UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
Engenharia
Avaliação de rodeiras de pavimentos rodoviários
com recurso a varrimento laser
Ana Sofia Silva Nogueira
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil: Estruturas e Construção
(Ciclo de estudos integrado)
Orientador: Prof.ª Doutora Bertha Maria Batista dos Santos
Co-orientador: Prof. Doutor Pedro Gabriel de Faria Lapa Barbosa de Almeida
Aos meus pais e irmã… Ao meu avô Joaquim, sei que estaria orgulhoso.
Agradecimentos
A elaboração desta dissertação só foi possível devido ao contributo de várias pessoas às quais não posso deixar de manifestar o meu agradecimento.
Em primeiro lugar aos meus orientadores, Professora Doutora Bertha Maria Batista dos Santos e Professor Doutor Pedro Gabriel de Faria Lapa Barbosa de Almeida, pela atenção, orientação, colaboração e disponibilidade que sempre demostraram ao longo da realização deste trabalho, assim como por todos os conhecimentos transmitidos.
Aos meus pais, porque sem eles não teria chegado onde cheguei, por acreditarem em mim, pelos sacrifícios que fizeram ao longo do meu percurso académico, por estarem sempre presentes e por me ajudarem a ultrapassar todos os obstáculos, mas principalmente por todo o carinho, confiança e orgulho demonstrado em todos os instantes.
À minha irmã devo um agradecimento especial, por estar sempre ao meu lado mesmo quando tudo o resto parece não estar e pela compreensão nos momentos mais difíceis.
Ao Pedro, por saber antes de mim que ia conseguir, por toda a paciência, tolerância, carinho e apoio prestado em qualquer circunstância.
A toda a minha família, pelo apoio incondicional.
Aos amigos e colegas de curso, por todos os momentos, porque rimos e chorámos juntos, mas valeu a pena. Agradeço a vossa presença em todas as etapas.
Resumo
Ao longo da sua vida, os pavimentos rodoviários encontram-se sujeitos a ações que contribuem para a redução da sua qualidade, traduzindo-se no aparecimento de degradações. A obtenção de dados de localização e do grau de gravidade destas degradações permitem avaliar a qualidade dos pavimentos que constituem uma determinada rede rodoviária, apoiando de forma sustentada a gestão dos recursos financeiros alocados à conservação da mesma.
Tendo em vista essa gestão sustentada, o trabalho apresentado tem por objetivo completar o sistema de auscultação de degradações em pavimentos rodoviários flexíveis com recurso a recolha de dados de posicionamento e imagem vídeo desenvolvido numa dissertação anterior, através da incorporação de um sistema de varrimento laser para a obtenção de dados para a determinação da profundidade de cavados de rodeira.
A aplicação do sistema de medição de cavados de rodeira ao caso prático considerado no desenvolvimento inicial da metodologia de auscultação das degradações permitiu corrigir problemas de aplicação e funcionamento do equipamento, comparar os resultados obtidos com os provenientes de uma inspeção visual realizada a pé, avaliar o grau de fiabilidade dos dados, identificar as principais vantagens e desvantagens do método face aos existentes e completar o estudo anterior.
O tratamento das imagens e dos dados obtidos com integração da informação num SIG permitiu ainda concluir que a utilização do sistema desenvolvido pode ser aplicado em redes rodoviárias urbanas e interurbanas, chegando a resultados mais fiáveis da profundidade do cavado de rodeira em relação aos obtidos numa inspeção visual a pé.
A complementação do sistema de auscultação de pavimentos com os desenvolvimentos propostos permitiu aumentar o grau de fiabilidade da avaliação da qualidade dos pavimentos e a rapidez de observação das degradações, assim como diminuir o custo envolvido nas operações de inspeção dos pavimentos.
Palavras-chave
Pavimento Rodoviário, Cavado de Rodeira, Avaliação da Qualidade, Varrimento laser, Captação de Imagem, SIG.
Abstract
Throughout their lifetime, road pavements are subjected to actions which contribute to a reduction of their quality, leading to the appearance of degradations. Obtaining data about the location and the degree of severity of this degradations allows for the evaluation of the quality of the road pavements which constitute a certain road network, supporting, in a sustainable way, the management of the financed resources allocated to its maintenance.
