostra por Relao de Trabalho do Motorista

TABELA 4.11 - Marcas dos Veculos da Amostra

TABELA 5.1 - Variao da Temperatura Ambiente durante o Experimento

TABELA 5.2 - rea de Contato Medida e Presso de Contato Calculada para o Tipo de Pneu

Convencional

TABELA 5.3 - Teste F

TABELA 5.4 - Efeito da Presso de Inflao na Deflexo (0,01 mm)

TABELA 5.5 - Efeito da Carga/Eixo sobre a Deflexo

TABELA 5.6 - Valores da Presso de Contato Calculados - kPa (psi)

TABELA 6.1 - Valor da Deflexo em Funo de Ce e Pe

TABELA 6.2 - Nmero de Solicitaes at o Final da Vida Restante

TABELA 6.3 - Proporcionalidade entre Carga/Eixo e Deflexo

TABELA 6.4 - FEC Emprico-Mecansticos Calculados

TABELA 6.5 - FEC Calculados segundo a AASHO

TABELA 6.6 - Condio Crtica do Pavimento Considerando FEC Emprico-Mecansticos

TABELA 6.7 - Condio Crtica do Pavimento Considerando FEC derivados da AASHO

TABELA 6.8 - Evoluo dos FEC (emprico-mecansticos) e Reduo da Vida til

TABELA 6.9 - Evoluo dos FEC (derivados da AASHO) e Reduo da Vida til

xv

TABELA B.1 - Anlise de Varincia: Comparao entre Grupos de Veculos, Anova: Fator

nico

TABELA B.2 - Anlise de Varincia: Comparao entre Tamanho de Pneus, Anova: Fator nico

TABELA B.3 - Anlise de Varincia: Comparao entre Marcas de Pneus, Anova: Fator

nico

TABELA B.4 - Regresso Linear Simples: Aferio da Unidade Hidrulica do Simulador

TABELA B.5 - Regresso Linear Simples: rea de Contato x rea Circular Calculada

TABELA B.6 - Modelo de Regresso: Deflexo Recupervel

TABELA C.1 - Discriminao da Amostra de Pneus por Tamanho e Tipo de Construo

TABELA C.2 - Discriminao da Amostra por Tipo de Veculo

TABELA C.3 - Discriminao da Amostra por Marcas de Veculos

TABELA C.4 - Discriminao da Amostra por Tipo de Relao de Trabalho do Motorista

xvi

RESUMO

O presente trabalho uma anlise experimental que procura investigar os efeitos dos

fatores carga por eixo, presso de inflao e tipo de pneu sobre o desempenho de pavimentos.

Os dados e informaes existentes sobre o quadro de cargas por eixo praticada pela frota de

veculos pesados razovel. A ao conjunta dos referidos fatores ainda uma questo pouco

explorada. Assim, para compensar a escassez de dados sobre presso de inflao e tipo de

construo de pneus utilizados na frota de carga, programou-se uma pesquisa de campo na

rodovia estadual RS/240. As informaes oriundas da pesquisa demonstram que h um

acrscimo generalizado no valor da presso dos pneus e um aumento de uso dos pneus de

fabricao radial em relao aos pneus convencionais. Os dados de campo subsidiaram a

programao de um experimento fatorial cruzado executado na rea de Pesquisas e Testes de

Pavimentos da UFRGS/DAER. A variao dos nveis dos fatores deu-se atravs de um

simulador linear de trfego atuando sobre uma pista experimental com 20 m de comprimento

por 3,5 m de largura. Tendo como resposta estrutural do pavimento a mxima deflexo

superficial recupervel medida com uma viga Benkelmam, determinou-se como significantes

os efeitos dos fatores carga por eixo e presso de enchimento dos pneus. Os clculos

estatsticos indicam tambm que no h diferenas significativas entre os pneus tipo 9.00R20

e 9.00x20 e que todas interaes no exercem efeitos significativos sobre a varivel de

resposta. Em seqncia, determinaram-se as reas de contato do rodado duplo do simulador

de trfego com a superfcie do pavimento ensaiado para as combinaes dos nveis dos

fatores. Pode-se, ento, comparar rea de contato medida com rea circular calculada,

considerada em muitos modelos de dimensionamento de pavimentos. Relacionou-se a

variao da presso de contato com a deflexo recupervel e procedeu-se uma comparao da

mesma com a presso de inflao nominal dos pneus. Apresenta-se um modelo de anlise do

desempenho do pavimento em funo da carga por eixo e da presso de inflao, nos limites

do experimento. Os dados decorrentes do experimento viabilizaram a determinao dos

Fatores de Equivalncia de Cargas para os nveis dos fatores, considerando-se o pavimento

ensaiado. Avaliou-se, via evoluo das deflexes e dos Fatores de Equivalncia de Cargas, a

reduo da vida do pavimento, obtendo-se, para a combinao de nveis mais crticos de

carregamento, resultados significativos de at 88 % de reduo. Prope-se, por ltimo, uma

formulao para o Fator de Equivalncia de Cargas que considere tambm a ao da presso

de inflao.

xvii

ABSTRACT

This thesis presents an experimental study of the effects of trucks axle loads,

inflation pressures and tire types on pavements performance. Though a great amount of data

on trafficking axle loads is available, only a few researches have analyzed the combined

action of those variables. Since information about trucks inflation pressure and tire type is

scarce, a field survey was carried out in RS/240 state road. Collected data have show that

during the past decades inflation pressure has generally increased and the use of radial tires

instead of bias ones is growing. Based on those data, a factorial experiment was developed at

the UFRGS/DAER Pavement Testing Facility. Different axle loads, inflation pressures and

tire type were applied by a linear traffic simulator on a test section 20 m long and 3.5 m wide.

The corresponding deflections were measured with a Benkelman beam. Tests results have

demonstrated that axle load and inflation pressure do affect the measured deflections.

Conversely, neither the type nor the interactions between the studied variables seem to play

an important role on the pavement elastic behavior. Tire-pavement contact areas were

graphically determined for every combination of axle load and inflation pressure and then

compared to the calculated areas, assumed as circular in several design methods. Pavement

deflections were related to contact pressures. The experimental results also allowed to

determine load equivalence factors corresponding to the tested pavement structure and traffic

characteristics. Those factors relate the deflection caused by a given combination of a axle

load and inflation pressure related to the one due Brazilian standard values (axle load of 82

kN and inflation pressure of 552 kPa). Both deflections and load equivalence factors were

used to calculate pavement residual life, which proved to be remarkably shortened by axle

load and tire pressure increase. Finally, based on the obtained results, model relating

deflections to axle loads and inflation pressures is presented for estimating pavement

performance.

1

1 INTRODUO

1.1 O Contexto da Pavimentao Rodoviria e o Tema Escolhido

A partir de meados da dcada de oitenta, houve uma reduo dos investimentos pblicos na malha rodoviria do pas. Por outro lado, salvo honrosas excees, os avanos

tecnolgicos na rea de pavimentao foram poucos. Pode-se referir que somente em

dezembro de 1994 foi oficializado um mtodo de projeto de reforo com base na anlise de

modelos elsticos, o DNER-PRO 269/94 (BRASIL. DNER, 1995), que considera as

propriedades resilientes de solos do subleito e materiais granulares do pavimento, reciclagem

do concreto betuminoso usinado a quente - CBUQ, modelos de fadiga de misturas

betuminosas brasileiras e clculo de tenses e deformaes atravs da teoria da elasticidade

no linear.

A idade avanada dos pavimentos, o precrio estado geral da rede rodoviria, a

elevao dos custos operacionais e a reduo da segurana viria constituram o cenrio ideal

para o surgimento de aes amplas na rea de planejamento. A Gerncia de Pavimentos, cuja

finalidade bsica a destinao judiciosa dos recursos disponveis atravs da adoo de

modernas tcnicas de avaliao de prioridades, cresceu no Brasil. Observou-se, no incio dos

anos 90, uma espcie de reao estagnao da rea na dcada anterior.

Deve-se registrar tambm, como atualidade, as crescentes exigncias de maior padro

tcnico dos projetos de restaurao e programas de manuteno formuladas pelo Banco

Mundial para concesso de emprstimos e, ainda, os programas de concesses rodovirias

atravs dos quais a Unio e os Estados delegam iniciativa privada a manuteno de rodovias

com alto volume de trfego, sendo os custos correspondentes cobertos pelo pedgio

arrecadado.

Para completar a descrio do contexto atual, no se pode esquecer que a virtual

estabilidade econmica tem promovido um uso mais intenso de rodovias. A distribuio e o

fornecimento rpido e programado de insumos passam a ser fundamentais na competio

2

econmica. A intensificao do transporte como fator de produo e de satisfao de

necessidades est carregando e congestionando boa parte do sistema virio implantado. Este

o atual desafio rodovirio brasileiro: vias em boas condies, custos de construo e

manuteno reduzidos, menores tempos de deslocamentos e fluxo de trfego seguro.

