Otto nielsen impacto da sobrecarga revisado

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Otto nielsen impacto da sobrecarga revisado

  1. 1. ESTUDO DO IMPACTO DA SOBRECARGA DO TRÁFEGO RODOVIÁRIO NA VIDA ÚTIL DO PAVIMENTO Otto Araujo Nielsen Exército Brasileiro 1º Batalhão de Engenharia de Construção Ben-Hur de Albuquerque e Silva Exército Brasileiro Instituto Militar de Engenharia – SE/2 RESUMO Dada a grande extensão das malhas rodoviárias brasileiras, sujeitas a baixa ou inexistente fiscalização sobre as cargas transportadas, o envelhecimento prematuro é inevitável, gerando necessidades de intervenções nos primeiros anos de vida do pavimento. Porém, pela grande variedade de fatores associados ao envelhecimento prematuro das rodovias sem causas explícitas, não ocorre um defeito único, mais sim uma grande diversidade de defeitos, tais como: panelas, afundamento da trilha de roda, trincamentos longitudinais e transversais, trincas tipo couro de jacaré associadas à fadiga, tudo isto inserido num clima tropical superúmido, caracterizado por altas pluviosidade e temperatura, fatores que se somam à sobrecarga do tráfego. Com este enfoque, executou-se um estudo experimental na BR-319, segmento B, lote 3, localizado entre Porto Velho – RO e Humaitá – AM, a fim de mensurar a influência da sobrecarga no pavimento no tempo de vida útil do mesmo.Além disto, nas regiões não metropolitanas existe uma escassez de rodovias para atender um mesmo percurso, assim sendo, qualquer intervenção de grande porte, seja para implantação ou restauração e consequentemente a melhoria na segurança do usuário naquela rodovia gera um aumento de tráfego superior ao que muitas vezes não pode ser dimensionado através de simples contagem e estimativa de aumento de tráfego um vez que a real demanda é reprimida. Este aspecto também pode ser observado na BR-319, uma vez que outros projetos do PAC – usinas de Jirau e de Santo Antônio, realizados paralelamente com a restauração da rodovia, trouxeram um aumento de veículos imprevisível na época do projeto da rodovia. Palavras-chave: Vida útil; sobrecarga; taxa crescimento; desempenho de pavimentos. ABSTRACT Given the large extension of road networks in Brazil, subject to low or no supervision on the cargo transported, premature aging is inevitable, creating needs for interventions in early life of the pavement.In spite at the wide range of factors associated with premature aging highways without explicit causes, not only a defect occurs, but rather a wide range of defects, such as holes, track wheel, pates along and transverse cracks, such as alligator leathe, associated with fatigue, all housed in a super humid tropical climate, characterized by high rainfall and temperature, factors which add to the overload of traffic.With this approach, we ran an experimental study on the BR-319, B-segment, 3rd section, located between Porto Velho - RO and Humaitá - AM, in order to measure the influence of overload on the pavement useful life.Besides this, in non-metropolitan regions there is a lack of highways for the same route, therefore, any large-scale intervention, either for construction or restoration and consequently improved security for that highway user generates an increase in traffic, which can not be scaled by simple counting and estimating traffic growth.This also occurs in BR-319, since other projects PAC`s Jirau and Santo Antonio mills, conducted in parallel with the restoration of the highway, brought an increase of vehicles unpredictable at the time of the highway. Keywords: Life Time, overload, growth rate, pavements, performance. 1. INTRODUÇÃO A BR-319, inaugurada em 1973, ligava Manaus, no Amazonas, a Porto Velho em Rondônia, percorrendo 877 km. Porém, devido a duas décadas de ausência de manutenção a estrada