In view of that sustainable management, the presented work intends to complete the system of monitoring deterioration in flexible road pavements by using a system, developed in a previous master’s thesis, which collects position data and video image through the incorporation of a laser scanning system in order to determine rut depth.
The application of the rut depth measurement system to the practical case considered in the initial development of the methodology for monitoring degradation allowed to rectify problems related to the application and functioning of equipment, to compare the results to those obtained from a visual inspection on foot, to evaluate the level of reliability of the data, to identify the main advantages and disadvantages of the method in relation to the existing ones and to complete the previous study.
The processing of the images and of the obtained data, with the integration of the information into a GIS (Geographical Information System), also allowed to conclude that the use of the developed system may be applied in urban and interurban road networks, reaching more reliable results about rut depth when compared to those obtained from a visual inspection done on foot.
The complementation of the pavement monitoring system with the proposed developments allowed to increase the level of reliability of the quality of the evaluation of the pavements and the rate of the observation of the degradations, as well as to decrease the expenses involved in the pavement inspection operations.
Keywords
Índice
Agradecimentos ... v Resumo ... vii Palavras-chave ... vii Abstract... ix Keywords ... ix Índice ... xiLista de Figuras ... xiii
Lista de Tabelas ... xv
Lista de Expressões ... xvii
Lista de Acrónimos... xix
1. Introdução ... 1
1.1. Enquadramento ... 1
1.2. Objetivos ... 2
1.3. Estrutura da Dissertação ... 2
1.4. Metodologia... 3
2. Regularidade Transversal - Rodeiras ... 5
2.1. Introdução ... 5
2.2. Tipos de rodeira e modos de falha do pavimento ... 8
2.3. Métodos de medição da profundidade máxima do cavado de rodeira ... 12
2.3.1. Introdução ... 12
2.3.2. Ensaios com régua ... 13
2.3.2.1. NP EN 13036-7 (2011): Características superficiais de pavimentos de estradas e aeroportos - Métodos de Medição – Parte 7: Medição da irregularidade das camadas do pavimento: ensaio com régua ... 13
2.3.2.2. Disposição Normativa do InIR: Construção e reabilitação de pavimentos – Indicadores de estado de conservação dos pavimentos ... 13
2.3.3. Ensaios com recurso a Perfilómetro laser ... 15
2.3.3.1. NP EN 13036-6 (2012): Características superficiais de pavimentos de estradas e aeroportos – Métodos de ensaio – Parte 6: Medição dos perfis longitudinal e transversal na gama dos comprimentos de onda da irregularidade e da megatextura 15 2.3.3.2. Austroads test method AG: AM/T009: Pavement rutting measurement with a multi-laser profilometer (Medição de rodeiras no pavimento com recurso a um perfilómetro multi-laser) ... 17
2.4. Utilização do valor da profundidade do cavado de rodeira na determinação da
qualidade dos pavimentos flexíveis ... 22
2.4.1. Índice de Qualidade do pavimento ... 22
2.4.2. Níveis de gravidade adotados para a profundidade do cavado de rodeira ... 24
3. Avaliação da profundidade do cavado de rodeira com recurso a varrimento laser e imagem vídeo georreferenciada ... 27
3.1. Considerações iniciais ... 27
3.2. Metodologia proposta ... 27
3.3. Caso de Estudo ... 31
3.3.1. Rede rodoviária ... 31
3.3.2. Calibração e levantamento de dados ... 33
3.3.3. Tratamento de dados ... 38 3.3.4. Verificação de resultados ... 40 3.3.5. Discussão de métodos... 42 4. Análise de resultados ... 43 4.1. Considerações iniciais ... 43 4.2. Abordagem InIR ... 44 4.2.1. Resumo estatístico ... 44 4.2.2. Cartas temáticas ... 50 4.3. Abordagem Austroads ... 53 4.3.1. Resumo estatístico ... 53 4.3.2. Cartas temáticas ... 59
4.4. Análise da variação da profundidade do cavado de rodeira ao longo do percurso . 62 4.5. Índice de Qualidade (IQ) ... 66
5. Conclusões... 69
