Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 Disciplina: ETG033 Construção de Estradas e Vias Urbanas Profa. Jisela Aparecida Santanna Greco Cargas Rodoviárias e Tráfego Referências: DNIT. Manual de estudos de tráfego. Ministério dos Transportes. Publicação IPR 723. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. 2006. DNIT. Manual de pavimentação. Ministério dos Transportes. Publicação IPR 719. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. 2006. DNIT. Manual de restauração de pavimentos asfálticos. Publicação IPR 720. Ministério dos Transportes. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. 2006. MEDINA, J. MOTTA, L.M.G. Mecânica dos pavimentos. Rio de Janeiro: COPPE/UFRJ, 2005. Necessidade de se conhecer o tráfego As características do tráfego afetam a qualidade dos pavimentos flexíveis. Solicitações acima das previstas em projeto podem ocasionar degradações como deformações permanentes, trincas e perda de material da superfície de rolamento. A avaliação do desempenho estrutural de pavimentos flexíveis deve considerar: – deformações plásticas ou permanentes observadas nos afundamentos das trilhas de roda, ocasionados por dois tipos distintos de solicitações, a compressão e o cisalhamento esforços de compressão geram a densificação dos materiais constituintes das camadas dos pavimentos esforços cisalhantes geram movimentos laterais de uma ou mais camadas – deformações elásticas ou resilientes: ocasionadas pela repetição das cargas, que gera as trincas por fadiga em condições normais, a camada de concreto asfáltico tende a voltar a sua posição original após o término do carregamento, recuperando parte considerável da deformação sofrida entretanto, quando ocorrem deformações cíclicas sob cargas repetidas, o concreto asfáltico sofre o fenômeno de fadiga. Cargas Rodoviárias e Tráfego Veículo padrão: – surgiu em virtude da heterogeneidade do tráfego – serve de referência aos demais carregamentos 2 – o tráfego dos diferentes tipos de veículos pode ser expresso em termos do número equivalente de solicitações do eixo padrão – eixo padrão = eixo simples com rodas duplas de 8,2 tf Problemas para estimativa do tráfego: – falta de controle da pressão de inflação de pneus dos veículos comerciais – pressão de inflação vigente = 80 psi = 5,62 Kgf/cm2 – pressão de inflação utilizada na prática = em torno de 100 psi = 7,03 Kgf/cm2 – a conseqüência é a alteração da distribuição de tensão, causada pelo aumento da pressão de contato, que é admitida como igual à pressão de inflação do pneu Classificação da frota circulante Os veículos rodoviários podem ser de diversos tipos, sendo que modificações nas características dos veículos se refletem em modificações nos efeitos gerados sobre os pavimentos. Dessa forma, torna-se necessário classificar o mais detalhadamente possível a frota circulante, principalmente no que se refere aos caminhões. Classificação simplificada dos veículos: – Veículos de passeio ou veículos leves: automóveis e utilitários – Veículos comerciais: - caminhões leves: 2 eixos simples, ambos com rodas simples - caminhões médios: 2 eixos simples, rodas traseiras duplas - caminhões pesados: 2 eixos, traseiro em tandem - reboques e semi-reboques: outras combinações - ônibus: equivalente a caminhões leves No entanto, é preferível que a classificação seja mais detalhada, pois podem ocorrer expressivas variações na capacidade de carga entre caminhões de uma determinada subclasse, em função do tipo de veículo. Assim, os semi-reboques poderiam ser classificados da seguinte maneira: 2S1; 2S2; 3S2 e 3S3. Nessa classificação, o primeiro algarismo representa o número de eixos do cavalo mecânico, e o segundo algarismo, o número de eixos do semi-reboque. 3 Tabela1 – Classificação de veículos adotada pelo DNER fonte: DNER. Manual de reabilitação de pavimentos asfálticos. Ministério dos Transportes. Departamento Nacional de Infra- Estrutura de Transportes. 