Procedimentos de avaliação da irregularidade longitudinal de pavimentos

No Brasil, data de 1986 a primeira especificação de serviço do antigo DNER citando algum procedimento aplicado no levantamento de irregularidade longitudinal rodoviária. A DNER-ES 173/86 (DNER, 1986) expõe o método nível e mira para calibração de sistemas medidores de irregularidade tipo resposta, documentados anteriormente por Queiroz (1981), com base nos resultados obtidos na iniciativa que precedeu a IRRE, em 1982 (anteriormente detalhada no item 2.1.2).

A especificação de serviço demonstra a obtenção do QI a partir das cotas altimétricas encontradas ao longo de um trecho de referência (não são mencionadas orientações quanto ao tamanho deste trecho), espaçadas em 0,5m nos alinhamentos externos e internos em relação a uma referência de nível. O documento peca em não fornecer um indicador de qualidade do resultado final, sendo assim difícil definir a aceitabilidade da diferença entre o QI obtido com o equipamento tipo resposta e o método nível e mira.

Em 1990, com o surgimento da DNER-PRO 182/90, designou-se a medição de irregularidade em superfície com sistemas integradores IPR/USP e Maysmeter. O conjunto constituído por um instrumento medidor tipo resposta e veículo tipo passeio passou por incorporações tecnológicas, acarretando em uma atualização da normativa no ano de 1994 (DNER, 1994b).

Esta nova versão fixou as condições exigíveis à realização de medições da irregularidade longitudinal rodoviária, com medidores tipo resposta, em nível de rede e de projeto. O referido documento orienta a rotina de execução do levantamento com veículo de porte médio, trafegando em velocidades de 50 ou 80km/h

(dependentes de sua calibração), com leituras feitas a cada 320m. Deste texto, originou-se a prática de avaliação de uma medida de irregularidade a cada 320m, utilizada por algumas agências reguladoras em rodovias concessionadas. Em contratos mais recentes de concessão, manutenção e restauração, a prática usualmente empregada vem sendo um parâmetro representativo de cada 200m.

Ainda sobre a DNER-PRO 182/94, destaca-se a limitação máxima de 450km levantados diariamente, a luz do dia, executados em dias sem chuva, ausentes de qualquer presença de umidade na pista. O cálculo da irregularidade é expresso pelo Quociente de Irregularidade (QI).

Paralelamente, o antigo DNER elaborou, no mesmo ano de 1994, outros dois documentos visando complementar a rotina de execução de medição da irregularidade longitudinal com equipamentos tipo resposta. O primeiro deles, DNER-PRO 164/94 (DNER, 1994c), trata da calibração e controle dos sistemas integradores IPR/USP e Maysmeter. A calibração sugerida também recomenda proceder ao levantamento com o nível e mira, orientando sua execução em trechos de referência de 320m de comprimento, em tangente horizontal e vertical. Esta referência deve ser confrontada com os resultados obtidos com o equipamento tipo resposta, procedidas cinco corridas de calibração a 80, 50 e 30km/h.

Os resultados são processados pela equação de regressão exposta no referido documento, sendo aceitável o equipamento com coeficientes de determinação iguais ou maiores do que 0,8. A crítica fica por conta do alto número de trechos necessários para este procedimento de calibração. A normativa solicita vinte trechos de referência, os quais submetidos ao levantamento topográfico com nível e mira demandam um significativo período de operação.

O segundo documento complementar a DNER-PRO 182/94 é a DNER-PRO 229/94 (DNER, 1994d), referente à manutenção de sistemas medidores de irregularidade na superfície. A normativa descreve atividades de manutenção preventiva e corretiva para os sistemas de medição tipo resposta IPR/USP e

Maysmeter. Como este equipamento não foi utilizado no presente trabalho, entende-

se pertinente apenas sua citação para registro histórico, não sendo necessário o seu aprofundamento no conteúdo deste documento.

Desde 1994, nenhum procedimento ou especificação de serviço foi publicado pelo DNIT tratando da determinação da irregularidade longitudinal de superfície. Todavia, o Manual de Restauração (DNIT, 2006a) aborda em variados momentos o

parâmetro irregularidade, contemplando não só o QI, mas também o IRI (não normatizado pelos procedimentos pertinentes nacionais). O referido documento estabelece também a relação entre ambos os índices – Equação (2.23) –, fixando a irregularidade longitudinal como um importante indicador da curva de degradação do pavimento:

(2.23)

Em que:

IRI = International Roughness Index (m/km); QI = Quociente de Irregularidade (contagens/km).