6. Referências Bibliográficas ... 73
Lista de Figuras
Figura 2.1 – Rodeira de grande raio (adaptado de Santucci, 2001) ... 5
Figura 2.2 - Rodeira de pequeno raio (adaptado de Santucci, 2001) ... 6
Figura 2.3 - Comportamento da rodeira ao longo do tempo devido à ação do tráfego (NCHRP, 2002) ... 7
Figura 2.4 - Efeitos da temperatura sazonal na evolução da profundidade das rodeiras (NCHRP, 2002) ... 8
Figura 2.5 – Tipos de rodeiras (adaptado de NCHRP, 2002) ... 9
Figura 2.6 – Perfis transversais associados à falha de diferentes camadas do pavimento (NCHRP, 2002) ... 10
Figura 2.7 – Comparação dos perfis de superfície obtidos para diferentes tipos de falhas no pavimento (adaptado de NCHRP, 2002)... 11
Figura 2.8 – Configuração preferencial da localização dos lasers para medição da profundidade do cavado de rodeiras (distancias em mm) (AG:AM/T009,2011) ... 18
Figura 2.9 – Exemplos de medição do cavado de rodeira pelo “Straight edge method” e “Taut wire method” (adaptado de AG:AM/T009,2011) ... 21
Figura 2.10 – Esquema das componentes e funcionamento do perfilómetro laser da IP (LNEC@2011 cit. por Luz,2011) ... 22
Figura 3.1 – Equipamentos usados para efetuar o levantamento da profundidade do cavado de rodeira ... 28
Figura 3.2 – Ficha de registo para o relatório de calibração ... 28
Figura 3.3 - Fluxograma das operações realizadas ... 30
Figura 3.4 – Localização da rede rodoviária em estudo ... 31
Figura 3.5 – Equipamento utilizado na campanha de levantamento ... 33
Figura 3.6 – Levantamento com nível topográfico digital para calibração dos dados provenientes da projeção do feixe laser para determinação da profundidade do cavado de rodeira ... 34
Figura 3.7 – Representação dos pontos levantados com nível digital topográfico ... 35
Figura 3.8 – Distância medida para obter a profundidade do cavado de rodeira. ... 35
Figura 3.9 – Triângulo obtido com as medições efetuadas ... 36
Figura 3.10 – Exemplo da medição do valor a. ... 39
Figura 3.11 - Triângulo com as medições efetuadas (a, b e c) e ângulo a determinar ... 40
Figura 3.12 – Medição das rodeiras com recurso a nível topográfico ... 41
Figura 4.1 - Histograma de distribuição por classes, sentido 2 (Abordagem InIR) ... 46
Figura 4.2 - Histograma de distribuição por classes, sentido 1 (Abordagem InIR) ... 46
Figura 4.3- Histograma de distribuição por classe de rodeira, secção A (Abordagem InIR) .... 47
Figura 4.4 - Histograma de distribuição por classe de rodeira, secção B (Abordagem InIR).... 48
Figura 4.6 - Histograma de distribuição por classe de rodeira, secção D (Abordagem InIR) ... 49
Figura 4.7 - Histograma de distribuição por classe de rodeira, secção E (Abordagem InIR).... 49
Figura 4.8 - Histograma de distribuição por classe de rodeira, secção F (Abordagem InIR) .... 50
Figura 4.9 - Representação pontual das rodeiras por classes (Abordagem InIR) ... 51
Figura 4.10 - Representação linear das rodeiras por trecho e por classes (Abordagem InIR) .. 51
Figura 4.11 - Comparação das rodeiras obtidas pela inspeção visual a pé com rodeiras por classes obtidas pelo sistema de varrimento laser (Abordagem InIR ... 52
Figura 4.12 - Histograma de distribuição por classe, sentido 2 (Abordagem Austroads) ... 54
Figura 4.13 - Histograma de distribuição por classe, sentido 1 (Abordagem Austroads) ... 55
Figura 4.14 - Histograma de distribuição por classe, secção A (Abordagem Austroads) ... 55
Figura 4.15 - Histograma de distribuição por classe, secção B (Abordagem Austroads) ... 56
Figura 4.16 - Histograma de distribuição por classe, secção C (Abordagem Austroads) ... 56
Figura 4.17 - Histograma de distribuição por classe, secção D (Abordagem Austroads) ... 57
Figura 4.18 - Histograma de distribuição por classe, secção E (Abordagem Austroads) ... 57
Figura 4.19 - Histograma de distribuição por classe, secção F (Abordagem Austroads) ... 58
Figura 4.20 - Representação pontual das rodeiras por classes (Abordagem Austroads) ... 59
Figura 4.21 – Representação linear das rodeiras por trecho e por classes (Abordagem Austroads) ... 60
