Avaliação funcional

Gontijo et al. (1994) descrevem a avaliação funcional como uma análise preliminar e básica das características de degradação superficial e deformação em perfil, e afirmam que elas traduzem as condições de conforto e segurança do usuário.

A avaliação funcional trata do conforto e da segurança ao rolamento em função da condição de superfície do pavimento e refere-se mais diretamente à Gerência de Pavimentos segundo Medina e Motta (2005).

Até a medida de serventia ser desenvolvida em conjunto com a pista experimental da AASHO, na década de 1950, não era dada a atenção adequada para a evolução do desempenho do pavimento e o pavimento era considerado satisfatório ou insatisfatório ao longo do período considerado no projeto (Haas et al., 1994).

Na pista experimental da AASHO foram realizadas avaliações subjetivas dos pavimentos para medir a serventia, com os avaliadores atribuindo notas que variavam de 0 (muito fraco) a 5 (muito bom). A média destes valores atribuídos por 5 avaliadores foi denominada “Present Serviceability Radio” - PSR. Este índice tem o seu equivalente no Brasil: o Valor de Serventia Atual, VSA, adotado na norma DNIT 009/2003 – PRO, cuja escala é apresentada na figura 2.1.

Figura 2.1 - Escala para avaliação de serventia Fonte: Anexo A da norma DNIT009/2003 PRO

Segundo Medina e Motta (2005) em decorrência da pista experimental da AASHO sugiram os seguintes termos:

1) Serventia – capacidade de um pavimento servir ao tráfego de automóveis e caminhões de elevada freqüência horária a velocidade de 60 a 80 km/h. Classifica-se em: muito bom (4 a 5), bom (3 a 4), regular (2 a 3), fraco (1 a 2) e fraco (0 a 1).

2) Índice de serventia – número obtido através de equações de regressão, que fornece uma estimativa de avaliação de serventia a partir de características físicas que traduzem os defeitos acumulados, tais são: irregularidades superficiais, trincas, afundamentos de trilhas de roda, remendos e textura superficial.

Haas et al. (1994) afirmam que a medida de serventia se relaciona explicitamente com o usuário e é influenciada pela resposta motora vinculada à interação particular entre pavimento, veículo e usuário para uma dada velocidade específica, sendo também influenciada pela condição da superfície do pavimento, caracterizada pela existência ou ausência de trincas e panelas e pela condição dos acostamentos entre outros fatores.

Definem-se características funcionais como sendo as manifestações de ruína constatadas na superfície do pavimento as quais podem ser separadas em degradações superficiais e deformações permanentes. A degradação superficial pode ser qualificada de forma subjetiva, através de inspeções visuais realizadas por profissionais especialmente treinados, ou quantificada de forma objetiva através da definição dos tipos de defeitos representativos (Gontijo et al., 1994).

No Brasil a norma DNIT 009/2003 PRO regulamenta a avaliação subjetiva e a norma DNIT 006/2003 PRO regulamenta a avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos.

As deformações permanentes, que são traduzidas por desvios no sentido longitudinal ou transversal em relação a uma superfície de referência, ganham destaque na avaliação de uso da rodovia no que diz respeito a conforto, segurança e impacto no custo operacional dos veículos.

Na Tabela 2.1 está mostrado como a norma DNIT 006/2003 PRO avalia a serventia através do índice de gravidade global (IGG), considerando os defeitos inventariados na superfície do pavimento e as deformações permanentes, quantificadas através da medida da flecha dos afundamentos nas trilhas de roda.

Tabela 2.1 - Conceitos de degradação do pavimento segundo o Índice de Gravidade Global (IGG)

Fonte: Norma DNIT 006/2003 PRO

Os estudos da pista experimental da AASHO indicaram que as informações sobre a serventia dos pavimentos são principalmente traduzidas pelo nível de irregularidades do perfil da superfície do pavimento. No entanto, a percepção do efeito da irregularidade varia em função das características do veículo, da velocidade de deslocamento e da tolerância do motorista ou passageiro.

Vários fatores causam o aumento da irregularidade com o tempo, dentre eles, a ação do tráfego, o meio ambiente (temperatura, água) e a qualidade da construção. Os movimentos e esforços indesejáveis gerados nos veículos pela irregularidade longitudinal levam a uma condição de rolamento desconfortável, insegura e antieconômica. A importância da irregularidade tem sido também reconhecida como forma de controle de construção em pavimentos novos.

