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Curso: Tribologia - Atrito, desgaste e lubrificação. Tribologia - ferramenta de

caracterização e de desenvolvimento de pavimentos cerâmicos

Instituto de Materiais Cerâmicos – IMC/UCS

Telefones: (51) 3634-1100 / (54) 3218-2631.

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Data: 18/04/2017

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Ari Nardello Dr. Eng.

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Engenheiro de Testes / Test Engineer

Fras-le Campo de Provas / Fras-le Proving Ground

Divisão Autopeças / Autoparts Division

http://www.empresasrandon.com.br/

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mailto:[email protected]

Campo de Provas - Randon

Campo de Provas - Pistas

Criado em 2010, o Campo de Provas Randon é um centro de testes por excelência,

localizado em Farroupilha, RS, Brasil, em uma área de 87 hectares, conta com 18

pistas, totalizando 15 quilômetros, 2 km dos quais de pista reta e totalmente

plana, onde são reproduzidos os mais diferentes tipos de pavimentos e irregularidades

específicas para realização de testes nas mais variadas condições.

5Fras-le S.A.

Divisão Autopeças

Autoparts Division

Pinos, buchas e componentes em geral

Ensaio de resistência mecânica:

Ancoragens de cintos de segurança

Engates e acoplamentos

Campo de Provas - Laboratório

LEVANTAMENTO E CARACTERIZAÇÃO DO ESTADO DA SUPERFÍCIE DE ESTRADAS

DA REGIÃO SUL DO BRASIL PELA DENSIDADE ESPECTRAL DE POTÊNCIA

Trabalho de Pesquisa, Doutorado

Parceria da Pesquisa: Universidade Federal do Rio Grande do Sul

ORIENTADOR: Prof. Dr. Alberto Tamagna - UFRGS

O objetivo geral desta pesquisa é, em primeiro lugar, gerar conhecimento

tecnológico e subsídios técnicos, através daquilo que cada perfil de pista possui de

informação contida na sua amplitude e comprimento de onda (λ), bem como

classificar diferentes perfis de rodovias da Região Sul do Brasil.

Objetivos específicos:

Medir perfis de estradas através de um perfilômetro;

Classificar os perfis das rodovias medidos, segundo uma Norma;

Classificar os perfis medidos, por trechos de rodovia, por rodovias, região, por

estados e até por país;

Calcular a Densidade Espectral de Potência (PSD) de cada perfil medido através

do algoritmo da FFT (Fast Fourier Transformer), método estatístico;

Difundir informações sobre a qualidade dos perfis dos pavimentos da malha

rodoviária do sul do país (RS, SC e PR);

Subsidiar conhecimentos para empresas produtoras de veículos (automóveis e

veículos comerciais), na utilização desses dados para auxílio ao

desenvolvimentos;

Servir de instrumento de diagnóstico a gestão da rede rodoviária do país, mais

especificamente, nas regiões abordadas;

Identificar pontos críticos nas estradas, não com foco na qualidade e

geometria das rodovias, mas sim, nas respostas que os pavimentos dão aos

veículos;

Através do cruzamento de informações da dinâmica veicular com as PSD’s dos

pavimentos prever velocidades permissíveis nas rodovias;

Fomentar estudos para gerar aplicabilidade em cálculos estruturais no domínio

da frequência;

Constituir um histórico de informações rodoviárias do país.

km %

Ótimo 14.960 41,6

Bom 9.906 9,8

Regular 35.620 35,4

Ruim 10.203 10,1

Péssimo 3.074 3,1

Total 100.763 100

PavimentoExtensão Total

► Histórico total de rodovias: 1.720.607 km;

► Estradas pavimentadas: 213.299 km (12,5%);

► Pesquisa CNT de Rodovias (2015): 100.763 km;

► Quantidade de corredores principais: 27.796 km

Alguns Índices Gerais

► Índice de competitividade: Índice de classificação que avalia a infraestrutura

das rodovias brasileiras; (2.7, posição 121º de 140 países avaliados.)

► Rodovias federais e principais rodovias estaduais pesquisadas em 2015:

100.763 km) e a evolução da pesquisada desde 1995 a 2015;

► Nos últimos dez anos, a extensão da malha rodoviária federal pavimentada

cresceu 14,7%, (58,2 p/ 66,7 mil km - 10 anos);

► O crescimento do número de veículos, nos 10 anos, foi de 118,7%;

► Acidentes em rodovias federais aumentou 77,9% nos últimos 10 anos.

Perfil de Pistas

É considerado um sinal randômico de banda larga e pode ser descrito pelo seu próprio perfil

ou por suas propriedades estatísticas. A rugosidade de uma pista é descrita pela irregularidade

do perfil ao longo da trajetória do veículo, segundo Gillespie at al. (1980).

