relação entre ruído de pneu e segurança

IX SIBRAV 2007 – 16 e 17 de agosto – POLI/USP

RELAÇÃO ENTRE RUÍDO DE PNEU E SEGURANÇA

Argemiro Luis de Aragão Costa*, e Antonio Marcelo Nappi Moreno**

*Pirelli Pneus S.A., [email protected] **Pirelli Pneus S.A., [email protected]

RESUMO Este trabalho apresenta a complexidade estrutural do pneumático, os mecanismos de aderência e de geração de ruído na interação pneu-pavimento. O pneu deve ser entendido como um item de segurança onde a aderência em pisos molhados é fator fundamental para a performance do veículo. O desenho da banda de rodagem garante a performance nos pavimentos molhados evitando a aquaplanagem, permitindo seu controle em manobras de emergência. Em contrapartida o desenho da banda de rodagem é uma das fontes de ruído no pneu. A modelagem matemática, testes em laboratório e pista de prova são ferramentas empregadas para otimização do contato pneu-pavimento e desenvolvimento de produtos mais silenciosos, seguros e que tenham alto rendimento quilométrico. Diferentes tipos de pavimentos brasileiros foram analisados e testados no que diz respeito a sua performance. Asfaltos mais rugosos, de textura mais aberta, geram maior ruído, no entanto, promovem maior aderência em pisos molhados. A sinergia entre as diversas áreas de conhecimento da engenharia civil e mecânica, trabalhando conjuntamente em atividades multidisciplinares, aumenta a probabilidade de sucesso na otimização do conforto, segurança e durabilidade. Com intuito de orientar e garantir maior conforto acústico e segurança aos usuários as normas técnicas estão em constante evolução exigindo maior empenho de engenharia e respeito ao meio ambiente. A União Européia através da European Commission (EC) anunciou um programa para revisão da Diretriz 2001/43/EC, propondo os próximos passos para redução de ruído, que incluem considerações sobre segurança (aderência no molhado) e economia de combustível (resistência ao rolamento), além da identificação dos produtos segundo sua emissão de ruído. Deste modo os usuários poderão estar atentos aos produtos disponíveis no mercado que não respeitam as recomendações e normas vigentes. INTRODUÇÃO Os pneus constituem a interface entre o veículo e o pavimento sobre o qual trafega. São projetados para transmitir e suportar os esforços gerados na condução normal do veículo, assegurando sua mobilidade e dirigibilidade. Acelerações, desacelerações, forças laterais, absorção de irregularidades do solo e impactos, são condições dinâmicas que fazem parte do dia a dia da estrutura do pneumático. O pneumático foi primeiramente inventado por Robert William Thomson, um engenheiro escocês que o patenteou 1845. As dificuldades de processo de fabricação, que sempre


acompanharam os pneumáticos, somados a falta de mercado, fizeram com que a primeira patente de pneumático fosse praticamente esquecida. Decorridos quarenta anos da sua invenção, após várias experiências, o pneu foi “reinventado” e novamente patenteado por John Boyd Dunlop em 1888 (figura 1), que comprovadamente desconhecia a patente anterior de Thomson. O pneumático na descrição da primeira patente já tinha objetivos claros: “funcionar como um suporte elástico para as rodas, reduzindo a força necessária para a tração do veículo, proporcionando movimentos mais suaves e menos rumorosos”. A maioria das industrias de pneumáticos surgiu nesta época, à medida que as dificuldades de processo e materiais eram solucionadas, e com a revogação da patente de Dunlop depois de dois anos da sua publicação, uma vez que se verificou que já existia uma patente anterior sobre o assunto, e que ela já havia expirado.