1998. Carregamento da frota Além da classificação dos veículos, também é importante classificar os tipos de eixos, estabelecendo-se limites de peso para cada tipo de eixo e verificando-se a distribuição da carga por eixo, para cada caminhão. A Resolução Nº 210 do Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN), de 13 de novembro de 2006, estabelece os limites de peso e dimensões para veículos que transitem por vias terrestres. 4 As dimensões autorizadas para veículos, com ou sem carga, são as seguintes: I - largura máxima: 2,60m; II - altura máxima: 4,40m; III - comprimento total: a) veículos não-articulados: máximo de 14,00 metros; b) veículos não-articulados de transporte coletivo urbano de passageiros que possuam 3º eixo de apoio direcional: máximo de 15 metros; c) veículos articulados de transporte coletivo de passageiros: máximo 18,60 metros; d) veículos articulados com duas unidades, do tipo caminhão-trator e semi- reboque: máximo de 18,60 metros; e) veículos articulados com duas unidades do tipo caminhão ou ônibus e reboque: máximo de 19,80; f) veículos articulados com mais de duas unidades: máximo de 19,80 metros. Os limites máximos de peso bruto total e peso bruto transmitido por eixo de veículo, nas superfícies das vias públicas, são os seguintes: Peso bruto total ou peso bruto total combinado: a) peso bruto total para veículo não articulado: 29 t b) veículos com reboque ou semi-reboque, exceto caminhões: 39,5 t; c) peso bruto total combinado para combinações de veículos articulados com duas unidades, do tipo caminhão-trator e semi-reboque, e comprimento total inferior a 16 m: 45 t; d) peso bruto total combinado para combinações de veículos articulados com duas unidades, do tipo caminhão-trator e semi-reboque com eixos em tandem triplo e comprimento total superior a 16 m: 48,5 t; e) peso bruto total combinado para combinações de veículos articulados com duas unidades, do tipo caminhão-trator e semi-reboque com eixos distanciados, e comprimento total igual ou superior a 16 m: 53 t; f) peso bruto total combinado para combinações de veículos com duas unidades, do tipo caminhão e reboque, e comprimento inferior a 17,50 m: 45 t; g) peso bruto total combinado para combinações de veículos articulados com duas unidades, do tipo caminhão e reboque, e comprimento igual ou superior a 17,50 m: 57 t; h) peso bruto total combinado para combinações de veículos articulados com mais de duas unidades e comprimento inferior a 17,50 m: 45 t; 5 i) para a combinação de veículos de carga – CVC, com mais de duas unidades, incluída a unidade tratora, o peso bruto total poderá ser de até 57 toneladas, desde que cumpridos os seguintes requisitos: 1 – máximo de 7 (sete) eixos; 2 – comprimento máximo de 19,80 metros e mínimo de 17,50 metros; 3 – unidade tratora do tipo caminhão trator; 4 – estar equipado com sistema de freios conjugados entre si e com a unidade tratora atendendo ao estabelecido pelo CONTRAN; 5 –o acoplamento dos veículos rebocados deverá ser do tipo automático conforme NBR 11410/11411 e estar reforçado com correntes ou cabos de aço de segurança; 6 – o acoplamento dos veículos articulados com pino-rei e quinta roda deverão obedecer ao disposto na NBR NM ISO337. Peso bruto por eixo isolado de dois pneumáticos: 6 t; Peso bruto por eixo isolado de quatro pneumáticos: 10 t; Peso bruto por conjunto de dois eixos direcionais, com distância entre eixos de no mínimo 1,20 metros, dotados de dois pneumáticos cada: 12 t; Peso bruto por conjunto de dois eixos em tandem, quando à distância entre os dois planos verticais, que contenham oscentros das rodas, for superior a 1,20m e inferior ou igual a 2,40m: 17 t; Peso bruto por conjunto de dois eixos não em tandem, quando à distância entre os dois planos verticais, que contenham os centros das rodas, for superior a 1,20m e inferior ou igual a 2,40m: 15 t; Peso bruto por conjunto de três eixos em tandem, aplicável somente a semi-reboque, quando à distância entre os três planos verticais, que contenham os centros das rodas, for superior a 1,20m e inferior ou igual a 2,40m: 25,5t; 6 Peso bruto por conjunto de dois eixos, sendo um dotado de quatro