Infra-Estruturas Viárias:

Infra-Estruturas Viárias:

Um Sistema de Gestão Inovador

Design e Inovação

1. I

A principal função de uma rede viária é oferecer ao utente uma infra-estrutura que permita a circulação de veículos em adequadas condições de segurança, conforto e economia.

A segurança depende, não só das características de traçado, das condições de drenagem das águas superficiais, do tipo e condições de componentes, tais como, elementos de sinalização (vertical e hori-zontal), guardas de segurança, semáforos, delinea-dores, dispositivos de protecção dos motociclistas, mas também das características do pavimento, entre as quais a regularidade e a resistência à derrapa-gem, conferida pela textura superficial (rugosidade) e pelo atrito.

AUTORES: Maria da Conceição M. Azevedo, Professora da FE da Universidade Católica Portuguesa, Directora da CAeMD Paulo Fonseca, Engenheiro Civil, Direcção do Departamento de Engenharia e Inovação da MonteAdriano Engenharia e Construção SA André Costa, Mestre em Geologia, Direcção do Departamento de Engenharia e Inovação da MonteAdriano Engenharia e Construção SA

Qualquer dos eventos identificados sofre durante a sua vida útil um processo de degradação sob a acção das condições atmosféricas e da utilização. Se não existirem estratégias de conservação planeadas, pode correr-se o risco da ocorrência de acidentes e de, no limite, ao deixar-se degradar o Património ter de se proceder a uma substituição completa dos elementos ou de uma reconstrução do pavimento. Contudo, com o recurso a meios de auscultação (inspecção) e de modelos de previsão do comportamento, é possível estabelecer priori-dades de intervenção e de optimizar a afectação dos recursos dispo-níveis, de forma a dotar uma rede de um Índice da Qualidade deseja-do, possibilitando uma gestão integrada da manutenção e reabilitação do Património.

Para tal, desempenham um papel importante os estudos dos custos de conservação e os sistemas e planos de conservação mais adequados a cada caso, integrados num Sistema de Gestão.

- Avaliação da Qualidade da Rede, definindo os Indicadores Estrutural e Funcional; - Diagnóstico e Definição das Estratégias de Conservação da Rede (Aplicação dos Recursos); - Estabelecimento dos Planos e Programas de Investimento (outputs).

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1 - M

O sistema de gestão apresentado no presente artigo resulta de um projecto de I&D promovido pela Monte Adriano Engenharia e Construção SA, enquadrado na estratégia de criação de valor ao conjunto das actividades do Grupo MonteAdriano, na óptica da prestação de consultadoria aos Donos de Obra e para utili-zação interna do Grupo nos contractos de conservação com base no desempenho.

O seu desenvolvimento está direccionado para o mercado da ges-tão de redes viárias, podendo ser aplicado a qualquer outro tipo de rede, tal como a aeroportuária, portuária, ferroviária, ou outra. Permite a determinação do Valor Patrimonial (conjunto dos acti-vos) de uma rede e serve de ferramenta para a gestão da sua conservação, baseada em estratégias de carácter técnico e económico que potencializam a manutenção de um determina-do Índice da Qualidade de uma rede, associadas à minimização dos respectivos custos.

O sistema combina um conjunto de câmaras 3D, sensores de aquisição de dados de última geração, em paralelo com rotinas de análises de dados, nas quais a sua detecção automática por via de processamento de imagens digitais representa um dos factores inovadores do projecto.

decisão relativamente à gestão da rede, independentemente do nível organizacional da entidade gestora, da complexidade da rede rodoviária em questão, ou da informação disponível sobre a mesma.

Os desideratos propostos são conseguidos através da inventa-riação e caracterização da rede a velocidades normais de cir-culação (80 km/h), o que permite adquirir informação na ordem das centenas de quilómetro por dia.

Por sua vez, a funcionalidade de detecção automática sobre as imagens adquiridas, permite disponibilizar rapidamente a infor-mação de input ao sistema de cálculo dos indicadores que tra-duzem o estado da rede (figura 1).

Os dados a inventariar, adquiridos a partir de uma viatura (SIMI, Sistema Móvel de Inventário, vd. figura 2), tais como as infra-estruturas (pavimentos, drenagem, sinalização rodoviária, obras de arte, taludes, etc.), as dependências e os equipamen-tos que existem nas vias, permitem proceder à avaliação do seu estado de conservação e definir as estratégias de manutenção, centrando-se a análise na qualidade do serviço prestado aos utentes e na optimização da gestão do ciclo de vida da via e dos equipamentos complementares a esta.

