Modelo do HDM-4 (2000)

Visando ampliar o escopo do HDM-3 e fornecer um sistema de abordagem de fácil acesso para a gestão rodoviária, com software e ferramentas acessíveis aos usuários, um estudo internacional liderado por variados pesquisadores resultou no

Highway Development and Management Tool (HDM-4). A documentação que orienta

a utilização do programa é constituída por sete volumes, desenvolvidos por variados autores que participaram deste processo.

Kerali (2001) afirma que o alcance da ferramenta HDM-4 foi ampliado consideravelmente além das avaliações de projetos tradicionais, visando fornecer um sistema mais consistente para a análise de alternativas de gestão rodoviária e investimento. O autor afirma que foi dada ênfase à aplicação do conhecimento existente, ao invés da realização de grandes estudos empíricos (a base de dados de campo utilizada para a composição do modelo foi a mesma adotada na previsão de irregularidade embutida no HDM-3, já detalhada no item 2.2.3).

O conceito de análise do ciclo de vida de uma estrutura de pavimento, analisada pelo HDM-4, considera que a taxa de deterioração do pavimento é diretamente afetada pelos padrões de manutenção aplicados para reparar defeitos na superfície do pavimento, tais como trincas, afundamentos, panelas, ou para preservar a integridade estrutural do pavimento (tratamentos de superfície, sobreposições de camadas), permitindo assim que a rodovia admita os carregamentos do tráfego conforme sua função de projeto (KERALI, 2001).

Interpreta-se assim que a condição geral dos pavimentos rodoviários em longo prazo depende diretamente da manutenção e dos padrões de melhoria aplicados à estrutura. A Figura 2.20 ilustra a tendência prevista no desempenho do pavimento, representada pela "qualidade de rolagem”, quantificada em termos de irregularidade longitudinal pelo IRI.

Figura 2.20 – Conceito de ciclo de vida do pavimento analisado no HDM-4

Jung et al (2002) expõem, conforme Tabela 2.10, a classificação das condições de conforto ao rolamento, adotada pelo HDM-4, para pavimentos revestidos tanto por concreto asfáltico (CA) quanto por concreto de cimento Portland (CCP). Ainda nesta questão, os autores consideram uma das maiores desvantagens do HDM-4 a sua dificuldade de comparar os custos aos quais os usuários são submetidos em diferentes alternativas que atendam pavimentos de alta qualidade (IRI em torno de 2m/km), devido à maneira com o qual o programa foi desenvolvido, visando os países em desenvolvimento.

Tabela 2.10 – Valores padrões de qualidade da via no HDM-4

Classe da Rodovia Conforto ao Rolamento (IRI Máximo - m/km)

Bom Regular Ruim Péssimo

Primária ou Tronco 2,0 4,0 6,0 8,0

Secundária ou

Principal 3,0 5,0 7,0 9,0

Terciária ou Local 4,0 6,0 8,0 10,0

Fonte: Adaptado de Jung et al (2002)

Odoki e Kerali (2000) explicam que os pavimentos abordados pelo HDM-4 são definidos pela combinação dos tipos de revestimento e base utilizados na estrutura. A Tabela 2.11 exibe estas combinações para os pavimentos classificados como “flexíveis”, abordados pelo HDM-4.

Tabela 2.11 – Tipos de pavimentos “flexíveis” abordados pelo HDM-4

Tipo de Pavimento Tipo de Revestimento Tipo de Base Descrição

AMGB AM GB Mistura asfáltica sobre base granular

AMAB AM AB Mistura asfáltica sobre base asfáltica

AMSB AM SB Mistura asfáltica sobre base estabilizada

AMAP AM AP Mistura asfáltica sobre pav. asfáltico

STGB ST GB Tratamento superficial sobre base granular

STAB ST AB Tratamento superficial sobre base asfáltica

STSB ST SB Tratamento superficial sobre base estabilizada

STAP ST AP Tratamento superficial sobre pav. asfáltico

Desta forma, o modelo que prevê o comportamento da irregularidade longitudinal, aplicado ao HDM-4, é formado por variados componentes que contribuem para a evolução do IRI, sendo que o incremento total na irregularidade é dado pela soma destes componentes, expostos na Equação (2.52):

( ) (2.52)

Em que:

RI = incremento total na irregularidade durante o ano em análise (m/km); RIATR = incremento na irregularidade devido ao ATR (m/km);

RIE = incremento na irregularidade devido às condições ambientais (m/km); RIP = incremento na irregularidade devido à presença de panelas (m/km); RIS = incremento na irregularidade devido ao componente estrutural (m/km); RITR = incremento na irregularidade devido ao trincamento (m/km);

Kgp = fator de calibração para progressão da irregularidade.

Na versão 4 do HDM, o fator de calibração para progressão da irregularidade (Kgp) deve ser ajustado mediante alteração dos fatores referentes aos componentes que incrementam os acréscimos anuais de IRI, visando obter curvas de irregularidade próximas das séries históricas de dados do pavimento. Um guia sobre a calibração e adaptação dos fatores inseridos nos modelos de evolução dos parâmetros rodoviários previstos pelo HDM-4 pode ser encontrado em Bennett e Paterson (2000).