Na busca de solues para as atuais questes e objetivando a reduo de custos dos

investimentos em pavimentao rodoviria, a Universidade Federal do Rio Grande do Sul -

UFRGS e o Departamento Autnomo de Estradas de Rodagem - DAER/RS celebraram, no

incio desta dcada, um protocolo de colaborao tcnico-cientfica para estudos de

alternativas econmicas para pavimentao de rodovias coletoras e o desenvolvimento de

pesquisas na rea de pavimentao. A partir deste convnio, foi construdo um simulador de

trfego e uma rea de Pesquisas e Testes, localizados no Campus do Vale da UFRGS, em

Porto Alegre.

A necessidade de desenvolvimento do sistema de transportes por rodovias,

principalmente no que se refere a manuteno da rede, um convite a muitas iniciativas. Por

muitas razes, os pesados recursos investidos na ampliao e conservao da rede rodoviria

no tm retornado de forma adequada populao. O transporte de cargas e a sua relao com

a longevidade de rodovias pavimentadas uma das causas que inspirou a investigao

pretendida por esta dissertao. A possibilidade oferecida com a utilizao do simulador de

trfego para quantificar os efeitos nocivos em pavimentos decorrentes do acrscimo da

presso de inflao de pneus e, ainda, as conseqncias pouco conhecidas do maior uso de

pneus radiais, foram tambm agentes motivadores deste estudo. Desta forma, ficou definido o

tema da dissertao: um programa experimental para investigao dos efeitos simultneos

sobre um pavimento dos fatores carga por eixo, presso de inflao e tipo de pneus e suas

possveis combinaes.

1.2 Objetivos da Dissertao e Mtodo Utilizado

De uma maneira geral, pretende-se com o desenvolvimento da dissertao, colher e

desvendar dados e informaes que, tendo a possibilidade de somar-se s existentes, possam

3

ampliar o conhecimento e a aplicao de medidas prticas no mbito da pavimentao viria.

Discriminam-se tambm objetivos especficos, listados a seguir:

a) investigar e medir os efeitos da variao conjunta da carga por eixo, da presso de inflao

e do tipo de pneus (radial e lonas) no comportamento de um pavimento tpico de rodovia

existente na rea de Testes da UFRGS, em Porto Alegre, considerando como resposta

estrutural a deformao mxima recupervel do pavimento;

b) com base nos dados do experimento quantificar os efeitos decorrentes e propor modelos de

desempenho do pavimento ensaiado;

c) especificar a reduo da vida til do pavimento, destacando o custo do recapeamento

prematuro, tendo em vista a necessidade de manuteno da via nas condies iniciais de

uso;

d) constatar, mediante pesquisa bibliogrfica e informaes de rgos rodovirios, a realidade

e a dimenso dos valores de carga por eixo nas rodovias pavimentadas;

e) levantar, atravs de uma pesquisa de campo, os valores de presso de inflao de pneus e

os tipos de construo de pneus utilizados na frota de veculos de carga e, marginalmente,

medir a profundidade do sulco da banda de rodagem dos pneus para avaliao das

condies de segurana;

f) fornecer aos agentes responsveis, elementos tcnicos consistentes e indicadores da

possvel necessidade de monitoramento e inibio ostensiva do excesso de peso por eixo e

da presso de inflao de pneus, tendo em vista a preservao do patrimnio

rodovirio implantado;

g) alertar os engenheiros para possveis revises nas metodologias de projeto existentes e a

necessidade do desenvolvimento de maiores pesquisas no mbito do tema da

dissertao e,

h) chamar a ateno de autoridades e usurios de rodovias quanto aos potenciais prejuzos

financeiros, econmicos e ainda, da falta de segurana viria advinda do aumento dos

acidentes, decorrentes dos efeitos dos excessos praticados.

Para atingir os objetivos propostos, planejou-se uma estrutura bsica para o trabalho e

um cronograma de aes cuja implementao contou com o indispensvel apoio institucional

do Conselho Rodovirio do Estado do Rio Grande do Sul, do Departamento Autnomo de

Estradas de Rodagem - DAER, do Departamento de Engenharia Civil da Escola de

4

Engenharia da UFRGS e da Coordenao da rea de Pesquisas e Testes de Pavimentos da

UFRGS/DAER.

O primeiro passo foi o desenvolvimento de uma ampla pesquisa bibliogrfica para

conhecimento das principais concluses de estudos semelhantes. O Cap. 2 da dissertao,

organizado por abordagem individualizada dos fatores carga por eixo, presso de enchimento

e tipo de pneu, procura descrever o estado-da-arte do tema e os limites legais previstos na

legislao. As informaes foram obtidas de vrias fontes, destacando-se peridicos nacionais

e estrangeiros.

A descrio da rea de Pesquisas e Testes de Pavimentos, cenrio principal da

pesquisa experimental, e do simulador de trfego utilizado como instrumento de solicitao

do pavimento ensaiado, esto divulgados no Cap. 3 do trabalho.

A ausncia de maiores dados, principalmente no Brasil, particularmente no que se

refere a presso de inflao de pneus, indicou a realizao de uma pesquisa de campo na

rodovia RS/240, descrita no Cap. 4. Apresentam-se as informaes obtidas e desenvolve-se

uma anlise dos resultados.

Os elementos oriundos da pesquisa de campo alimentaram a programao de um

experimento fatorial cruzado com os nveis de variao dos fatores calibrados de acordo com

a realidade. O experimento, descrito no Cap. 5, indica se h significncia dos fatores testados

sobre a deflexo recupervel, adotada como varivel de resposta do pavimento.

No Cap. 6, procura-se apresentar uma anlise de desempenho do pavimento sob o

ponto de vista de reduo da vida til prevista, devido a variao da deflexo superficial e dos

fatores de equivalncia de cargas especificamente determinados. Sugere-se tambm um

modelo de regresso para avaliao do desempenho do pavimento ensaiado.

O estudo encerra com o Cap. 7, no qual apresentam-se as principais concluses.

Quantificam-se os efeitos decorrentes das principais combinaes de fatores e sugere-se

rumos para trabalhos futuros sobre temas similares.

5

Neste captulo inicial discute-se aspectos gerais do contexto da rea de pavimentao,

os objetivos da dissertao, suas limitaes e os principais agentes motivadores do tema

desenvolvido, concluindo-se com apresentao de um fluxograma (Fig. 1.1) com a seqncia

cronolgica das principais etapas do trabalho.

1.4 Limitaes do Trabalho

A amostra de veculos utilizada na pesquisa de campo tem um tamanho julgado

conveniente, pressupondo-se que representa o fluxo de veculos de carga usurio do principal

eixo rodovirio entre Porto Alegre e Caxias do Sul. Maiores extrapolaes e generalizaes

dos dados levantados devem ser feitas com restries.

Da mesma forma, o experimento fatorial desenvolvido vlido e restrito ao mbito de

sua circunscrio. Foram utilizados pneus tamanho 9.00R20 e 9.00x20 equipados em eixo

simples de rodado duplo. As concluses da dissertao, exaradas no captulo 7, referem-se ao

pavimento da Pista 3 da rea de Testes da UFRGS. Em breve, devero ser desenvolvidos

trabalhos similares ao de RAAD et al. (1998) no qual investiga-se, entre outros, os efeitos da

espessura da camada de concreto asfltico e de base granular combinados com a presso de

inflao de pneus.

Projees de uso do modelo sugerido alm dos limites dos nveis dos fatores utilizados

no experimento devem ser evitadas ou, no mximo, serem feitas com reservas.

6

FIGURA 1.1 - Organizao do Trabalho

Antecedentes

Estado-da-Arte do

Tema Limites Legais Estudos Similares

Viabilidade do Trabalho

Motivao Apoio CR, DAER e DECIV rea de Pesquisas e Testes Simulador de Trfego

Pesquisa de Campo

Coleta de Dados Resultados Anlise

Experimento Fatorial

Descrio do Projeto Coleta de Dados Anlise de Varincia Estudo da Presso de Contato

Desempenho do Pavimento

Estudo das Deflexes Estudo dos FEC Anlise de Regresso

Concluses e Recomendaes

Principais Efeitos Durabilidade do Pavimento Sugestes para Trabalhos Futuros

7

2 REVISO BIBLIOGRFICA

O Cap.2 procura apresentar os antecedentes e descrever o estado-da-arte do tema

central da dissertao. Por uma questo meramente organizacional, carga por eixo, presso de

inflao e tipo de pneu so enfocados isoladamente, sendo que a ao destes fatores d-se de

forma conjunta. Descreve-se aspectos institucionais do assunto e informa-se sobre o

andamento e concluses de estudos e pesquisas desenvolvidos no pas e exterior.

2.1 Carga Rodoviria

2.1.1 Ao do Trfego

Nas rodovias circulam veculos de passeio e comerciais. Os veculos comerciais

so os caminhes e nibus, cujo efeito sobre os pavimentos mais pronunciado devido

maior carga deslocada. As cargas so transmitidas aos pavimentos por rodas pneumticas

simples ou duplas arranjadas em eixos simples e tandem, duplos ou triplos.