FIGURA2 - SIMI VIATURA DE INSPECÇÃO DE PAVIMENTOS

O objectivo principal do Sistema é o de desenvolver um plano estratégico permitindo a cada cliente:

a) Capitalizar os investimentos realizados em infra-estruturas e equipamentos;

b) Aumentar a eficácia de actuação (estratégias de manutenção óptimas a curto, médio e longo prazo); c) Melhorar a produtividade e optimizar os recursos materiais; d) Visualizar os dados e as estratégias

de manutenção em mapas interactivos; e) Monitorizar e comunicar a qualidade de serviço prestado ao utente da rede.

Design e Inovação

Em termos de inovação e desenvolvimento, a gestão do Património, integrando medidas de observação, reabilitação e conservação, apoia-se no aperfeiçoamento da análise sistemá-tica de informação relativa à rede construída e à evolução do seu estado, ou qualidade, ao longo do tempo.

O objectivo é desenvolver programas que permitam optimizar os recursos económicos disponíveis, face a padrões de quali-dade predefinidos, fundamentados no adequado conhecimento da evolução do comportamento dos eventos da rede ao longo do tempo.

O sistema combina a base de dados das condições dos vários eventos a analisar com as características da rede já conhecidas e permite prever o comportamento futuro, repartindo os recur-sos da forma mais vantajosa.

Um dos aspectos de Inovação do SARA® _{face aos sistemas}

existentes é a de proporcionar a gestão da conservação de vários eventos do Património como um todo, melhorando a efi-cácia de actuação dos gestores das redes, principalmente os que dispõem de meios humanos e financeiros limitados. Um outro aspecto ligado não só à Inovação, mas também ao Desenvolvimento, prende-se com o estabelecimento de um Índice da Qualidade que integra não só o Indicador Estrutural, mas também o Indicador Funcional.

O sistema SARA® _{integra uma componente de hardware de}

aquisição de dados no exterior, consistindo basicamente no SIMI, um sistema de software de armazenamento de dados e uma componente de análise e produção de relatórios, já em fase de trabalho de gabinete.

2.1 - E

A concepção e produção de um equipamento, instalado numa viatura, que permite, em simultâneo, a aquisição de imagens dos vários eventos (levantamento das patologias e do estado), a medição da irregularidade longitudinal do pavimento por sen-sores laser, a visualização e parametrização da geometria da estrada e recolha de dados sobre o traçado (cruzamentos, intersecções, etc.), a detecção por geo-radar da existência de outras infra-estruturas em profundidade, a composição ou ano-malias dos pavimentos em profundidade, constituem um dos aspectos de I&D.

Os equipamentos instalados no SIMI são:

- Sistemas de geo-referenciação (GNSS associado a sistema inercial e odómetro);

- Aquisição de pares de imagem estereoscópicas (resolução dependente das câmaras utilizadas);

- Sistema de imagem 3D com iluminação por “led” para detecção de anomalias no pavimento (fissuras, peladas, etc.); - Aquisição de imagens térmicas de infravermelhos;

- Sistema LIDAR para identificação de cavados de rodeira e execução de perfis transversais;

- Aquisição de dados com Ground Penetrating Radar (GPR).

O SIMI, que incorpora já diversas das funcionalidades previstas no projecto (figura 3), é um sistema aberto, permitindo a inte-gração de novos equipamentos, sejam derivados de novos desenvolvimentos tecnológicos, seja pela especificidade impos-ta por um serviço particular.

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3 - S

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A aquisição de dados tem uma componente fundamental na detecção automática, a partir de pares de imagens estereoscó-picas.

A importância deste aspecto reside no rigor dos dados obtidos, na sua geo-referenciação, e na redução de tempo e dos custos de mão-de-obra relativamente a tarefas de interpretação e edi-ção em gabinete.

A aquisição de imagens é realizada por 2 ou 3 câmaras que podem ter resoluções variáveis, bem como ângulos de capta-ção consoante as especificidades do trabalho a realizar. A 3ª câmara pode ser de 360o ou apenas de controlo.

Neste sistema é utilizado um receptor GNSS com mono ou dupla frequência e com possibilidade de se obterem dados para pós-processamento.

Um odómetro permite calibrar o sistema GNSS nas distâncias percorridas de modo a não acumular erros em distância, caso se perca o sinal.