Significado: Numa definição de irregularidade de pavimentos, quem melhor define é a norma

brasileira DNER PRO 164/1994.

“É o desvio da superfície da rodovia, em relação a um plano de referência, que afeta a

dinâmica dos veículos, a qualidade do rolamento e as cargas dinâmicas sobre a via, que

atrapalha o rolamento rápido e suave dos veículos, gerando insegurança e onerando os

usuários, além de acelerar a degradação do pavimento”.

Objetivo do perfil: O pavimento é desenvolvido

para resistir aos esforços oriundos das ações do

tráfego, proporcionar rolamento rápido, seguro,

econômico e confortável para todos os tipos de

veículos que lá transitarem.

► A função PSD foi inicialmente desenvolvida para caracterizar sinais de

voltagem, na engenharia elétrica, onde era amplitude da voltagem ao

quadrado pela frequência (V²/Hz);

► Um processo randômico não pode ser previsto no tempo e sua amplitude,

somente pode ser escrita, através de médias estatísticas. Para a

reconstrução de um sinal desta natureza é utilizada a função Power Spectral

Density (PSD), que é a distribuição da variância do perfil como uma função do

número de ondas, cuja unidade é ciclos/m.

► Várias definições existem como se obter a Densidade Espectral de Potência

(PSD) de um sinal aleatório, como: via função de correlação, via filtragem

analógica, pelo método numérico de Dodds & Robson e pelo algoritmo da FFT,

que será aplicado aqui nesta pesquisa. Maiores detalhes sobre o

desenvolvimento algébrico de uma PSD, nas referências de Julius & Piersol

(1971).

► O resultado da PSD, aqui calculada, é em [m²/(ciclos/metro)] no eixo do Y e

[ciclos /metro] no eixo do X que corresponde a comprimentos de onda de 0,01

a 16 ciclos/m (0,062 m a 100 m).

Densidade Espectral de Potência (PSD)

A Norma ISO 8608:1995 determina como se classifica perfis de pistas

através da Densidade Espectral de Potência (PSD). Especifica como os perfis

medidos devem ser reportados, compilados e filtrados para se enquadrarem nos

quistos que a mesma determina.

Resultados conforme interpretação da Norma

No anexo A: Recomendações de apresentação gráfica de perfis coletados mas

não mandatórios.

No anexo C: Determina famílias de curvas que relaciona frequência espacial

com frequência temporal, em bandas de oitavas.

No anexo D: Apresenta o método e requisitos para calcular uma PSD através do

algoritmo Fast Fourier Transform (FFT). A saída espectral sempre é em potência

de dois (...16, 32, 64...) e é recomendável que o número de amostras, por bloco,

seja múltiplos aproximados. A saída corresponde a média da soma das raias

espectrais de cada bloco.

S(n): Coeficiente de rugosidade;

no: frequência espacial de referencia

(0,1ciclos/m);

W1 e w2: constantes em função do tipo

de superfície.

S(n)= S(no).(n/no)^-w (Mira e Dodds &

Robson)

No anexo B: Determina a equação geral para a geração das curvas de

caracterização das PSD’s. Em cima de cada curva determina a classificação de

cada perfil que vai desde a curva A (que classifica um pavimento Muito Bom) a

curva F (classifica um pavimento Péssimo), para pavimentos asfálticos e as curvas

G e H são para estradas não pavimentadas.

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m²/

(cic

los/

metr

o)

(ciclos/metro)

Curvas de Referência da Norma ISO 8608:1995

GHFED

CBA

Classe S(no) w Classificacão

H 5,70E-03 2 -

G 1,50E-03 2 -

F 2,70E-04 2 Péssimo

E 6,20E-05 2 Muito Ruim

D 1,70E-05 2 Ruim

C 4,20E-06 2 Médio

B 1,20E-06 2 Bom

A 2,40E-07 2 Muito Bom

Apresentação 21_06_2016.pptx

Apresentação 21_06_2016.pptx

Condição IRI (m/km)

Boa 1,0 – 3,5

Regular 3,5 – 4,5

Ruim > 4,5

Tabela 2.3 - Tabela de correlação entre IRI e Condição do pavimentoTabela 2.3 - Tabela de correlação entre IRI e Condição do pavimentoTabela 2.3 - Tabela de correlação entre IRI e Condição do pavimento

Tabela de correlação entre IRI e Condição do pavimento

Correlação entre IRI e a condição da superfície

Índice de Irregularidade Internacional – (IRI)

índice mundial que traduzisse, de maneira clara e objetiva, o estado de

irregularidade de uma superfície. A escolha desses Autores foi o IRI (International

Roughness Index). [Sayers, Gillespie e Queiroz, 1986].

• Conforto dos usuários;

• Forças dinâmicas das rodas

aplicadas pelos veículos

comerciais;

• Condição global da superfície.