A ao do trfego, no s pelo peso transportado, mas tambm pela freqncia

com que solicita o pavimento, provoca a deteriorao do mesmo.

Os defeitos nos pavimentos flexveis podem assumir vrias formas. Segundo

CERATTI (1997), os maiores danos podem ser listados como sendo:

a) desgaste da superfcie de rolamento, com a exposio dos agregados e perda da textura

superficial decorrente da abraso provocada pelos veculos;

b) envelhecimento do ligante betuminoso por oxidao, fragilizando a mistura alfltica,

possibilitando o trincamento e o arrancamento dos agregados;

c) fissuras que se formam e evoluem nas camadas de concreto asfltico devido fadiga

provocada pela repetio das cargas;

8

d) afundamento da trilha de roda ou ondulaes na superfcie ocasionadas por acmulo de

deformaes plsticas em todas as camadas ou somente no revestimento, sob ao das

cargas do trfego.

Os defeitos dos grupos a) e b) ocasionam incmodos aos usurios porm esto

localizados superficialmente podendo ser facilmente diagnosticados e recuperados com

custos relativamente baixos. Do elenco de danos provocados pela ao do trfego os mais

importantes so os defeitos internos, mais difceis de detectar e mais abrangentes em termos

de efeito pois afetam a estrutura do pavimento. Ambos, o trincamento da superfcie de

concreto asfltico - CA, provocado pela fadiga do material e o afundamento da trilha de roda

que, alm da irregularidade superficial, proporciona o acmulo de gua da chuva, exigem

aes mais radicais e de maior custo para correo. Estes defeitos, ocasionados por veculos

pesados, ocorrem muitas vezes prematuramente devido a excessos de peso praticados por

transportadores.

A deteriorao de um pavimento por fadiga caracteriza-se pelo rompimento da

camada de CA quando esta solicitada continuamente por cargas que provocam tenses

menores do que a resistncia trao do revestimento (CERATTI, 1997). As trincas surgem

inicialmente na fibra inferior da camada de CA e propagam-se progressivamente para a

superfcie, dando a impresso final de couro de crocodilo.

KIM et al. (1989) descrevem que o nmero Nf de repeties de uma carga

necessria para produzir ruptura por fadiga dada pela equao

N k. 1ft

m

= (2.1)

onde

k: coeficiente e m expoente;

t: a deformao especfica horizontal produzida por tenses de trao na fibra inferior do CA.

9

Com relao formao de trilha de rodas, os citados autores apresentam a

equao:

N a. 1cc

b

= (2.2)

onde

Nc: nmero de aplicaes de uma carga;

c: a deformao vertical especfica ocasionada por tenses verticais de compresso que ocorrem no topo do subleito;

a: coeficiente e,

b: expoente.

A publicao Truck Weight Limits (NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1990),

contm uma anlise do efeito de veculos pesados sobre pavimentos. Esse trabalho destaca

que as condies e o desempenho dos pavimentos no dependem unicamente do nmero de

veculos pesados e da carga por eixo que os pavimentos esto sujeitos. Outros fatores tambm

devem ser considerados:

espessuras das diversas camadas constituintes do pavimento, qualidade dos materiais empregados na construo, procedimentos construtivos adotados, condies de manuteno da rodovia, propriedades do subleito existente e, condies ambientais, destacando-se a precipitao pluviomtrica e o valor e variao da

temperatura.

Pelo nmero e severidade dos fatores intervenientes, pode-se deduzir que a

durabilidade de um pavimento limitada. Logo, aps transcorrido algum tempo de uso, o

pavimento dever sofrer um recapeamento ou mesmo uma restaurao. WATSON (1989)

explica que, segundo pesquisas desenvolvidas na Inglaterra, o melhor momento para a

interveno ocorre quando so detectadas trilhas de roda com profundidade de 10 mm ou

10

fissuras sobre as trilhas de roda, mesmo antes de ocorrer esta profundidade. Define que a vida

til, para um projeto de pavimento novo, o perodo de tempo provvel no qual dever

ocorrer esta condio crtica. Conclui relatando que quando so considerados os custos de

construo e manuteno, um perodo de vida til de 20 anos o de adoo mais adequada.

A considerao de vida til como sendo o tempo de uso transcorrido at a

restaurao ou entre duas restauraes, foi ampliada pela AASHTO (1993). Por

recomendao do Guide for Design of Pavement Structures o que era chamado de perodo de

projeto (expectativa da vida til) agora entendido como perodo de anlise, ou seja, o tempo

transcorrido coberto pela estratgia de projeto do pavimento. Atualmente, com base em

estudos de custos totais e estratgias de manuteno eficientes recomenda-se a adoo de

perodos de anlise de maior durao, incluindo uma ou mais restauraes. Como orientao

geral so indicados 30 a 50 anos para vias urbanas de alto volume dirio mdio de veculos -

VDM (50.000), 20 a 50 anos para rodovias rurais com alto VDM (> 10.000) e 15 a 25 anos para rodovias rurais pavimentadas com baixo VDM ( 2.000).

No Brasil, o Mtodo de Projeto de Pavimentos Flexveis do DNER (BRASIL.

DNER, 1979) considera que um pavimento ser dimensionado em funo do nmero

equivalente N de operaes de um eixo padro, durante um perodo de projeto escolhido. Em

geral, os rgos rodovirios definem perodos de projeto de 10 anos. No caso de

dimensionamento de camadas de reforo tambm h uma relao entre vida til do pavimento

e o decorrente nmero N. Por exemplo, a norma rodoviria DNER-PRO 11/79 (BRASIL.

DNER, 1994e) fornece elementos para o clculo da espessura do reforo necessrio para um

novo nmero de solicitaes de eixos equivalentes ao eixo padro durante o perodo

considerado (um novo N). O procedimento DNER-PRO 269/94 (BRASIL. DNER, 1995)

evolui para a definio de vida de fadiga Nt, que o nmero de solicitaes do eixo padro

simples de 80,12 kN, que leva o revestimento asfltico fase de trincamento por fadiga.

As rodovias, principalmente por ao do trfego, passam por um ciclo de contnua

deteriorao. SCHLIESSER e BULL (1994) ilustram no grfico da Fig. 2.1, para uma estrada

tpica da Amrica Latina, o ciclo de vida de uma rodovia pavimentada revestida com CA,

muitas vezes considerado normal, face pouca ateno que dada manuteno.

11

Eta p a c rtic a d a vid a ro d o vi ria

Ruim

Re g ula r

Bo m

tim o

P ssim o

0 1 3 5 7 9 1 1 2 523211 9171 513

Deteriorao lenta e pouco visvel Deteriorao acelerada e trincamento(C1 + C2)

Deteriorao Total(D)

Fa se B C 2C 1Fa se DFa se C

A

A no s d e sd e a c o nc lus o d a ro d o via

FIGURA 2.1 - Ciclo de Vida de uma Rodovia Pavimentada Fonte: SCHLIESSER e BULL, 1994

Fase A - Construo: a rodovia est em estado considerado timo somente do dia da entrega ao trfego, satisfazendo plenamente ao usurio, Fase B - Deteriorao Lenta: a rodovia sofre, pela passagem do trfego, um processo de debilitao lento e pouco visvel. Quando no h manuteno preventiva, este perodo dura aproximadamente de seis a oito anos, Fase C - Deteriorao Acelerada: os efeitos da fadiga do revestimento comeam a surgir. A rodovia resiste cada vez menos ao trfego. No incio no h repercusso estrutural e as trincas no so visveis a um observador comum. Com o passar do tempo pode-se observar mais falhas, agora visveis, estando a rodovia prxima ao final da fase, com a estrutura danificada. Um esquema consciente de manuteno deve ser desencadeado no incio desta fase e, Fase D - Deteriorao Total: observa-se a perda do pavimento e o trfego de veculos torna-se difcil, a velocidade mdia de percurso diminui e a capacidade da rodovia torna-se reduzida.

Afirmam os citados autores que ao fim da fase C e durante a fase D, cabe somente

reconstruir completamente o pavimento, a um custo que pode equivaler entre 50 a 80% do

valor de um pavimento completamente novo.

2.1.2 Limites Legais

Em 23 de setembro de 1997, aps longa tramitao no Congresso Nacional, foi

sancionada pelo Presidente da Repblica a Lei que institui o novo Cdigo de Trnsito

Brasileiro - CTB. O mesmo entrou em vigor em 22 de janeiro de 1998, transcorridos 120 dias

de sua publicao no Dirio Oficial da Unio (BRASIL. LEI N. 9.503, 1997).

Esta alterao da configurao legal que ordena as relaes e regras de trnsito no

pas, enseja a atual vivncia de mudanas, seguramente direcionadas no sentido da evoluo

do Sistema.