O IMU constituído por giroscópios e acelerómetros de 3 eixos cada, vai permitir corrigir as direcções para que não sejam acu-mulados desvios significativos quando o sinal GNSS é fraco ou inexistente.

Com este sistema de posicionamento podem-se obter preci-sões absolutas de ordem decimétrica e georreferenciadas. Um sistema CAM-SYNC permite sincronizar a obtenção de ima-gens e etiquetá-las com o tempo GNSS emitido pelas efeméri-des (figura 4).

equivalem a cerca de 60 Mb de dados armazenados.

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4 - U

GPS

Está ainda prevista a utilização de câmaras 3D para avaliar o estado de fissuração e sensores laser para a determinação da irregularidade do pavimento (IRI). Outro dos equipamentos complementares do SIMI é a unidade de GPR (figura 5), que permite registar as interfaces do pavimento que ocorrem em profundidade, e assim, as diferentes camadas que constituem o pavimento, bem como a definição da sua espessura.

Também este equipamento permite operar a velocidades com-patíveis com o tráfego. A utilização do método geo-radar permi-te dispor de informação sobre a espessura das diferenpermi-tes camadas dos pavimentos e a análise dos materiais do ponto de vista das suas características dieléctricas.

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5 - A

GPR

O GPR é um método de inspecção em contínuo, que apenas com um reduzido número de carotes de confirmação, apresen-ta significativas vanapresen-tagens sobre a tradicional inspecção exclu-sivamente suportada por carotagem (figura 6), permitindo elimi-nar as dúvidas sobre os pontos exactos em que ocorre uma mudança entre estruturas de pavimentos diferentes.

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6 - C

(

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SONDAGEM À ROTAÇÃO

dos hídricos diferenciais nas camadas granulares.

Estes assuntos são também campo de investigação no contexto do projecto SARA®_{. Conforme as especificidades de uma dada rede}

viária ou por solicitação do Dono de Obra (incluindo o orçamento disponível para a auscultação), poder-se-á utilizar todas ou al gu mas das funcionalidades ou dos equipamentos que integram o SIMI.

2.2 - B

O sistema de aquisição de dados (SIMI) alimentará o Sistema de Gestão de Activos Rodoviários (SARA®_{). Este, por sua vez cruza os}

dados históricos da rede, com os dados obtidos por via do modelo de detecção e geo-referenciação automática, tendo em vista supor-tar as decisões relativas às intervenções de manutenção e/ou rea-bilitação da via. Para suportar todo o sistema será criada uma base de dados geográfica temporal que foi considerada o tipo de ferra-menta que melhor responde às necessidades do sistema. Esta base de dados mantém uma estabilidade e consistência elevadas perante as alterações relativas ao estado de conservação dos ele-mentos da via ao longo dos tempos.

2.3 - M

E

C

A metodologia de análise de redes suportada pelo SARA®_conta

com um Índice da Qualidade Global, o qual irá integrar a análise e processamento de todos os elementos recolhidos. O objectivo é definir uma forma objectiva de classificar uma via, com base em algoritmos que integram a informação recolhida. Este Índice inclui não só um Indicador Estrutural, mas também um Indicador Funcional, de forma a poder exibir não só a capacidade de supor-te e estrutura do pavimento, mas também a segurança e conforto que a via oferece aos seus utentes. Na figura 7 apresenta-se o flu-xograma do processo.

Design e Inovação

2.4 - S

Além do software instalado na viatura que permite a geo-refe-renciação, recolha e armazenamento das imagens, este siste-ma possui um software de reconhecimento automático de isiste-ma- ima-gem de modo a detectar em tempo real os objectos inventaria-dos, identificá-los e georreferenciá-los. Numa posterior passa-gem da viatura, as correcções e alterações serão feitas de modo quase automático.

Após os dados serem armazenados na base de dados geográ-fica temporal passa-se ao software de classigeográ-ficação das vias. O desenvolvimento e ajuste de algoritmos permitirão disponibilizar indicadores, objectivos e racionais, de apoio à tomada de deci-sões de gestão no âmbito da exploração das vias da rede. O programa formula de seguida um diagnóstico do estado das secções da rede. Este diagnóstico estabelece a origem prová-vel das degradações e propõe a solução tipo para a conserva-ção ou reposicionamento do estado das secções. Esta análise é baseada sobre a comparação do Índice Global da Qualidade com certos limites fixados. Um exemplo de agrupamento de secções de pavimentos é indicado na figura 8.