Figura 1: Testando o primeiro pneumático de John Boyd Dunlop*

A aderência pneu-pavimento é um ponto fundamental na segurança dos veículos. O termo aderência refere-se ao limite de atrito desenvolvido entre os pneus e a superfície da camada de rolamento do pavimento. A condição mais crítica é a aderência em pistas molhadas, situação em que pode ocorrer o fenômeno da hidroplanagem ou aquaplanagem. Nestas circunstâncias, a aderência é reduzida a valores insuficientes, perdendo-se a capacidade de frenagem e o controle direcional do veículo. Os altos índices de acidentes em pistas molhadas estão geralmente associados aos baixos coeficientes de atrito, às altas velocidades dos veículos imediatamente antes dos acidentes, aos pavimentos com pequena macrotextura, e aos pneus gastos [1]. Os ruídos são vibrações audíveis que vão de 20 Hz até cerca de 20.000 Hz, limite de ultra-som. O pneu quando em uso pode absorver, transmitir ou amplificar algumas das vibrações geradas na interação pneu-pavimento. Para entendimento do ruído na interação pneu-pavimento os mecanismos de geração e amplificação usualmente são estudados em separado. Os mecanismos de geração de ruído estão correlacionados com a vibração da estrutura do pneu excitada por impactos e escorregamentos dos blocos que compõem o desenho da banda de rodagem e por movimentos na área de contato que promovem o bombeamento de ar contido nos sulcos que formam o desenho. Tanto a cavidade interna do pneu como dos sulcos que retém o ar preso no contato com o solo podem funcionar como cavidades ou tubos de ressonância, amplificando o ruído. Sandberg [2] detalha os diversos mecanismos de geração e ampliação de ruído predominantes em diferentes bandas de freqüências. A superfície do

* Foto da “Dunlop Tires” – www.dunloptire.com


pavimento tem um papel fundamental na vibroacústica do pneumático, excitando, absorvendo ou amplificando o ruído. Nos ruídos internos até 500 Hz são dominantes nas vibrações estruturais que nascem e são transmitidas através da suspensão, acima de 1000 Hz a propagação do ruído acontece predominantemente pelo ar. O ruído externo de tráfico veicular, oriundo da interação pneu-pavimento, é transmitido pelo ar para as regiões adjacentes. Este ruído passa a ser preponderante sobre o ruído do motor nas velocidades mais altas, acima de 50km/h [3]. 1. Complexidade estrutural do pneumático

A estrutura do pneumático é uma das poucas estruturas mecânicas sujeitas as grandes deformações e deflexões, constituída por materiais viscoelásticos e compósitos de comportamento anisotrópico e não-linear. A viscoelasticidade tem como consequência a influência da temperatura e taxa de deformação em certos comportamentos e atributos do pneumático, que por sua vez dependem das condições operacionais e forma de uso [4]. O reforço da estrutural do pneu é dado pela carcaça e pelas cinturas os quais determinam sua geometria quando inflado conforme pode ser visto na figura 2. As cinturas geralmente são metálicas e as carcaças podem ser constituídas, entre outros materiais, de náilon, poliéster, raiom ou mesmo aço. A carcaça está sempre ancorada nos frisos, envolvendo-os. Os frisos são fios metálicos dispostos circunferencialmente na região dos talões, que constituem base do pneu em contato com o aro. A banda de rodagem é o composto de borracha, mais externo dos pneus, que cobre as cinturas, e onde são estampados os sulcos que formam os desenhos característicos do pneu, os quais servem para proporcionar tração em solos não compactos e principalmente no molhado. Deve atender simultaneamente a diferentes requisitos: aderência no seco e molhado, conforto, resistência à abrasão e a laceração, e ainda apresentar um alto rendimento quilométrico.

Figura 2: Complexidade estrutural do pneumático.

Quando se estuda a aderência dos pneumáticos é natural focalizar no composto da banda de rodagem. Algumas vezes o projetista do produto tem que otimizar propriedades divergentes,


por exemplo, quando se melhora a resistência à abrasão aumentando-se a dureza do composto da banda de rodagem, em geral piora-se o conforto e aderência no molhado. Estes paradigmas impulsionam à inovação e ao desenvolvimento de novos compostos de borracha. Os sulcos na banda de rodagem facilitam a drenagem da água garantindo o contato do pneu com o solo. A decorrente pressão específica maior facilita o contato da borracha com as rugosidades do pavimento molhado, rompendo a lâmina de água acumulada na superfície, escoando o excesso de água por entre os sulcos do pneu. À medida que o pneu sofre desgaste, diminuindo a profundidade dos sulcos, a distância de frenagem aumenta consideravelmente em pistas molhadas. É possível demonstrar que quando os sulcos da banda de rodagem ficam mais rasos que 1,6 mm, mínimo recomendado no caso de veículos de passeio, a segurança fica comprometida de modo crítico nas velocidades mais altas. Ocorre um aumento exponencial da distância de frenagem, como observado na figura 3. Ao longo das laterais da banda de rodagem, os fabricantes de pneumáticos disponibilizam 6 pontos com marcações para o limite de desgaste, chamados de TWI (Tread Wear Indicator), os quais são identificados como ressaltos no interno dos sulcos, advertindo sobre o limite mínimo de profundidade.

