ANÁLISE DA ADERÊNCIA PNEU-PAVIMENTO PARA
DIFERENTES TIPOS DE CAMADAS DE ROLAMENTO
DA BR-290/RS
João Rodrigo G. Mattos
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, joaorodrigo@producao.ufrgs.br Thiago de Matos Rozek
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, thiago_eng@viacom.com.br Fabio Hirsch
Concessionária da Rodovia Osório-Porto Alegre, Porto Alegre, Brasil, fabio.hirsch@concepa.com.br
Washington Peres Núñez
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, wpnunez@ppgec.ufrgs.br
RESUMO: Um dos principais aspectos que deve ser considerado avalia-se o nível de segurança de uma rodovia é a condição da superfície do revestimento quanto à aderência pneu-pavimento. Sendo que a aderência é em função da textura da camada de rolamento. Portanto, este trabalho tem por objetivo comparar as características da aderência pneu-pavimento para diferentes tipos de camadas de rolamento no trecho Osório-Porto Alegre da BR-290/RS (Free Way). Para atingir o objetivo proposto, realizaram-se ensaios de Mancha de Areia e Pêndulo Britânico em diferentes pontos da rodovia para obter as medidas de macrotextura e microtextura, respectivamente. De posse dos dados levantados em campo, realizou-se um tratamento estatísticos para obter valores característicos de textura da superfície. Os resultados mostraram que, dentre os revestimentos estudados, o microrrevestimento foi o que apresentou as melhores condições de aderência pneu-pavimento.
PALAVRAS-CHAVE: Aderência Pneu-Pavimento, Segurança Viária, Pavimentos. 1 INTRODUÇÃO
O pavimento é uma estrutura composta por múltiplas camadas constituídas de diferentes materiais que trabalham em conjunto. As funções do pavimento são classificadas em dois tipos: estrutural e funcional.
Por muito tempo as pesquisas voltavam-se somente para os aspectos estruturais dos pavimentos. No entanto, com o crescimento e desenvolvimento do sistema rodoviário de transporte, e, em consequência, a maior exigência dos usuários das rodovias, surgiu a necessidade da elaboração de parâmetros funcionais indicadores das condições da superfície do pavimento.
Outro aspecto que incentivou a criação de índices que quantificassem a qualidade das condições de rolamento da via foi a implantação de concessões de rodovias, com a consequente preocupação em desenvolver mecanismos para gerência de pavimentos. Dessa necessidade, foram elaborados dois índices reconhecidos em caráter internacional: o
International Roughness Index (IRI) e o International Friction Index (IFI). Ambos
servem para classificar a superfície do pavimento, o IRI quanto às irregularidades e o IFI quanto à aderência na superfície.
Como o IFI é um índice combinado entre os valores de macro e microtextura, este trabalho objetiva: a) verificar os valores encontrados para a textura de diferentes tipos de pavimentos
no trecho concedido Osório-Porto Alegre da BR-290 (conhecido como Free Way); e b) classificar a condição superficial das camadas de rolamento estudadas quanto a aderência pneu-pavimento.
2 AVALIAÇÃO DA ADERÊNCIA PNEU-PAVIMENTO
2.1 Aspectos Gerais
Quando avalia-se a segurança viária, um dos principais itens que deve ser levado em consideração é a condição da superfície do pavimento quanto à aderência pneu-pavimento, pois esse parâmetro possibilita ao motorista manter a trajetória do veículo mesmo em condições adversas.
A aderência pneu-pavimento é um parâmetro variável ao longo do tempo e também com as condições climáticas. Dessa forma, a condução do veículo é mais crítica quando o pavimento encontra-se molhado, pois a lâmina d’água formada na superfície do pavimento pode ocasionar o fenômeno conhecido como hidroplanagem. Esse fenômeno ocorre porque, dependendo do volume de água acumulada na superfície da via, a lâmina de água existente entre o pneu e o pavimento atua como lubrificante e, por consequência, reduz a força de atrito. Nessa condição, é necessária uma maior distância de frenagem e o condutor tem maiores dificuldades em guiar o seu veículo. Além da espessura da lâmina d’água, outras variáveis que influem na ocorrência de hidroplanagem são: velocidade do veículo, textura do pavimento, sulcos da banda de rodagem do pneu, pressão de inflação dos pneus, carga aplicada, entre outras (Bernucci et
al., 2007).