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8 - S

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G

No âmbito do SARA®_{é possível produzir relatórios de avaliação}

da rede; definição de estratégias de intervenção e identificação de prioridades, assim como mapas temáticos da rede sobre aspectos de inventário e de análise de funcionalidade da rede.

3. C

E

Embora o sistema SARA® _{reúna um conjunto de valências,}

algumas das quais ainda num domínio de investigação e desenvolvimento (I&D), não se encontra integralmente numa fase de pré-produção. De facto, conta-se já com diversos tra-balhos em curso suportados por esta tecnologia.

Um dos casos de aplicação mais interessantes, actualmente em curso, é o inventário da rede rodoviária do Distrito do Porto em Portugal, para a concessionária rodoviária nacional Estradas de Portugal, EP, que perfaz uma extensão total de mais de 770 km de vias.

Recorrendo a imagens estereoscópicas georreferenciadas torna-se possível, após uma rápida passagem pelos lanços de estrada alvo do cadastro, reunir em trabalho de gabinete, a informação mais relevante relativa à sinalização vertical e hori-zontal existente na via, equipamentos de segurança, sistema de iluminação, muros, taludes, estado do pavimento, etc.

Neste trabalho incluem-se já 350 km de vias inspeccionadas e em fase de interpretação em gabinete. Tirando proveito da colecção de imagens com sobreposição, adquiridas segundo eixos paralelos, e baseado nos efeitos de paralaxe, a constitui-ção de pares de fotografias estereoscópicas, permite medições directamente sobre as fotografias (figura 9).

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9 - I

Deste modo, transfere-se para uma fase de edição em gabine-te, um trabalho que até aqui teria que ser desenvolvido in situ, com todas as penalizações que isso implicava, nomeadamente e com grande importância, do ponto de vista de custos. Naturalmente que existem sempre detalhes e particularidades que justificam uma fase posterior de trabalho de campo, para controlo da qualidade dos dados por via de confirmação pre-sencial por amostragem, assim como a inspecção no local dos aspectos sobre os quais possa pender alguma dúvida, não eli-minada com base na análise das imagens.

Outros trabalhos que se prevê iniciar brevemente, estão rela-cionados com a gestão de pavimentos para donos de obra a nível local/regional, que não dispondo de estrutura técnica para administrar as redes viárias de que são responsáveis, percebe-ram já a importância da gestão sistematizada e suportada por critérios racionais como os que o SARA®_apresenta.

5 - C

O SARA®_{é um sistema de gestão de redes viárias inserido num}

projecto de I&D que, com recurso a ferramentas de auscultação e a modelos de previsão do comportamento, pretende dotar os gestores de redes dos instrumentos necessários para a

imple-Apresenta, ainda, a flexibilidade necessária para ser aplicado a qualquer outro tipo de rede, tal como a aeroportuária, portuária, ferroviária, ou outra. Uma das componentes deste sistema é o SIMI, sistema de inventário móvel, para aquisição de dados. As potencialidades do SARA® _{tornam-no numa ferramenta}

indispensável para a gestão optimizada de qualquer rede viária, com importância num contexto internacional e com especial relevância em contratos de conservação integrais do tipo Performance Based Contracts.

Nos casos já realizados de aplicação, o sistema implementado permitiu confirmar as potencialidades que lhe estão associadas, não só do ponto de vista da velocidade/custo da aquisição de dados sobre a via, como do ponto de vista do seu rigor e do registo perpétuo que se constitui das estruturas no momento da inspecção.

Com um nível de implementação ainda da ordem dos 40%, inseridos num contexto alargado do ambicioso projecto de investigação em curso, face aos resultados já obtidos, prevê-se uma evolução muito significativa, a breve prazo, deste sistema e a colocação no mercado de serviços inovadores nesta área da gestão de vias.

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AZEVEDO, M. C.; FERREIRA, A.; PEREIRA, F. C.; SANTOS, L. P. - “A Avaliação de Estratégias no Âmbito do Sistema de Gestão de Pavimentos da Administração Rodoviária Portuguesa”. Comunicação apresentada ao IV Congresso Rodoviário Português - Estrada 2006, Estoril, Abril, 2006.

ESTRADAS DE PORTUGAL, SGPav - Sistema de Gestão de Pavimentos, Acção de Formação, Coimbra, Portugal, 2010. COSTA, ANDRÉ. Utilização do Georadar na Caracterização de Pavimentos Rodoviários, Tese de Mestrado, DEC-FCT, Universidade de Coimbra, Portugal, 2009.

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