Perfilômetros ou perfilógrafos, equipamento que passado sobre uma

determinada superfície gera uma saída relacionada com o perfil da mesma. Um

perfil verdadeiro é uma questão de resolução e exatidão dos equipamentos

utilizados. Quanto mais exato e sensível o equipamento, mais próximo, o perfil

medido aproxima-se do verdadeiro, comenta Barella (2008).

► Ponto de referência;

► Altura em relação ao ponto de referência;

► Deslocamento longitudinal.

Equipamento medidor de perfil

Perfilômetros Inerciais - Principais limitações

► Presença de sujeira na parte inferior dos módulos laser;

► Uso do equipamento em cursos maiores que o permitido devido aos solavancos;

► Frenagens ou acelerações muito bruscas ou alteração na aceleração vertical não

provocada pelo pavimento;

► Erro de aliasing que consiste na inadequação da frequência de medição do

equipamento em relação a determinados comprimentos de onda ;

► Erro de rolagem em curvas provocando deslocamentos desiguais e não sendo

compensadas pelo sistema dinâmico do perfilômetro e somando ao perfil;

► Não executar na frequência indicada pelo fabricante as verificações do

equipamento, antes de dar início a uma medição;

► Não respeitar a velocidade mínima e máxima do veículo para o uso do equipamento;

► Realizar medições com a pista úmida ou chovendo.

CiberShell

Softwares utilizados no equipamento

► Módulos de medição a laser: compostos por um

gerador laser e receptor do sinal laser;

► Hodômetro: sensor de pulsos (encoder);

► Hub: unidade eletrônica do perfilômetro;

► Barra de alumínio com suporte para fixação dos

módulos;

► Software para medição e processamento dos

sinais.

CiberLogger

Instalação do equipamento no veículo

► Fixar barra de alumínio ao veículo e módulos a barra;

► Fixar o hodômetro ao cubo da roda;

► Abrir o software CiberLogger;

► Fazer o zeramento dos módulos lasers;

► Ajustar a constante de deslocamento longitudinal;

► Equipamento ajustado com filtro FPBa de 0,01 a 80

Hz de frequência de corte.

► Velocidade entre 30 a 80 km/h e o mais constante possível;

► Não é recomendado o uso chuva e muita poeira;

► Evitar frenagens bruscas e manobras repentinas;

► Fazer verificações intermediarias de integridade.

Recomendações de uso do equipamento

A) Calibração estática

Ajustes das alturas e deslocamentos da barra, zeramento do sensores

lasers e acelerômetros. Ajuste do deslocamento longitudinal.

1) Teste do balanço: Para verificações intermediárias (pseudo estática).

Calibração do equipamento

B) Calibração dinâmica

1) Teste do equipamento em

laboratório.

Peças medidas

Perfil teórico de obstáculos

PSD perfil obstáculos2) Pista de Obstáculos

PSD perfil pista de whasboard

3) Pista de whasboard

Esta pista contempla um perfil de diferentes blocos de comprimento de onda,

desde 0,4 m a 1,6 m.

Pista de whasboard

Perfil

teórico

X perfil

medido

Perfil

teórico

O software nCode DesignLife

O software CatmanAP

Softwares utilizados

Configurações do modo de cálculo da PSD - nCode

A) Frequency Spectrum: Power

Spectral Density

B) AveragingMethod: Linear

C) WindowType: Hanning

D) BufferSize: 32.768

E) WindowPower: 1,63²

F) BufferOverlap: 67%

G) DataNormalization: buffersize

H) IncludeZeroPaddedBuffers: off

G) DataNormalizationH) IncludeZeroPaddedBuffers

O objetivo da pesquisa foi a exploração das rodovias da Região Sul do

país, através dos três estados integrantes (RS, SC e PR).

A escolha dos locais a serem medidos, foi através de uma pesquisa,

parte prática e parte teórica, as quais, juntas seriam as mais apropriadas

para serem medidas, visto que a medição é amostral e não seria possível

na sua totalidade.

Regiões mais expressivas;

Rotas de escoamento;

Rodovias de maior impacto econômico;

Rodovias de maior trafegabilidade.

Definição das rotas a serem medidas

1) Definição das rotas através de uma Pesquisa Prática

O que não foi possível presencialmente fez-se através de distribuidores e

clientes conhecedores de cada região.

Critérios de avaliação para compor a pesquisa.

► Principais rotas de escoamento de pessoas;

► Participação do mercado;

► Histórico pós-vendas frente aos problemas de campo de veículos combinados;

► Coleta de informações junto a distribuidores e clientes de cada região do Brasil;

► Estradas Federais: Rodovias que permitem a intercomunicação entre os

centros administrativos estaduais ou federais, ou destes com regiões distantes,

possibilitando o acesso rápido a portos e regiões fronteiriças;

► Estradas Estaduais: Vias que interligam uma porção mais restrita do território.