pneumáticos e outro de dois pneumáticos interligados por suspensão especial, quando à distância entre os dois planos verticais que contenham os centros das rodas for: a) inferior ou igual a 1,20m; 9 t; b) superior a 1,20m e inferior ou igual a 2,40m: 13,5 t. Os limites de peso bruto por eixo e por conjunto de eixos estabelecidos só prevalecem se todos os pneumáticos, de um mesmo conjunto de eixos, forem da mesma rodagem e calçarem rodas no mesmo diâmetro. Considerar-se-ão eixos em tandem dois ou mais eixos que constituam um conjunto integral de suspensão, podendo qualquer deles ser ou não motriz. Quando, em um conjunto de dois ou mais eixos, a distância entre os dois planos verticais paralelos, que contenham os centros das rodas for superior a 2,40m, cada eixo será considerado como se fosse distanciado. Em qualquer par de eixos ou conjunto de três eixos em tandem, com quatro pneumáticos em cada, com os respectivos limites legais de 17 t e 25,5t, a diferença de peso bruto total entre os eixos mais próximos não deverá exceder a 1.700kg. 7 RESUMINDO: Tipo de eixo Limite legal (por eixo) Configuração Simples – rodas simples Ex.: caminhões leves 6,0 t Simples – rodas duplas Ex.: caminhões médios 10,0 t Tandem duplo Ex.: caminhões pesados 17,0 t Tandem triplo Ex.: semi-reboque Usual: Tandem duplo modificado com eixo retrátil à frente ou atrás. 25,5 t Outras combinações Ex.: reboques e semi-reboques 8 Características dos Veículos Classificação segundo o grau de divisibilidade Veículo unitário Veículo composto ou combinado Peso dos Veículos Componentes do peso dos veículos Peso total = peso do veículo + peso da carga 9 Nomenclatura do Peso de Veículos Rodo-Ferroviários Peso útil : peso da carga Lotação (L) : peso útil máximo Tara (T) ou Peso morto : peso do veículo sem carga, com tanque cheio e operadores a bordo Peso Bruto Total (PBT) : peso útil + tara de um veículo unitário PBT máximo : lotação + tara Peso Bruto Total Combinado (PBTC) : peso útil + soma das taras das unidades da combinação PBTC máximo : lotação + soma das taras Exemplos Caminhão Unitário – Trucado Unitário + Reboque (Romeu e Julieta) Semi-reboque 6t 17t PBT = 23t Tara = 8t Lotação = 15t máx6t 17t PBT = 23t Tara = 8t Lotação = 15t máx 6t 17t 10t 10t Tara = 15t Lotação = 28t PBTC = 43t máx 6t 17t 10t 10t Tara = 15t Lotação = 28t PBTC = 43t máx Tara = 15,5t Lotação = 33 t 25,5t 17t 6t Tara = 15,5t Lotação = 33 t 25,5t 17t 6t PBTC máximo = 48,5 10 Rodotrem Bi-trem Bi-trem Composição do tráfego para dimensionamento de um pavimento É baseada no volume diário médio (VDM) de veículos, no ano médio do período de projeto, adicionando-se uma taxa de crescimento de tráfego – Lembrando que VDM é o número de veículos que circulam em uma estrada durante um ano, dividido pelos dias do ano Taxa de crescimento: baseada no crescimento histórico do mesmo trecho ou região em estudo (quando faltam dados, utilizar taxa de 5% ao ano) 6t 17t 17t 17t PBTC = 57t Tara = 23t Lotação = 34t máx6t 17t 17t 17t PBTC = 57t Tara = 23t Lotação = 34t máx 6t 17t 17t 17t 17t PBTC = 74t Tara = 32t Lotação = 42t máx 6t 17t 17t 17t 17t PBTC = 74t Tara = 32t Lotação = 42t máx 25,5t 25,5t 17t 6t PBTC = 74t Tara = 28t Lotação = 46t máx 25,5t 25,5t 17t 6t PBTC = 74t Tara = 28t Lotação = 46t máx 11 Exemplo: para um período de projeto de 10 anos, considerar o tráfego do 5º ano, com os acréscimos anuais Classificação do tráfego Tráfego leve: menos de 50 veículos comerciais por dia Tráfego médio: entre 50 e 300 veículos comerciais por dia Tráfego pesado: mais de 300 veículos comerciais por dia Fator de Equivalência de Operações O tráfego rodoviário é bastante heterogêneo, apresentando variações relativas aos tipos de veículos e cargas transportadas. As variações das condições do tráfego refletem-se em dificuldades no dimensionamento de pavimentos. As dificuldades encontram-se na previsão da evolução do tráfego ao longo do tempo e na avaliação do poder de destruição, de modo comparativo, que exercem as várias cargas a diferentes níveis de repetição. Devido às variações