Figura 3: distância de frenagem em função da profundidade dos sulcos da rodagem. Fonte:

Japan Automobile Manufacturers Association (JATMA) [5].

1.1. Pneu liso e a proposta da banda de rodagem porosa.

Na tentativa de redução do ruído, é comum comparar-se o comportamento do pneu liso, sem desenho da banda de rodagem, com os pneus convencionais. Evidentemente o ruído nestes casos é reduzido, mas os resultados não são tão significativos como acreditam muitos, principalmente em baixas freqüências (figura 4). Além do mais esse tipo de pneu compromete totalmente a segurança em pistas molhadas, inviabilizando assim o seu uso.


Ruído Externo - Motor Desligado @ 50km/h

63.5

61.4

0

10

20

30

40

50

60

70

25 40 63 100

160

250

400

630

1000

1600

2500

4000

6300

1000

0

SP

L

f [Hz]

NP

S [d

B(A

)]

60

60.5

61

61.5

62

62.5

63

63.5

64

Figura 4: exemplo de resultado de medição de ruído externo comparando-se um pneu liso

(em vermelho) com um pneu com sulcos na banda de rodagem (em amarelo). Sandberg [6] mostrou resultados bastante interessantes confeccionando pneus com banda de rodagem porosa (figura 5) sobre carcaças de pneus convencionais rapados, confrontando-os com os respectivos pneus com desenho de banda de rodagem, usados como referência. Nos primeiros protótipos consegui-se uma redução de ruído de até 7dB(A), além de uma redução da resistência ao rolamento; porém o desempenho dos pneus porosos não foi satisfatório no molhado, apresentando problemas adicionais de desgaste prematuro no decorrer dos testes. Os pesquisadores esperam melhorar estas características desenvolvendo novos compostos de borracha.

Figura 5: pneus com banda de rodagem porosa para diminuição do ruído [6].


1.2. Modelos matemáticos para estudo do pneu

Enquanto que os metais, quando submetidos a deformações da ordem de 1 a 3%, entram no regime plástico, as borrachas permanecem no regime elástico sob níveis de deformação de mais de 500%. Devido a esta característica, as borrachas são conhecidas como materiais hiperelásticos, necessitando de uma modelagem matemática especial. Adicione-se a esse fato os problemas de contato entre pneu e o pavimento, a montagem do aro, e mais a dificuldade do tratamento numérico dado à borracha devido à sua incompressibilidade. Os modelos matemáticos que pretendem estudar o pneu devem levar em conta tais características. Há poucos anos, era praticamente impossível a análise de tais estruturas via programas de cálculo, o que só foi possível com o desenvolvimento do Método dos Elementos Finitos e o recente avanço dos computadores [4]. Na figura 6, são mostrados variantes de desenho de banda de rodagem simulados para a otimização da pressão de contato entre pneu e pavimento, condição necessária para a aderência, porém uma das fontes de ruído.

Figura 6: Simulação do contato pneu-pavimento pelo método dos elementos Finitos com desenho da banda de rodagem [7].

1.3. Estudo vibracional do pneu A caracterização do comportamento vibracional dos pneus tem despertado a atenção de vários pesquisadores, utilizando modelos matemáticos em computadores validados por testes experimentais envolvendo dispositivos específicos em laboratórios, como os vibrômetros laser, e provas externas. Os objetivos destes estudos vibracionais, estão na sua grande maioria correlacionados com a durabilidade (durability), conforto (ride) e geração de ruído (noise) [8, 9, 10], dependendo da faixa da faixa de freqüência excitada.


Figura 7: dispositivo utilizado na UNICAMP, nos trabalhos em parceria para validar os modelos de elementos finitos de pneus. Excitador dinâmico (shaker), um atuador hidráulico para aplicar as cargas radiais estáticas além e um vibrômetro laser para a análise modal. Em trabalho conjunto com a Universidade de Campinas UNICAMP, foi utilizado um vibrômetro laser para caracterizar os modos de vibrar do pneu (figura 7). Este estudo complementou as simulações anteriores [8] e validou as novas análises pelo método dos elementos finitos. Verificou-se o grau de sensibilidade do pneumático para uma variação de pressão interna e carga aplicada. Como resultado, salientou-se a importância da correta caracterização dos compostos de borracha como materiais viscoelásticos, e a sua não-linearidade em função do nível de deformação. Na figura 8 são mostrados alguns dos modos naturais calculados e identificados experimentalmente. Estes modos de vibrar são fontes de ruído em baixas e médias freqüências.

