Summary
Aqui, apresentamos um método para determinar o coeficiente de atrito de pavimentos com diferentes espessuras de gelo em ambientes fechados. O procedimento completo inclui a preparação do equipamento, o cálculo e análise da queda de neve, calibração do equipamento, determinação do coeficiente de atrito e análise de dados.
Abstract
O gelo nas superfícies das estradas pode levar a uma diminuição significativa do coeficiente de atrito, pondo assim em risco a segurança de condução. No entanto, ainda não existem estudos que forneçam valores exatos de coeficiente de atrito para pavimentos cobertos de gelo, o que é prejudicial tanto para o projeto da estrada quanto para a seleção de medidas de manutenção de estradas no inverno. Portanto, este artigo apresenta um método experimental para determinar o coeficiente de atrito de superfícies de estradas geladas no inverno. Um testador portátil britânico (BPT), também conhecido como medidor de coeficiente de atrito do pêndulo, foi empregado para o experimento. O experimento foi dividido nas seguintes cinco etapas: preparação do equipamento, cálculo e análise da queda de neve, calibração do equipamento, determinação do coeficiente de atrito e análise dos dados. A precisão do experimento final é diretamente afetada pela precisão do equipamento, que é descrita em detalhes. Além disso, este artigo sugere um método para calcular a espessura do gelo para quantidades correspondentes de queda de neve. Os resultados ilustram que mesmo o gelo irregular formado por uma queda de neve muito leve pode levar a uma diminuição significativa no coeficiente de atrito do pavimento, colocando em risco a segurança de condução. Além disso, o coeficiente de atrito está no seu pico quando a espessura do gelo atinge 5 mm, o que significa que medidas de proteção devem ser tomadas para evitar a formação de tal gelo.
Introduction
O atrito do pavimento é definido como a aderência entre os pneus do veículo e a superfície subjacente da estrada1. O índice mais comumente associado ao atrito do pavimento no projeto da estrada é o coeficiente de atrito do pavimento. O atrito é um dos fatores mais importantes no projeto da estrada e perde apenas para a durabilidade. Existe uma correlação forte e clara entre o desempenho do atrito do pavimento e o risco de acidente2. Por exemplo, há uma correlação negativa significativa entre as taxas de acidentes rodoviários e a resistência à derrapagem do pavimento 3,4,5. Vários fatores podem contribuir para a diminuição do atrito do pavimento, sendo que um dos mais diretos e influentes desses fatores é a queda de neve6. Especificamente, a queda de neve faz com que o gelo se forme no pavimento, resultando em uma redução significativa no coeficiente de atrito da estrada 7,8. Um estudo com foco nos fatores que influenciam as taxas de acidentes de trânsito no sul da Finlândia observou que as taxas de acidentes geralmente atingem o pico em dias com forte queda de neve e que mais de 10 cm de neve podem levar a uma duplicação da taxa de acidentes9. Resultados semelhantes foram encontrados em estudos realizados tanto na Suécia quanto no Canadá10,11. Portanto, estudar as propriedades de atrito de pavimentos congelados pela neve é crucial para melhorar a segurança rodoviária.
Determinar o coeficiente de atrito de pavimentos gelados é um processo complexo porque o coeficiente de atrito pode variar sob diferentes níveis de queda de neve e espessuras de gelo do pavimento. Além disso, a variação de temperaturas e características dos pneus também pode afetar o coeficiente de atrito. No passado, numerosos experimentos foram realizados para estudar as características de atrito de pneus no gelo12. No entanto, devido às diferenças em ambientes individuais e características dos pneus, resultados consistentes não podem ser obtidos e utilizados como base para estudos teóricos. Por isso, muitos pesquisadores têm tentado desenvolver modelos teóricos para analisar o atrito dos pneus no gelo. Hayhoe e Sahpley13 sugeriram o conceito de troca de calor por atrito úmido na interface entre pneus e gelo, enquanto Peng et al.14 propuseram um modelo de dados avançado para prever o atrito com base no conceito acima. Além disso, Klapproth apresentou um modelo matemático inovador para descrever o atrito da borracha áspera sobre gelo liso15. No entanto, os modelos acima demonstraram apresentar erros significativos, principalmente devido à sua incapacidade de caracterizar com precisão e eficiência as propriedades de atrito de pneus sobre gelo16.