► Estradas Municipais: Rodovias que interligam as localidades de um município e

vicinais.

2) Definição das rotas através de pesquisa teórica

► O VDM representa a quantidade de veículos de passeio, comerciais e combinações

veiculares que trafegam nas rodovias diariamente. A importância do VDM é para garantir

qualidade nas estradas (manutenção, segurança e fluidez) e, consequentemente, conforto

aos usuários.

► O objetivo de buscar o VDM de rodovias foi com o intuito de conhecer as rodovias que

apresentassem o maior fluxo rodoviário com maior trafegabilidade.

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

20 30 101

129

153

244

244

287

287

290

290

293

293

324

324

330

401

415

444

452

453

453

453

463

468

468

470

533

536

630

709

711

VD

M

Rodovias RS

VDM Anual - Estado do Rio Grande do Sul

2010 2011 2012 2013

Rotas para serem medidas

Referencial A Referencial B Rota Distância (Km)

Rio Grande Pelotas BR392 162

Pelotas São Sepé BR392 205

São Sepé Santa Maria BR392 180

Santa Maria Cruz Alta BR392 - BR158 229

Cruz Alta Santa Rosa RS342 - BR285 - RS344 145

Santa Rosa Tenente Portela RS344 - BR472 - RS472 - BR468 122

Uruguaiana São Sepé RS377 - BR290 - BR158 391

São Sepé Porto Alegre BR290 -BR116 240

Pelotas Porto Alegre BR116 254

Porto Alegre Caiçara BR116 - BR386 - BR158 - RS150 442

Caiçara Mondaí RS150 23

Vacaria Porto Alegre RS122 220

Erechim Mariano Moro RS153 - BR153 51

Osório Passo de Torres BR101 100

Farroupilha Passo Fundo RS324 200

Porto Alegre Lages BR116 378

Rio Branco Ibiraiaras RS470 153

Distância Total: 3.495 km


Lages Mafra BR116 - BR477 426

Passo de Torres Garuva BR101 467

Mariano Moro General Carneiro BR153 - SC451 119

Mondaí Barracão BR163 - BR386 - SC386 - SC163 124

Cacador Pato Branco SC350 - BR470 - SC120 169



Barracão Capanema BR163 - PR163 84

Foz do Iguaçu Prudentópolis BR277 - BR163 - BR373 444

Prudentópolis Ponta Grossa BR376 - BR373 - BR153 98

Ponta Grossa Curitiba BR376 117

Prudentópolis Curitiba BR277 - BR376 205

General Carneiro Curitiba BR476 - BR153 - BR280 311

Mafra Curitiba BR116 113

Garuva Curitiba BR101 - BR376 89

Ponta Grossa Alto do Amparo BR376 - BR153 50

Alto do Amparo Santo Antônio da Platina BR153 206

Ponta Grossa Jaguariava PR011 - PR151 120

Jaguariava Santo Antônio da Platina PR151 - PR092 - BR153 141

Santo Antônio da Platina Ourinhos BR153 40

Alto do Amparo Apucarana BR376 206

Apucarana Ourinhos PR170 - BR369 - PR986 213

Apucarana Maringá BR376 - BR369 - PR376 - R276 61

Maringá Campo Mourão PR317 - BR369 - BR158 87

Maringá Paranavaí BR276 - PR218 67

Curitiba BR 116 divisa PR/SP BR116 100

Curitiba Paranaguá BR277 88


Rotas RS

Rotas SC

Rotas PR

Quilômetros previstos: 7.640 km

Rodovias que foram selecionadas como parte da síntese da pesquisa teórica e prática, na

região Sul do país. Detalhamento das rotas que representa o resultado do cruzamento das

regiões mais agricultáveis e de circulação com o maior VDM, por rodovia.

A representação dessas rotas podem ser vistas na Figura abaixo. Algumas medições

adicionais, nos estados de SP, MS, MG e MT fizeram parte do banco de dados das rotas

previstas (APÊNDICE B).

Rotas previstas

A Região Sul possui 17.829 km de rodovias, quantidade de quilômetros pesquisados

pela CNT e 6.328 km de estradas foram coletados que correspondem a 35,5% das

rodovias dos três estados. O veículo utilizado foi o que segue nas figuras;

Cada trecho medido, foi segmentado em trechos de um quilômetro e calculada a sua

PSD correspondente;

PSD’s de trechos longos mascaram resultados;

A coleta de dados foi feita em trechos de (10 a 50) km, no máximo, devido ao

tamanho dos arquivos e pelas dificuldades de processamento.

.

Coleta de dados na Região Sul do Brasil

PSD Geral das estradas da Região Sul do País que corresponde a soma de todos os trechos

das rodovias medidas, totalizando 6.328 km.