No Congresso Mundial da PIARC (Permanent International Association of Road
Congress, atualmente denominado de World Road Association), realizado em 1987, a textura
do pavimento foi classificada em função do comprimento de onda (horizontal) e amplitude (vertical), conforme pode ser observado na Tabela 1.
Tabela 1. Escala da textura (ASTM E-867, 1997). Escala Limite Horizontal Limite Vertical Microtextura 0 – 0,5 mm 0 – 0,2 mm Macrotextura 0,5 – 50 mm 0,2 – 10 mm
Megatextura 50 – 500 mm 1 – 50 mm
Em 1992, o Comitê de Características de Superfície da PIARC desenvolveu, através de uma experiência internacional de comparação e harmonização de métodos para obtenção de medidas de textura, um índice combinado para avaliação do atrito na superfície do pavimento. O International Friction Index (IFI) combina os valores de microtextura com os de macrotextura, resultando, assim, um parâmetro que serve para qualificar a superfície do pavimento quanto as condições de aderência pneu-pavimento.
As possíveis combinações de micro e macrotexturas resultam em quatro tipos de superfícies (Aps, 2006). Na Figura 1, pode-se observar todas as combinações e os tipos de superfícies resultantes.
Figura 1. Tipos de superfícies em função da micro e macrotextura (Aps, 2006).
Para caracterizar a superfície do pavimento, com base no IFI, necessita-se determinar a textura em duas escalas: microtextura e macrotextura. Sendo que a microtextura depende da aspereza dos agregados usados no revestimento, enquanto que a macrotextura depende da graduação da mistura usada no revestimento do pavimento. A Figura 2 ilustra a diferença entre as duas escalas de textura.
Figura 2. Diferença entre microtextura e macrotextura do pavimento.
Nos próximos subitens desta seção, serão apresentados, de forma sucinta, os equipamentos utilizados para medir a microtextura e a macrotextura da superfície de rolamento do pavimento.
2.2 Medição da Microtextura
Os equipamentos mais conhecidos para medir a microtextura (atrito) das camadas de rolamento são: o Pêndulo Britânico, o µ-Meter, e o SCRIM.
2.2.1 Pêndulo Britânico
O Pêndulo Britânico é o equipamento mais difundido para determinação da microtextura. As suas vantagens são a rapidez e a facilidade de realizar o ensaio; a única desvantagem é que esse equipamento realiza apenas medições pontuais.
O princípio de funcionamento do Pêndulo Britânico consiste na perda de energia de um pêndulo com base emborrachada ao deslizar sobre o pavimento. O ensaio determina a resistência à derrapagem na superfície e o valor de atrito medido por este equipamento é expresso em BPN (British Pendulum Number) ou VRD (Valor de Resistência à Derrapagem).
A Figura 3 mostra o Pêndulo Britânico montado em posição de lançamento da sapata contra a superfície do pavimento molhada.
Figura 3. Ensaio com Pêndulo Britânico.
2.2.2 µ-Meter
No Brasil, esse equipamento é muito utilizado em Aeroportos devido ao seu maior rendimento. O µ-Meter é um instrumento de medição contínua que infere o coeficiente de atrito de frenagem.
O equipamento consiste num reboque composto por três rodas, das quais duas possuem um ângulo de convergência de 7,5º e são responsáveis pela determinação do coeficiente de atrito, enquanto que a outra roda serve para medir a distância percorrida.
Conforme mostrado na Figura 4, o µ-Meter possui um sistema espargidor que forma uma película d’água de aproximadamente 1 mm na frente das rodas que medem o atrito.
Figura 4. Ensaio com µ-Meter (Lugão, 2008).