Apesar de sua divulgação em um importante documento do DNIT, a Equação (2.23), originalmente elaborada por Sayers et al (1986b), em formato com intercepto, tem utilização prática questionável. Durante o desenvolvimento do HDM-3 (abordado em detalhes no item 2.2.3), Paterson (1987) buscou adequar o modelo de previsão de irregularidade ao indicador utilizado com maior frequência em países em desenvolvimento (QI). A partir de então, a Equação (2.23) se tornou de popular aplicação.

Barella (2008), todavia, expõe inúmeras situações em que a relação não segue a constante indicada pelo manual, discutindo inclusive a diferente forma como os índices são estabelecidos.

Finalizada a ambientação no cenário nacional, vale salientar a contribuição deixada por Barella (2008), que no Apêndice B de sua tese de doutorado esboça uma proposta de anteprojeto de norma brasileira para avaliação da irregularidade longitudinal de pavimentos com perfilômetros inerciais. O autor elabora esta proposta visando à determinação do QI pelo processamento de perfis longitudinais coletados com perfilômetros de referência inerciais acoplados em veículos de passeio.

Conforme abordado no item 2.1.2.2, no decorrer do período de desenvolvimento desta pesquisa, o corpo técnico da COPPE/UFRJ, juntamente com o apoio de alguns professores e alunos do GEPPASV/UFSM e do sócio proprietário da Cibermétrica Equipamentos e Serviços Ltda, Rodrigo Barella, enviaram ao

IPR/DNIT uma proposta de norma para realização do levantamento de irregularidade longitudinal com equipamentos de medição a laser.

Entende-se que o referido documento, baseado no anteprojeto documentado por Barella (2008), pode colaborar para a definição de um procedimento padrão de execução do levantamento em trechos rodoviários. Mesmo assim, acredita-se importante a realização de calibrações e aferições recorrentes em equipamentos desta categoria, visto a comprovada variação de medidas oriundas do sistema de medição, inclusive do mesmo fabricante, já percebida no meio prático.

A realização de uma sistemática análoga ao “Dia do FWD”, proposta por Moraes (2015) e também sugerida por Bueno (2016), poderia colaborar com o entendimento dos equipamentos e utilização dos resultados de forma unificada. Sobre o teste de correlação entre equipamentos FWD, salienta-se que já está em consulta pública, no site do IPR/DNIT, um procedimento que orienta à calibração relativa entre vários equipamentos do mesmo tipo, mesmo que de diferentes fabricantes, resultando em medidas de deflexão semelhantes e análises mais precisas do estado estrutural dos pavimentos avaliados.

Já em relação aos gatilhos para a deflagração da reabilitação do pavimento, o Manual de Restauração (DNIT, 2006a) recomenda, para rodovias com alto volume de tráfego, a reabilitação da estrutura com valores de IRI entre 3,5 e 4,0m/km e QI entre 50 e 70 contagens/km, dependentes das condicionantes de projeto adotadas em cada caso.

De acordo com Drainakis et al (2017), um valor de IRI igual a 0m/km em um determinado trecho rodoviário indica que a superfície do pavimento é totalmente plana. Teoricamente, não há limites superiores para o IRI, embora valores práticos maiores do que 8m/km indicam uma rodovia em estado praticamente intransitável, exceto nos casos em que a velocidade de rodagem é significativamente baixa.

O Manual de Restauração (DNIT, 2006a) recomenda, com base nas sugestões efetuadas por Pinto e Preussler (2001), os seguintes níveis relativos às condições da superfície do pavimento avaliada em termos de irregularidade, expostos na Tabela 2.4.

Para valores de IRI medidos com sensores sem contato (equipamentos com módulos lasers), os valores representativos do IRI para análise das rodovias federais brasileiras são discriminados por DNIT (2011b) conforme exposto na Tabela 2.5.

Tabela 2.4 – Condições de superfície do pavimento em termos de IRI Conceito IRI (m/km) Ótimo 0,00 < IRI ≤ 1,90 Bom 1,90 < IRI ≤ 2,70 Regular 2,70 < IRI ≤ 3,50 Ruim 3,50 < IRI ≤ 4,60 Péssimo IRI >4,60

Fonte: Adaptado de DNIT (2006a)

Tabela 2.5 - Condições de superfície do pavimento em termos de IRI medido por sensores sem contato

Conceito IRI (m/km) Ótimo 0,00 < IRI ≤ 2,50 Bom 2,50 < IRI ≤ 3,00 Regular 3,00 < IRI ≤ 4,00 Ruim 4,50 < IRI ≤ 5,50 Péssimo IRI >5,50

Fonte: Adaptado de DNIT (2011b)

O critério descrito na Tabela 2.5 é a referência básica do catálogo de soluções técnicas apresentado ao fim do referido documento. Uma terceira interpretação também é indicada por DNIT (2011b), objetivando o uso em comparações com dados de outros países e também como parâmetro de evolução das condições da malha rodoviária, visando obtenção de empréstimos internacionais (BIRD/BID e outros). Para os casos descritos acima, os valores representativos do IRI e o conceito das condições do pavimento estão exibidos na Tabela 2.6.