Entre os pontos 1 e 2, os comprimentos de onda variam de 0,3 a 16 m, e, segundo a

Norma, as estradas são classificadas como Boas e Muitos boas. (entre as faixas A e B).

No intervalo entre 0 e 1 os comprimentos de onda variam de 16 a 100 m que classificam as

estradas como Médias e Ruins.

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m²

/ (c

iclo

s/m

etr

o)

(ciclos/metro)

PSD da Região Sul do Brasil, equivalente a 6.328 Km e Curvas da Norma ISO 8608

PSD dos 6.328 km

1

2

0

FEDCBA

PSD de Média Geral

Norma DNIT nº 005/2003 – TER

Norma DNIT nº 006/2003 – PRO



CNT (2015)

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m² /

(ci

clos

/met

ro)

(ciclos/metro)

PSD's Referente a 250 km de rodovia - BR116 - RS

F ED

CBA

PSD média

Segue no gráfico PSD’s correspondentes a 250 km na BR116 e as curvas da Norma. Pelos

resultados da figura mencionada, vê-se a grande variabilidade que estes 250 km de rodovias

possuem, através das PSD’s calculadas por segmentos de 1 km.

Análise das PSD’s por comprimento de onda

Total (Km)

6.328

H G F E D C B A

% % % % % % % %

1 128 0 0 0 3 19 40 29 9

2 64 0 0 0 2 21 58 19 1

3 32 0 0 0 0 4 64 32 0

4 16 0 0 0 0 1 18 69 12

5 8 0 0 0 0 0 6 49 45

6 4 0 0 0 0 0 4 29 67

7 2 0 0 0 0 0 5 29 66

8 1 0 0 0 0 0 4 20 76

9 500mm 0 0 0 0 0 5 16 78

10 250mm 0 0 0 0 1 7 24 67

11 125mm 0 0 0 0 3 12 42 43

12 62mm 0 0 0 0 4 17 52 27

0% 0% 0% 0% 4% 20% 34% 41%

XX

Pé

ssim

a

Pis

ta m

uito

boa

Pis

ta m

uito

rui

m

Pis

ta r

uim

Pis

ta m

édia

Pis

ta b

oa

Classificação das Rodovias

Comprimento de onda

(m)Linhas

Média Geral =

PSD’s como forma de análise dos perfis medidos. Soma das suas quilometragens,

resultando equivalente a uma longa rodovia de 6.328 km.

Dos 6.328 km de rodovias medidos, resultou que, 41% das rodovias analisadas pertencem

à faixa A, pistas muito boas, 34% de classificação B (pistas boas) e 20% de classificação C

(pistas médias), estendendo-se para as outras faixas com menor intensidade.

Análise dos perfis através de sua PSD: O Estado do Rio Grande do Sul possui 8.668

km de rodovias (federais e principais rodovias estaduais e municipais) pavimentadas,

conforme pesquisa CNT e foram medidos e analisados 3.257 km de rodovias diversas.

► Entre os pontos 0 e 1 - Estradas Tendência a serem médias.

► Entre os pontos 1 e 2 – Estradas Boas e Muito Boas.

► Acima do ponto 2 - tendência cte.

1) Estradas do Rio Grande do Sul – RS

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m²

/ (c

iclo

s/m

etr

o)

(ciclos/metro)

PSD do Estado do Rio Grande do Sul, equivalente a 3.257 Km

PSD média - 3.257 km

1

2

0

FEDCBA

CNT (2015)

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m² /

(ci

clos

/met

ro)

(ciclos/metro)

PSD's Referente a 47 km na BR290 - Entre Gravataí e o pedágio - RS

PSD média

FEDCBA

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m² /

(ci

clos

/met

ro)

(ciclos/metro)

PSD's Referente a 1 km na BR290 - RS

1 km de via 1 km de via

1

2

FEDCBA

Na Figura ao lado vê-se um trecho

de 47 km da BR290, trecho em

Gravataí - RS. As PSD’s revelam a

existência de ondulações nos

comprimentos de onda entre 0,2 a

0,5 ciclos/metro (ondulações de 2 a

5 m.

Na Figura ao lado vê-se 2 trechos

de 1km da BR290, trecho em

Gravataí RS. Duas PSD’s de 1 km,

camufladas dentro da Figura acima.

Verificase a grande variabilidade

num mesmo segmento de 47 km.