Figura 4.22 - Comparação das rodeiras obtidas pela inspeção visual a pé com rodeiras por classes obtidas pelo sistema de varrimento laser (Abordagem Austroads) ... 60
Figura 4.23 – Verificação da continuidade da profundidade do cavado de rodeira, Sentido 2 . 62 Figura 4.24 - Verificação da continuidade da profundidade do cavado de rodeira, Sentido 1 . 63 Figura 4.25 - Comparação das reparações obtidas pela inspeção visual a pé com rodeiras por classes obtidas pelo sistema de varrimento laser (Abordagem InIR) ... 64
Figura 4.26 - Comparação das reparações obtidas pela inspeção visual a pé com rodeiras por classes obtidas pelo sistema de varrimento laser (Abordagem Austroads) ... 65
Figura 4.27 – Visualização do valor do Índice de Qualidade obtido pela inspeção visual a pé e do Índice de Qualidade obtido através do sistema de varrimento laser ... 67
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 – Definição inicial de parâmetros de distorção baseada na literatura e nos resultados
obtidos no método dos elementos finitos (NCHRP, 2002) ... 11
Tabela 2.2 – Classes de rodeira segundo a disposição normativa do InIR ... 14
Tabela 2.3 – Espaçamento temporal de medição da regularidade transversal (adaptado da disposição normativa do InIR) ... 15
Tabela 2.4 – Classes de rodeira segundo a AG:AM/T009 (2011) ... 20
Tabela 2.5 – Avaliação da qualidade dos pavimentos através do índice PSI (Branco, et al., 2011) ... 23
Tabela 2.6 – Níveis de gravidade (EP, 2008) ... 24
Tabela 2.7 – Níveis de gravidade para a degradação rodeiras (Santos, et al., 2004) ... 25
Tabela 3.1 - Representação dos trechos e respetivos comprimentos ... 32
Tabela 4.1 – Resultados do resumo estatístico para o parâmetro rodeira, por trecho (Abordagem InIR) ... 44
Tabela 4.2 – Divisão da rede por secções de aproximadamente 1000 m, por sentido ... 47
Tabela 4.3 – Resultados do resumo estatístico para o parâmetro rodeira, por trecho (Abordagem Austroads) ... 53
Tabela 4.4 – Comparação dos valores de IQ para a obtenção visual e com varrimento laser da profundidade do cavado de rodeiras ... 66
Lista de Expressões
Exp. 2.1 Expressão para a determinação do Índice de Qualidade dos pavimentos rodoviários em meio urbano
23
Exp. 2.2 Expressão para a determinação do Índice de Qualidade dos pavimentos rodoviários em meio interurbano (EP, S.A.)
24
Exp. 2.3 Expressão para a determinação do Índice de Qualidade dos pavimentos rodoviários em meio interurbano com dados provenientes do perfilómetro adquirido pela EP, S.A.
Lista de Acrónimos
AE Autoestradas CR Cavado de Rodeira
DECA Departamento de Engenharia Civil e Arquitetura DOT Department of Transportation
EN European Norm (Norma Europeia) EN Estradas Nacionais
EP Estradas de Portugal, S.A. FE Faculdade de Engenharia
GIS Geographical Information System
GNSS Global Navigation Satellite System (Sistema de Navegação Global por Satélite) GPS Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global)
IC Itinerários Complementares
InIR Instituto de Infraestruturas Rodoviárias IP IP Infraestruturas de Portugal
IP Itinerários Principais
IQ Índice de Qualidade dos pavimentos LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil
NCHRP National Cooperative Highway Research Program NP Norma Portuguesa
PSI Present Serviveability Index (Índice de Qualidade dos Pavimentos) SIG Sistema de Informação Geográfica
SPG Sistema de Gestão de Pavimentos rodoviários TMDA Tráfego Médio Diário Anual
UBI Universidade da Beira Interior
1. Introdução
1.1. Enquadramento
As redes rodoviárias constituem em geral a infraestrutura de transporte mais importante na maioria dos países, sendo os pavimentos uma das suas componentes principais cujos objetivos passam por apresentarem uma adequada capacidade de suporte/estrutural e proporcionarem aos utilizadores conforto e segurança na circulação. Contudo, desde a sua construção, os pavimentos rodoviários começam a ser submetidos às ações do tráfego e climáticas que contribuem continuamente para a sua degradação.