12

No que se refere a limitaes na rea de atuao do transporte de cargas, os

elementos de maior interesse so os seguintes:

Art. 99. Somente poder transitar pelas vias terrestres o veculo cujo peso e dimenses atenderem aos limites estabelecidos pelo CONTRAN. 1 O excesso de peso ser aferido por equipamento de pesagem ou pela verificao de documento fiscal, na forma estabelecida pelo CONTRAN. 2 Ser tolerado um percentual sobre os limites de peso bruto total e peso bruto transmitido por eixo de veculos superfcie das vias, quando aferido por equipamento, na forma estabelecida pelo CONTRAN. Art. 100. Nenhum veculo ou combinao de veculos poder transitar com lotao de passageiros, com peso bruto total, ou peso bruto total combinado com peso por eixo, superior ao fixado pelo fabricante, nem ultrapassar a capacidade mxima de trao da unidade tratora. Art. 101. Ao veculo ou combinao de veculos utilizado no transporte de cargas indivisvel, que no se enquadre nos limites de peso e dimenses estabelecidos pelo CONTRAN, poder ser concedida, pela autoridade com circunscrio sobre a via, autorizao especial de trnsito, com prazo certo, vlida para cada viagem, atendidas as medidas de segurana consideradas necessrias. Art. 231. Transitar com o veculo: V - Com excesso de peso, admitido percentual de tolerncia quando aferido por equipamento, na forma a ser estabelecida pelo CONTRAN: Infrao - mdia; Penalidade - multa acrescida a cada duzentos quilogramas ou frao de excesso de peso apurado, constante na seguinte tabela:

a) at seiscentos quilogramas - 5 (cinco) UFIR; b) de seiscentos e um a oitocentos quilogramas - 10 (dez) UFIR; c) de oitocentos e um a mil quilogramas - 20 (vinte) UFIR; d) de um mil e um a trs mil quilogramas - 30 (trinta) UFIR; e) de trs mil e um quilogramas a cinco mil quilogramas - 40 (quarenta)

UFIR; f) acima de cinco mil e um quilogramas - 50 (cinqenta) UFIR;

13

Medida administrativa - reteno do veculo e transbordo da carga excedente; Art. 275. O transbordo da carga com peso excedente condio para que o veculo possa prosseguir viagem e ser efetuado s expensas do proprietrio do veculo, sem prejuzo da multa aplicvel. Art. 278. Ao condutor que se evadir da fiscalizao, no submetendo o veculo pesagem obrigatria nos pontos de pesagem, fixos ou mveis, ser aplicada a penalidade prevista no art. 209, alm da obrigao de retornar ao ponto de evaso para fim de pesagem obrigatria. Art. 323. O CONTRAN, em cento e oitenta dias, fixar a metodologia de aferio de peso dos veculos, estabelecendo percentuais de tolerncia, sendo durante este perodo suspensa a vigncia das penalidades previstas no inciso V do art. 231, aplicando-se a penalidade de 20 UFIR por duzentos quilogramas ou frao de excesso.

Atualmente o CTB est em fase de regulamentao, tendo o CONTRAN aprovado

63 Resolues at o final de maio de 1998, dentre as quais destacam-se duas relativas ao tema

da dissertao:

Resoluo N. 12 de 6 de fevereiro de 1998. Estabelece limites de peso e dimenses para

veculos que transitam por vias terrestres (CONTRAN, 1998a) e,

Resoluo N. 62 de 21 de maio de 1998. Regulamenta o uso de pneus extralargos em eixos tandem de semi-reboques e reboques dotados de suspenso pneumtica (CONTRAN,

1998b).

Os quesitos ainda no regulamentados continuam regidos pela legislao anterior,

particularmente, destaca-se a Lei N. 7.408 de 25 de novembro de 1985 que fixa a tolerncia

mxima sobre os limites de peso bruto total e peso bruto transmitido por eixo de veculos

superfcie das vias pblicas

A legislao aponta os seguintes conceitos e limites com interesse para o presente

trabalho:

Peso Bruto Total - PBT o peso mximo que o veculo pode transmitir ao pavimento,

considerando a tara mais a lotao (carga mxima til);

14

Peso Bruto Total Combinado - PBTC e/ou Capacidade Mxima de Trao - CMT o peso mximo que pode ser transmitido ao pavimento pela combinao de um caminho trator

mais seu semi-reboque ou de caminho trator mais seu reboque;

so considerados eixos tandem, dois ou mais eixos que constituam um conjunto integral de suspenso, podendo ou no qualquer deles ser motriz;

o limite mximo do PBT ou PBTC de 450 kN (45 tf); o limite mximo de peso bruto por eixo simples isolado, equipado com rodado duplo de

100 kN (10 tf);

o limite mximo de peso bruto por eixo simples isolado, equipado com rodado simples de 60 kN (6 tf);

o limite mximo de peso bruto por eixo tandem duplo, quando a distncia entre dois planos verticais que contenham os centros das rodas for superior a 1,20 m ou inferior (ou igual) a

2,40 m de 170 kN (17 tf);

o limite mximo do peso bruto por eixo tandem triplo (aplicvel somente para semi-reboques), quando a distncia entre os trs planos verticais que contenham os centros das

rodas for superior a 1,20 m e inferior (ou igual) a 2,40 m de 255 kN (25,5 tf);

os limites mximos de carga por eixo tandem equipado com pneu extralargo so de 170 kN e 255 kN, respectivamente para eixos em tandem duplo e triplo;

nenhum veculo ou combinao de veculo poder transitar com PBT ou PBTC superior ao fixado pelo fabricante, nem ultrapassar a capacidade mxima de trao da unidade tratora;

Est autorizada a tolerncia mxima de 5% sobre os limites de PBT, PBTC ou peso bruto transmitido por eixo de veculo s superfcies das vias pblicas.

Tem-se a expectativa de que as prximas Resolues do CONTRAN possam

aperfeioar a base legal existente. At o momento, no que se refere especificamente ao

transporte de carga, o novo CTB e a sua posterior regulamentao, no apresentaram

alteraes importantes nos limites existentes. As maiores novidades introduzidas so a

hierarquizao das infraes, a elevao no valor das multas e as penalidades mais severas.

O Departamento Autnomo de Estradas de Rodagem, atravs de sua Comisso de

Circulao Viria (DAER, 1992), divulgou uma tabela com o resultado de um trabalho de

levantamento de dados junto aos fabricantes, contendo os limites de peso por marca e modelo

de veculos de carga como instrumento de apoio nas operaes de fiscalizao.

15

A seguir apresenta-se a configurao grfica dos principais veculos ou

combinao e os limites legais mximos de peso vigentes no Brasil.

QUADRO 2.1 - Classificao e Limites de Carga dos Principais Veculos da Frota Brasileira

Configurao do Veculo Classificao

DNER

Limite por Eixo

(kN)

PBT

(kN)

2C

60 + 100

160

3C

60 + 170

230

3C

60 + 135

195

2S1

60+100+100

260

2S2

60+100+170

330

3S2

60+170+170

400

2S3

60+100+255

415

2C2

60+100+100+100

360

3C2

60+170+100+100

430

Fonte: (GODOY e MACHADO, 1993); (MEDINA, 1997)

As limitaes e o controle do peso por eixo e do peso total dos veculos no so

muito fiscalizados no Brasil, principalmente devido estagnao do DNER e falta de uma

cultura de preservao do patrimnio rodovirio por parte dos DERs. Por outro lado, em

muitos pases da Europa, nos Estados Unidos e no Canad esta questo levada muito a srio.

Apresenta-se, a seguir, (Quadro 2.2) as limitaes de carga existentes em alguns

pases da Europa.

16

QUADRO 2.2 - Limites de Carga na Europa

Carga por Eixo (kN) PBT ou PBTC (kN)

Pas

eixo

dianteiro

eixo

simples

eixo tandem

duplo

2 eixos 3eixos semi-

reboque

trator e

reboque

Alemanha 100 100 110-200 170 240 400-440 400

ustria 100 100 160 160 220 380 380

Blgica 100 100 190-200 190 260 440 440

Bulgria 60 100 130-200 160 260 380 420

Dinamarca 100 100 160-200 180 240 480 480

Finlndia 80 100 180 170 250 440 560

Frana 130 130 210 190 260 400-440 400

Grcia 70 100-130 200 190 260 380 380

Holanda 100 110 115-190 200 300 500 500

Hungria 100 100 160 200 240 400 400

Inglaterra 92 105 105-203,4 170 243,9 380 352,2

Itlia 120 120 200 180 240 400-440 400-440

Iugoslvia 100 100 160 180 240 400 400

Sucia 100 100 160 170 290 375-514 375-514

Sua 100 100 180 160 190 280 280

Fonte: GKTAN E MITSCHKE, 1995.

Nos Estados Unidos, controla-se os limites de carga de eixos tandem, duplos ou

triplos desde a publicao, em 1964, atravs da Secretary of Commerce, da tabela de cargas

brutas permissveis para proteger as estruturas de pontes. A referida tabela foi confeccionada

com base na chamada Frmula B (Federal Bridge Formula) que considera o limite de peso em

funo das tolerncias admissveis, da distncia entre grupos de eixos consecutivos e ainda do

nmero de eixos. A limitao para eixos simples definida pelo efeito provocado pelas cargas

sobre a estrutura dos pavimentos (NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1990). Em alguns

Estados, os limites estabelecidos so os seguintes:

QUADRO 2.3 - Alguns Limites Estaduais de Cargas desde Janeiro de 1988 nos EUA

17

Estado Carga Mxima por Eixo (kN) Carga Bruta

Simples Duplo Triplo Total (kN)

California 89 151,3 151,3 356

Florida 97,9 195,8 293,7 356

Georgia 99,4 151,3 189,1 356

New York 89 151,3 189,1 356

Oregon 89 151,3 186,9 356

Texas 89 151,3 186,9 356

Wisconsin 89 151,3 186,9 356

Fonte: NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1990.