Análise das PSD’s por comprimentos de onda

1.Análise das PSD’s por comprimentos de onda

Total (Km)

3.257

H G F E D C B A

% % % % % % % %

1 128 0 0 0 3 16 42 31 8

2 64 0 0 0 2 17 58 21 1

3 32 0 0 0 0 4 59 37 0

4 16 0 0 0 0 0 15 72 12

5 8 0 0 0 0 0 4 51 44

6 4 0 0 0 0 0 3 31 66

7 2 0 0 0 0 0 4 30 65

8 1 0 0 0 0 0 4 20 76

9 500mm 0 0 0 0 1 5 15 79

10 250mm 0 0 0 0 2 7 23 68

11 125mm 0 0 0 0 4 11 39 46

12 62mm 0 0 0 0 4 15 51 30

0% 0% 0% 0% 4% 19% 35% 41%

XX

Pé

ssim

a

Pis

ta m

uito

boa

Pis

ta m

uito

rui

m

Pis

ta r

uim

Pis

ta m

édia

Pis

ta b

oa

Média Geral =


Comprimento de onda (m)Linhas

Todas as rodovias medidas foram somadas às suas quilometragens, resultando

equivalente a uma longa rodovia de 3.257 km.

Na média geral, segundo a classificação dos 3.257 km de rodovias medidos, resultaram

que, 41% das rodovias analisadas pertencem à faixa A, pistas muito boas, 35% de

classificação B (pistas boas), 19% de classificação C (pistas médias) e 4% de pistas ruins,

estendendo-se para as outras faixas com menor intensidade.

Análise dos perfis através de sua PSD: O Estado de Santa Catarina (SC) possui

3.165 km de rodovias (federais e principais rodovias estaduais e municipais) pavimentadas.

Foram medidos e analisados 1.136 km de diversas rodovias no estado de Santa.

► Entre os pontos 0 e 1 - Estradas Tendência a serem Médias e Ruins.



2) Estradas de Santa Catarina – SC

CNT (2015)1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m²

/ (c

iclo

s/m

etr

o)

(ciclos/metro)

PSD do Estado de Santa Catarina, equivalente a 1.136 Km


1

2

0

FEDCBA

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10m

² / (

cicl

os/

met

ro

(ciclos/metro)

PSD's - 38 km Rodovia SC350 - Caçador - SC

PSD Média

F EDCB

A

1

0

2

3

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m² /

(ci

clos

/met

ro)

(ciclos/metro)

PSD's - 250 km BR101 - Criciuma a Porto Belo - SC

F ED

CBA

PSD Média

0

1

2

Na Figura ao lado vê-se um trecho de

250 km de uma única rodovia, a qual

interliga boa parte do Brasil (BR101), cujo

trecho escolhido foi de Criciúma a Porto

Belo - SC.

Na figura ao lado vê-se um trecho de

rodovia de 38 km (SC350), em Caçador

no estado de SC. É uma rodovia de

classificação média em todos os

comprimentos de onda entre 0 a 2.

Acima de 2 o perfil é considerado muito

degradado e remendado

Todas as rodovias medidas foram somadas às suas quilometragens, resultando equivalente a uma longa

rodovia de 1.136 km.

Na média geral, segundo a classificação dos 1.136 km de rodovias medidos, resultaram que, 43% das

rodovias analisadas pertencem à faixa A, pistas muito boas, 29% faixa B (pistas boas), 21% de

classificação C (pistas médias) e 6% de pistas ruins, estendendo-se para as outras faixas com menor

intensidade.

1.Análise das PSD’s por comprimentos de onda


Total (Km)

1.135

H G F E D C B A

% % % % % % % %

1 128 0 0 0 5 27 42 20 6

2 64 0 0 0 2 29 57 11 0

3 32 0 0 0 0 5 74 20 0

4 16 0 0 0 0 0 23 70 7

5 8 0 0 0 0 0 5 55 40

6 4 0 0 0 0 0 2 26 71

7 2 0 0 0 0 0 2 23 74

8 1 0 0 0 0 0 1 13 86

9 500mm 0 0 0 0 0 3 13 84

10 250mm 0 0 0 0 1 9 21 69

11 125mm 0 0 0 0 4 13 37 46

12 62mm 0 0 0 0 6 20 42 32

0% 0% 0% 1% 6% 21% 29% 43%

XX

Pé

ssim

a

Pis

ta m

uito

boa

Pis

ta m

uito

rui

m

Pis

ta r

uim

Pis

ta m

édia

Pis

ta b

oa

Média Geral =



Análise dos perfis através de sua PSD: O Estado do Paraná possui 5.996 km de

rodovias (federais e principais rodovias estaduais e municipais) pavimentadas. Foram

medidos e analisados 1.935 km de diversas rodovias no estado do Paraná.

► Entre os pontos 0 e 1 - Estradas Tendência a serem Médias e Ruins.



3) Estradas do Paraná – PR

CNT (2015)1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m²

/ (c

iclo

s/m

etr

o)

(ciclos/metro)

PSD do Estado do Paraná, equivalente a 1.935 Km


1

2

0

FEDCBA

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1,00E+01

0,01 0,1 1 10

m²/

(cic

los/

m

(ciclos/m)

PSD's - 85 km PRC280 - Clevelância a Palmas - PR

PSD Média

F EDCBA

2

1

Segue no gráfico PSD’s correspondentes a 85 km da PRC280 e as curvas da Norma. Pelos

resultados da figura mencionada, vê-se a grande variabilidade dos 85 km de rodovias

possuem, através das PSD’s calculadas por segmentos de 1 km.