Figura 8: ilustração de alguns dos modos de vibrar do pneu que foram calculados pelo método dos elementos finitos e validados experimentalmente em parceria com a UNICAMP.


2. Técnicas da engenharia civil para pedir textura e aderência

A engenharia civil possui técnicas consagradas para a medição da aderência em vias públicas. Estes métodos consistem na utilização de procedimentos padronizados para medir o coeficiente de atrito diretamente, ou indiretamente via textura do pavimento. Os diversos testes de performance do pavimento podem ser reunidos em um índice de aderência único, internacionalmente aceito: o IFI “International friction Index” [11]. Este índice foi um grande passo na direção de especificações de superfícies asfálticas mais seguras. Foi patrocinado pelo PIARC, “Association Mondiale de la Route” ou “World Road Association”, que em 1992 propôs um projeto experimental a fim de harmonizar as medidas efetuadas até então, onde eram utilizados 41 equipamentos diferentes para medir aderência e texturas. O projeto envolveu medidas em 58 localidades diferentes da Espanha e Bélgica. O programa resultou em um banco de dados com mais de 15.000 valores numéricos cobrindo os tipos de superfícies mais comuns, os quais foram utilizados para criar uma escala comum que quantificasse a aderência no molhado, preservando medidas tradicionais, e até então consagradas. Esta escala comum, baseada em medidas de aderência (F60) e textura (sp), originou o IFI. O F60 é uma estimativa do coeficiente de atrito a 60km/h, para um carro de passeio com pneus lisos e rodas travadas. O sp (speed number), traduz a dependência do atrito com relação à velocidade no molhado, e possui uma forte correlação com a textura. Um dos métodos mais utilizados na determinação do F60 é o pêndulo britânico (Britsh Pendulum Test), (figura 9). O equipamento mede a absorção de energia em um bloco de borracha com composição padronizada, fixado à extremidade do pêndulo [1].

Figura 9. Pêndulo britânico ou “britsh pendulum test”[1]. Para a medida da textura, um método bastante difundido e confiável é a mancha de areia (sand patch test), (figura 10). Com este procedimento obtêm-se a rugosidade média do asfalto [1].


Figura 10: Mancha de areia, ou sand patch test [1].

2.1. Influência dos pavimentos e perfil de pista

A interação pneu-pavimento é uma das principais fontes externas de vibração e ruído para os veículos. Com relação ao pneu, nas freqüências até 150 Hz, o pavimento também vai perturbar o sistema pneu-suspensão influindo no conforto (ride) e na aderência no sentido de manter o pneu em contato como solo o maior tempo possível, aproveitando ao máximo a área de contato disponível. Nesta faixa de freqüências o projeto da suspensão (molas e amortecedores) tem um peso preponderante. Nas freqüências que vão de 150 a 300 Hz o pavimento começa a interferir em vibrações secundárias do conjunto pneu-suspensão, as quais são sentidas pelo ser humano na forma de desconforto táctil ou e menos como um incômodo auditivo. Já nas freqüências entre 300 e 5000 Hz, a interação pneu-pavimento causa perturbações que incomodam significativamente o ser humano no campo acústico, sendo essa uma faixa sensível da audição humana. É interessante notar que os diversos tipos de pavimentos podem excitar e amplificar o ruído em faixas de freqüências diferentes, como será visto adiante, incomodando de modo diverso cada usuário. E por fim vibrações de 5.000 a 10.000 Hz, devido à excitação proveniente da microtextura do pavimento, irão contribuir para o coeficiente de atrito dos pneumáticos. Sintetizando, a interação pneu-pavimento atua nas vibrações em várias escalas de grandeza, num amplo espectro de freqüências.