Tabela 2.6 – Condições de superfície em termos de IRI visando empréstimos internacionais

Conceito IRI (m/km)

Bom 0,00 < IRI ≤ 3,00

Regular 3,00 < IRI ≤ 5,00

Mau IRI > 5,00

No Manual de Gerência de Pavimentos (DNIT, 2011a) aparecem algumas outras classificações. Uma delas é referente aos atributos indicadores de subtrechos homogêneos, exposta na Tabela 2.7.

Tabela 2.7 - Condições de superfície para divisão de subtrechos homogêneos em termos de IRI Conceito IRI (m/km) Bom 0,00 < IRI < 3,00 Regular 3,00 ≤ IRI < 4,00 Mau 4,00 ≤ IRI < 5,50 Péssimo IRI ≥ 5,50

Fonte: Adaptado de DNIT (2011a)

Entende-se que, tratando-se de documentos oficiais, a variedade de recomendações conceituais para os níveis de irregularidade determinados pelo IRI não é benéfica para a proposta unificadora que envolveu a concepção desse índice, ressaltando a necessidade de uma normativa nacional que deixe claro a sistemática de cálculo deste indicador, com limites definidos para os diferentes conceitos de pavimentos.

O IRI surgiu justamente para encerrar discussões relativas a índices que geravam resultados distintos com equipamentos e fins variados. Sabe-se que a atualização dos documentos oficiais pode conter novas diretrizes quanto aos conceitos de diferentes níveis de irregularidade; todavia, modificar as interpretações para as condições de superfície avaliadas pelo IRI com diferentes equipamentos ou variadas formas de aplicação vai de encontro com a ideia de utilização unificada do índice.

No que se refere ao âmbito internacional, mais especificamente às normativas norte americanas, existem variados documentos que mencionam a irregularidade longitudinal. Dois desses documentos tratam do cálculo do IRI, são elas a ASTM E 1364/95 (ASTM, 1995) e a ASTM E 1926/08 (ASTM, 2008).

A ASTM E 1364/95, por se tratar de uma metodologia de ensaio com obtenção de perfil com nível estático, funciona como uma guia de validação e calibração de outros sistemas mais produtivos de determinação de irregularidade. Já a ASTM E 1926/08 fornece uma prática computacional padrão que abrange o

processo matemático de cálculo do IRI com base em um perfil longitudinal. O texto deste documento e a rotina computacional exposta no corpo do texto é similar àquela encontrada na normativa europeia EN 13036-5 (CEN, 2015).

Mesmo com a existência das publicações citadas, entende-se que os trabalhos de Sayers et al (1986a, 1986b) são mais didáticos no que se trata da concepção do cálculo do IRI, conforme descrito anteriormente no item 2.1.2.2.

Documentos como ASTM E 1082/90 (ASTM, 1990), ASTM E 1170/97 (ASTM, 1997) e ASTM E 1215/93 (ASTM, 1993) tratam de metodologias e práticas de ensaio mediante utilização de equipamentos do tipo resposta acoplados a unidades veiculares. Entende-se que, dentro do escopo da presente pesquisa, torna-se mais interessante discutir a ASTM E 950/09 (ASTM, 2009a), que trata da quantificação da irregularidade pela gravação dos perfis da rodovia por veículos acoplados com acelerômetros inerciais e medição de perfis de referência.

O referido documento aborda variados assuntos, entre eles as principais características técnicas que deve possuir um perfilômetro inercial. Além de toda a aparelhagem necessária para execução do levantamento, a ASTM E 950/09 menciona algumas especificidades que merecem ser destacadas, tal como a recomendação para posicionamento dos lasers localizados nas trilhas de roda em distâncias de 1,5 a 1,8m entre si.

Em relação aos acelerômetros utilizados como calibradores da posição instantânea do equipamento em relação ao pavimento, a fim de compensar as variações de posição vertical devido ao balanço do carro, a normativa menciona que estes devem ter um alcance grande o suficiente para acomodar os níveis de aceleração esperados dos movimentos do veículo de medição (tipicamente ±1 g).