Analisando separadamente cada um dos incrementos que compõem a progressão de irregularidade no HDM-4, Morosiuk et al (2004) explicam que o componente estrutural ( RIS) utiliza o número estrutural corrigido como indicador da integridade do pavimento. A Equação (2.53) e as Equações complementares (2.54) a (2.55) exibem a metodologia de cálculo do RIS utilizado no modelo de irregularidade do HDM-4 (Versão 2):

[ ( )( )] ( ) _(2.53)

[ ( ) ( ( ) ) ]

(2.55) Em que:

RIS = incremento na irregularidade devido ao componente estrutural (m/km); AGE = idade do pavimento desde a sua construção ou última reabilitação (anos);

dSNCK = redução no número estrutural corrigido devido ao trincamento; h = espessura da mais recente camada de revestimento (mm);

h’ = espessura total do(s) revestimento(s) antigo(s) (mm); Kgm = fator de calibração para o coeficiente ambiental; Ksnck = fator de calibração para o SNC;

Kgs = fator de calibração para o componente estrutural da irregularidade. m = coeficiente ambiental (conforme Tabela 2.9 – item 2.2.3);

N = número anual de repetições do eixo padrão, calculado pelo método da AASHTO;

SNCKb = número estrutural corrigido devido ao trincamento no final do ano em análise;

SNCa = número estrutural corrigido no início do ano em análise; TRa = percentual de área trincada no início do ano em análise;

TRX = percentual de área trincada na superfície do pavimento antigo (se houver);

Tratando-se do componente de irregularidade devido ao trincamento ( RITR), Morosiuk et al (2004) comentam que sua composição é feita da mesma forma do que aquela implementada no HDM-3, com a adição de um fator de calibração do componente de trincamento. A Equação (2.56) exibe o crescimento da irregularidade devido ao trincamento no ano em análise:

(2.56)

Em que:

TR = aumento percentual na área com presença de trincamento durante o ano em análise, conforme modelagem exposta em Morosiuk et al (2004); Kgc = fator de calibração para o componente de trincamento da irregularidade.

O incremento da irregularidade devido ao afundamento em trilha de roda ( RIATR) é função do desvio padrão do afundamento ao longo do trecho avaliado, assim como no HDM-3. A Equação (2.57) exibe a maneira como é calculado o componente do ATR.

(2.57)

Em que:

RIATR = incremento na irregularidade devido ao ATR (m/km);

DP = aumento no desvio padrão do afundamento em trilha de roda durante o ano em análise (mm), conforme modelagem exposta em Morosiuk et al (2004);.

Kgr = fator de calibração para o componente de afundamento em trilha de roda na irregularidade.

Em relação ao componente da irregularidade devido à presença de panelas ( RIP), Morosiuk et al (2004) expõe a Equação (2.58), complementada pela Equação (2.59), como representativas de sua modelagem na progressão de irregularidade adotada pela versão 2 do HDM-4:

( )[( ) ( ) ] (2.58) [ ( ) ( )] (2.59) Em que:

RIP = incremento na irregularidade devido à presença de panelas (m/km); FM = Índice de liberdade de manobras (variando de 0 a 1);

Kgp = fator de calibração para o componente de panelas na irregularidade. NPTa = unidades de panelas por km no início do ano em análise;

NPTb = unidades de panelas por km no final do ano em análise;

NPTbu = unidades de panelas por km no final do ano em análise, percebidas pelo usuário da rodovia;

Ppt = Percentual de panelas tapadas com remendos;

De acordo com os autores, a modelagem que quantifica a contribuição dos buracos ou panelas na irregularidade longitudinal considera também a manutenção rotineira com execução de remendos nas regiões mais degradadas. Portanto, a frequência de remendos (Fpt) é considerada como uma das variáveis da Equação (2.59). Se, por exemplo, a frequência de correção for de um mês, os buracos iniciais serão todos corrigidos após um mês e não terão efeito nos 11 meses restantes do ano em análise. Já o índice de liberdade de manobras (FM) depende da largura da faixa. Quanto mais larga a faixa de rolamento, maior a liberdade de manobra para desviar os buracos ou panelas e, consequentemente, maior o FM.

Por fim, o incremento referente ao componente ambiental ( RIE) do modelo de progressão de irregularidade do HDM-4 é definido pela Equação (2.60):

(2.60)

Em que:

RIE = incremento na irregularidade devido às condições ambientais (m/km); Kgm = fator de calibração para o componente ambiental (valor padrão = 1,0); m = coeficiente ambiental, conforme Tabela 2.11;

RIa = irregularidade no começo do ano em análise (m/km).

Morosiuk et al (2004) comentam que a calibração deste fator ambiental sofreu algumas alterações em relação a versão presente no HDM-3. A definição e simbologia do fator de calibração (Kgm) foram alteradas, além da inserção do coeficiente ambiental diretamente no incremento de irregularidade devido ao fator ambiental, não sendo considerado apenas na calibração do referido fator.

Além do incremento total na irregularidade durante o ano em análise, a irregularidade do pavimento no final do ano em análise e a irregularidade média anual do pavimento podem ser determinadas pelas Equações (2.61) e (2.62), respectivamente:

[( ) (2.61)

( ) (2.62)

Em que:

RI = incremento total na irregularidade durante o ano em análise (m/km); a0 = irregularidade máxima fornecida pelo usuário (m/km);

IRIa = irregularidade no início do ano em análise (m/km); IRIm = irregularidade média anual do ano em análise (m/km); IRIb = irregularidade no final do ano em análise (m/km).

Morosiuk et al (2004) ressalta ainda que o limite superior da irregularidade (a0), configurado pelo usuário, requer alterações conforme a superfície analisada. Os autores relatam também a possibilidade de avaliar camadas não tão usuais de materiais asfálticos, como o macadame betuminoso, devido à alta faixa de valores de irregularidade abrangida pela calibração do modelo, podendo chegar a 16m/km.