No Quadro 2.4, montado a partir dos Quadros 2.1, 2.2 e 2.3, apresenta-se uma

comparao entre os limites de carga autorizados nos EUA e Europa com os do Brasil.

QUADRO 2.4 - Comparao entre os Limites de Carga do Brasil com EUA e Europa

Situao Brasil (kN) EUA* (kN) Europa** (kN)

Eixo Simples Dianteiro 60 - 100

Eixo Simples c/Rodado Duplo 100 89 100

Eixo Tandem Duplo 170 151,3 160

PBT 450 356 440

* Limites praticados na maioria dos Estados. ** Limites praticados na maioria dos pases.

18

A importncia da existncia e do controle dos limites evidente. A indstria de veculos

pesados, as normas que regulamentam o transporte de carga e ainda os mtodos de

dimensionamento de pavimentos consideram os efeitos do trfego em termos de PBT, das

cargas por eixo e dos tipos de eixos.

Com a evoluo da fabricao dos veculos de carga, no Brasil e em outros pases,

tem ocorrido muita presso dos operadores no sentido da elevao dos limites de carga. De

acordo com FERNANDES JR. et al. (1995), h vantagens financeiras imediatas para quem

trafega sobrecarregado e, conseqentemente, a deteriorao dos pavimentos torna-se

acentuada e os custos de operao crescem. No caso do Brasil, os maiores custos operacionais

decorrentes da sobrecarga so repassados ao valor dos fretes sem maiores dificuldades pois

no h nvel de competio intermodal nem intramodal como ocorre em outros pases do

primeiro mundo. Esta questo envolve tambm o comprometimento do conforto e da

segurana do usurio da rede viria.

Os limites de PBT e da carga por eixo foram revisados no Brasil em 1985 atravs

da Lei n. 7.408. Foi concedida uma tolerncia de 5,0%, alegando-se falta de preciso das

balanas.

No outro lado da questo visualiza-se que o aumento dos limites de carga, alm de

ensejar o acrscimo da produtividade da indstria de transporte, possibilita um consumo

menor de energia por unidade de carga transportada. Deve ser considerado tambm que o

menor consumo de combustvel importante do ponto de vista da reduo de poluentes,

melhorando a qualidade do ar. O aumento dos limites de carga tambm colabora com a

reduo de veculos pesados no fluxo de trfego (GKTAN e MITSCHKET, 1995).

Na verdade, esta questo no pode prosperar sem um bom equilbrio entre

interesses que envolvem custos de manuteno e adaptao da rede rodoviria, custos de

transporte e condies do meio ambiente.

O Instituto de Pesquisas Rodovirias (IPR, 1979) desenvolveu uma pesquisa

intitulada Influncia da Carga por Eixo nas Rodovias. Este trabalho investigou as

19

conseqncias de mudanas nos limites legais de carga por eixo e PBT de caminhes com

base em estatsticas e na experincia nacional e internacional. FERNANDES JR. (1994)

desenvolveu um estudo conclusivo sobre os impactos econmicos que a sobrecarga e os

fatores de trfego em geral acarretam economia do pas. Nos Estados Unidos, o

NATIONAL RESEARCH COUNCIL (1990), apresenta uma ampla anlise sobre os efeitos

de possveis alteraes nos regulamentos dos limites de cargas rodovirias. Todos os

trabalhos mencionados concluem amplamente sobre a nocividade da elevao dos limites de

peso estabelecidos e sobre o excesso de carga na rede pavimentada.

2.1.3 Excesso de Carga

Por tudo que j se pesquisou sobre o assunto, sabe-se que o excesso de carga por

eixo a maior causa de defeitos em pavimentos.

A dimenso dos danos causados pelo excessivo carregamento de veculos pode

ser avaliada pelo Fator de Equivalncia de Cargas - FEC. Uma abordagem mais detalhada do

FEC ser desenvolvida no Captulo 6. Por ora importa saber que, com base nos estudos

desenvolvidos pela AASHO Road Test no final dos anos 1950, os efeitos de cargas por eixo

sobre pavimentos podem ser referidos, comparativamente, aos provocados por uma carga

padro de eixo simples com rodado duplo de 82 kN (18.000 lb), a qual possui um FEC

unitrio. Os estudos desenvolvidos pela AASHO definiram que o FEC varia entre outros

fatores, em funo da carga por eixo, segundo uma relao elevada a expoentes prximos de

quatro (NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1990). Outras organizaes, como o CE,

adotam expoentes ainda maiores:

FECib

WiWp

= (2.3)

sendo:

Wi: carga por eixo genrica;

Wp: carga por eixo tomada como padro 82 kN (18.000 lb) e,

b: expoente, definido pela AASHO como prximo de 4.

20

Por exemplo, um eixo simples com rodado duplo carregado com 90,6 kN (20.000

lb) possui um FEC aproximado de 1,5, uma vez que (90,6/81,6)4 1,5. Um FEC de 1,5 significa que 100 passagens de um eixo com 90,6 kN sobre um pavimento tem o mesmo

efeito (dano) sobre o perodo de vida do que 150 passagens sobre o mesmo pavimento do eixo

padro carregado com 82 kN.

Se por um lado o excesso de carga por eixo aumenta a produtividade e os lucros

da indstria de transporte, por outro lado, produz, como se viu, um efeito indesejvel, qual

seja o de deteriorar aceleradamente a camada de revestimento e a estrutura dos pavimentos.

Ultrapassar os limites legais de carga por eixo ou PBT constitui uma ao

criminosa que obriga o Governo a desviar pesados recursos de outros setores para

manuteno e restaurao viria. Privam-se os usurios do uso de rodovias em boas

condies, diminuindo o conforto, a segurana e aumentando o tempo mdio de viagem. Por

ltimo, so ainda afetados os prprios transgressores pois nem sempre o lucro imediato

compensado pelo alto risco de acidentes, pela depreciao rpida do veculo e por multas

cobradas pela fiscalizao das rodovias.

MARTINS e MIRANDA (1995) referem que a conseqncia imediata da

destruio da rede pavimentada, com base em levantamentos no Estado de Mato Grosso, o

aumento imediato dos custos de transporte, estimado em at 58% no excesso do consumo de

combustvel, 30% no desgaste da frota e 100% no tempo de percurso. Os autores

exemplificam o excesso de carga com dados colhidos no posto de pesagem dinmica da

BR/174 em Cceres e na BR/163, em junho de 1995. No primeiro identificou-se um excesso

de carga em 20% dos eixos pesados e no segundo 30% dos eixos apresentavam excesso em

valores variados.

No Rio Grande do Sul no existem dados estatsticos consistentes de excesso de

carga praticada na rede estadual. Entrevistas realizadas com engenheiros coordenadores de

Unidades de Conservao do DAER revelaram que em operaes de pesagem com balanas

portteis, a quantidade de veculos com excesso de peso, em certas ocasies, chegava a 100%.

21

Aps algumas horas de pesagens, por efeito de facilidades de comunicao, esta percentagem

caa drsticamente.

FERNANDES JR. (1994), referindo a Pesquisa sobre o Interrelacionamento dos

Custos Rodovirios desenvolvida entre 1976 e 1981 pela Empresa Brasileira de Planejamento

de Transportes - GEIPOT, relata que foram levantados os seguintes dados:

QUADRO 2.5 - Excesso de Peso por Eixo Praticado no Brasil

Tipo de Eixo Veculos com Valor da Sobrecarga

Excesso de Peso (%) Excesso/Limite Legal (kN) % de Excesso

Dianteiro 3,0 3,0 /60,0 5,0

Simples (roda dupla) 25,0 20,0 /100,0 20,0

Tanden Duplo 15,0 85,0 /170,0 50,0

Tanden Triplo 30,0 115,0 /225,0 45,0

Fonte: FERNANDES JR., 1994.

De acordo com dados obtidos em outras pesquisas executadas pelo GEIPOT e

publicados em 1994, sabe-se que nas rodovias brasileiras os caminhes trafegam com

sobrecarga de 10 a 30% (FERNANDES JR. et al., 1995).

Quando as rodovias so submetidas a um controle sistemtico do trfego pesado,

chega-se a ciclos de recapeamento (em mdia de quatro anos) trs vezes maior do que

rodovias sem controle de peso, de acordo com os padres do DERSA. OLIVEIRA JR. et al.

(1995) informam que a Rodovia dos Bandeirantes, inaugurada em 1978, teve seu primeiro

recapeamento no ano de 1992, com 14 anos de vida til sem manuteno corretiva. Citam

tambm a Rodovia dos Trabalhadores, inaugurada em 1981 com o primeiro recapeamento em

1994, resultando um perodo de 13 anos.