Devido à difusão dos sistemas de gerência de pavimentos ocorrida na última década, tem sido crescente a conscientização nos órgãos públicos da real necessidade de medir as irregularidades longitudinais. Entretanto, verifica-se que há, em vários países, uma grande variação tanto na forma de medir, como nos critérios de aceitação (Farias e Sousa, 20022, apud Benevides, 2006).

Benevides (2006) relata que um estudo realizado pela NAPA, National Asphalt Pavement Association, C-SHRP e University of Waterloo, examinou a evolução da

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Farias, M.M. & Souza, R.O. (2002). Irregularidade Longitudinal e sua Influência na Avaliação Funcional de Pavimentos. VII Encontro Nacional de Conservação Rodoviária, Vitória, ES.

irregularidade dos pavimentos com o tempo. Como exemplo dos resultados, em medidas realizadas no Arizona, Estados Unidos, em pavimentos novos e após oito e dez anos de serviços, esta pesquisa concluiu que os pavimentos construídos com menor irregularidade inicial apresentaram menor irregularidade ao longo do tempo, menor nível de trincamento e, conseqüentemente irão requerer menores custos com manutenção.

Dada a sua importância na percepção de conforto dos usuários, vários países adotam índices de serventia baseados exclusivamente em medições de irregularidade. A irregularidade longitudinal é, quase sempre, utilizada como fator decisivo na estimativa da vida útil do pavimento.

Atualmente a escala mais difundida, em vários países em desenvolvimento, para uniformizar a avaliação da irregularidade é o Internacional Roughness Index (IRI) em função do incentivo do Banco Mundial (Haas et al. 1994).

A escala IRI é expressa em metros por quilômetro (m/km) e a norma indica faixas de conforto de rolamento entre 0 e 10 para pavimentos de concreto asfáltico ou de tratamento superficial e uma escala de 0 a 24 para estradas não pavimentadas. (Medina e Motta, 2005). O IRI por estabelecer uma escala internacional pode ser entendido em qualquer país. Um valor três para o IRI, representa o mesmo grau de irregularidade, seja no Brasil, nos Estados Unidos ou no Paquistão. Porém, cada país estabelece o seu limite de aceitabilidade para o valor do IRI, considerando além das condições específicas, o grau de importância atribuído pelos usuários à irregularidade quando das avaliações dos pavimentos. Há uma sensível diferença de tolerância em relação à adoção do limite de aceitabilidade na verificação para diferentes classes de rodovias e também para decisão de intervenções reparadoras no controle numa rodovia recém-construída ou restaurada, em um sistema de gerenciamento em nível de rede (Farias e Sousa, 2002 apud Benevides, 2006).

Vários equipamentos foram desenvolvidos para medir a irregularidade, eles diferem uns dos outros quanto às características, produtividade e eficiência do levantamento. A irregularidade pode ser avaliada por medidores de perfil, tais como: régua, régua deslizante, medidores do tipo resposta – SMITR, mecânicos ou baseado em acelerômetro ou através de perfilômetros a laser.

AASHO Road Test, o Perfilômetro MERLIN, Machine for Evaluating Roughness using Low – cost INstrumentatio do Transport and Road Research Laboratory (TRRL) da Inglaterra, o Perfilômetro Dinâmico de Superfície (GMR), desenvolvido pelo laboratório de pesquisa da General Motors, o Perfilômetro do Federal Highway Administration, desenvolvido pela Universidade de Michigan, o Analisador de Perfil Longitudinal (APL) desenvolvido pelo Laboratorie Central de Ponts de Chaussés (LCPC) na França, o Mays Ride Meter ou Maysmeter desenvolvido pelo Texas Highways Departament e Perfilômetros a laser como o desenvolvido pelo TRRL nos anos de 1970, o Automatic Road ANalyser (ARAN) entre vários outros.