Hoje em dia, na maioria dos países desenvolvidos, há um grande interesse na conservação e reabilitação dos pavimentos rodoviários, uma vez que já possuem redes rodoviárias consolidadas. Para se proceder à gestão adequada dos pavimentos é necessário fazer uma análise detalhada do estado de conservação/degradação que apresentam.
Em Portugal, a rede rodoviária nacional é constituída essencialmente por pavimentos flexíveis (cerca de 95%), verificando-se nestes que as degradações do tipo fendilhamento nas camadas betuminosas e deformação permanente das camadas constituem em geral as principais degradações verificadas.
Às principais deformações permanentes que ocorrem ao nível das diferentes camadas do pavimento dá-se o nome de rodeiras, correspondendo a deformações longitudinais que se desenvolvem no local de passagem dos rodados dos veículos. As causas associadas ao aparecimento deste tipo de deformação, em Portugal, estão relacionadas com as altas temperaturas registadas no verão e o seu efeito nos materiais constituintes das misturas betuminosas quando associadas à verificação de condições de tráfego severas (tráfego pesado e lento) e com a deficiente capacidade de suporte do solo de fundação, eventualmente associado a condições de drenagem também deficientes.
A definição sustentada de propostas de intervenção para a correção deste tipo de degradações assenta na identificação e quantificação das rodeiras, assim como das causas do seu aparecimento, tornando possível solucionar ou minimizar a evolução das mesmas, maximizando desta forma a vida útil do pavimento.
A identificação, quantificação e avaliação das causas possíveis para o aparecimento desta e de outras degradações é em geral efetuada através da realização de inspeções periódicas aos pavimentos. A realização destas inspeções é muitas vezes lenta e de custo elevado, sendo por isso necessário considerar novos métodos para a aquisição de informação relativa ao estado dos pavimentos.
1.2. Objetivos
Tendo em vista uma gestão sustentada do estado de conservação dos pavimentos rodoviários, o trabalho proposto tem por objetivo completar um sistema de auscultação de degradações em pavimentos rodoviários flexíveis com recurso a georreferenciação e registo de imagem vídeo, desenvolvido numa dissertação anterior (Maganinho, 2013), através da avaliação da utilização de varrimento laser com aquisição de imagem e dados de georreferenciação, para a obtenção de dados de profundidade de cavados de rodeira.
Para aferir a adequação e a validade dos dados recolhidos que permitem determinar os valores da profundidade do cavado de rodeira, o sistema e a metodologia proposta serão aplicados ao caso prático considerado no desenvolvimento inicial do sistema de auscultação de pavimentos.
1.3. Estrutura da Dissertação
O presente documento encontra-se estruturado em cinco capítulos. O primeiro e presente capítulo incorpora um enquadramento do tema, os objetivos e a metodologia proposta para a realização do trabalho, assim como uma descrição da organização do documento.
O segundo capítulo apresenta uma revisão bibliográfica sobre a regularidade transversal, abordando aspetos relacionados com os diferentes tipos de rodeira que se podem verificar em pavimentos rodoviários flexíveis, as causas do seu aparecimento, as metodologias e equipamentos usados para a medição da profundidade máxima do cavado (normas e disposições normativas) e a utilização deste valor em formulações que permitem calcular um índice global representativo da qualidade dos pavimentos flexíveis.
No terceiro capítulo realiza-se uma descrição detalhada da metodologia desenvolvida para a recolha de dados que permitam a determinação da profundidade do cavado de rodeira com recurso a varrimento laser e imagem vídeo, assim como a sua aplicação a um caso de estudo, apresentando a rede rodoviária considerada e o modo como foi realizado o levantamento e o tratamento dos dados. Este também integra a análise e verificação dos resultados obtidos e a discussão dos mesmos.
No capítulo quatro é apresentada uma análise e discussão dos resultados obtidos, incluindo um resumo estatísticos do ponto de vista das classes de rodeiras consideradas pelo InIR e Austroads, a comparação dos valores da profundidade do cavado de rodeira e do índice de qualidade do pavimento com os valores obtidos a partir do levantamento visual a pé e a visualização da informação em cartas temáticas preparadas no SIG.
No capítulo cinco resumem-se as principais conclusões do trabalho e apresentam-se um conjunto de aspetos a desenvolver no futuro.