Para reduzir os erros dos modelos teóricos, é necessária uma grande quantidade de dados experimentais. A Agência Meteorológica Finlandesa desenvolveu um modelo de atrito para prever o atrito do pavimento gelado, e a fórmula para esse modelo foi baseada principalmente em dados obtidos de estações meteorológicas rodoviárias e por meio de análise estatística17. Além disso, Ivanović et al. reuniram uma quantidade significativa de dados experimentais analisando as características de atrito de pneus sobre gelo e calculando o coeficiente de atrito do gelo por análise de regressão18. Gao et al. também propuseram um novo modelo de predição da tração pneu-borracha-gelo combinando o algoritmo de otimização de Levenberg-Marquardt (LM) com uma rede neural para obter a fórmula para o coeficiente de atrito no gelo19. Todos os modelos acima foram validados ou aplicados na prática e são, portanto, considerados viáveis.
Além de métodos teóricos, muitos métodos práticos foram desenvolvidos para medir o coeficiente de atrito de pavimentos em áreas nevadas e congeladas. Devido às particularidades do clima, esses métodos têm sido amplamente utilizados em países nórdicos como Suécia, Noruega e Finlândia20. Na Suécia, os seguintes três tipos principais de dispositivos de medição de atrito são usados: o BV11, SFT e BV14. O BV14, um testador de atrito duplo desenvolvido especificamente para avaliações de manutenção de inverno, está diretamente conectado ao veículo de medição e mede o atrito seco em ambos os caminhos das rodas simultaneamente20. Na Finlândia, o veículo de medição de atrito (TIE 475) é usado para avaliações de manutenção de estradas de inverno, enquanto na Noruega, o dispositivo de medição de atrito ROAR (sem água) é um equipamento comumente usado2. A maioria das medições de atrito de inverno realizadas na Suécia, Noruega e Finlândia foi realizada usando carros de passageiros comuns com ABS e instrumentos que medem a desaceleração sob frenagem 2,20. A vantagem deste método é que é simples e relativamente barato, e a principal desvantagem é que a precisão do método é muito baixa.
Os estudos descritos acima fornecem métodos para prever e detectar coeficientes de atrito no gelo. No entanto, ainda não foi fornecido um método uniforme e um valor específico para orientar os projetistas de estradas. Além disso, para as estradas de inverno, o coeficiente de atrito entre os pneus e o gelo pode variar em relação a diferentes espessuras de gelo, e diferentes medidas de descarte também devem ser implementadas21. Portanto, este trabalho tem como objetivo determinar o coeficiente de atrito de estradas geladas sob diferentes quantidades de queda de neve.
Internacionalmente, o testador portátil britânico (BPT) e o testador de atrito portátil do Swedish Road and Transport Research Institute (VTI PFT) são atualmente os instrumentos mais utilizados para medir o coeficiente de atrito22,23. O PFT é um testador de atrito portátil desenvolvido pela VTI, e permite que o operador faça medições na posição vertical e salve os dados no computador22. O PFT pode medir a maioria das marcações rodoviárias contornadas, mas o número de instrumentos atualmente disponíveis ainda é muito pequeno2. O BPT é um testador de coeficiente de atrito do pêndulo que foi desenvolvido pelo British Road Research Laboratory (RRL, agora TRL). O instrumento é um testador de impacto de pêndulo dinâmico usado para medir a perda de energia nos casos em que uma borda deslizante de borracha é impulsionada sobre uma superfície de teste. Os resultados são relatados como British Pendulum Numbers (BPNs) para enfatizar que são específicos desse testador e não diretamente equivalentes aos de outros dispositivos24. O instrumento mostrou-se útil para a determinação de coeficientes de atrito no campo experimental do pavimento23. Este experimento utiliza o BPT para a determinação de coeficientes de atrito.
O presente estudo descreve o procedimento experimental para mensuração do coeficiente de atrito de pavimentos gelados correspondentes a diferentes quantidades de queda de neve em ambientes fechados. Os problemas a serem observados nos experimentos, como calibração experimental, implementação experimental e os métodos de análise de dados, são explicados em detalhes. Os procedimentos experimentais atuais podem ser resumidos pelas seguintes cinco etapas: 1) a preparação do equipamento, 2) o cálculo e análise da queda de neve, 3) calibração do equipamento, 4) determinação do coeficiente de atrito e 5) análise dos dados.
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Protocol
1. Preparação do equipamento
- BPT
- Certifique-se de que o BPT (Figura 1) esteja dentro de sua vida útil e que a superfície esteja limpa e intacta.