Faixa de influência do pavimento (perfil de pista) na interação pneu-pavimento como fonte de vibração

0–150 Hz • Conforto (ride, harshness); • Aderência (manutenção do contato pneu-pavimento) • Muito sensível ao ser humano na faixa de 4-20Hz;

150–300 Hz • Vibrações secundárias do conjunto pneu-suspensão (pode

causar desgaste irregular em veículos comerciais) [9]; • Não é muito sensível ao ser humano;

300–5000 Hz • Conforto acústico, geração de ruído (noise); • Bastante sensível ao ser humano na faixa de 500-4000Hz como

ruído [3];

5000–10000Hz • Influência no coeficiente de atrito, na parcela de perda por

histerese dos compostos de borracha; • Importante para frenagens com sistema ABS [12];

Obstáculos na Pista

• Excita todo o espectro de freqüências; • Afetam a aderência e o conforto acústico • Vibração de alta intensidade, 25-100Hz (boom);

Muitos esforços de engenharia são alocados ao projeto da suspensão tendo como base o comportamento dinâmico das estruturas. Visam isolar o chassi das vibrações, melhorando o conforto dos passageiros e ainda para garantir a segurança, promovendo melhor condição de aderência no contato pneu-pavimento. No caso da otimização do conforto, são muito importantes os conhecimentos e o estudo da percepção humana às vibrações e respectivos níveis de tolerância. No caso da aderência pneu-pavimento, Persson [13] utiliza o mesmo conceito empregado para caracterizar o perfil do pavimento na sua formulação analítica do coeficiente de atrito, sendo que neste caso o espectro de freqüências diz respeito à macro e microtextura do pavimento. Com estas informações sobre a textura do pavimento é possível através da engenharia de materiais projetar um composto de borracha para a banda de rodagem que tenha um atrito máximo para a determinada freqüência de excitação do pavimento, prejudicando o mínimo possível a resistência ao rolamento (rolling resistance). A metodologia de caracterização topométrica desenvolvida por Persson em colaboração com Oliver Albohr [12], pesquisador da Pirelli na Alemanha, foi aplicada em alguns tipos de pavimentos brasileiros (figura 11). Esta caracterização na Alemanha complementa um trabalho de pesquisa em desenvolvimento, onde participam professores da USP e UNICAMP, além de outras empresas, entre elas a Pirelli Pneus, cujo objetivo é desenvolver pavimentos mais seguros e duráveis sem prejudicar o conforto acústico e rendimento quilométrico dos pneus. Nos estudos inicias que ainda não publicados, foram efetuadas medições de ruído interno com torso acústico, provas de frenagens com ABS no seco e molhado, e testes complementares de desgaste em laboratório. Os dados de frenagem foram comparados com ensaios de campo padronizados pela engenharia civil, sintetizados no IFI. O IFI tem demonstrado sua validade na estimativa de aderência em pavimentos molhados, sendo bem representativo dos ensaios de frenagem executados em rodovia com veículo. Márcia Aps [11] avaliou a textura e o atrito em doze tipos de revestimentos asfálticos


brasileiros, de características distintas, demonstrando a validade de uso de equipamentos portáveis na determinação dos valores de IFI, de modo que este índice seja um instrumento prático de controle da aderência em pistas molhadas por parte das entidades responsáveis pelas rodovias brasileiras.

CBUQ

(Composto Betuminoso Usinado a Quente)

Micro Revestimento

SMA

(Stone Matrix Asphalt - Asfalto com borracha)

TSD

(Tratamento Superficial Duplo)

Figura 11: fotos da caracterização topométrica de quatro tipos de pavimentos brasileiros executados pela Pirelli. Técnica desenvolvida na Universidade de Darmstadt, na

Alemanha[12]. Na figura 12, são mostrados os gráficos de densidade espectral obtidos através do método topométrico desenvolvido na Universidade de Darmstadt, na Alemanha, baseado no princípio de projeção [12]. Para a caracterização da superfície, uma malha (grid) é projetada sobre ela. O projetor e a câmera são instalados em ângulos previamente definidos. Estes estudos permitem estimar a aderência de cada tipo de pavimento e desenvolver compostos de borracha que atendam as diferentes requisições do mercado brasileiro. Salienta-se a importância da interação entre engenharia civil e mecânica, em trabalhos locais, na otimização da performance do conjunto.


Figura 12: PSD da caracterização topométrica de quatro tipos de pavimentos brasileiros.