O documento contém ainda um índice geral, uma listagem de figuras, uma listagem de tabelas, uma listagem de acrónimos e uma listagem de referências bibliográficas, finalizando com um conjunto de Anexos com cartas temáticas relativas ao caso de estudo.
1.4. Metodologia
O objetivo do trabalho centra-se na obtenção de dados para a determinação da profundidade do cavado das rodeiras. Para alcançar esse objetivo adotou-se a seguinte abordagem metodológica:
Estudo do conceito de regularidade transversal, levantamento das principais causas associadas ao seu aparecimento, dos tipos de rodeiras e modos de falha do pavimento associados;
Análise das metodologias de medição da profundidade do cavado de rodeira consideradas em normas nacionais e internacionais: ensaios com régua e ensaios com recurso a perfilómetro laser;
Estudo do uso da profundidade do cavado de rodeira na avaliação da qualidade dos pavimentos rodoviários efetuada com recurso à determinação de um índice de qualidade global;
Desenvolvimento e montagem do sistema de calibração e de levantamento dos dados com recurso a varrimento laser e aquisição de imagem vídeo e dados de georreferenciação;
Verificação dos dados a observar com registo automático em suporte digital, para posterior determinação do valor da profundidade do cavado de rodeira;
Execução de um levantamento teste para refinamento do sistema;
Recolha e tratamento de dados para o caso de estudo, realização de análises estatísticas e elaboração de cartas temáticas em SIG;
Validação do método, da metodologia adotada e dos valores da profundidade do cavado de rodeira obtidos com identificação dos aspetos a ser alterados/melhorados;
Determinação no IQ com base no novo valor da profundidade do cavado de rodeira; Comparação dos valores da profundidade do cavado de rodeira e do IQ obtidos com os
valores provenientes do levantamento efetuado a pé;
2. Regularidade Transversal - Rodeiras
2.1. Introdução
A regularidade do perfil transversal é um importante fator a avaliar para verificar a qualidade do pavimento. Em geral, a avaliação da irregularidade transversal consiste em medir a profundidade máxima do cavado das rodeiras a partir da avaliação do perfil transversal da estrada.
As rodeiras podem definir-se como deformações transversais localizadas ao longo da zona de passagem dos rodados dos veículos e podem assumir duas configurações típicas: as rodeiras de pequeno raio e as rodeiras de grande raio (Branco, et al., 2011).
A existência de rodeiras pode afetar o conforto e a segurança da condução, especialmente quando a superfície do pavimento se encontra molhada, dado que a drenagem transversal está comprometida, podendo ocorrer hidroplanagem. A presença de gelo pode ser ainda mais prejudicial para a segurança dos utilizadores da estrada.
Assim, quando as rodeiras se tornam evidentes compreende-se que o estado estrutural do pavimento está comprometido, sendo necessária uma intervenção. Em meio urbano, onde as velocidades praticadas são menores, a profundidade de rodeira pode atingir os 25 mm antes da manutenção. Em meio interurbano, no qual se verificam velocidades de circulação maiores e tráfego mais intenso, deve proceder-se à manutenção assim que a profundidade da rodeira exceder os 10 mm (Fang, et al., 2004).
Os diferentes tipos de rodeiras fornecem informação sobre quais as camadas do pavimento que estão a comprometer a qualidade estrutural, isto é, a formação de rodeiras deve-se a deformações permanentes que podem ocorrem em diferentes camadas do pavimento. Na Figura 2.1 pode observar-se um esquema representativo de rodeiras de grande raio, as quais têm origem nas camadas não ligadas e no solo de fundação, enquanto que na Figura 2.2 são representadas rodeiras de pequeno raio, cujo aparecimento se deve em geral à instabilidade das camadas betuminosas.
Figura 2.2 - Rodeira de pequeno raio (adaptado de Santucci, 2001)
Dado que, independentemente do dimensionamento do pavimento, da escolha dos materiais ou do tipo de construção, as rodeiras estarão presentes no pavimento, uma vez que esta patologia constitui uma evolução natural do mesmo, é essencial adotar um plano de observação periódica para a rede rodoviária.