22

O excesso de carga no s um problema brasileiro e latino-americano. Os

Estados Unidos, onde as punies dos delitos so mais rigorosas, tambm sofre as

conseqncias da burla fiscalizao. FERNANDES JR. (1994) pesquisando autores norte-

americanos refere que 20% dos veculos de carga operam nas rodovias interestaduais com

excesso de carga por eixo. Chega-se a estimar que apenas uma em 400 violaes detectada

na maioria dos estados americanos e que os custos provocados por veculos sobrecarregados

chegam a 1 bilho de dlares por ano!

O encaminhamento da soluo deste problema , sem dvida, o binmio

legislao - fiscalizao. H grandes esperanas que o novo CTB possa cumprir a sua parte no

que se refere legislao. Por seu turno importante que no Brasil, desenvolva-se a

conscincia da importncia de que o controle de cargas vital na durabilidade dos

pavimentos. Balanas fixas, mveis e sistemas de pesagem em movimento so equipamentos

que, quando bem operados, produzem considerveis resultados. Os equipamentos existentes

esto cada vez mais sofisticados e disponveis. Sistemas automatizados de pesagem

conjugados com contagem de veculos como o descrito por VIEIRA et al. (1993) so

importantes para, antes de tudo, preservar o patrimnio rodovirio implantado. A localizao

dos postos de pesagem tambm deve ser judiciosa e definida no sentido de inibir a fraude.

OLIVEIRA JR. e LIMA (1994), em um estudo de pesagem para o Estado do Cear,

estabeleceram dois critrios bsicos para localizao de postos fixos: cobrir o maior nmero

possvel de rotas de trfego pesado e interceptar o caminho na maior proximidade possvel

da origem.

Esta questo no nova. MEDINA (1991) relata que o engenheiro F. N. Hveem

da Califrnia - USA, considerado um dos precursores da Mecnica dos Pavimentos,

recomendou ao Diretor Geral do DNER em maio de 1961, entre outros itens, a valorizao da

conservao de pavimentos e o controle de cargas excessivas dos caminhes.

A imperiosa necessidade de um melhor gerenciamento de pavimentos e uma

adequada sistemtica de pesagens de veculos de carga so indispensveis para otimizar os

recursos investidos pelo Governo e seus concessionrios alm de preservar as condies de

trafegabilidade e segurana da rede viria.

23

2.2 Presso de Enchimento

2.2.1 Valores Normalmente Praticados

Os pneus utilizados no AASHO Road Test eram representativos daqueles que

estavam em uso no final dos anos 50. Eram os tradicionais pneus de lonas com presses de

enchimento da ordem de 517 a 552 kPa (75 a 80 psi). Desde ento os construtores de pneus

esto introduzindo no mercado os pneus radiais com melhores condies de suportar maiores

presses e cargas (NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1990). A citada fonte refere um

levantamento de campo desenvolvido por C. A. Bartholomew, realizado entre 1984 e 1986

em sete Estados dos EUA, no qual constatou-se que de 75 a 80% dos pneus usados em

caminhes eram do tipo radial e que a presso de enchimento mdia era de 689 kPa (100 psi).

A evoluo do uso de pneus radiais e de maiores presses de enchimento nos

EUA tambm foi constatada por KIM et al. (1989) na rodovia interestadual n. 5 em Oregon.

Os dados mostram que 87% dos pneus eram radiais com mdia de presso de 703 kPa (102

psi) nos radiais e 565 kPa (82 psi) para os de lonas.

Por seu turno, MIDDLETON et al. (1986) realizaram um levantamento de dados

em rodovias do Texas. Os autores relacionaram uma srie de variveis independentes com a

presso dos pneus. Como resultado, concluram que o tipo de construo de pneu foi o item

mais significativo. Observaram tambm que os pneus radiais tem, em mdia, uma presso de

83 a 145 kPa (12 a 21 psi) mais elevada do que os pneus de lonas. Por ordem, os outros

fatores mais significativos foram tipo de veculo e a profundidade dos sulcos na banda de

rodagem.*

FERNANDES JR. et al. (1995) indicam que na Europa pneus extralargos

trafegam com uma presso de enchimento da ordem de 986 kPa (140 psi). De acordo com a

mesma referncia, no Brasil, apesar das escassas informaes disponveis, admite-se que a

presso de enchimento mdia oscila em torno de 844 kPa (120 psi).

* A carga por eixo no foi considerada, sendo avaliada isoladamente somente para a classe 3S2.

24

De acordo com o escopo da dissertao, executou-se uma pesquisa de campo

junto ao posto do Pedgio da RS/240, no municpio de Porto, Rio Grande do Sul. Levantou-

se uma srie de dados dentre os quais a presso de enchimento dos pneus integrantes de uma

amostra representativa com 275 caminhes. Os valores obtidos confirmam as tendncias de

aumento da presso de inflao. Os principais resultados so os seguintes: presso mdia da

amostra de pneus dianteiros 655 kPa (95 psi) e 717 kPa (104 psi) da amostra de pneus no-

dianteiros.

Constatou-se na amostra estudada uma incidncia de 62% de pneus de construo

radial, valor considerado alto pelos fabricantes para o caso do Brasil, cuja expectativa de

50%*. No Cap. 4 do presente trabalho descreve-se com detalhes a pesquisa de campo

realizada.

Vrios autores consideram que a substituio dos pneus de lonas por radiais e a

adoo de maiores presses de inflao deu-se de forma gradual, atingindo maiores

propores ao final da dcada de 80. A maioria das referncias consultadas so trabalhos

elaborados nos anos 80 e 90. Publicaes antes de 1980 so escassas. Pode-se pinar citaes

de pesquisas pioneiras como a de J. Y. Wong, referida por KIM et al. (1989), que em 1978

indicou que pneus radiais sobre pisos pavimentados tem uma superfcie de contato mais

uniforme do que os pneus de lonas. MARSHEK et al. (1986a,b) referem estudos

desenvolvidos por E. W. ONeil em 1969, S. K. Clark em 1971 e S. A. Lippmann e Oblizajek

em 1974, todos versando sobre distribuio de presses e interface pneu-superfcie de

rolamento.

Como se observa, o assunto em pauta no uma novidade mas, parece, que no

est totalmente desvendado. As investigaes sobre o efeito do incremento da presso de

inflao no desempenho de pavimentos aprofundaram-se nos ltimos 15 anos, principalmente

em funo do desenvolvimento de equipamentos de maior preciso tais como transdutores,

medidores piezo-eltricos de deformaes e tenses, clulas de carga, microcomputadores,

bem como da utilizao de simuladores de trfego em pistas experimentais. Atualmente, no

Brasil, destacam-se os estudos sobre a interao veculo-pavimento desenvolvidos na Escola

de Engenharia de So Carlos da USP.

* Informao prestada pelo Sr. Wilson Bisacchi, gerente regional de Pneumticos Michelin no RS.

25

O Guia da AASHTO (1993) comenta que a presso de inflao, utilizada em

veculos pesados, est aumentando na medida que os construtores de pneus esto melhorando

a tecnologia de fabricao. Destaca tambm que as montadoras esto avaliando as potenciais

vantagens da adoo de maiores presses de inflao nos pneus. Conclui, de forma

conservadora, afirmando que ainda no se conhece qual o efeito concreto das maiores

presses de enchimento dos pneus sobre os pavimentos.

KIM et al. (1989) sustentam que o transporte de carga tem apresentado uma

tendncia de crescimento do PBT dos caminhes. Assim, com o aumento da carga por eixo, o

uso de maiores presses nos pneus tem tornado-se mais popular no mbito do transporte

pesado. Na verdade, de um conjunto de circunstncias, destacam-se dois fatores simultneos:

a atrao pelo aumento de carga por eixo respaldada pelas melhores caractersticas dos

pneus radiais. Sendo assim, o transportador encoraja-se e aumenta a presso de enchimento

dos pneus.

Os fabricantes de pneus fornecem tabelas com o valor da presso recomendado

em funo da carga atuante por roda simples e dupla e para cada tamanho de pneumtico.

SOUZA (1980), exemplifica com a recomendao de presses de inflao para pneus de lonas

indicadas para cargas mximas de rodado simples e duplo.

QUADRO 2.6 - Cargas Mximas e Presses de Enchimento

Tamanho do Pneu Nmero de Lonas Carga Mx. - kN (kgf) Presso - kPa (psi)

9.00x20 10 18,00 (1.800) 482 (70)

9.00x20 12 20,35 (2.035) 586 (85)

10.00x20 12 20,80 (2.080) 517 (75)

10.00x20 14 23,70 (2.370) 620 (90)

10.00x22 12 22,15 (2.215) 517 (75)

10.00x22 14 23,80 (2.380) 586 (85)

Fonte: SOUZA, 1980

Com base em medidas da presso de inflao tomadas de caminhes em trnsito

(a quente), durante pesquisa na BR/277, PEREIRA (1985) apresenta, tanto para rodado

26

simples como para duplo e para cada tamanho de pneu, uma funo linear relacionando a

presso de enchimento pi (psi) com a carga incidente em uma roda w (kgf).