Os pavimentos do tipo TSD (tratamento superficial duplo) e Micro Revestimento, são aqueles que apresentaram maior potencial aderência no molhado. No seco, a vantagem diminui. Fica o dilema, estes pavimentos de maior performance no molhado foram os mais rumorosos, e aqueles que apresentaram maior tendência de desgaste de pneu nos testes de laboratório. Outro ponto a ser investigado é que os pavimentos mais rugosos, de textura mais aberta, aumentam a resistência ao rolamento do pneu, portanto, aumentam o consumo de combustível do veículo. A solução ótima só virá do trabalho de pesquisa e desenvolvimento de uma equipe multidisciplinar, que busque soluções ideais para as condições tão particulares das rodovias brasileiras. 3. Ensaios de frenagem e ruído Diversos ensaios em laboratório e em pista são realizados nos projetos de pneus. A cada modificação proposta pelos engenheiros de desenvolvimento na busca de novos materiais, desenhos de banda de rodagem ou quaisquer modificações estruturais no produto, uma quantidade enorme de ensaios se faz necessária. Muitas vezes as intervenções que melhoram determinada característica do pneu, interferem em alguma outra característica de maneira positiva ou negativa. Para chegar-se a um equilíbrio entre todas as características de comportamento que um pneu deve ter, os ensaios de frenagem (em pista molhada e seca) e os de ruído (externo e interno) são de extrema importância. Dentre as diversas variáveis que podem influir nos resultados desses ensaios, o tipo de pavimento é um dos principais fatores. Como parte experimental do estudo da interação entre pneu e pavimento, uma série de ensaios foi realizada nos seguintes tipos de revestimento asfálticos, conforme exemplificados na figura 9: CBUQ, Micro Revestimento, SMA (asfalto com borracha) e TSD.


Nas provas utilizou-se sempre o mesmo veículo VW Fox 1.6 equipado com sistema de freios ABS (figura 13) e o mesmo pneu de referência. Todas as condições ambientais para correta realização dos ensaios foram monitoradas: temperatura ambiente e do asfalto, umidade relativa do ar e velocidade do vento. Com apoio da Policia Militar Rodoviária do Estado de São Paulo e da Concessionária Colinas, a Rodovia Santos do Dumont foi parcialmente interditada para que não que houvesse qualquer outro veiculo circulando nas pistas, e por conseqüência prejudicando as medições.

Figura 13: veiculo utilizado nos ensaios.

3.1. Ensaio de Frenagem O ensaio de frenagem tem por objetivo avaliar a aderência do pneu ao solo quando o veiculo é submetido a uma força de frenagem. Desde o momento em que o condutor aciona o pedal de freio até a imobilização total do veículo, acompanha-se a velocidade, a distância percorrida, o tempo gasto e a desaceleração longitudinal do veiculo. Sendo que desses parâmetros mensuráveis o mais comum, para efeito comparativo, é usar a distancia percorrida. A figura 14 mostra alguns itens da instrumentação utilizada para realizar um ensaio de frenagem. No caso um sistema de medição via GPS com um sensor de acionamento no pedal de freio e um notebook para coleta dos dados.

Figura 14: Instrumentação utilizada no ensaio de frenagem.


Foram feitas medições tanto com pista seca quanto com pista molhada, cujos resultados seguem nas figuras 15 e 16 respectivamente.

Frenagem com Pista Seca @ 80 km/h

26,9

26,326,1

27,4

25,0

25,5

26,0

26,5

27,0

27,5

28,0

CBUQ MICRO TSD SMA

Dis

tânc

ia [m

]

Figura 15: Resultado das medições da frenagem com pista seca.

Frenagem com Pista Molhada @ 60 km/h

21,1

19,2

18,1

20,3

17,0

18,0

19,0

20,0

21,0

22,0

23,0

CBUQ MICRO TSD SMA

Dist

ânci

a [m

]

Figura 16: Resultado das medições da frenagem com pista molhada.

Os resultados foram muito significativos, principalmente com pista molhada, evidenciando uma diferença de 3 metros entre o revestimento mais “fechado” (CBUQ) e o mais “aberto” (TSD), que consegue drenar melhor a água acumulada na superfície, dentre os quatro tipos, por conta de sua composição.