Quando o pavimento apresenta rodeiras com nível de gravidade elevado é necessário intervir, como foi mencionado atrás, e para se proceder a uma reabilitação adequada do pavimento é indispensável fazer um diagnóstico do estado funcional e estrutural do mesmo, ou seja, analisar o tipo de rodeiras (rodeiras de pequeno ou grande raio) (Branco, et al., 2011).
As rodeiras constituem normalmente um problema associado aos pavimentos flexíveis e o aparecimento e evolução das mesmas tem sido atribuída a vários fatores, entre os quais se salientam, segundo o NCHRP (National Cooperative Highway Research Program, 2002), o aumento da pressão dos pneus dos veículos pesados, da carga por eixo e do volume de tráfego. Outros fatores estão relacionados com as ações climáticas, com as deficiências dos materiais de pavimentação e com a qualidade de execução dos pavimentos.
Os fatores que influenciam o aparecimento das rodeiras de grande raio são principalmente: o dimensionamento inadequado do pavimento, ou seja, um sub-dimensionamento das camadas inferiores para o tráfego solicitante; a deficiente compactação das camadas estruturais; a utilização de materiais de baixa resistência; e fracas condições de drenagem que promovem a infiltração da água, reduzindo consequentemente a capacidade de suporte do pavimento tornando-o mais vulnerável à agressividade do tráfego.
Para as rodeiras de pequeno raio as principais causas possíveis são: a aplicação de misturas betuminosas instáveis associadas a deficiências de fabrico e execução; a utilização de materiais de pavimentação de baixa qualidade; o sub-dimensionamento da camada de desgaste, que associado a solicitações de cargas excessiva, ações climáticas severas (como temperaturas demasiado elevadas) e a velocidade de tráfego reduzidas, aumentam a ocorrência deste tipo de deformação.
O aumento da pressão dos pneus dos veículos pesados e o aumento da carga por eixo levam a que a superfície do pavimento se encontre exposta a um cenário de solicitações que não foi considerado durante o dimensionamento. A manutenção ao longo do tempo desta situação conduz a um aumento progressivo da profundidade das rodeiras.
A evolução das rodeiras pode também levar ao aparecimento de outro tipo de degradações, como o fendilhamento longitudinal. No caso das rodeiras de pequeno raio é ainda possível ocorrer o fenómeno de exsudação (aparecimento de cordões laterais de ligante devido à fluência do material).
A Figura 2.3 ilustra o comportamento típico de uma rodeira ao longo do tempo tendo em conta a ação do tráfego. O aparecimento de degradações do tipo fendilhamento (uma consequência do aparecimento de rodeiras, como referido no parágrafo anterior), que também podem ocorrer devido ao aumento do volume de tráfego, aumenta a probabilidade da entrada de água através das fendas, o que conduz a uma redução da capacidade de suporte do solo de fundação e do desempenho das camadas granulares, acelerando o processo de formação de rodeiras.
Figura 2.3 - Comportamento da rodeira ao longo do tempo devido à ação do tráfego (NCHRP, 2002)
As temperaturas e a humidade do solo também afetam a evolução das rodeiras. Quando as temperaturas são baixas, as camadas betuminosas encontram-se num estado de rigidez maior, por isso não é comum verificar-se a evolução das rodeiras. Quando as temperaturas são altas, a rigidez das camadas ligadas diminui, levando a um aumento da propensão para a formação de rodeiras. A presença de água no solo de fundação e nas camadas granulares diminui a capacidade de suporte destas camadas e favorece o rearranjo das partículas, estes aspectos dão igualmente origem a condições favoráveis para a evolução das rodeiras. A Figura 2.4 mostra os efeitos da temperatura sazonal na evolução da profundidade das rodeiras (em países do hemisfério Norte).
Figura 2.4 - Efeitos da temperatura sazonal na evolução da profundidade das rodeiras (NCHRP, 2002)
Como é possível verificar a partir da observação da Figura 2.4, a profundidade das rodeiras aumenta nos meses mais quentes (de abril a setembro), estabilizando nos meses mais frios. Segundo o relatório NCHRP (2002), as rodeiras desenvolvem-se essencialmente com o aumento das cargas aplicadas ao pavimento e podem ocorrer em qualquer camada devido ao efeito combinado da densificação e da deformação dos materiais consequente da ação dos esforços aplicados.A camada onde ocorre a deformação depende da magnitude do carregamento e da capacidade de suporte de cada camada. Assim, para identificar em que camada ocorre a deformação é necessário determinar a carga aplicada, as espessuras e o material constituinte de cada camada. Este assunto é tratado com mais pormenor no ponto 2.2.