QUADRO 2.7 - Relao entre Presso de Inflao e Carga Atuante por Cada Roda

Tamanho do Pneu Rodado pi = f(w)

9.00x20 simples pi = 0,042w - 15,0

10.00x20 simples pi = 0,041w -19,3

11.00x22 simples pi = 0,035w - 18,2

9.00x20 duplo pi = 0,050w - 17,4

10.00x20 duplo pi = 0,048w - 28,8

11.00x22 duplo pi = 0,041w - 19,6

Fonte: PEREIRA, 1985.

No que se refere forma da rea de contato do pneu com a superfcie e

distribuio da presso, antigas hipteses simplificadoras ainda hoje so consideradas e

adotadas.

Burmister e outros autores de trabalhos sobre a teoria das camadas elsticas,

seguindo os estudos iniciados por Bousinesq no final do sculo passado, modelaram que a

presso de contato tem valor igual presso de enchimento e distribui-se uniformemente

sobre uma rea de contato de formato circular. A base desta concepo foi a teoria das

membranas, segundo a qual uma estrutura sem rigidez flexo, ao ser inflada e colocada em

contato com uma superfcie plana, produz uma presso de contato igual de inflao,

uniformemente distribuda numa superfcie circular (FERNANDES JR., 1994). O Highway

Engineering Handbook, organizado por K. B. Woods em 1960, tambm indica que consenso

comum de que a presso de contato uniforme e igual em valor presso de inflao e que a

mesma atua sobre uma rea circular (MARSHEK et al., 1986a).

Muitos pesquisadores dedicaram-se ao estudo da distribuio da presso de

contato. Um dos estudos mais importantes foi desenvolvido na Universidade do Texas atravs

do qual obteve-se experimentalmente a distribuio de presses de pneus de caminhes

carregados em vrios nveis de carga e presso de inflao, com o uso de um filme sensvel

presso. Estes dados foram utilizados para melhor determinar os efeitos, o valor e a forma da

27

rea de contato bem como a distribuio de presses, tenses, deformaes e deslocamentos

em pavimentos (MARSHEK et al., 1986b).

Vrios estudos tericos e experimentais desenvolvidos nos ltimos anos tem

confirmado que a presso de contato no igual presso de enchimento nem se distribui

uniformemente sobre uma superfcie circular. FERNANDES JR. (1994) informa que a

superfcie de contato aproxima-se da elipse (pneus de lonas) ou retngulo (pneus radiais) a

medida que a carga por eixo aumenta ou a presso diminui. Segundo SOUZA (1980), a rea

de contato entre um pneu carregado e uma superfcie pavimentada aproximadamente

elptica para pneus novos com presso de enchimento e carga mximas recomendadas e, para

pneumticos usados com cargas alm da mxima recomendada, a rea de contato

aproximadamente retangular.

MEDINA (1997) relata que D. J. Van Vuuren realizou em 1974 ensaios de

compresso em 6 tipos de pneus, obtendo uma relao mdia entre a presso de contato q e a

presso de inflao p em kPa.

q 0,66p 145= + (2.4)

Observa tambm que acima de 393 kPa (57 psi) as presses de contato so

menores do que as de inflao.

A forma, o valor e a distribuio da presso de contato uma questo com certo

grau de complexidade e de difcil generalizao. Muitos fatores influenciam as

determinaes: carga por eixo, presso de enchimento, tipo, tamanho e estado do pneu,

velocidade, etc.

No Cap. 5 apresentam-se os resultados de determinaes experimentais de

presses de contato e a relao obtida com a presso de enchimento.

2.2.2 Principais Efeitos

28

A maioria dos autores pesquisados adotam o Fator de Equivalncia de Cargas -

FEC para medir os efeitos da variao da presso de enchimento sobre o desempenho dos

pavimentos. Via de regra, quando se utiliza o critrio do trincamento da camada de

revestimento por fadiga, deve-se considerar como resposta estrutural a deformao especfica

na fibra inferior do CA provocada por tenses de trao. No critrio da deformao

permanente devido s trilhas de rodas, a resposta do pavimento a deformao vertical no

topo do subleito provocada por tenses de compresso.

Considerando a fadiga do revestimento asfltico, ao aumentar-se a presso de

inflao de 563 kPa (80 psi) para 844 kPa (120 psi), pode haver uma variao de at duas

vezes no FEC, ou seja, a vida de um pavimento reduz-se metade (FERNANDES JR., 1994).

Outros estudos desenvolvidos pelo citado autor revelam que o mesmo acrscimo de presso

de enchimento ocasiona uma elevao da ordem de 6,0% nos custos de manuteno e

construo de pavimentos.

O peridico Truck Operating Characteristcs, publicado pelo TRB, comenta que

elevadas presses de inflao contribuem com a reduo da vida de um pavimento. Em

pavimentos rgidos o efeito da presso de inflao sobre a fadiga muito pequeno, porm nos

flexveis o efeito muito grande. Um acrscimo de 140 kPa (20 psi) na presso de

enchimento pode aumentar os danos devido fadiga em torno de 200 a 300% (TRB, 1997).

Pesquisas desenvolvidas entre 1987 e 1988 indicam que para um eixo simples

com rodado duplo, carregado com 89 kN (20.000 lb) atuando sobre um pavimento espesso,

caracterstico da maioria das rodovias dos EUA, h um aumento de 15% no FEC quando varia

somente a presso de inflao de 517 kPa (75 psi) para 689 kPa (100 psi) (Fig. 2.2)

(NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1990).

29

0,95

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

75 80 85 90 95 100 105 110

Pre ss o de Enchim e nto - ps i

FEC

FIGURA 2.2 - Variao do FEC em Funo dos Diferentes Nveis de Presso de Enchimento

Fonte: NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1990

SEBAALY (1992) ao comparar os efeitos de um rodado duplo (11R22,5) com um

simples extralargo (385/65R22,5), considerando distribuio no-uniforme de presso de

contato, concluiu que a mais significante deformao devido a tenses de trao na base do

revestimento ocorre juntamente com o maior nvel de carga por eixo. Os incrementos

mximos das referidas deformaes especficas foram de 5 e 10% para eixos com pneus

duplos e simples, respectivamente, quando a presso aumenta de 724 kPa (105 psi) para 896

kPa (130 psi) em um tpico pavimento delgado.

A presso de inflao tem efeito significante no valor crtico da deformao de

trao na base do CA, sendo a mesma determinante no s para o valor mas tambm na

localizao da deformao mxima de trao relativa largura da rea de contato do pneu

com o piso. Pneus inflados ao mximo produzem maiores deformaes prximas ao eixo do

pneu e presses baixas provocam deformaes mximas junto s bordas laterais. Nos

revestimentos espessos (de 5 a 10 cm) o efeito da presso de enchimento no significativo

na deformao por compresso no topo do subleito e, conseqentemente, na formao da

trilha de roda (MARSHEK et al. 1986b).

30

GKTAN e MISTSCHKE (1995) concluem em seus estudos que, quanto maior

for a presso de contato, mais rapidamente configuram-se as trilhas de rodas provocadas por

veculos pesados.

Por seu turno, KIM et al. (1989) determinaram que o maior defeito em

pavimentos provocado pelo aumento da presso de inflao o trincamento por fadiga. Os

autores calculam que um aumento na presso de inflao de 552 kPa para 690 kPa (80 para

100 psi) pode representar um acrscimo de 40 a 60% no FEC. Referem tambm que a

percentagem de aumento na deformao permanente da camada asfltica aproximadamente

a mesma do aumento da presso de inflao nos pneus dos veculos pesados.

HUHTALA et al.(1989) em pesquisa sobre os efeitos da presso de inflao de

pneus radiais informam que, ao aumentar a presso de inflao em 20%, os efeitos danosos,

avaliados por medidas de deformaes especficas, experimentam um incremento de 1,1 a 1,4

vezes.

Entretanto, pesquisa desenvolvida na Federal Highway Administration - FHWA,

Pavement Testing Facility, mostra que a presso de enchimento tem pequeno efeito nas

respostas do pavimento ensaiado em vrios nveis. O aumento da presso de 524 kPa (76 psi)

para 965 kPa (140 psi) repercute somente em 2 a 10% de aumento na deflexo superficial e

deformao de trao na base da camada de CA (BONAQUIST et al., 1989).

Existe um consenso entre os construtores de pneus e engenheiros rodovirios de

que a alta presso nos pneus reduz a rea de contato com o revestimento, de modo que o peso

por roda distribudo sobre uma rea menor. O incremento das presses de inflao ajuda a

reduzir a vida do pavimento, aumentando a incidncia de trincas e de deformaes

permanentes provocadas por trilhas de roda.

