As características da textura das superfícies de pavimento têm um efeito significativo sobre o ruído de pneu gerado pelos veículos. Por este motivo, o método de caracterização das propriedades da textura de superfícies de estrada é imprescindível para o estudo do ruído pneu/pavimento.
Para caracterizar esta propriedade tem-se vindo a desenvolver muitos métodos e equipamentos de medição, desde há várias décadas. Os métodos para caracterização da
textura mais utilizados são a mancha de areia, o pêndulo britânico e os perfilómetros a laser (como por exemplo o Rosan e o CTMeter). A Universidade do Minho desenvolveu também um instrumento (Texscan) que permite analisar o espectro da textura.
5.2.1 Mancha da areia
O método da mancha de areia foi um dos primeiros ensaios destinados a avaliar, ainda que indirectamente, o atrito pneu/pavimento.
Este ensaio, apesar de assentar numa técnica tradicional, avalia de facto a rugosidade geométrica do pavimento (macro-textura).
Este método, regulado pela Norma NLT-335/87, consiste no espalhamento cuidadoso de uma determinada quantidade de areia ou esferas de vidro sobre a superfície de forma circular, medindo-se o raio de espalhamento.
Para isso é necessário proceder, com uma escova suave, à limpeza da superfície onde se irá efectuar o ensaio, num raio de 25 cm. Posteriormente, enche-se o recipiente com areia de forma a ficar compactada. Verte-se a areia do recipiente no local de ensaio em forma de superfície cónica, estendendo-a mediante movimentos rotativos, suaves e sem pressão até conseguir uma superfície plana aproximadamente circular (Figura 5.4). Finalmente, mede-se com um compasso o círculo de areia e com o recurso a uma régua obtêm-se o raio médio do círculo de areia.
Figura 5.4 – Ensaio da Mancha de Areia
Tendo conhecimento da quantidade de areia ou vidro e do raio de espalhamento, poderá medir-se a profundidade da textura através da Equação 5.1 [NLT-335/87]:
Equação 5.1: em que: 2
1416
,
3
r
V
H
×
=
H é a profundidade media da textura superficial (mm); V é o volume da areia utilizada (mm3 );
5.2.2 Pêndulo britânico
Este método foi desenvolvido na década de 50 pelo Transport and Road Research Laboratory (TRRL) do Reino Unido e continua a ser um dos equipamentos mais versáteis, económicos e de ampla utilização para avaliar a micro-textura.
Este ensaio do tipo pendular é determinado pela Norma ASTM E 303-93 e permite a medição localizada do coeficiente de atrito cinemático, através da avaliação da energia absorvida por atrito, quando a sapata de borracha do pêndulo desliza sobre o pavimento, ou sobre uma amostra de material a ensaiar.
Para isso, a superfície a ensaiar deve estar limpa, isenta de partículas soltas e inundada com água limpa. Faz-se oscilar o pêndulo quatro vezes, após uma primeira oscilação onde não se regista a leitura, molhando de cada uma das vezes a superfície de ensaio, e registando os resultados (Figura 5.5).
As características do pêndulo permitem que este simule o escorregamento dos pneus do veículo, sobre a estrada, à velocidade de 50 Km/h.
Figura 5.5 – Ensaio do Pêndulo Britânico
5.2.3 Perfilómetros a laser
Com o surgimento da robótica e/ou automação tenta-se descobrir formas mais práticas e exactas de medição através de lasers, seccionamentos de luz, estiletes e ultra-sons.
Existem diversos mecanismos a laser para caracterizar a textura do pavimento. A título de exemplo podemos indicar o Rosan e o CTMeter.
O método a laser designado por ROSAN (ROad Surface ANalyzer) é o mais usado nos Estados Unidos (EEUU) e tem vindo a ser largamente implementado em substituição do método da mancha de areia. Este método é um sistema automático portátil para a aferição da textura de pavimentos a velocidades de auto-estrada, ao longo de um trajecto linear [Wayson, 1998].