NOTA: Os componentes do BPT são a base, a espiral de nivelamento, a bolha de nivelamento, o ponteiro, o pêndulo, a espiral de elevação, a espiral de fixação, a alça e o mostrador.
- Certifique-se de que o BPT (Figura 1) esteja dentro de sua vida útil e que a superfície esteja limpa e intacta.
- Lajes de asfalto
- Certifique-se de que o tamanho da amostra de mistura asfáltica usada para o experimento seja de 30 cm x 30 cm x 5 cm.
- Equipamento de congelação
- Certifique-se de que o equipamento de congelação utilizado pode regular livremente a temperatura entre -20 °C e 0 °C.
- Prepare outros equipamentos usados no experimento: um tripé, um cilindro de medição, uma folha de borracha, um termômetro de pavimento, uma régua de comprimento deslizante e uma escova.
NOTA: O tamanho da folha de borracha utilizada no experimento foi de 6,35 mm x 25,4 mm x 76,2 mm, e deve atender aos requisitos de qualidade apresentados na Tabela 124.- Certifique-se de que a folha de borracha não tenha nenhum dos seguintes defeitos: 1) manchas de óleo; 2) desgaste da borda da largura maior que 3,2 mm; ou 3) desgaste longitudinal maior que 1,6 mm.
- Antes de usar uma nova folha de borracha, certifique-se de que a folha de borracha seja medida 10 vezes usando um BPT em uma superfície seca antes de usá-la para testes oficiais.
2. Cálculo e análise da queda de neve
NOTA: A Tabela 2 fornece a classificação da classe de queda de neve. Considerando casos extremos, o equipamento requer 24 horas de queda de neve para realizar o estudo.
- Para garantir a facilidade do experimento, realize o cálculo e a análise correspondentes usando o limite superior para cada nível de queda de neve.
NOTA: Os diferentes níveis da profundidade da queda de neve e o volume de água correspondente das amostras após o cálculo são apresentados no quadro 3. O experimento não considerou a influência de tempestades de neve extraordinárias, e as categorias de neve muito leve a grandes nevascas foram numeradas de 1 a 6.
3. Calibração do equipamento
- Nivelamento e ajuste zero
- Coloque o BPT em uma posição adequada.
NOTA: Uma posição adequada significa que o solo é plano e livre de buracos. - Gire a espiral de nivelamento na base do BPT para garantir que a bolha de nivelamento permaneça na posição intermediária.
- Solte a espiral de fixação, gire a espiral de elevação para fazer o pêndulo levantar e balançar livremente e, em seguida, aperte a espiral de fixação.
- Coloque o braço do pêndulo no cantilever direito da mesa do pêndulo, mantendo o braço na posição horizontal enquanto gira o ponteiro para o lado direito nivelado com o braço.
- Pressione o botão de liberação para deixar o braço do pêndulo balançar livremente. Quando o pêndulo cruzar o ponto mais baixo para atingir o ponto mais alto, segure-o com a mão.
Observação : se for preciso, o ponteiro deve indicar zero neste momento. - Se o ponteiro não mostrar o ponto zero, solte ou aperte a porca de zeragem e repita as etapas 3.1.4 e 3.1.5 até que o ponteiro indique o ponto zero.
- Coloque o BPT em uma posição adequada.
- Calibração do comprimento deslizante
- Coloque a laje asfáltica diretamente sob o pêndulo, soltando a espiral de fixação para que a borda mais baixa da folha de borracha toque a superfície da laje asfáltica.
- Prepare a régua de comprimento deslizante e aproxime-a da folha de borracha.
- Levante a alça de transporte de modo que a marca da escala esquerda da régua de comprimento deslizante seja nivelada com a borda mais baixa da folha de borracha.
- Levante a alça de transporte e mova o pêndulo para a direita para que a borda mais baixa da folha de borracha toque apenas a superfície da laje de asfalto.
- Observe se a régua de comprimento deslizante está nivelada com a borda da folha de borracha. Se for, o comprimento deslizante atende ao requisito de 126 mm. Caso contrário, continue as seguintes operações.
- Gire a espiral de elevação para ajustar a altura do pêndulo e repita as etapas 3.2.3-3.2.5 para ajustar o comprimento deslizante de modo que ele atenda aos requisitos.
- Quando for necessário um ajuste fino, torça a espiral de nivelamento na base.