Durante o uso, o rolamento dos pneus sobre o revestimento e outros atritos

provocados por ao dos freios ocasionam a elevao da temperatura que, por sua vez, eleva a

presso de inflao. Pneus de lonas aquecidos podem ter presses de 69 kPa a 138 kPa (10 a

31

20 psi) maiores do que a normal. Para pneus radiais quentes, a presso pode elevar-se de 35

kPa a 104 kPa (5 a 15 psi) (NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1990).

Atualmente, esto em andamento pesquisas para avaliar o desempenho do uso de

um sistema embarcado para regulagem da presso dos pneus (Central Tire Inflation - CTI), e

adoo de baixas presses nos pneus, principalmente no transporte de madeira no Canad em

rodovias no-troncais (DAVIES et al., 1997 e DOUGLAS, 1997a). Estudos similares foram

desenvolvidos entre 1987 e 1991 nos EUA, sendo os resultados significativos: no houve

acrscimo sensvel no consumo de combustvel, foram reduzidos os desgastes nos pneus e a

deteriorao de rodovias no-pavimentadas, o conforto e a dirigibilidade aumentaram e os

impactos sobre os caminhes e cargas diminuram. (FERNANDES JR., 1994).

A bibliografia examinada permite constatar que h um acrscimo generalizado na

presso de enchimento dos pneus praticada por transportadores. Por este motivo, os Fatores

de Equivalncia de Cargas - FEC, derivados do AASHO Road Test, com valores de presso

de inflao de 517 a 552 kPa (75 a 80 psi), adotados nos EUA e Brasil esto, provavelmente,

inadequados e necessitando de uma adaptao.

2.3 Tipo de Pneu

Pneus so estruturas fabricadas com borracha natural ou sinttica, cuja finalidade

suportar e distribuir o PBT e viabilizar a trao e a frenagem de veculos rodovirios atravs

de foras que se desenvolvem na interface de contato com a superfcie de rolamento.

Os pneus, tambm designados como pneumticos, so montados em aros metlicos

formando a roda. Os pneus desmontveis foram produzidos a partir de 1895 pelos irmos

Michelin, na Frana.

As principais partes componentes de um pneu bem como a funo e a nomenclatura de

cada uma esto descritas e ilustradas de acordo com a Fig. 2.3.

32

FIGURA 2.3 - Corte Transversal em um Pneu Tpico Fonte: Goodyear, 199-a

BANDA DE RODAGEM a parte do pneu que entra em contato com o piso. constituda por um composto especial de borracha cuja funo principal proporcionar capacidade de trao e resistncia ao desgaste, CINTAS AMORTECEDORAS so cordonis de ao que aumentam a robustez do pneu radial, estabilizam a banda de rodagem e a protegem contra furos, COSTADOS ou Flancos so construdos para flexionar e evitar quebras provocadas pelo esforo que so submetidos durante a operao. Devem resistir temperatura e proteger a lona, LINER em pneus com cmara isola os cordonis da lona, protegendo-os da oxidao. Nos pneus sem cmara tem tambm a funo de substituir a cmara, impedindo a fuga do ar, TALO os tales so feitos com arame de ao de alta resistncia, enrolados em forma contnua. O talo o principal elemento estrutural no plano de rotao do pneu, sua funo assegurar a fixao do conjunto no aro e, CARCAA formada por lonas de tecido sinttico impregnado em borracha. Esta parte do pneu deve ser bastante resistente para amortecer os golpes e suportar a presso de inflao. Cada lona colocada sobre a outra com os cordonis em sentido diagonalmente oposto lona anterior. A carcaa, em pneus radiais est constituda por uma nica lona, composta de cordonis de ao dispostos transversalmente, de talo a talo.

As caractersticas de segurana dos pneus, particularmente para caminhes e nibus

devem atender s normas da Associao Brasileira de Normas Tcnicas - ABNT: NBR N.

6088 (EB-932-Parte II) - Pneus Novos de Camionetas, Micro-nibus, Caminhes, nibus e

Seus Rebocados e NBR N. 6089 (EB-932-Parte III) - Pneus Reformados para Automveis,

Camionetas de Uso Misto, Camionetas, Micro-nibus, Caminhes, nibus e Seus Rebocados.

33

Deve-se atender tambm a Resoluo N. 558/80, de 15 de abril de 1980, do CONTRAN

(1980) que trata da Fabricao e Reforma de Pneumtico com Indicadores de Profundidade.

Um dos itens mais importantes para preservar a segurana e as caractersticas de

trao e aderncia do pneu sobre a pista a definida pelo Art. 4 da citada Resoluo: Fica

proibida a circulao de veculo automotor equipado com pneu cujo desgaste da banda de

rodagem tenha atingido os indicadores ou cuja profundidade remanescente da banda de

rodagem seja inferior a 1,6 mm.

Dois tipos de pneus so usados por veculos rodovirios: os pneus de lonas e os

radiais. O pneu de lonas tambm chamado de convencional ou ainda diagonal. A diferena

bsica entre um pneu convencional e um radial est principalmente na disposio dos

cordonis das lonas da estrutura e na existncia de cinturas que envolvem toda periferia dos

radiais. O pneu diagonal, possui uma estrutura constituda de lonas txteis cruzadas, umas em

relao s outras, cujos cordonis formam ngulos que variam em funo das deformaes.

No pneu radial, a estrutura resistente constituda de lonas cujos cordonis de ao esto

dispostos paralelamente e no sentido radial. Esta estrutura complementada por um conjunto

de cintas amortecedoras que envolvem toda periferia do pneu sob a banda de rodagem e que

mantm inalterada a circunferncia externa durante a operao.

O termo CAP Lonas, inscrito nos flancos dos pneus de lonas indica a capacidade

de carga do pneu e no necessariamente o seu nmero de lonas (FRAENKEL, 1980).

Na Fig. 2.4 pode-se observar as diferenas entre o arranjo de lonas de pneus

convencionais e radiais e ainda a presena de cinturas nos radiais.

34

FIGURA 2.4 - Configurao de Pneus Diagonais e Radiais

Fonte: PIRELLI, 199-

De acordo com o que foi visto na Seo 2.2, observa-se um crescimento no uso de

pneus radiais. Esta tendncia importante para pavimentos e transportadores. Estudos

desenvolvidos por Roberts e Rosson em 1985 indicam que pneus convencionais tem uma

superfcie de contato muito desuniforme e, por este motivo, altas concentraes de tenses

podem ocorrer, atingindo at 1378 kPa (200 psi) (KIM et al.,1989). Estas consideraes

permitem concluir que danos provocados por pneus radiais so menores do que os

ocasionados por convencionais, para uma mesma presso de inflao.

FIGURA 2.5 - Efeitos da Fora Lateral Aplicada ao Pneu

Fonte: GOODYEAR, 199-b

Os costados dos pneus convencionais so relativamente rgidos e no flexionam o suficiente para absorver o esforo lateral. O pneu radial adere melhor a superfcie da rodovia porque a atuao da banda independente da movimentao dos costados.

A evoluo tecnolgica aplicada na fabricao de pneus radiais permite destacar as

seguintes vantagens em relao aos convencionais: maior quilometragem; menor resistncia

35

ao rolamento, resultando em economia de combustvel; carcaa mais flexvel o que oferece

mais estabilidade e controle. Em contrapartida o preo do pneu radial maior. A maior

estabilidade apresenta uma reduo da largura da faixa das trajetrias de rodas fazendo com

que as cargas repetidas fiquem mais concentradas (FERNANDES JR., 1994).

Segundo informaes levantadas junto aos fabricantes de pneus no Brasil,

recentes avanos tecnolgicos tem viabilizado o uso de pneus radiais sem cmara com

vantagens sobre os radiais com cmara: menor temperatura e peso, eliminao dos anis

removveis e menor nmero de itens para estocar (GOODYEAR, 199-a). Normalmente os

pneus sem cmara so construdos com os flancos rebaixados numa relao altura/largura do

pneu entre 0,65 e 0,90, condio que confere ao veculo melhor estabilidade nas curvas e

desgaste mais uniforme.

O tamanho e o tipo de fabricao do pneu esto caracterizados por uma

conveno internacionalmente praticada. O primeiro nmero designa a largura do pneu em

polegadas. A presena da letra R caracteriza o tipo de construo radial e o ltimo nmero o

dimetro do aro ou o dimetro interno do pneu em polegadas. Para pneus com relao

altura/largura menor do que 1,0 substitui-se a largura em polegadas pelo mesmo valor em

milmetros mais um travesso seguido de um nmero varivel de 65 a 90, indicador da

percentagem do rebaixamento (HUHTALA, et al., 1989). Por exemplo:

9.00x20 pneu convencional com 9 polegadas de largura nominal da seo e aro com

dimetro nominal de 20 polegadas; 10.00R22,5 ou 10R22.5

pneu radial com 10 polegadas de largura nominal da seo e aro com dimetro de 22,5 polegadas e,

295/80R22,5 pneu radial com 295 milmetros de largura nominal da seo, com 80 de

quociente percentual entre altura e largura da seo e aro com dimetro nominal de 22,5 polegadas.

PEREIRA (1985), em levantamento efetuado na BR/277, trecho Curitiba - Paranagu

em 1979, constatou que os tamanhos pr