O ROSANvm é uma versão mais sofisticada, desenvolvida a partir das primeiras versões, e resume-se a um sensor a laser, controlado por computador, montado na parte dianteira de
um veículo apropriado. O feixe que é colocado transversalmente ao deslocamento do veículo, tem três comprimentos – 2.1 m, 3.5 m, e 4.9 m – e pesa aproximadamente 46 quilogramas. O ROSANvm pode ser operado a velocidades até 120 Km/h e consegue medir diversos parâmetros tais como o trajecto da roda esquerda, trajecto central, a macro-textura direita, as rodeiras, e a inclinação da estrada. No entanto, o ROSANvm especializou-se na medição da macro-textura, isto é, toda a mudança na superfície do pavimento maior que 0,5 milímetros e menor que 5 milímetros (Figura 5.6) [Koklanaris, 1998].
Figura 5.6 – Perfilómetro a laser ROSANvm [Koklanaris, 1998]
O CTMeter é também um dos métodos que pode ser implementado para determinar a textura de uma superfície de pavimento.
Os procedimentos para realizar o ensaio através do CTMeter são apresentados na norma ASTM E2157. O CTMeter usa um laser para medir o perfil de um círculo com 284 mm (11,2 in) de diâmetro ou 892 mm (35 in) de perímetro (Figura 5.7). O perfil é dividido em oito segmentos de 115,5 mm (4,4 in). A média das médias da profundidade de perfis (MPD) é determinada para cada um dos segmentos do círculo, sendo o valor da textura a média de todas as profundidades dos oito segmentos [Prowell and Hanson, 2005].
Figura 5.7 – CTMeter [Prowell and Hanson, 2005]
Os perfilómetros a laser utilizam um sensor electro-óptico para medir um feixe de laser reflectido no pavimento, tendo sido amplamente comprovados na Alemanha.
O perfilómetro de ligeiro seccionamento utiliza um feixe de luz mais estreito ou extenso, criando uma fina linha iluminada sobre o pavimento. O perfil é determinado a partir da transição entre as finas linhas da margem e o fundo.
O perfilómetro de estilete utiliza um estilete ou agulha que toca no pavimento e é conectado mecanicamente a um transdutor de deslocamento.
O perfilómetro ultra-sónico utiliza um sensor electroacústico. Analisa-se o som ultra-sónico reflectido a partir do solo. Utilizando os dados destes testes, as curvas de perfil que relacionam profundidade do perfil, a amplitude do perfil, e o espectro da textura podem desta forma ser determinados.
O método do feixe da textura recorre a dois sensores de textura, um estilete mecânico e um estilete a laser. Os sensores são usados para medir o movimento vertical. Os traços da textura resultantes são processados para determinar a textura e um espectro de textura.
5.2.4 Equipamento UM – Texscan
Este equipamento constitui um protótipo mecânico para utilização, quer em laboratório quer em campo, e destinando-se à caracterização da textura da superfície dos pavimentos rodoviários, entre outras aplicações, das quais destacamos o controlo de qualidade na análise dimensional dos materiais, como por exemplo o cálculo do índice de alongamento e verificação da presença de segregação.
O equipamento é constituído por uma estrutura de suporte e por um eixo ao qual está acoplado um motor eléctrico, de forma a permitir o deslocamento de um braço mecânico que serve de suporte ao sistema de medição. O sistema de medição é composto por duas câmaras e um laser de linha que permitem realizar o levantamento tridimensional da superfície dos pavimentos (Figura 5.8).
Através do levantamento tridimensional da superfície dos pavimentos é possível obter-se de uma forma muito rápida um conjunto de características superficiais, entre as quais a macro e a mega textura.
Além do exposto, este equipamento proporciona a possibilidade de exportar para ferramentas de análise de elementos finitos, a nuvem de pontos resultante da aquisição tridimensional da superfície dos pavimentos. Esta funcionalidade permite estudar o contacto pneu/pavimento, principal fonte do ruído rodoviário, e a durabilidade e estabilidade de novas camadas de desgaste face a cargas extremamente agressivas.
Figura 5.8 – Esquema do perfilómetro 3D Texscan (U.M.)