das condições do tráfego, efeitos cumulativos das solicitações de tráfego são expressos em termos de fatores de equivalência. Ou seja, os diferentes tipos de eixos são comparados em termos de danos causados aos pavimentos. A conversão do tráfego misto em um equivalente de operações de um eixo considerado padrão é efetuada aplicando-se os chamados fatores de equivalência de cargas. Estes fatores permitem converter uma aplicação de um eixo solicitado por uma determinada carga em um número de aplicações do eixo-padrão que deverá produzir um efeito equivalente. Os trechos experimentais da AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) e do USACE (Corpo de Engenheiros do Exército Norte- americano) fornecem subsídios para o desenvolvimento de fatores de equivalência de carga para converter cargas variadas de tráfego em cargas equivalentes padronizadas. Os fatores de equivalência da AASHTO baseiam-se na perda de serventia e são diferentes dos obtidos pelo USACE, que avaliaram os efeitos do carregamento na deformação permanente (afundamento nas trilhas de roda). As expressões para cálculo dos fatores de equivalência de operações são apresentadas nas Tabelas 2 e 3, de acordo com os estudos realizados pelo USACE e pela AASHTO, respectivamente. As curvas de correlação entre cargas por eixo e fatores de equivalência de operações utilizadas pelo método de dimensionamento de pavimentos flexíveis do antigo DNER baseiam nas expressões obtidas pelo USACE (Corpo de Engenheiros do Exército Norte- americano), apresentadas na Tabela 2. Os fatores de equivalência utilizados pelo método do DNER permitem a conversão de aplicações de diferentes solicitações em um número equivalente de aplicações do eixo padrão (8,2 tf). Para cada configuração de eixo real há uma conversão para eixo padrão. 12 Tabela 2 – Expressões matemáticas para obtenção dos fatores de equivalência de operações, para diferentes tipos de eixos (USACE) Tipos de Eixos Faixas de Cargas (tf) Equações (P em tf) 0 – 8 0175,44100782,2 PFEO ××= − Eixo simples ≥ 8 2542,66108320,1 PFEO ××= − 0 – 11 4720,34105920,1 PFEO ××= − Eixo tandem duplo ≥ 11 4840,56105280,1 PFEO ××= −0 – 18 3549,35100359,8 PFEO ××= − Eixo tandem triplo ≥ 18 5789,57103229,1 PFEO ××= − P = Peso bruto total sobre o eixo Tabela 3 – Expressões matemáticas para obtenção dos fatores de equivalência de operações, para diferentes tipos de eixos (AASHTO) Tipos de eixo Equações (P em tf) Simples de rodagem simples 32,4 77,7 = PFEO Simples de rodagem dupla 32,4 17,8 = PFEO Tandem duplo (rodagem dupla) 14,4 08,15 = PFEO Tandem triplo (rodagem dupla) 22,4 95,22 = PFEO P = Peso bruto total sobre o eixo Determinação do número de solicitações para o período de projeto Cálculo do número de solicitações - Método do DNER – o número de solicitações transforma o tráfego em um número equivalente de solicitações do eixo padrão – informa quantas repetições de carga (eixo simples de roda dupla: 8,2 tf) o pavimento irá receber ao longo de sua vida útil 13 Fatores de Equivalência de Operações: Fator de Equivalência de Operações O número de solicitações é expresso por: Onde: N = número de solicitações do eixo padrão VDMm= volume diário médio de tráfego, no ano médio do período de projeto, em veículos/dia p = período de projeto, em anos FC = fator de carga FE = fator de eixo FR = fator climático regional Cálculo do Tráfego (VDM) Determinação do número de solicitações para o período de projeto O número de solicitações é expresso por: Onde: N = número de solicitações do eixo padrão VDMm = volume diário médio de tráfego, no ano médio do período de projeto, em veículos/dia p = período de projeto, em anos FC = fator de carga FE = fator de eixo FR = fator climático regional FRFEFCpVDMN m365= FRFEFCpVDMN m365= FEO 14 Cálculo do Tráfego (VDM) Crescimento linear Onde VDMf = volume diário médio de tráfego no último ano do período de projeto (veículos/dia) VDM0 = volume diário médio de tráfego no início do primeiro ano do período de projeto (veículos/dia) p = período de projeto, em anos e t = taxa anual