NOTA: A bolha de nivelamento precisa permanecer no centro durante o ajuste.
4. Determinação do coeficiente de atrito
- Selecione sete peças de laje de asfalto, limpe-as com uma escova e seque-as naturalmente à temperatura ambiente.
- Numere as lajes de asfalto na ordem de 1-7.
- Coloque as lajes de asfalto em moldes e, simultaneamente, resfrie-as e congele-as com uma camada de água.
NOTA: Neste experimento, as sete amostras foram colocadas no freezer a uma temperatura controlada de -10 °C por 24 h. As diferentes amostras com os volumes de água correspondentes são mostradas na Figura 2.- Amostra 1: Para simular neve muito leve, despeje 9 cm3 de água sobre a amostra de asfalto. Preencha o vazio da superfície da laje asfáltica com água e nivele a parte levantada. Não se espera que a camada de gelo cubra completamente as partículas de asfalto da superfície da amostra. Portanto, algumas partículas serão expostas, e esse fenômeno é conhecido como gelo irregular.
- Amostra 2: Para simular neve leve, despeje 216 cm3 de água sobre a amostra de asfalto usando um cilindro de medição. A espessura de gelo esperada é de 2,17 mm. Neste caso, a camada de água cobre completamente a superfície da amostra. Deve ser completamente congelado após o gelo.
- Amostra 3: Para simular neve média, despeje 441 cm3 de água sobre a amostra de asfalto usando um cilindro de medição. A espessura de gelo esperada é de 5,4 mm.
- Amostra 4: Para simular neve pesada, despeje 891 cm3 de água sobre a amostra de asfalto usando um cilindro de medição. A espessura de gelo esperada é de 11 mm.
- Amostra 5: Para simular uma nevasca, despeje 1.791 cm3 de água sobre a amostra de asfalto usando um cilindro de medição. A espessura de gelo esperada é de 22,1 mm.
- Amostra 6: Para simular uma grande nevasca, despeje 2.691 cm3 de água sobre a amostra de asfalto usando um cilindro de medição. A espessura de gelo esperada é de 33,2 mm.
- Amostra 7: Coloque diretamente a amostra no congelador para arrefecimento sem adicionar água como uma amostra congelada seca para comparação.
- Após a congelação, retire as amostras do congelador; por sua vez, remova os moldes e coloque-os nos centros BPT, que foram previamente nivelados e zerados.
- Use o termômetro de pavimento para medir a temperatura da superfície da amostra e registrá-la.
- Execute a calibração do comprimento deslizante para garantir uma distância de deslizamento de 126 mm.
- Pressione o interruptor de liberação do braço do pêndulo. Quando o braço do pêndulo cruzar o ponto mais baixo e balançar para o mais alto, segure-o à mão e leia e registre o resultado.
- Restaure o braço do pêndulo e o ponteiro para as posições zero e horizontal, respectivamente.
NOTA: O comprimento deslizante deve ser recalibrado cada vez que uma nova amostra é testada. - Repita as etapas um total de 10 vezes e meça sete amostras em sequência.
NOTA: Cada amostra tem 10 leituras de medição, e as diferenças de valor mínimo e máximo devem ser menores que 3.
5. Análise dos dados
- Registre os dados da Figura 3 em uma tabela e faça a média dos resultados da medição para obter o resultado final (Tabela 4).
- Correção de temperatura para valores de pêndulo
- Insira as medições do valor de temperatura na equação a seguir para obter o valor BPN compensado pela temperatura:
NOTA: A unidade de temperatura usada na equação original é a Kelvin, enquanto as temperaturas experimentais são todas em centígrado, de modo que uma conversão de temperatura deve ser realizada. As duas unidades de temperatura são convertidas da seguinte forma:
T (K) = 273,15 + T (oC) - Subtraia o valor do BPN compensado do valor médio do BPN na Tabela 4 para obter o valor final do BPN compensado pela temperatura.
- Plote os valores finais de BPN na Tabela 4 como um gráfico de barras para resultados mais intuitivos (Figura 4).
- Insira as medições do valor de temperatura na equação a seguir para obter o valor BPN compensado pela temperatura:
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Representative Results
A amostra 7 da Tabela 4 é o grupo controle da amostra seca, enquanto as amostras restantes 1-6 correspondem a espessuras de gelo que variam de neve muito leve a uma grande nevasca.