A ASTM E 950/09 ainda menciona que o comprimento mínimo de perfil levantado deve ter pelo menos 60m, determinado em velocidades de teste entre 25 e 95km/h. Na prática, entende-se que a delimitação de um comprimento mínimo de perfil de 60m é um exagero, visto que menores fragmentações podem permitir uma melhor identificação dos defeitos em pista, visando a execução de intervenções. Os perfilômetros inerciais costumam possibilitar que o operador defina um valor característico de IRI a cada 10m (comprimento mínimo), com resultados coerentes ao local avaliado. A normativa citada prevê ainda uma frequência mínima de medição de uma medida a cada 25mm de deslocamento do veículo, com resolução

menor ou igual a 0,1mm (essa resolução aumenta em intervalos maiores entre as medidas).

Para o hodômetro, o documento relata um erro admissível de medição longitudinal de 0,1% em relação à distância verdadeira percorrida pelo veículo. A normativa ainda descreve procedimentos de calibração e verificação de precisão, que classificam os perfilômetros inerciais em diferentes grupos, conforme seus desempenhos nestes testes.

Tratando-se da magnitude dos valores de irregularidade representados pelo IRI, o documento norte americano que menciona as características da via relacionada aos valores de irregularidade é a ASTM E 1926/08. A normativa define um critério mais abrangente para níveis de irregularidade em pavimentos asfálticos, dependente da velocidade na qual o usuário trafega pela via, conforme segue:

a) Condição de trafegabilidade confortável acima de 120km/h, com ondulações imperceptíveis, sem depressões e buracos - 0,00< IRI ≤ 2,00; b) Condição de trafegabilidade confortável até aproximadamente 100 a

120km/h; percepção de movimentos moderados e algumas ondulações significativas, com defeitos superficiais ocasionais - 2,00< IRI ≤ 4,00;

c) Condição de trafegabilidade confortável até aproximadamente 70 a 90 km/h; movimentações do veículo fortemente perceptíveis, superfície com presença marcante de defeitos, buracos ocasionais e ondulações significativas - 4,00< IRI ≤ 6,00;

d) Condições de trafegabilidade confortável até aproximadamente 50 a 60km/h; movimentações contínuas do veículo associadas a defeitos superficiais severos, com depressões significativas e frequentes buracos - 6,00< IRI ≤ 8,00;

e) Necessário reduzir a velocidade abaixo de 50km/h; várias depressões profundas, buracos e desintegração da pista – IRI > 8,00;

Adicionalmente, o sistema HDM-4 exibe, para Rodovias Tronco, os limites de classificação em termos de qualidade de IRI conforme Tabela 2.8.

Ainda, Mucka (2017) fornece um compilado de especificações relativas à irregularidade longitudinal em países do continente europeu, acrescidas também por informações referentes a países da Oceania, América Central e América do Sul. Analisando os dados informados pelo autor, pode-se perceber que os documentos

costumam relacionar os limites de irregularidade a categoria da rodovia, ao tráfego e ao limite de velocidade delimitado pelas agências reguladoras.

Tabela 2.8 - Condições de superfície do pavimento em termos de IRI no HDM-4

Conceito IRI (m/km)

Bom 0,00 < IRI ≤ 2,00

Regular 2,00 < IRI ≤ 4,00

Ruim 4,00 < IRI ≤ 6,00

Péssimo IRI >6,00

Fonte: Adaptado de DNIT (2011a)

Segundo Mucka (2017), na Austrália, rodovias revestidas em concreto asfáltico, com velocidade até 100km/h, devem manter o valor de IRI abaixo de 1,9m/km. O limite, para a mesma classe de rodovias, é próximo ao da Itália (1,8m/km). Na República Tcheca, o referido autor indica que rodovias com velocidade de tráfego acima de 50km/h devem apresentar IRI menor do que 2,5m/km em 100% do trecho avaliado. O mesmo limite é apresentado para rodovias revestidas em concreto asfáltico na Noruega, todavia, restringe-se o teto para 90% do trecho levantado. Em Portugal o autor delimita que, para pavimentos novos, o IRI deve se manter, em 90% da rodovia, menor do que 3,0m/km. Para reconstruções ou reabilitações, a referência permanece; porém, deve ser alcançada em 80% da via avaliada. Na Espanha o limite estabelecido é de 2,5m/km, em 100% da rodovia investigada.

De forma geral, analisando todas as classificações expostas no presente item, entende-se que as condições ideais de conforto são prejudicadas quando o IRI atinge valores maiores do que 2,7m/km. Já a trafegabilidade na rodovia, com velocidades usuais de circulação (60 a 100km/h), é significativamente prejudicada quando a irregularidade longitudinal medida ultrapassa os 3,5m/km.

2.2. MODELOS DE PREVISÃO DE DESEMPENHO DE IRREGULARIDADE