Efeitos da variação da carga por eixo, pressão de inflação e tipo de pneu na resposta elástica de um pavimento

Abstract

O presente trabalho é uma análise experimental que procura investigar os efeitos dos fatores carga por eixo, pressão de inflação e tipo de pneu sobre o desempenho de pavimentos. Os dados e informações existentes sobre o quadro de cargas por eixo praticada pela frota de veículos pesados é razoável. A ação conjunta dos referidos fatores é ainda uma questão pouco explorada. Assim, para compensar a escassez de dados sobre pressão de inflação e tipo de construção de pneus utilizados na frota de carga, programou-se uma pesquisa de campo na rodovia estadual RS/240. As informações oriundas da pesquisa demonstram que há um acréscimo generalizado no valor da pressão dos pneus e um aumento de uso dos pneus de fabricação radial em relação aos pneus convencionais. Os dados de campo subsidiaram a programação de um experimento fatorial cruzado executado na Área de Pesquisas e Testes de Pavimentos da UFRGS/DAER. A variação dos níveis dos fatores deu-se através de um simulador linear de tráfego atuando sobre uma pista experimental com 20 m de comprimento por 3,5 m de largura. Tendo como resposta estrutural do pavimento a máxima deflexão superficial recuperável medida com uma viga Benkelmam, determinou-se como significantes os efeitos dos fatores carga por eixo e pressão de enchimento dos pneus. Os cálculos estatísticos indicam também que não há diferenças significativas entre os pneus tipo 9.00R20 e 9.00x20 e que todas interações não exercem efeitos significativos sobre a variável de resposta. Em seqüência, determinaram-se as áreas de contato do rodado duplo do simulador de tráfego com a superfície do pavimento ensaiado para as combinações dos níveis dos fatores. Pode-se, então, comparar área de contato medida com área circular calculada, considerada em muitos modelos de dimensionamento de pavimentos. Relacionou-se a variação da pressão de contato com a deflexão recuperável e procedeu-se uma comparação da mesma com a pressão de inflação nominal dos pneus. Apresenta-se um modelo de análise do desempenho do pavimento em função da carga por eixo e da pressão de inflação, nos limites do experimento. Os dados decorrentes do experimento viabilizaram a determinação dos Fatores de Equivalência de Cargas para os níveis dos fatores, considerando-se o pavimento ensaiado. Avaliou-se, via evolução das deflexões e dos Fatores de Equivalência de Cargas, a redução da vida do pavimento, obtendo-se, para a combinação de níveis mais críticos de carregamento, resultados significativos de até 88 % de redução. Propõe-se, por último, uma formulação para o Fator de Equivalência de Cargas que considere também a ação da pressão de inflação.

This thesis presents an experimental study of the effects of trucks axle loads, inflation pressures and tire types on pavements performance. Though a great amount of data on trafficking axle loads is available, only a few researches have analyzed the combined action of those variables. Since information about trucks inflation pressure and tire type is scarce, a field survey was carried out in RS/240 state road. Collected data have show that during the past decades inflation pressure has generally increased and the use of radial tires instead of bias ones is growing. Based on those data, a factorial experiment was developed at the UFRGS/DAER Pavement Testing Facility. Different axle loads, inflation pressures and tire type were applied by a linear traffic simulator on a test section 20 m long and 3.5 m wide. The corresponding deflections were measured with a Benkelman beam. Tests results have demonstrated that axle load and inflation pressure do affect the measured deflections. Conversely, neither the type nor the interactions between the studied variables seem to play an important role on the pavement elastic behavior. Tire-pavement contact areas were graphically determined for every combination of axle load and inflation pressure and then compared to the calculated areas, assumed as circular in several design methods. Pavement deflections were related to contact pressures. The experimental results also allowed to determine load equivalence factors corresponding to the tested pavement structure and traffic characteristics. Those factors relate the deflection caused by a given combination of a axle load and inflation pressure related to the one due Brazilian standard values (axle load of 82 kN and inflation pressure of 552 kPa). Both deflections and load equivalence factors were used to calculate pavement residual life, which proved to be remarkably shortened by axle load and tire pressure increase. Finally, based on the obtained results, model relating deflections to axle loads and inflation pressures is presented for estimating pavement performance.