Benevides (2006) agrupa os procedimentos para medir irregularidade em quatro grupos: • Sistemas de medidas diretas com o emprego de instrumentos de topografia ou outros instrumentos criados especificamente para este fim como é o caso Dipstick. Por apresentarem baixa produtividade são mais utilizados para calibração de outros sistemas de medidores de irregularidade ou em pequenas extensões; • Sistemas de medidas indiretas de perfil nos quais as medidas são feitas de forma

mecanizada e os instrumentos fornecem parâmetros como coeficiente de irregularidade, amplitude e comprimento de onda. Neste grupo está o perfilômetro CHLOE, por exemplo;

• Sistemas baseados na reação do veículo, conhecidos como Sistema de Medição Tipo Resposta (SMITR), nos quais as reações dos veículos são medidas acumulativamente pelos movimentos da carroceria e seus eixos traseiros e dianteiros. A medida é a resposta à excitação dinâmica provocada pelo perfil. O Maysmeter e o Sistema integrador desenvolvido pelo IPR/USP na década de 1980 são classificados neste grupo. Os SMITR têm de ser periodicamente calibrados e conferidos porque suas características mudam com o tempo.

• Sistemas de medida com equipamentos do tipo inercial, com sensores sem contato dos tipos ótico, ultra-sônico ou a laser, que se fundamentam na reflexão de uma onda sonora ou raio laser emitida por dispositivos instalados em veículos, sendo os dados do perfil coletados e processados por sistemas computacionais que calculam as elevações, distâncias e índices de irregularidade. Em função das velocidades que podem ser empregadas nos levantamentos de campo e da boa produtividade nos

processos estes sistemas são atualmente os mais utilizados.

Dos Sistemas de Medição de Irregularidade de Rodovias Tipo Resposta (SMITR) foram os rugosímetros que mais se difundiram. O modelo do tipo Mays Ride Meter ou Maysmeter (figura 2.2), desenvolvido pelo Texas Highways Department se tornou um equipamento popular, tendo sido introduzido no Brasil na década de 1980, na Pesquisa de Inter- relacionamento de Custos Rodoviários (PICR) com financiamento do Banco Mundial. Nesta época foi desenvolvido o Integrador IPR/USP, modelo parecido com o Maysmeter. O DER/MG e vários outros Departamentos Estaduais de Estradas de Rodagem adquiriram e utilizaram.

Figura 2.2 - Maysmeter

Fonte: Adaptado de Haas et al.,I (1994)

Os SMITR vêm sendo gradualmente substituídos, a partir da década de 1990, por perfilômetros inerciais com destaque para os que utilizam emissão de ondas de laser, diferentemente de medidores de irregularidade do tipo resposta, que precisam de diversas bases de calibração e de calibrações a diversas velocidades, um perfilômetro a laser dispensa todo este trabalho. As únicas partes passíveis de calibração em um perfilômetro inercial são os sensores: de altura, de deslocamento e de aceleração vertical.

Os perfilômetros a laser são constituídos por um complexo projeto de equipamentos e programas computacionais que lidam com diferentes sinais elétricos provenientes dos

Embora o sistema seja complexo seu princípio de funcionamento é simples: o veículo contendo o equipamento trafega sobre o pavimento e um computador registra simultaneamente: o deslocamento longitudinal, a altura do veículo até o pavimento e a aceleração vertical do veículo. Concomitantemente, o sistema processa os dados para que a aceleração vertical registrada seja transformada em deslocamento vertical do veículo, uma vez que diferentemente dos outros métodos, neste a altura de referência está se movimentando. A “transformação” da medida da aceleração em deslocamento vertical é feita através de duas integrações sucessivas. Com o valor do deslocamento calculado, basta corrigir todas as medidas de altura feitas e obter- se-á um perfil que tem boa relação com o perfil verdadeiro, especialmente para o cálculo da irregularidade. Nas figuras 2.3 e 2.4 pode-se visualizar esquema e o equipamento instalado no pára-choques de um veículo.

Figura 2.3 - Esquema perfilômetro baseado na emissão de ondas Fonte: Sayers e Karamihas, 1998.

Um ponto que deve ser ressaltado é que uma medição de irregularidade com um equipamento tipo resposta somente fornece o valor final do índice para um trecho de determinado comprimento, enquanto que numa medição feita por um perfilômetro inercial a laser o resultado é um perfil longitudinal, que pode ser usado como um importante auxiliar na determinação mais exata dos eventuais pontos localizados que precisem de correção.

As normas brasileiras que estabelecem os procedimentos para calibração, manutenção e utilização do integrador para medição da irregularidade são PRO 164/94, PRO 229/94 e PRO 182/94, respectivamente, e não há ainda, no acervo normativo do país registro de procedimentos para utilização dos perfilômetros a laser.