Todas as rodovias medidas foram somadas às suas quilometragens, resultando equivalência

a uma longa rodovia de 1.935 km.

A classificação geral, dos 1.935 km de rodovias medidos, resultou que 39% das rodovias

analisadas pertencem à faixa A, pistas muito boas, 36% de classificação B (pistas boas), 21%

de classificação C (pistas médias) e 4% de pistas ruins, estendendo-se para as outras faixas .

Total (Km)

1.935

H G F E D C B A

% % % % % % % %

1 128 0 0 0 2 17 38 31 13

2 64 0 0 0 1 21 57 20 1

3 32 0 0 0 0 3 64 33 0

4 16 0 0 0 0 1 19 65 15

5 8 0 0 0 0 1 10 41 48

6 4 0 0 0 0 0 7 29 64

7 2 0 0 0 0 0 7 30 63

8 1 0 0 0 0 0 5 23 72

9 500mm 0 0 0 0 0 5 20 74

10 250mm 0 0 0 0 1 5 28 66

11 125mm 0 0 0 0 2 12 49 37

12 62mm 0 0 0 0 2 18 60 21

0% 0% 0% 0% 4% 21% 36% 39%

XX

Pé

ssim

a

Pis

ta m

uito

boa

Pis

ta m

uito

rui

m

Pis

ta r

uim

Pis

ta m

édia

Pis

ta b

oa

Média Geral =



Análise dinâmica versus comprimento de onda

Passagem de um veículo sobre a PSD de um perfil: Resultado da multiplicação da

frequência espacial da PSD pela velocidade do mesmo, obtendo-se a frequência de

excitação do veículo (Hz), conforme Equação abaixo. Com o cruzamento da resposta em

frequência da suspensão do veículo, conforme Figura abaixo, com a frequência de excitação

do mesmo, em velocidade, serão obtidas informações de dirigibilidade sobre cada perfil.

Fonte: GILLESPIE (1992)

Na Tabela abaixo vê-se o resultado do cruzamento das informações, citadas anteriormente,

referentes ao comprimento de onda de diversos perfis de pistas.

Cruzando informações, frequência natural da suspensão, num perfil de comprimento de onda

de 2 m a uma velocidade de 80 km/h, por exemplo, surgem frequências de excitação nas

massas não suspensas dos eixos (m) do veículo anterior próximas à frequência natural da

suspensão (10,2 Hz). Vale também para a massa suspensa (M) com frequência natural = 10 Hz

As constatações foram feitas através do cruzamento das informações das PSD’s dos perfis

das pistas versus modelo numérico do veículo e outros exemplos podem ser vistos.

0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,15 0,3 0,36 0,5 0,6 1,0 4,0

100 30 20 14 11 9,1 6,7 3,3 2,8 2,2 1,7 1,0 0,3

40 0,1 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,7 3,3 4,0 5,0 6,7 11 44

50 0,1 0,5 0,7 1,0 1,3 1,5 2,1 4,2 5,0 6,3 8,3 14 56

60 0,2 0,6 0,8 1,2 1,5 1,8 2,5 5,0 6,0 7,5 10 17 67

70 0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2,1 2,9 5,8 7,0 8,8 12 19 78

80 0,2 0,7 1,1 1,6 2,0 2,4 3,3 6,7 8,0 10 13 22 89

90 0,3 0,8 1,3 1,8 2,3 2,8 3,8 7,5 9,0 11 15 25 100

100 0,3 0,9 1,4 1,9 2,5 3,1 4,2 8,3 10 13 17 28 111

110 0,3 1,0 1,5 2,1 2,8 3,4 4,6 9,2 11 14 18 31 122

120 0,3 1,1 1,7 2,3 3,0 3,7 5,0 10 12 15 20 33 133

160 0,4 1,5 2,2 3,1 4,0 4,9 6,7 13 16 20 27 44 178

Velocidade (km/h)

Frequências de Oscilação (Hz)

Comprimento de onda (m)

Frequência Espacial (ciclos/m)

Caracterizar perfis de pistas não significa medir um perfil de pavimento a cada

décimo de milímetro, com resolução vertical de centésimo de milímetro. Muitas vezes,

basta ter um perfil bem correlacionado, porque, na maioria das vezes, o que se busca é

um perfil que causa oscilações nos veículos.

A conclusão foi medir a Região Sul do país, muito embora vários estados já

tivessem sido medidos e muitos dados inutilizados pela falta de integridade do

equipamento, o qual foi modificado e ajustado pelo fabricante.