2.2.3 SCRIM
O equipamento SCRIM (Sideway Force
Coefficient Routine Investigation Machine)
possibilita avaliar a aderência dos pavimentos através da medição do coeficiente de atrito transversal de forma contínua. O veículo possui
um sistema que gera uma lâmina d’água com espessura de aproximadamente 0,5 mm na superfície do pavimento.
Este equipamento proporciona um elevado rendimento na obtenção de dados (300 km/dia), por isso é recomendado em nível de rede. Outra vantagem é que ele circula normalmente com os demais veículos sem precisar interditar o tráfego. A medição do coeficiente de atrito é realizada com uma roda inclinada 20° em relação ao eixo de trajetória do veículo. O veículo conta ainda com aparatos especiais para a aquisição e processamento dos dados.
A Figura 5 mostra o veículo e os equipamentos do SCRIM, podendo-se observar a roda inclinada com um pneu liso.
Figura 5. Ensaio com SCRIM (Roco et al., 2002)
2.3 Medição da Macrotextura
A macrotextura de uma superfície pode ser obtida através de três tipos de ensaios: a Mancha de Areia, o Perfilômetro Laser e o Drenômetro.
2.3.1 Mancha de Areia
Este ensaio consiste basicamente em distribuir um volume conhecido de material sobre a superfície do pavimento e com o auxílio de um disco espalhar o material (areia limpa e seca ou microesferas de vidro) de modo a preencher os vazios da superfície do pavimento.
Quando os movimentos não espalham mais o material, mede-se o diâmetro do círculo formado no pavimento em 4 direções. Dessa forma, é possível determinar a altura média da mancha de areia, que representa a medida de
macrotextura do pavimento, e é obtida pela seguinte Equação: π D 4 V = HS 2 m⋅ ⋅ (1)
Onde: HS = altura média da mancha (mm); V = volume de areia (25.000 mm3); Dm = diâmetro médio da mancha (mm).
Na Figura 6, pode-se observar o aparato necessário para realizar o ensaio de Mancha de Areia.
Figura 6. Ensaio Mancha de Areia (Specht et al., 2007).
2.3.2 Perfilômetro a Laser
O Perfilômetro a Laser pode ser insatalado em equipamentos estacionários ou em veículos que se movimentam. O funcionamento deste ensaio consiste na projeção de um raio laser sobre o pavimento e, através de um receptor posicionado no veículo, medir a altura desse ponto em relação ao pavimento.
Os levantamentos realizados com os equipamentos do tipo perfilômetro possibilitam a obtenção do parâmetro MPD (Mean Profile
Depth). A partir do valor do MPD pode-se
estimar, através da Equação 2, o valor da profundidade da textura superficial, o ETD (Estimated Texture Depth), que é comparável com os valores de MTD (Mean Texture Depth) obtidos pelos métodos volumétricos.
MPD 0,8 0,2 =
Figura 7. Ensaio com Perfilômetro Laser (Aps, 2006).
2.3.3. Drenômetro (Outflow Meter)
O ensaio de drenabilidade consiste em avaliar a macrotextura do pavimento utilizando um medidor de escoamento (Outflow Meter). Este equipamento simula as condições de drenagem da superfície, para tanto o tubo de acrílico é cheio com água e registra-se o tempo necessário para escoar um volume conhecido de água entre duas marcas existentes no tubo.
Antes da realização do ensaio, deve-se molhar a superfície para simular a condição do pavimento em dias de chuva. Outro cuidado que se deve ter é quanto ao posicionamento do equipamento sobre o pavimento para que o mesmo não fique justamente sobre um agregado saliente na superfície.
A correlação de macrotextura obtida pelo Drenômetro e fortemente correlacionada com os valores oriundos dos métodos volumétricos, exceto para condições extremas de texturas fechadas ou muito abertas (Ferreira, 2002; Aps
et al., 2003 apud Aps, 2006). Na Figura 8,
apresenta-se uma versão do equipamento com um cronômetro eletrônico acoplado (Ribeiro et
al., 2008).