Ao comparar a amostra 7 e os outros seis grupos, observou-se que a formação de gelo reduziu significativamente o coeficiente de atrito do pavimento. Além disso, o coeficiente de atrito do pavimento diminuiu com o aumento da espessura do gelo, e a espessura do gelo tendeu a se estabilizar em 5 mm, o que corresponde à neve média. O coeficiente de atrito final do gelo foi de aproximadamente 25% do coeficiente de atrito superficial das amostras secas e úmidas.
Com base na amostra 1, observou-se que uma queda de neve muito leve tem um forte impacto no coeficiente de atrito da estrada. Além disso, mesmo com uma camada de gelo muito fina, o gelo da superfície da estrada causado por vestígios de queda de neve ainda reduziu o coeficiente de atrito da estrada em aproximadamente 50% em comparação com a amostra de controle 7. Para a amostra 4, amostra 5 e amostra 6, os valores médios finais de BPN foram idênticos. Isso indica que o coeficiente de atrito da estrada da camada de gelo tende a se estabilizar e que a medição de uma camada de gelo mais espessa não é necessária.
Com relação à amostra 2, amostra 3 e amostra 4, observou-se que o coeficiente de atrito superficial diminui gradualmente. As amostras acima correspondem a espessuras de gelo de 2 mm, 5 mm e 11 mm, respectivamente. Em teoria, o coeficiente de atrito dessas amostras deve ser consistente, enquanto a medição real do coeficiente de atrito foi maior para a camada de gelo de 2 mm. A análise sugere duas razões para isso. Primeiro, a uma espessura de gelo de 2 mm, a microestrutura das partículas da superfície da amostra na camada de gelo tem um certo impacto. Mesmo que a superfície de gelo da amostra seja colocada horizontalmente, com gelo natural, ela não é lisa no nível microscópico. Em segundo lugar, o braço do pêndulo entra em contato com o gelo durante o experimento. O gelo é compactado e deformado a partir do atrito do braço do pêndulo devido à finura do gelo e à pressão exercida sobre ele. O processo de atrito do bloco de borracha ondula as partículas superficiais da peça de teste, resultando em um maior coeficiente de atrito.
Como mostrado na Figura 4, o coeficiente de atrito do gelo tendeu a diminuir rapidamente à medida que a queda de neve e a espessura da camada de gelo aumentavam. Além disso, tendeu a estabilizar quando a espessura do gelo correspondente à neve média foi atingida. A amostra 1 representa neve muito leve aderida à superfície do pavimento após o gelo; isso resultou em uma redução no coeficiente de atrito do pavimento, e seu valor de BPN diminuiu em aproximadamente 43% em relação à amostra seca. A amostra 2, a amostra 3 e a amostra 4 correspondem a neve leve, média e pesada, respectivamente, e as espessuras da camada de gelo das três amostras foram diferentes após o gelo. Entre eles, o valor de BPN da neve média era apenas metade do da neve leve, porque a espessura da camada de gelo correspondente à pouca neve era de apenas 2 mm. Portanto, a microestrutura da superfície da amostra ainda afeta o valor do coeficiente de atrito. Quando a camada de gelo atingiu as espessuras de neve média e pesada, a microestrutura da amostra não afetou mais o coeficiente de atrito. A ligeira diferença entre os dois BPNs é devido à extrusão diferente da folha de borracha nas diferentes espessuras de gelo, o que leva à deformação do gelo. Os BPNs das amostras de neve pesada, nevasca e nevasca grande eram os mesmos, o que significa que, quando a espessura do gelo atingiu 11 mm, a camada de borracha não deformou mais a camada de gelo compactando-a, e os BPNs e os valores do coeficiente de atrito permaneceram inalterados.
| Temperatura | Temperatura ambiente (°C) | ||||
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| Flexibilidade | 43-49 | 58-65 | 66-73 | 71-77 | 74-79 |
| Dureza | 55 ± 5 | ||||
Quadro 1: Requisitos do índice técnico para a folha de borracha. Isto refere-se à borracha natural em particular.
| Nível | 12h de queda de neve | Queda de neve 24h |
| Neve muito leve | < 0,1 | < 0,1 |
| Pouca Neve | 0.1 – 0.9 | 0.1 – 2.4 |
| Neve média | 1.0 – 2.9 | 2.5 – 4.9 |
| Neve pesada | 3.0 – 5.9 | 5.0 – 9.9 |
| Nevasca | 6.0 – 9.9 | 10.0 – 19.9 |
| Grande nevasca | 10.0 – 14.9 | 20.0 – 29.9 |
| Tempestade de neve extraordinária | ≥15,0 | ≥30,0 |
Tabela 2: Classificação do nível de queda de neve. A unidade de dados na tabela é milímetros (mm).
