6.2 FERRAMENTAS DE ANÁLISE
6.2.1 Dimensionamento de Unidades de Amostragem (UAs)
Para o dimensionamento de UAs nos “casos estados” foram levados em consideração os conceitos apresentados no Capítulo 3 desta Tese.
Nos dois estados analisados já existem segmentações definidas para trechos rodoviários. Estes trechos rodoviários são definidos para cada rodovia de acordo com a utilização de pontos
Início
Dimensionamento de Unidades de Amostragens (UA’s)
Estabelecimento do Plano de Monitoramento
Elaboração de Modelos de Previsão de Desempenho em Nível de Rede e Nível de Projeto
Elaboração de Árvores de Decisão para Seleção de Alternativas Técnicas
Estabelecimento de Método de Priorização em Nível de Rede
Estabelecimento de Método de Priorização em Nível de Projeto
Fim
notáveis. Estes pontos notáveis são encontros com cidades, povoados, entroncamentos com outras rodovias, ou travessia de rios. Cada trecho rodoviário segue também uma codificação diferenciada por estado, de acordo com as seguintes definições:
• Ceará: XXX ECE YYYY ou XXX ACE YYYY, sendo ECE a designação de trechos rodoviários e ACE designando trechos de anéis, acessos e contornos rodoviários. A seqüência XXX designa o código da rodovia e a seqüência YYYY designa o código trecho. Como exemplo pode-se citar o trecho 040 ECE 0010, o qual pertence à rodovia estadual 040 entre os pontos notáveis Fortaleza (Av. Padre Antônio Thomaz) e a entrada da CE-025; e
• Paraíba: PB-XXX/YYY ou PBT-XXX/YYY, sendo PB a designação de rodovias estaduais e PBT designando rodovias estaduais transitórias. A seqüência XXX designa o código da rodovia e a seqüência YYY designa o código trecho. Como exemplo pode-se citar o trecho PB-004/003, o qual é o trecho rodoviário 003 da rodovia estadual 004 entre os pontos notáveis Bayeux e Santa Rita.
A determinação de UAs objetivou definir o número mínimo possível de pontos de amostragem em cada trecho rodoviário estudado, capaz de traduzir suas características estruturais e funcionais. Portanto, o dimensionamento de UAs servirá para o DERT-CE e o DER-PB otimizarem futuras campanhas de levantamentos de dados para análise em SGP.
Primeiramente os trechos de rodovias foram segmentados de acordo com a região climática em que estão inseridos.
A segmentação climática foi realizada em duas etapas. A primeira teve por objetivo classificar o ambiente de acordo com a variação da temperatura. A segunda de acordo com a umidade do meio.
O Manual do HDM-4 (2000) apresenta uma classificação climática baseada na amplitude térmica de acordo com a Tabela 11.
O Nordeste do Brasil está localizado em uma região de clima tropical. Portanto, a Tabela 11 não pareceu suficiente para realizar uma classificação climática completa. Alternativamente, o Índice de Aridez foi capaz de distinguir regiões climáticas de acordo com a disponibilidade de umidade no meio ambiente para um período de análise especificado.
Tabela 11: Classificação Climática de acordo com a Temperatura.
Classificação da
Temperatura Descrição
Variação da Temperatura
(°C) Tropical Temperatura quente com baixas variações 20 até 35 Sub-tropical Quente Dias com temperaturas altas e noites
frescas, estações quente e fria -5 até 45 Sub-tropical Frio Dias com temperaturas moderadas,
invernos frios -10 até 30
Temperado Frio Verão quente, geada superficial no inverno -20 até 25 Temperado Frio
Intenso
Verão frio, camadas profundas de gelo no
inverno -40 até 20
O Índice de Aridez (IA), utilizado oficialmente pela UNESCO no Programa de Meio Ambiente das Nações Unidas para a realização de Classificação Climática, é calculado a partir da seguinte equação (Middelton et al., 1992):
ET0
IA = Pr (58)
Onde:
• Pr precipitação média (mm); e
• ET0 evapotranspiração potencial (mm).
A classificação do clima através do IA é apresentada a seguir:
• IA < 0,05 (Hiper-Árido);
• 0,05 < IA < 0,20 (Árido);
• 0,20 < IA < 0,50 (Semi-Árido);
• 0,50 < IA < 0,65 (Sub-Úmido Seco);
• 0,65 < IA < 1,00 (Sub-Úmido Úmido); e
• IA > 1,00 (Úmido).