Figura 8. Ensaio com Drenômetro (Ribeiro et al., 2008).
3 METODOLOGIA
A metodologia da pesquisa inclui a execução de ensaios de Pêndulo Britânico para obter valores de microtextura e a realização de ensaios de Mancha de Areia para determinar valores de macrotextura. Esses dois ensaios foram realizados em alguns pontos da BR-290/RS (trecho conhecido como Free Way) para analisar as características de diferentes tipos de camadas de rolamento quanto à aderência pneu-pavimento.
As camadas de rolamento avaliadas neste trabalho foram: Concreto Asfáltico (CA), Microrrevestimento Asfáltico (MR) e Placas de Concreto de Cimento Portland (PC). Os dados levantados em campo foram tabulados e, através de uma análise estatística, obtiveram-se os valores característicos de textura para cada tipo de superfície analisada e classificaram-se as superfícies segundo os critérios apresentados a seguir.
3.1 Classificação quanto à microtextura
Conforme espeficiado no Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos (DNIT, 2006), a microtextura de uma superfície pode ser classificada em função do parâmetro VRD, conforme consta na Tabela 2.
Tabela 2. Classes de microtextura pelo método do Pêndulo Britânico (DNIT, 2006).
Classificação Limites de VRD Perigosa < 25 Muito Lisa 25 – 31 Lisa 32 – 39 Insuficientemente Rugosa 40 – 46 Medianamente Rugosa 47 – 54 Rugosa 55 – 75 Muito Rugosa > 75
São recomendados valores de VRD ≥ 55, ou seja, superfícies medianamente rugosas a rugosa.
3.2 Classificação quanto à macrotextura
A classificação da macrotextura de uma superfície também está espeficiada no Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos
(DNIT, 2006), sendo que os limites são definidos em função do parâmetro HS, como pode ser observado na Tabela 3.
Tabela 3. Classes de macrotextura pelo método da Mancha de Areia (DNIT, 2006).
Classificação Limites de HS Muito Fina < 0,20 Fina 0,21 – 0,40 Média 0,41 – 0,80 Grossa 0,81 – 1,20 Muito Grossa > 1,20
A faixa recomendada para altura média da mancha de areia é 0,6 mm < HS < 1,2 mm, ou seja, superfícies com textura média a grosseira.
4 ANÁLISE DOS DADOS
Como dito anteriormente, foram analisados três tipos de superfícies, e para cada uma delas calculou-se a média e o desvio padrão com os valores obtidos nos ensaios. Na Tabela 4 constam quantos ensaios foram realizados em cada um dos tipos de revestimentos analisados.
Tabela 4. Número de ensaios em cada revestimento. Tipo de Revestimento Nº de ensaios Microrrevestimento (MR) 8
Concreto Asfáltico (CA) 7 Placa de Concreto (PC) 8
Para cada revestimento da BR-290/RS foram determinados os limites inferior (LI) e superior (LS) característicos da microtexura. Esses limites foram definidos como sendo a Média +/- Desvio Padrão, conforme apresentado na Equação 3. A mesma equação será usada posteriormente para a macrotextura.
σ X LS σ X LI + = − = (3) Onde: X = Média (mm); σ = Desvio padrão;
Para verificar a homogeneidade das amostras, calculou-se o Coeficiente de Variação (C.V.), definido pela Equação 4.
X σ
=
C.V. (4)
Na Tabela 5, apresentam-se os valores obtidos para avaliar a microtextura de cada uma das camadas de rolamento. Os resultados estão expressos em termos de Valor de Resistência à Derrapagem (VRD).
Tabela 5. Resultados de microtextura pelo VRD. Revestimento X σ C.V. (%)
MR 59,5 6,6 11,1 CA 53 4,7 8,9 PC 65,6 7,7 11,7
Para uma melhor visualização e compreensão dos resultados, os mesmos estão apresentados em forma de gráfico de colunas na Figura 9, no qual a primeira coluna representa o Limite Inferior, a segunda coluna o Valor Médio e a terceira coluna o Limite Superior para cada um dos três revestimentos.