Segundo avaliações gerais, os pavimentos da malha rodoviária da Região Sul do

país (RS, SC e PR), vistos pelos resultados das PSD’s e classificação com a Norma, as

rodovias tiveram classificação de estradas boas a ótimas, no âmbito geral, mas

para longos comprimentos de onda obtiveram classificação média.

Através das PSD é possível identificar deficiências nas rodovias, não com foco na

qualidade no tipo de pavimento, mas sim, nas ondulações que os pavimentos

transmitem a estrutura dos veículos e, como consequência, o surgimento de vibrações

que afetam o conforto e comprometem a segurança.

A medição contemplou 6.328 km de rodovias medidas na Região Sul que representa

35% do total de rodovias pesquisadas pela CNT, sendo que 37% no RS, 36% em SC e

32% no PR, percentual correspondente às rodovias de cada Estado.

A classificação geral das estradas da Região Sul do Brasil foram obtidas através das

curvas de classificação da Norma ISO 8608:1995 junto com as PSD’s de cada perfil.

Para ondulações nos pavimentos, entre 0,3 m a 16 m, as estradas da Região Sul,

foram classificadas como Boas e Muito boas (faixas A e B da Norma). Salientando

que neste intervalo de comprimento de onda é onde ficam as ondulações mais

sensíveis e nocivas aos veículos e, consequentemente, ao conforto e segurança.

Os comprimentos de onda que têm a maior influência sobre o conforto e sobre a

dinâmica dos veículos dos ocupantes das estradas são aqueles entre 1,0 a 30 m.

Comprimentos de onda muito longos mais relacionados com o alinhamento vertical

ou inclinação ou com a textura da superfície, geralmente não são importantes,

Segundo Gillespie (1992) e Sayers (1996).

A metodologia de avaliação do estado dos perfis das rodovias, obtido através das

PSD’s dos mesmos, pode servir de instrumento de diagnóstico a gestão das redes

de concessão rodoviárias no que diz respeito ao acabamento dos perfis dos

pavimentos, bem como estabelecer métodos de ajustes localizados.

Todas as estradas medidas da Região Sul, sem exceção, um Estado com mais e outro com

menos, mas todos apresentaram um valor percentual significativo nos longos

comprimentos de onda, que classifica as rodovias como médias, segundo a Norma. A

conclusão destas análises, obtidas através das PSD’s dos 6.328 km medidos, que as

rodovias da região Sul apresentam falta de planicidade nos seus pavimentos. Como

consequência disso, favorece o desconforto nos passageiros dos veículos e afeta a

segurança dos mesmos quando estes trafegarem em velocidade mais elevadas.

O modelo de caracterização de pavimentos pelas PSD pode oferecer ao sistema viário

brasileiro, conhecimentos de técnicas diferenciadas de avaliação de perfis de estradas.

Técnicas que buscam avaliar a relação das PSD’s dos perfis das rodovias em conjunto com

os modelos dinâmicos dos veículos. Esta interação é que traduz o modo de andar dos

veículos nas rodovias.

Através das análises das PSD’s, calculadas por segmento de 1 km, foi possível verificar

que a grande maioria das estradas da Região Sul do país não mantém um padrão de

qualidade constante nos seus perfis, gerando uma grande variabilidade ao redor de um

perfil médio. Resultados que podem ser provenientes pela falta de acabamento ou utilização

de equipamentos com pouca tecnologia nas pavimentações.

Através das PSD’s de classificação geral, pouco é possível concluir sobre a severidade

de alguns trechos, por que os detalhes são omitidos, mas de grande utilidade para análises

de tendências e de projeções para determinadas regiões, estados ou rodovias.

Conhecer a velocidade segura que os veículos podem trafegar em cada rodovia é um

dos objetivos desta pesquisa. O cruzamento das informações da dinâmica dos modelos de

veículos com a PSD dos perfis dos pavimentos é possível estabelecer critérios técnicos para

estabelecer velocidades a serem praticadas nas rodovias, cabendo comentar que a

velocidade permitida, em via, deve considerar outros fatores como: geometria, sinalização

entre outros.

Pela avaliação dos perfis, por comprimentos de onda, foi possível identificar quais

ondulações apresentam maiores amplitudes nas rodovias e poder avaliar a qualidade dos

pavimentos da malha rodoviária da Região Sul através dos percentuais levantados de cada

pavimento.

A caracterização dos perfis de pistas, calculados pela Densidade Espectral de Potência

(PSD), interpretada pela soma de inúmeras ondas senoidais evidenciou-se ser uma

ferramenta de caracterização de perfis de pistas.

Pela baixa sensibilidade de medição dos sensores inerciais, em baixas velocidades e em

longos comprimentos de onda, é muito importante medir com velocidades constantes e

com o mínimo de movimentos laterais e frenagens, durante a aquisição dos dados.

OBRIGADO

exame de qualificação - universidade de caxias …...classificar os perfis medidos, por trechos de...

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