| Nível | Queda de neve 24h (mm) | Profundidade da queda de neve (mm) | Correspondente ao volume de água da amostra (cm3) | Correspondente à espessura do gelo na amostra (mm) |
| Neve muito leve | < 0,1 | < 0,8 | 9 < | 0.1 |
| Pouca Neve | 2.4 | 19.2 | 216 | 2.6 |
| Neve média | 4.9 | 39.2 | 441 | 5.4 |
| Neve pesada | 9.9 | 79.2 | 891 | 10.9 |
| Bilzzard • | 19.9 | 159.2 | 1791 | 21.9 |
| Grande Bilzzard | 29.9 | 239.2 | 2691 | 32.9 |
| Tempestade de neve extraordinária | ≥30,0 | ≥240 | ≥2700 | 33 |
Tabela 3: Diferentes níveis de queda de neve correspondentes ao volume de água da amostra. As densidades de água e gelo são de 1g/cm 3 e 0,92g/cm3, respectivamente.
| Número da amostra | Valor do pêndulo Temperatura: -1°C | Valor médio | Temperamento- ature valor do pêndulo corrigido |
|||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||
 |
51 | 50 | 50 | 48 | 51 | 49 | 50 | 48 | 51 | 48 | 50 | 45 |
 |
31 | 33 | 32 | 33 | 33 | 34 | 34 | 33 | 32 | 31 | 33 | 28 |
 |
19 | 18 | 20 | 20 | 21 | 21 | 20 | 19 | 20 | 19 | 19 | 14 |
 |
17 | 18 | 20 | 19 | 18 | 18 | 19 | 19 | 18 | 18 | 18 | 13 |
 |
18 | 19 | 18 | 17 | 16 | 18 | 19 | 18 | 17 | 18 | 18 | 13 |
 |
18 | 17 | 18 | 17 | 16 | 18 | 19 | 18 | 17 | 18 | 18 | 13 |
 |
83 | 82 | 85 | 83 | 83 | 84 | 85 | 82 | 83 | 82 | 83 | 78 |
Tabela 4: Resultados para os coeficientes de atrito das amostras de asfalto cobertas de gelo.
Figura 1: O BPT usado no experimento. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Diferentes amostras com os volumes de água correspondentes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Resultados do registro experimental (BPN). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Coeficientes de atrito do gelo do pavimento sob diferentes níveis de queda de neve. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
O presente trabalho examina o procedimento para testar o coeficiente de atrito de pavimento gelado utilizando um BPT. Vários pontos precisam ser analisados de forma abrangente e são discutidos em detalhes aqui. Primeiro, em termos de preparação das amostras de mistura asfáltica, deve-se tentar usar o asfalto de petróleo rodoviário para preparar as amostras, mas isso não é um requisito. O preparo das amostras da mistura asfáltica deve ser realizado em estrita conformidade com os protocolos experimentais da ASTM (D6926-20), pois isso afeta a acurácia dos resultados finais25. Se o coeficiente de fricção da amostra final for demasiado grande ou demasiado pequeno em resultado de uma má classificação da mistura, a amostra deve ser novamente preparada e novamente ensaiada. As lajes asfálticas preparadas devem ser mantidas de acordo com os requisitos.
Outro passo crítico é o cálculo da queda de neve. O acúmulo de neve é resultado da precipitação. De acordo com pesquisas realizadas pelo Escritório Meteorológico da República Popular da China, a queda de neve pode ser medida pelo seguinte método: um recipiente padrão é usado para derreter a neve, coletada em 12 h ou 24 h, na água, e o valor obtido com um copo de medição é medido em milímetros (mm), com 1 mm de queda de neve representando uma profundidade de neve de aproximadamente 8 mm26 . O tamanho da amostra da mistura asfáltica pré-fabricada experimental é de 30 cm x 30 cm x 5 cm, e 1 mm de precipitação na laje asfáltica tem um volume de água de 30 cm x 30 x cm 0,1 cm = 90 cm3. De acordo com este método de cálculo, o volume de água necessário pode ser derivado da amostra correspondente com uma espessura da camada de gelo de 1,1 mm.