3.2. Ensaio de Ruído Interno O ensaio de ruído interno instrumentado tem como finalidade obter uma indicação objetiva do ruído presente no interior de um determinado veículo. A NBR 9079 prescreve metodologias para medição do ruído interno. São inúmeras as opções de equipamentos e configurações de montagem para execução desse tipo de ensaio. Um dos recursos mais modernos e que vem sendo cada vez mais utilizado nesse tipo de ensaio, é o uso de


equipamentos para medição de “qualidade sonora”, no qual se utiliza um “torso” (figura 17) simulando o espaço ocupado por um ser humano dentro do veiculo para a captação do ruído. Esse tipo de equipamento permite além de uma analise objetiva, por exemplo, através do espectro de freqüências e valores de nível de pressão sonora, uma analise subjetiva, uma vez que o ruído registrado durante o teste, pode ser reproduzido posteriormente para analise de um júri.

Figura 17: equipamento utilizado nas medições de ruído interno.

Foram analisados os mesmos trechos de medição (CBUQ, Micro Revestimento, SMA e TSD), cujos resultados estão representados nas figuras 18 e 19.

Figura 18: Espectro de freqüências do ensaio de ruído interno, de 25 a 10.000Hz.


Ruído Interno @ 100 km/h

69,2

72,0 72,3

68,7

66,0

67,0

68,0

69,0

70,0

71,0

72,0

73,0

74,0

CBUQ MICRO TSD SMA

NPS

[dB(

A)]

Figura 19: Nível de pressão sonora para os diferentes tipos de pavimento.

Os resultados nesse ensaio, assim como na frenagem, também foram muito significativos evidenciando uma diferença de mais de 3 dB(A) entre o pavimento SMA e revestimento TSD. Se na prova de frenagem esse ultimo apresentou o melhor resultado, na prova de ruído interno ele obteve a pior avaliação, pois aqui a sua composição mais “aberta” e “drenante”, gera um nível de ruído mais elevado, principalmente nas freqüências médias (entre 100 e 800Hz), caracterizado como “boom” acústico (um ruído de sensação mais grave). Foi feito um ensaio complementar de ruído subjetivo por um dos avaliadores de prova da Pirelli (piloto de testes com grande experiência na área de ruído veicular) a fim de confrontar os dados objetivos. A sua avaliação vem a comprovar os dados numéricos: o Micro Revestimento evidencia mais os três tipos de ruído (grave, médio e agudo), já o TSD evidencia mais o ruído grave, enquanto que o CBUQ e o SMA evidenciam ruídos mais agudos. Confrontando-se os resultados das frenagens com os resultados do ruído interno, percebe-se que os mesmos são conflitantes quanto à performance. Os revestimentos que otimizaram o desempenho nas frenagens não são os mais silenciosos para os usuários. AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao Laboratório de Tecnologia de Pavimentação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, através da profª Dra.Liedi Bariani Bernucci, ao prof. Dr. Antônio Carlos Canale da Escola de Engenharia de São Carlos da USP, ao Prof. Dr. José Roberto de França Arruda da Universidade de Campinas, UNICAMP, à Concessionária Rodovias das Colinas S/A, à BetunelKoch, à Haldex do Brasil e à Pirelli Pneus. CONCLUSÕES:


A complexidade estrutural dos pneumáticos interagindo com as diferentes composições de pavimentos influi consideravelmente no desempenho dos veículos em vários quesitos, devendo ser estudados em conjunto, como comprovam os resultados obtidos. Além dos temas conforto acústico e segurança, focados neste trabalho de pesquisa, o assunto envolve questões relevantes como normas técnicas e regulamentações e controles eficazes que garantam a qualidade e durabilidade tanto dos pneus como dos pavimentos. Estes tópicos requerem grupos de trabalho multidisciplinares e muito investimento em pesquisa e infra-estrutura. Trata-se de temas complexos e de interesse mundial. A questão do ruído vem se tornando cada vez mais relevante, não só através das novas normas vigentes e das legislações que deverão entrar em vigor, mas principalmente (e felizmente) pela conscientização da população na questão da poluição sonora. A reivindicação por ambientes menos ruidosos, implica no envolvimento de diversos setores da sociedade na busca de soluções que venham de encontro com essa expectativa de melhoria de qualidade de vida. Os fabricantes de pneus estão atentos a esse tema há um bom tempo. Inúmeros estudos, em vários paises, buscam otimizar o conjunto pneu-pavimento-veículo na geração de ruído. Essa questão é destaque no desenvolvimento de novos produtos. As montadoras ao longo dos anos vêm produzindo veículos mais silenciosos, exigindo um enorme esforço tecnológico em toda cadeia automotiva de fornecedores, na pesquisa por melhorias em seus respectivos produtos. A exigência das montadoras garante que chegue ao consumidor, um produto de qualidade e comprometido com a questão ambiental, com todas as suas partes devidamente controladas e homologadas. Mas e quanto ao mercado de reposição? Há algum controle de qualidade dos pneus reposição que não foram homologados? É exigida alguma certificação dos milhões de veículos que circulam em nossas ruas? Da mesma maneira que acontece na Europa e EUA, cabe ao governo e a sociedade rediscutir as normas vigentes no Brasil. Em um país aonde se discute a “necessidade” da importação de pneus que são refugos em outras nações, a consciência ecológica ainda deve ser amplamente difundida. Muitos pneus que rodam hoje em nosso mercado, estão longe de terem sua qualidade aprovada. Não só no quesito de geração de ruído, mas também na questão de durabilidade e principalmente na condução segura de veículos. Fica a mensagem para que os órgãos regulamentadores, a academia, os institutos de pesquisa, os fabricantes de pneus e as montadoras de veículos se unam para discutirem as alternativas. Soluções locais que atendam aos requisitos ambientais e que esteja de acordo com o que de melhor será praticado em outros paises é fundamental para que o Brasil não corra o risco de mais uma vez ficar para trás na corrida tecnológica. REFERÊNCIAS:


[1] APS, M. et al. (2003). Aderência pneu-pavimento obtida por meio de ensaios de macro e

microtextura e em provas de frenagem com veículos comerciais e sua interface na

simulação dinâmica de um veículo em pista. In: encontro nacional de conservação

rodoviária, 8., 2003, Gramado. Anais... [S.l.: s.n].

[2] SANDBERG, U.; EJSMONT J. (2002). Tyre/road noise reference book. Kisa:

Informex.

[3] BERNHARD, R. J. (2005). Tire Noise Fundamentals. In: Seminário sobre ruídos de

pneus. Campinas: UNICAMP, 12 ago. 2005

[4] COSTA, A.L.A. (2000). Estudo de desgaste de pneus de caminhões e ônibus

utilizando-se o método dos elementos finitos. 90p. Dissertação (Mestrado) - Escola

Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2000.

[5] JAPAN AUTOMOBILE MANUFACTURERS ASSOCIATION. Tire industry of Japan

2006. Tokyo, 2006. Disponível em: <http://www.jatma.or.jp/index.html >. Acesso em: 25

fev. 2007.

[6] SANDBERG, U. et al. (2007). Performance of a Tire with Porous Tread. In: TIRE

TECHNOLOGY EXPO 2007. Proceedings… Cologne: UKIP Media & Events Ltd.

[7] GELOSA, E.; MASSIMO D. (2003). FEA treaded tyre modelling. Santo André: Pirelli

Pneus. Apresentação interna. Não publicado.

[8] SANTOS, J.M.; COSTA, A.L.A.; ARRUDA, J.R. (2002). Truck tire finite element model

validation by experimental modal analysis. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON

STRUCTURAL DYNAMICS MODELING, TEST, ANALYSIS, CORRELATION AND

VALIDATION, 2., 2002, Madeira Island. Proceedings… Lisboa: Instituto Superior

Técnico. v.1, p.681-691.


[9] COSTA, A.L.A. (2007). Caracterização do comportamento vibracional do sistema

pneu-suspensão e sua correlação com o desgaste irregular verificado em pneus

dianteiros de veículos comerciais. 164p. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de

São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2007.

[10] SOEDEL, W. (1975). On The Dynamic Response of Rolling Tires According to Thin

shell Approximations. Journal of Sound and Vibration. v.41, n.2, p.233-246.

[11] APS, M. (2006). Classificação da aderência pneu-pavimento pelo índice

combinado IFI - International Friction Index para revestimentos asfálticos. 179p.

Tese (Doutorado) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.

[12] ALBOHR, O. et al. (2001). Determination of dynamic friction characteristics

during braking and the consequence for performance prediction. Columbus:

American Chemical Society.

[13] PERSSON, B. N. J. (1998). Sliding friction: physical principles and applications.

Berlin: Springer.

relação entre ruído de pneu e segurança

Documents