  2. 2. esfacelou-se, no asfalto ficaram diversas panelas e as inúmeras pontes tiveram suas estruturas comprometidas. Além do ponto de vista estratégico, ligando duas capitais do país, a BR-319 abre a possibilidade de transporte mais eficiente que o atual, hidroviário, para uma grande variedade de cargas, sem impedir a utilização ou combinação dos modais hidroviários e rodoviários. A travessia de mercadorias pela BR-319 reduz o tempo de trajeto das mercadorias do Sudeste até Manaus, diante de todas as demais alternativas de transporte, à exceção do modal aéreo. E oferece, ainda, a redução de 20% nos custos em relação às hidrovias, conforme defende o relatório do Tribunal de Contas da união (TCU) divulgado pelo senado. Este relatório, que faz críticas ao Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e Recursos Naturais Renováveis (IBAMA), apoia a decisão que leva em conta, em primeiro lugar, o interesse público e os benefícios sociais, inclusive a própria melhoria das condições de fiscalização ambiental, com a repavimentação da rodovia. Foi então que em 2007 o Exército Brasileiro, através do 5º BEC – Batalhão Coronel Carlos Aluisio Weber, conhecido por seu pioneirismo nas obras amazônicas, tomou como missão o asfaltamento de 50 km (km 813,6 – km 763,6) entre o trecho Porto Velho/ RO e Humaitá/ AM, onde seria ainda necessária a ampliação de cinco pontes. Com inicio em 2008 a obra, a qual em dezembro do mesmo ano estava com 90% concluída, consistia na pavimentação de 45 km (dos 50 previstos), porém o projeto fornecido pelo DNIT tinha o revestimento projetado para suportar uma carga referente à contagem de tráfego realizada no ano de 2005, com estimativa de crescimento de 3% ao ano, pelos próximos 10 anos, ou seja, 2005 a 2015. O que representa um crescimento da frota em 34% se acumulado nos 10 anos seguintes ao projeto. Assim, nos anos seguintes notou-se um rápido envelhecimento prematura do pavimento e estudos realizados em 2010 - 2011 sugerem que a condição de trabalho do revestimento é rigorosa, podendo, mesmo após um recapeamento, dar continuidade à reflexão das trincas da camada subjacente, abertura de panelas e deformação de trilhas de rodas. Muito embora, com o recapeamento, o pavimento certamente teria sua vida útil prolongada. Pela ausência de balança rodoviária no trajeto, o cálculo do número N para o dimensionamento foi obtido considerando os limites máximos de peso bruto total e peso bruto transmitido por eixo, fixados por lei, considerando os 10 anos como de vida útil para o pavimento, o que levou a um N de projeto de 4,98x106. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O Manual de pavimentação do DNIT de 2006, publicação IPR – 719, afirma que pelo método de dimensionamento de pavimento flexível – método do DNER o pavimento é dimensionado em função do número equivalente (N) de operações de um eixo tomado como padrão, durante o período de projeto escolhido. Para tal, existe um fator de equivalência de operação entre eixos simples e em “tandem”, com diferentes cargas e o eixo simples padrão com carga de (8,2ton).
  3. 3. Assim, sendo V o volume médio diário de tráfego no ano de abertura, num sentido e admitindo-se uma taxa t% de crescimento anual, que em uma primeira hipótese comporta-se em progressão aritmética, o volume médio diário de trafego, Vm, (em um sentido) durante o período de P anos será: O volume total de tráfego, (num sentido) durante o período, Vt, será: Como uma segunda hipótese, admite-se uma taxa t% de crescimento anual em progressão geométrica, o volume total do trafego, Vt, durante o período é dado por: Assumindo que a hipótese de crescimento segundo progressão geométrica seja a mais verossímil para este estudo, conforme será discutido mais a frente deste artigo. Podemos afirmar que conhecido Vt, da progressão geométrica, calcula-se N, que é o número equivalente de operações do eixo simples padrão durante o período de projeto e o parâmetro de tráfego usado no dimensionamento. Onde FE é o fator de eixos, isto é, um número que, multiplicado pelo número de veículos dá o número de eixos correspondentes. FC é o fator de carga, isto é, um número que, multiplicado pelo número de eixos que operam, dá o número de eixos equivalentes ao eixo padrão. FV é o fator de veículo, isto é, um número que multiplicado pelo número de veículos que operam, dá, diretamente, o número de eixos equivalentes ao eixo padrão. Para o cálculo de FE, FC e FV, é necessário conhecer a composição de tráfego. Para isto, realiza-se uma contagem classificatória do tráfego na rodovia. O DNIT adota como FC (Fator de carga) a tabela sugerida pelo “USACE”:
  4. 4. É importante, também, verificar que pela resolução nº 12, de 6 de fevereiro de 1998, do CONTRAN artigo 2º, os limites máximos de peso bruto total e peso bruto transmitido por eixo, ficam fixados em: I- Peso bruto total por unidade: 45 ton; II- Peso bruto por eixo isolado: 10 ton, direcional: 6 ton; III Peso bruto por conjunto de dois eixos em tandem, quando a distância entre os dois planos verticais que contenham os centros das rodas, for superior a 1,20m e inferior ou igual a 2,40m: 17 ton; IV Peso bruto por conjunto de dois eixos não em tandem, quando a distância entre os dois planos verticais, que contenham os centros das rodas for superior a 1,20m e inferior ou igual a 2,40m: 15ton; V Peso bruto por conjunto de três eixos em tandem aplicável somente a semirreboque, quando a distância entre os três planos verticais, que contenham os centros das rodas for superior a 1,20m e inferior ou igual a 2,40m: 25,5 ton; VI Peso bruto por conjunto de dois eixos, sendo um dotado de quatro pneumáticos e outros de dois pneumáticos interligados por suspensão especial, quando a distância entre os dois planos verticais que contenham os centros das rodas for: a) Inferior ou igual a 1,20m: 9 ton; b) Superior a 1,20 m e inferior ou igual a 2,40m: 13,5 ton. 3. ESTUDOS REALIZADOS a) Efeito da sobrecarga do tráfego na vida do pavimento: Traçando-se as curvas de Fator de Carga com as expressões adotadas pelo DNIT para dimensionamento de rodovias, temos a Figura 1:
  5. 5. Figura 1 – Gráfico realizado plotando-se a curva de Fator de Carga sugerida pela “USACE” para diversos carregamentos sobre os eixos. Percebe-se que as curvas de equivalência de tonelada por eixo são exponenciais acentuadas, o que indica que ao se exceder o peso adotado além do limite permitido pela legislação há como consequência um forte impacto sobre o calculo de número de eixos padrão equivalentes. Em caráter ilustrativo, podemos observar através de cálculo, utilizando as fórmulas do impacto de cargas do manual do DNIT, que um acréscimo de 2,0 ton no peso do eixo Tandem Triplo, além do limite previsto em lei, aumenta em 52% o número de eixos padrão equivalentes sobre o pavimento. Este valor pode ser verificado calculando o N de eixo padrão equivalente para o limite permitido em lei para o eixo Tandem Triplo, 25,5 ton, obtendo-se 9,299 eixos padrão, enquanto que ao ser colocando 27,5 ton, na equação de sugerida pela “USACE” retornará 14,172 eixos padrão equivalente. Com relação à tolerância permitida a Lei nº. 7408/85 e Resoluções nº. 102/99; 104 e 114/00 – CONTRAN permite a sobretaxa à tolerância máxima de 5% (cinco por cento) sobre os limites do peso bruto total transmitido por eixo de veículo das vias públicas. Na fiscalização de excesso de peso é verificado se este é igual ou menor do que os 5% (cinco por cento) do PBT ou, unitariamente, em cada eixo, de 7,5% (sete vírgula cinco por cento). Se o excesso constatado estiver dentro desses limites, não haverá autuações. Porém, na tese de doutorado de João Fortini Albano é verificado que quando não há a pesagem em uma rodovia, detectam-se normalmente abusos na ordem de 20% a 30% do limite de peso, conforme reportagem publicada em 20 de dezembro de 2012 no Jornal do Comércio/RS. Observada esta relação, procurou-se uma obra em execução para que se pudesse tentar verificar a influencia do excesso de tráfego na vida útil do pavimento. 3.1 Estudo de Caso A:
  6. 6. No caso específico do lote 3 da BR-319, onde o projeto prevê uma contagem de tráfego com carga que atinja, ao final de 10 anos, um N= 4,98x106. Agora considerando que por ausência de fiscalização ativa sobre a pesagem dos veículos de carga que utilizar a BR, existe uma sobrecarga, além do previsto em lei, o efeito desta sobrecarga acumulada ao longo dos anos de utilização, acarretará em uma considerável distorção do N real com relação do N de dimensionamento. Assim, com exatamente o mesmo tráfego de projeto, porém considerando que exista um excesso da carga real sobre os veículos com relação à carga permitida em lei, acumulados nos anos de projeto, nota-se o feito acumulado da distorção do N mencionado anteriormente ao longo da vida útil do projeto, para o caso em estudo a distorção pode ser vista na Figura 2. Lembra-se que o eixo horizontal “% de erro na estimativa” refere-se ao percentual de sobrecarga somente nos veículos de carga, uma vez que os veículos de passeio e utilitários não tem peso relevante no caso em estudo para redução da vida útil do pavimento e o grande percentual de tráfego é de veículos de carga. Consequência da Sobrecarga no número eixos padrão acumulado: Figura 2 - Consequência da Sobrecarga na distorção do N de projeto. O gráfico da Figura 3 mostra a redução percentual do tempo de vida útil do pavimento em consequência somente da sobrecarga no trafego da BR-319, já que o N de projeto será atingido em uma data anterior ao período estipulado, 10 anos para este projeto. Consequência da sobrecarga na vida útil do pavimento:
  7. 7. Figura 3 - Redução no tempo de Vida. Dado o gráfico polinomial apresentado pela Figura 3, pode-se tentar uma aproximação tipo exponencial, na tentativa de descrever a relação direta entre o erro na estimativa da sobrecarga dos veículos e a redução da vida útil no pavimento, conforme mostrado nas Figuras 4 e 5. Figura 4 - Aproximação Exponencial para a redução da Vida útil
  8. 8. Figura 5 - Aproximação Polinomial para redução da vida útil Verificando-se as duas aproximações têm: - Aproximação Exponencial - Definida pela equação: - Aproximação Polinomial - Definida pela equação: Onde o x é o percentual de erro da sobre carga do pavimento e y é a redução percentual da vida útil do pavimento. Graficamente, verifica-se que até 10% de sobrecarga nos veículos utilitários, a aproximação polinomial é mais adequada, e a partir deste valor a aproximação exponencial se torna mais precisa. b) Efeito do erro na estimativa da taxa de crescimento do tráfego: Como visto anteriormente, os projetos rodoviários estimam a taxa de crescimento do tráfego de veículos ao longo dos anos de vida da rodovia, tomando como parâmetros, no caso de rodovias já implementadas, contagem de tráfego da época do projeto e em anos subsequentes para dimensionar a frota inicial e o seu crescimento nos últimos anos. Porém, este método pode apresentar algumas dificuldades, como: • A ausência de dados, ou falta de confiabilidade na contagem do trafego podem resultar em estimativas bem discrepantes do tráfego real, levando a um dimensionamento errôneo do pavimento.
  9. 9. • A intervenção de projeto da rodovia provocar alteração nas condições de segurança, velocidade, capacidade, levando a um aumento da confiabilidade dos usuários na rodovia; • A melhoria das condições de segurança, velocidade e capacidade geram um crescimento instantâneo após a entrega da obra, uma vez que veículos que utilizavam outros trajetos, de imediato passarão a utilizar a rodovia, não sendo uma taxa constante de crescimento ao longo dos anos. • O período de vida útil da obra exista alguma interferência socioeconômica de relevância na região. O que é muito comum em áreas em desenvolvimento, pois a instalação de uma indústria de maneira estratégica na rodovia, ou abertura de um aeroporto, ou porto nas proximidades da rodovia podem de imediato, gerar grandes alterações no tráfego da mesma. 3.2 Estudo de Caso B: No caso do lote 3 da BR-319, os três fatores acima foram relevantes uma vez que pelas condições precárias da estrada não existiam contagens de tráfego anteriores para a verificação da taxa de crescimento, além da reconstrução da própria rodovia servir como fonte de escoamento do eixo Manaus - Porto Velho e Porto Velho – Humaitá, havendo um sobretráfego imediatamente após o término da obra. Ainda, a construção de duas grandes usinas próxima à BR trouxe muitas indústrias para as proximidades levando a uma grande alteração socioeconômica como foi comentado na introdução. Além disto, com a melhoria das condições de segurança da rodovia, esta passou a ser rota do escoamento de madeira para Porto Velho. Somente nos anos de 2008 e 2009, foi registrado um aumento de 15,7% da frota (Figura 6), ou seja, em 2 anos a frota de Porto Velho cresceu metade do total previsto em 10 anos de projeto. Isto se deu principalmente por conta do início das obras de Jirau e Santo Antônio, agravado pela dificuldade de travessia por balsa entre Porto Velho e Humaitá, que obriga os carregamentos vindos por hidrovias descarregarem em Humaitá e rodarem pelo referido lote. Figura 6 – Aumento da frota entre 2008 e 2009 para diversas capitais brasileiras (Fonte: Folha de São Paulo de 07/02/2010)