Além disso, a determinação da temperatura e do tempo de congelamento também são importantes. No experimento, a faixa de temperatura é ajustada para -5 °C a -10 °C. Todas as amostras devem ser congeladas durante, pelo menos, 24 h. O tempo pode ser obtido por teste de congelamento das amostras antes do experimento. Notavelmente, o tempo obtido por diferentes equipamentos com diferentes efeitos de congelamento pode variar.
Em seguida, ao calibrar o comprimento deslizante da folha de borracha, a borda mais baixa da folha de borracha deve tocar a superfície da laje asfáltica. Ele não deve deslizar para a frente com a inércia do braço oscilante, pois isso faria com que o comprimento deslizante diferisse do requisito de 126 mm.
Finalmente, um método de correção de temperatura deve ser usado. Estudos prévios indicaram que os BPNs estão relacionados tanto à temperatura quanto ao material da folha de borracha27. A especificação ASTM (E303-93) requer o uso de borracha sintética com baixa sensibilidade à temperatura, o que significa que não há conversões de temperatura envolvidas24,28. No entanto, a maioria dos experimentos atuais usa BPT para a determinação interna do coeficiente de atrito para borracha natural. Os BPNs obtidos a partir desses experimentos em diferentes temperaturas devem ser convertidos em valores em temperaturas padrão29. Numerosos estudos forneceram uma série de métodos para a conversão de temperatura BPN30. O presente trabalho emprega o método de Bazlamit et al., pois forneceram fórmulas para a conversão de BPNs em qualquer temperatura para valores em temperaturas padrão31.
As futuras aplicações de engenharia deste método referem-se principalmente ao projeto de estradas e à manutenção de estradas de inverno. Primeiro, ao projetar estradas em áreas nevadas e congeladas, os projetistas devem entender o nível local de queda de neve, considerar a possível espessura do gelo durante a operação da estrada e usar o coeficiente de atrito mais favorável para o projeto da estrada. Os coeficientes de atrito correspondentes a diferentes espessuras de gelo podem afetar os valores de inclinação cruzada, bem como os valores de superelevação no projeto da estrada, o que, por sua vez, pode afetar o raio da curva circular da estrada. Em segundo lugar, nossos experimentos podem ajudar a melhorar a eficiência da manutenção do pavimento no inverno, pois soluções para garantir coeficientes de atrito apropriados de pavimentos em diferentes espessuras de gelo podem ser desenvolvidas. De acordo com os resultados do artigo, o impacto na condução do veículo permanece o mesmo quando a espessura do gelo na superfície da estrada se torna maior que 5 mm. Este trabalho fornece uma referência para a gestão rodoviária no inverno, sugerindo que certas medidas devem ser implementadas antes que a espessura do gelo atinja 5 mm. Além disso, o presente estudo mostra que o impacto negativo na segurança rodoviária pode ser significativo mesmo com vestígios de neve leve, uma vez que essa neve tem maior probabilidade de congelar e causar uma diminuição significativa no coeficiente de atrito da estrada em um período muito curto.
Além disso, o método apresentado no artigo também apresenta algumas limitações. Os experimentos de acompanhamento devem ser combinados com dados reais da estrada para verificar os resultados experimentais. Além disso, a faixa de neve média deve ser dividida para determinar o valor exato quando o coeficiente de atrito não depender mais da espessura do gelo. As limitações do protocolo referem-se principalmente à incapacidade de obter superfícies de gelo uniformes nas amostras, o que, em alguns casos, leva a grandes erros experimentais.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Os autores gostariam de agradecer o Programa de Pesquisa Científica Financiado pelo Departamento de Educação Provincial de Shaanxi (Programa No. 21JK0908).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Brush | Shenzhen Huarui Brush Industry Co., LTD | L-31 | |
| Freezing equipment | Haier Group | BC/BD-251HD | |
| Measuring cylinder | Zhaoqing High-tech Zone Qianghong Plastic Mould Co., LTD | lb1 | |
| Pavement thermometer | Fluke Electronic Insrtument Company | F62MAX | |
| Pendulum Friction Cofficient Meter | Muyang County Highway Instrument Co., LTD | / | |
| Rubber sheet | Jiangsu Muyang Xinchen Highway Instrument Co., LTD | 785120123500 | |
| Sliding length ruler | Jiangsu Muyang Xinchen Highway Instrument Co., LTD | 785120123500 | |
| Tripod | Hangzhou Ruiqi Trading Co., LTD | TRGC1169 |
References
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