de crescimento do tráfego volume diário médio de tráfego, no ano médio do período de projeto (veículos/dia) Crescimento geométrico No caso de crescimento geométrico, a curva que representa o crescimento do tráfego é uma parábola que possui a seguinte forma geral: Onde VDMf = volume diário médio de tráfego no último ano do período de projeto (veículos/dia) VDM0 = volume diário médio de tráfego no início do primeiro ano do período de projeto (veículos/dia) p = período de projeto, em anos e t = taxa anual de crescimento do tráfego, em % Observação: O tráfego considerado para efeito de projeto é o da faixa mais solicitada; Porcentagens de veículos comerciais (em relação ao tráfego comercial nos dois sentidos) na faixa de trânsito tomada para o projeto: na falta de dados mais precisos, são fornecidas as seguintes indicações: ).1(.0 tpVDMVDM f += 2 )2(0 ptVDMVDM m += p f tVDMVDM )1(0 += 2 0VDMVDMVDM fm += 15 Tabela 4 - Estimativa de percentual de veículos na faixa de projeto Número de faixas de tráfego (dois sentidos) % de veículos comerciais na faixa de projeto 2 50 4 35 a 48 6 ou mais 25 a 48 O cálculo do número de operações do eixo padrão (N), para o período de projeto, deve ser feito multiplicando-se Vt pelos fatores de eixo (FE), de carga (FC) e pelo fator climático regional (FR). O FE é um número que multiplicado pelo número de veículos, fornece o número de eixos correspondente. O FC é um número que multiplicado pelo número de eixos que operam, fornece o número de eixos equivalentes ao eixo padrão. FV = FE × FC FV é o fator de veículo, isto é, é um número que multiplicado pelo número de veículos que operam fornece diretamente o número de eixos equivalentes ao eixo padrão. Cálculo do Fator de Eixo (FE) O fator de eixo transforma o tráfego de veículos em número de passagens de eixos equivalentes FE = fator de eixo p2 = porcentagem de veículos de dois eixos p3 = porcentagem de veículos de três eixos e pn = porcentagem de veículos de n eixos Cálculo do Fator de Carga (FC) Baseia-se no fator de equivalência de operações, que relaciona o efeito da passagem de qualquer tipo de veículo com o efeito da passagem do veículo padrão – Por exemplo: se o fator de equivalência de operações = 7, entende-se que se trata de um veículo cuja passagem representa o mesmo efeito que 7 passagens do veículo padrão Para cada eixo há um fator de equivalência de carga em relação ao eixo padrão de 8,2 t npppFE n ×++×+×= K32 32 16 Multiplicando-se o fator de equivalência de operações pela correspondente porcentagem de veículos, obtém-se a equivalência de operações Soma da equivalência de operações = Fator de carga Cálculo do Fator Climático Regional (FR) Utilizado para considerar as variações de umidade às quais os materiais constituintes do pavimento estão sujeitos durante as estações do ano, e que influem diretamente na capacidade de suporte dos mesmos. Fatores climáticos regionais sugeridos no Brasil, em função da altura média anual de chuva em mm: Quando não existem dados pluviométricos, podem-se adotar valores médios para cada região. Altura média anual de chuva (mm) Fator Climático Regional (FR) Até 800 0,7 De 800 a 1500 1,4 Mais de 1500 1,8 17 Exemplo Dimensionar um pavimento para 10 anos sabendo-se que o volume diário de tráfego nos dois sentidos é igual a 2000 veículos e que a composição é de 90% com 2 eixos e 10% com 3 eixos. Taxa de crescimento linear t = 5% P = período de projeto = 10 anos Fator de Equivalência de Eixo simples Porcentagens equivalência operações (t) (Pj) (FEO) (Pj * FEO) 5 6 0,1 0,6 6 10 0,3 3 7 4 0,5 2 9 8 2 16 11 9 6 54 13 3 17 51 15 4 42 168 Eixo Tandem Duplo (t) 20 2 21 42 46 336,6 = 100 * FC FC = 3,366 Volume de tráfego em um sentido Volume médio para o período de projeto Cálculo do fator de eixo FE FC = 3,366 veículosV 1000 2 2000 0 == veículosptVDMVDM m 12502 )05,0102(1000 2 )2(0 =×+=+= 1,231,029,0 =×+×=FE padrãoeixodooperaçõesdeteequivalennúmeroN N 7102,35,487.250.32 0,1366,31,2125010365 ×== ×××××= FRFEFCpVDMN m365= 3,366 1,010 FRFEFCpVDMN m365= 3,366 1,010
Compartilhar