Os dados de Pr e ET0, para o cálculo do IA para a Paraíba e para o Ceará, foram obtidos na página da web da Embrapa. O mapa apresentando a classificação climática quanto ao Índice de Aridez (entre os anos de 1980 e 2006) encontra-se na Figura 38.
Figura 38: Mapa de Classificação Climática em função do Índice de Aridez dos estados da Paraíba e do Ceará.
CE
PB
Após a segmentação climática das rodovias, os segmentos estabelecidos foram novamente divididos de acordo com sua classificação funcional e com os tipos de materiais utilizados na construção dos pavimentos.
Com os novos segmentos estabelecidos, procedeu-se, em cada um, a avaliação da variação espacial de parâmetros de desempenho de pavimentos que retratem a degradação superficial (foram utilizados dados de IGG, fornecidos pelo DER-PB, e PCR, fornecido pelo DERT-CE).
Isto permitiu determinar o espaçamento máximo entre pontos de amostragem (Segmentos Homogêneos – SH) em uma rodovia, capaz de fornecer o mesmo perfil de desempenho de pavimentos que procedimentos tradicionais de monitoramento. Isto foi feito através do ajuste de um modelo ao variograma de dados reais de levantamentos realizados previamente nas rodovias. Ainda, os espaçamentos entre pontos de amostragem não superaram a extensão dos trechos de rodovia estabelecidos pelos órgãos rodoviários.
O ajuste de modelos aos variogramas foi realizado utilizando o Software VarioWin 2.21, que fornece o modelo de maneira interativa à medida que se ajusta a curva ao Variograma identificado na tela de análise. A Figura 39 apresenta a modelagem para o IGG, com dados da PB-073/021, no trecho que vai da entrada PB-103 (Bilinguim) à entrada PB-111 (Campo de Santana).
Com o SH estabelecido, considerado a extensão compatível com o valor do alcance obtido através do variograma, a finalização da análise compreendeu a avaliação de erros entre valores reais e estimados, ou seja, a validação do modelo ajustado ao variograma e, portanto, da extensão considerada para o SH. Para isso foi utilizado o módulo “Validação Cruzada da Krigagem” do software GSlib 901, o qual, utilizando o modelo estabelecido, realiza a estimativa de dados por krigagem e também gera uma matriz de erros (diferença entre valores reais e estimados). Esses erros foram avaliados através do Erro Médio Absoluto, comparando-se à magnitude dos valores lidos em campo (Albuquerque et al., 2006). O Erro Médio Absoluto foi calculado pela seguinte equação (Spiegel, 1994):
1 Os softwares utilizados nestas análises (VarioWin 2.2 e GSlib90) são de domínio público e estão disponíveis para Download (inclusive tutoriais) nos sites http://www-sst.unil.ch/research/variowin/index.html e
n E O EMA
n
i i i
∑
=−
= 1 (59)
Onde:
• Oi é o iésimo valor observado;
• Ei é o iésimo valor estimado; e
• n é o número de observações.
Figura 39: Exemplo de Modelagem de Variograma de Dados de IGG (PB-073/021).
A partir de cada SH aprovado na análise de erros, as UAs foram estabelecidas com a extensão de 1.000 metros (500 m a vante e a ré do ponto central do SH), contendo três Segmentos Testemunha de 100 m, um no início, outro no meio e o último no final da UA.
Espaçamento entre amostras
de 3,51 km
=
>
≤
<
−
+
=
=
m a h
a a h
h a h h
h
3510
; 034 1
0 2 ; 1 2 1763 858
0
; 0
3 )
γ(
O dimensionamento das UAs será repassado aos Órgãos Rodoviários do Ceará (DERT-CE) e da Paraíba (DER-PB) após as análises técnicas (ver Apêndices I e II). Os monitoramentos que deverão ser realizados em cada Segmento Testemunha das UAs são:
• Contagem de Tráfego por categoria, Irregularidade Longitudinal com o emprego do MERLIN (opcionalmente pode-se empregar outro equipamento) e Levantamento Objetivo, obtendo-se dados de IGG e ATR – semestralmente;
• Bacias de Deflexão com FWD ou Viga Benkelman, preferencialmente logo após a estação chuvosa (estabelecido de acordo com a variação climática de cada microrregião – ver Figura 38) – Anualmente.
O Levantamento Visual para a obtenção do PCR deve ser realizado em toda a extensão da malha viária. Além de ser um levantamento relativamente fácil de execução, podendo ser realizado pelos próprios técnicos dos Departamentos de Estradas, é econômico e fornece informações importantes sobre a degradação do pavimento e os tipos de defeitos. Este levantamento deverá ser realizado trimestralmente em toda a extensão da malha.