  10. 10. Ressalta-se que o transporte de todos os insumos pétreos, britas e material de jazida para base, sub-base e revestimento dos trechos subsequentes trafegaram por cima do lote, uma vez que as jazidas mais próximas estão anteriores ao início do referido trecho. Considerando a carga de projeto inicial, um erro na taxa de crescimento ou um crescimento inicial acima do previsto poderia ocasionar um erro no dimensionamento do tráfego de projeto mostrado na figura abaixo: Consequência no erro da taxa de crescimento da frota no número de eixo padrão acumulado: Figura 7 - Crescimento do N com a estimativa de crescimento Figura 8 - Diminuição do tempo de vida útil pelo % de erro na estimativa do crescimento da frota Dado o gráfico apresentado pela figura 8, pode-se tentar uma aproximação tipo polinomial
  11. 11. para descrever a relação direta entre o erro na estimativa da sobrecarga dos veículos e a redução da vida útil no pavimento, conforme mostrado na Figura 9. Consequência no erro na estimativa do aumento da frota na vida útil do projeto – Aprox. Polinomial Figura 9 - Aproximação Polinomial para redução da vida útil Verificando-se as duas aproximações têm: - Aproximação Polinomial - Definida pela equação: Onde o x é o percentual de erro da estimativa no crescimento da frota e y é a redução percentual da vida útil do pavimento. Graficamente, verifica-se que até 8% de erro na estimativa no crescimento da frota, a aproximação polinomial é única adequada, e a partir deste valor a aproximação embora errônea, o erro é menor que 5% na redução da vida útil, assim em caráter estimativo é aceitável. 4. CONCLUSÕES Inicialmente, observa-se que: 1) Um pequeno erro no dimensionamento na taxa de crescimento do fluxo rodoviário pode gerar uma grande redução na vida útil da rodovia. Porem, mais que isto, conforme o artigo mostrou: dado uma aferição de tráfego posterior a construção do trecho e verificada uma incoerência entre a taxa de crescimento real e estimada em projeto, é teoricamente previsível, através das equações de aproximações mostradas no artigos, estimar em termos percentuais a redução do tempo total de vida útil do pavimento;
  12. 12. 2) A ausência ou déficit da verificação do peso transportado pelos veículos de carga na rodovia, realizada através de balanças rodoviárias, pode levar a um abuso no excesso de carga transportada. Estas sobrecargas no pavimento também podem gerar uma grande redução na vida útil da rodovia, mesmo que esta sobrecarga ainda esteja dentro dos parâmetros permitidos por lei. E ainda: dada uma aferição da sobrecarga dos veículos trafegados e verificada sua incoerência com o previsto pelo DNIT, é teoricamente previsível, através das equações de aproximações mostradas, estimar em termos percentuais a redução do tempo total de vida útil do pavimento; 3) Estas duas reduções de tempo de vida de utilização calculadas e a aplicação em outros casos, podem subsidiar tomadas de decisão quanto a período de manutenção e restauração rodoviária; Como sugestão de trabalhos futuros, poderiam ser realizados estes estudos em diversos trechos experimentais de forma a melhor aproximar as equações de redução de vida útil dos pavimentos devido à inadequações entre projeto e a realidade exigida do pavimento. Após este estudo e refinada a aproximação das curvas de redução do tempo de vida útil do pavimento, estas poderiam ser até utilizadas em auditorias de obras rodoviárias já concluídas a fim de serem verificados efetivamente se os defeitos apresentados prematuramente foram em consequência de erros executivos ou de falta de fiscalização da carga concomitante a impossibilidade da previsão da utilização da rodovia na fase de projeto. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS http://www12.senado.gov.br/noticias/materias/2010/03/10/auditoria-do-tcu-aprova-recuperacao-da-brSitio: 319-ressalta-jefferson-praia acessado em 24/06/2012 AASHO, American Associations of State Highway Officials. Interim Guide for design of pavement structures. Amer Assn of State Hwy: Washington, 2004. MEDINA J., MOTTA LMG., Mecânica dos Pavimentos. 2.ed. COPPE: Rio de Janeiro, 2005. MOTTA, LMG. Método de Dimensionamento de pavimentos Flexíveis; Critério de Confiabilidade e Ensaios de Cargas Repetidas. Tese de Doutorado COPPE-UFRJ: Rio de Janeiro, 1991. KLEIN, Jefferson. Falta de fiscalização nas estradas contribui para excesso de peso nos veículos de cargas. In: Jornal do Comércio. Ed. 20/12/2012. Disponível em: http://jcrs.uol.com.br/site/noticia.php?codn=111748 (último acesso: 23/03/2013, 12h34).

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