Figura 9. Valores característicos da macrotextura nos pavimentos analisados.
Com base nos resultados da Tabela 5 e da Figura 9, pode-se constatar que a variabilidade dos resultados é pequena e que o pavimento que mostrou melhor desempenho quanto à microtextura foi a Placa de Cimento Portland. Usando as classes especificada pelo DNIT (2006), que estão apresentadas na Tabela 3, classificou-se cada tipo de superfície pelo seu Limite Inferior e Superior tentando, assim, caracterizar o domínio de valores em que cada revestimento se insere.
Na Tabela 6, apresentam-se os limites (inferior e superior) encontrados para os valores de microtextura com o equipamento Pêndulo
Britânico e a classificação, baseada nesses limites, para cada revestimento analisado na rodovia BR-290/RS.
Tabela 6. Classificação da microtextura. Revestimento LI (VRD) (VRD) LS Classificação* MR 53 66 Medianamente Rugosa a Rugosa CA 48 58 Medianamente Rugosa a Rugosa PC 58 73 Rugosa *Classificação conforme especificação do DNIT (2006).
Após a análise dos valores de microtextura das superfícies, passou-se a trabalhar com os dados de macrotextura. Na Tabela 7, apresentam-se os valores obtidos para avaliar a macrotextura de cada um dos revestimentos. Os resultados estão expressos em termos de altura média da mancha de areia (HS).
Tabela 7. Resultados de macrotextura pelo HS (mm). Revestimento X σ C.V. (%)
MR 0,83 0,37 44,6 CA 0,57 0,16 28,1 PC 0,43 0,05 11,6
Como mencionado anteriormente, calcularam-se os Limites Inferior e Superior pela Equação 3 utilizando os resultados expressos na Tabela 7. Os resultados foram graficados em forma de colunas, conforme pode ser observado na Figura 10.
Figura 10. Valores característicos da macrotextura nos pavimentos analisados.
A partir da Tabela 7 e da Figura 10, pode-se verificar que a camada de rolamento composta por microrrevestimento asfáltico, embora apresente grande variabilidade, apresentou as
melhores condições de macrotextura. Da mesma forma que para a microtextura foram utilizadas as classes especificada pelo DNIT (2006), conforme apresentado na Tabela 3, para classificar os revestimentos quanto à macrotextura.
Na Tabela 8, apresentam-se as faixas de domínio da macrotextura obtida pelo ensaio de Mancha de Areia e a classificação, segundo especificação do DNIT (2006), para cada um dos revestimentos analisados.
Tabela 8. Classificação da macrotextura. Revestimento LI (mm) LS (mm) Classificação* MR 0,46 1,20 Média a Grossa CA 0,41 0,73 Média PC 0,38 0,48 Fina a Média *Classificação conforme especificação do DNIT (2006).
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho teve como objetivo caracterizar os valores de micro e macrotextura encontradas nas camadas de rolamento da rodovia BR-290/RS. Pretende-se, dessa forma, contribuir para o conhecimento dos valores característicos de VRD e HS para revestimentos típicos do Rio Grande do Sul, obtidos através dos equipamentos portáteis: Pêndulo Britânico e Mancha de Areia.
Através das análises dos dados pode-se verificar que, dentre os pavimentos estudados, o microrrevestimento foi o que apresentou, no geral, as melhores condições de aderência pneu-pavimento. Embora o revestimento com Placa de Concreto de Cimento Portland tenha apresentado os melhores resultados quanto à microtextura, a sua macrotextura deixou a desejar. Tal fato é explicado pela utilização da técnica denominada grooving, que melhora as condições de atrito na superfície das Placas de Concreto de Cimento Portland.
Por fim, vale salientar que é necessário realizar os ensaios em mais pontos da rodovia para que se possa ter uma amostra com maior representativa das condições da superfície quanto à aderência pneu-pavimento.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à CONCEPA pelo apoio operacional e à CAPES pela ajuda financeira na realização desta pesquisa.
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