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.
e-mail: mcmfarias@ucs.br ou
imc@ucs.br
Ari Nardello Dr. Eng.
ari.nardello@fras-le.com
+55 (54) 3239 1320
+55 (54) 9 9166 7593
Engenheiro de Testes / Test Engineer
Fras-le Campo de Provas / Fras-le Proving Ground
Divisão Autopeças / Autoparts Division
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 com18
pistas
, totalizando15 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.5
Fras-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
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
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;
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 Pavimento Extensão Total
►
Histórico total de rodovias: 1.720.607 km;
►
Estradas pavimentadas: 213.299 km (12,5%);
►
Pesquisa CNT de Rodovias (2015): 100.763 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%;
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).
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);
W1e 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 m ²/ (ci cl o s/ m etr o ) (ciclos/metro)
Curvas de Referência da Norma ISO 8608:1995
G H F E D C B A 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
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 pavimento Tabela 2.3 - Tabela de correlação entre IRI e Condição do pavimento Tabela 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;
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.
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;
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.
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.
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).
B) Calibração dinâmica
1) Teste do equipamento em
laboratório
.
Perfil teórico de obstáculos
PSD perfil obstáculos
2) 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 teóricoO software nCode DesignLife
O software CatmanAP
Configurações do modo de cálculo da PSD - nCode
A) Frequency Spectrum: PowerSpectral 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) DataNormalization H) 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.
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
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 V D M RodoviasRS
VDM Anual - Estado do Rio Grande do Sul
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
Referencial A Referencial B Rota Distância (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
Distância Total: 1.305 km
Referencial A Referencial B Rota Distância (Km)
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 Distância Total: 2.840 km
Rotas RS
Rotas SC
Rotas PR
Quilômetros previstos: 7.640 kmRodovias 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).
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. .
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 m ² / (c ic lo s/m e tr 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 F E D C B A
PSD de Média Geral
Norma DNIT nº 005/2003 – TER Norma DNIT nº 006/2003 – PRO Norma DNIT nº 007/2003 – PRO Norma DNIT nº 008/2003 – PRO
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 ic lo s/m et ro ) (ciclos/metro) PSD's Referente a 250 km de rodovia - BR116 - RS F E D C B A 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
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% X X Pé ss im a P is ta m ui to b oa P is ta m ui to ru im P is ta ru im P is ta m éd ia P is ta b oaClassificação 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 m ² / (c ic lo s/m e tr o ) (ciclos/metro)
PSD do Estado do Rio Grande do Sul, equivalente a 3.257 Km
PSD média - 3.257 km 1 2 0 F E D C B A 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 ic lo s/m et ro ) (ciclos/metro)
PSD's Referente a 47 km na BR290 - Entre Gravataí e o pedágio - RS
PSD média F E D C B A 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 ic lo s/me tr o) (ciclos/metro) PSD's Referente a 1 km na BR290 - RS 1 km de via 1 km de via 1 2 F E D C B A
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% X X Pé ss im a P is ta m ui to b oa P is ta m ui to ru im P is ta ru im P is ta m éd ia P is ta b oa Média Geral =
Classificação das Rodovias
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.
► Entre os pontos 1 e 2 – Estradas Boas e Muito Boas.
► Acima do ponto 2 - tendência cte.
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 ic lo s/m e tr o ) (ciclos/metro)
PSD do Estado de Santa Catarina, equivalente a 1.136 Km
PSD média - 1.136 km 1 2 0 F E D C B A
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 m ² / ( cicl os /m et ro (ciclos/metro) PSD's - 38 km Rodovia SC350 - Caçador - SC PSD Média F E D C B 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 m ² / ( cicl os /m et ro ) (ciclos/metro)
PSD's - 250 km BR101 - Criciuma a Porto Belo - SC
F E D C B A 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
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% X X Pé ss im a P is ta m ui to b oa P is ta m ui to ru im P is ta ru im P is ta m éd ia P is ta b oa Média Geral =
Classificação das Rodovias
Comprimento de onda (m) Linhas
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.
► Entre os pontos 1 e 2 – Estradas Boas e Muito Boas.
► Acima do ponto 2 - tendência cte.
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 m ² / (c ic lo s/m e tr o ) (ciclos/metro)PSD do Estado do Paraná, equivalente a 1.935 Km
PSD média - 1.935 km 1 2 0 F E D C B A
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 m ²/ (cicl o s/ m (ciclos/m) PSD's - 85 km PRC280 - Clevelância a Palmas - PR PSD Média F E D C B A 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
Análise
das
PSD’s por comprimentos de onda
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% X X Pé ss im a P is ta m ui to b oa P is ta m ui to ru im P is ta ru im P is ta m éd ia P is ta b oa Média Geral =
Classificação das Rodovias
Comprimento de onda (m) Linhas
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.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
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
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.