Assim, tendo em conta o descrito, uma diminuição da evolução da profundidade das rodeiras passa por uma seleção de materiais de pavimentação mais cuidada, por uma composição das misturas betuminosas apropriada e por uma execução construtiva mais rigorosa.
2.2. Tipos de rodeira e modos de falha do pavimento
Segundo Dawley et al. (1990), em pavimentos rodoviários flexíveis é possível verificar o aparecimento de três tipos de rodeiras, conforme o ilustrado na Figura 2.5.
No caso A – Rodeiras por desgaste da camada superficial - as rodeiras ocorrem devido ao desgaste da camada superficial do pavimento, o que pode dever-se à perda progressiva de material (agregados grossos e/ou o mástique betuminoso). Este tipo de rodeiras tende a verificar-se em condições de temperaturas mais baixas.
No caso B – Rodeiras por deformação permanente com origem nas camadas não ligadas e no solo de fundação - as rodeiras são causadas por deformação da estrutura do pavimento, isto é, devido a uma deformação vertical permanente causada pelas cargas associadas ao tráfego. Esta deformação ocorre no solo de fundação e dá origem ao tipo de rodeiras normalmente denominado de rodeiras de grande raio.
No caso C – Rodeiras por instabilidade das camadas betuminosas - as rodeiras são causadas pela deformação das camadas betuminosas, estas são rodeiras de pequeno raio e são acompanhadas de elevações laterais do material betuminoso. Este tipo de rodeiras ocorre quando a camada betuminosa não possui resistência suficiente para o carregamento imposto pelas cargas frequentes e elevadas e devido à instabilidade das misturas betuminosas. Esta deformação dá origem ao tipo de rodeiras normalmente denominado de rodeiras de pequeno raio.
Figura 2.5 – Tipos de rodeiras (adaptado de NCHRP, 2002)
No que respeita aos modos de falha do pavimento, Simpson et al. (1995) colocaram a hipótese de usar as áreas abaixo e acima da superfície do perfil transversal como indicativas da origem da deformação, isto é, os valores destas áreas permitiriam aferir quais as camadas que contribuem para uma determinada deformação verificada. Os autores definiram quatro tipos de perfis de rodeira associados à deformação permanente do pavimento (ver Figura 2.6):
(a) Rodeiras devido à deformação ocorrida no solo de fundação;
(b) Rodeiras devido à deformação ocorrida na base ou sub-base granular (camadas granulares do pavimento);
(c) Rodeiras devido à deformação ocorrida nas camadas betuminosas; (d) E por último, rodeiras devido ao empolamento do solo de fundação.
Figura 2.6 – Perfis transversais associados à falha de diferentes camadas do pavimento (NCHRP, 2002)
Simpson et al. (1995) definiram que a área acima da linha de referência do perfil transversal é considerada positiva, enquanto que a área abaixo desta linha é considerada negativa. Desta forma, a área do perfil obtido devido à deformação do solo de fundação é totalmente negativa e a correspondente à situação de empolamento é totalmente positiva. O perfil transversal das deformações ocorridas nas camadas betuminosas, bases e sub-bases granulares apresentam áreas negativas e positivas. Assim, áreas marginalmente positivas têm origem na deformação das camadas betuminosas e áreas marginalmente negativas na deformação de bases e sub-bases granulares.
Tendo em conta a medição destas áreas, os critérios usados para determinar a origem das rodeiras foram a área total (denominada de “distorção”) e o rácio entre as áreas negativas e positivas (designado por “rácio de distorção”). Após a análise de um conjunto alargado de dados relativos a rodeiras, as conclusões principais sobre a relação entre as áreas medidas e o modo de falha do pavimento foram resumidas segundo o apresentado na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Definição inicial de parâmetros de distorção baseada na literatura e nos resultados obtidos no método dos elementos finitos (NCHRP, 2002)
Modo de Falha do Pavimento Critérios de distorção (mm2) Outras condições Total Rácio Camadas superficiais -7500 a 0 0,3 a 0,8 Inversão da curvatura entre as bandas de passagem dos pneus
Base -7500 a 5000 0,4 a 3,0 Nenhuma inversão da curvatura entre as bandas de passagem dos pneus Sub-base e solo de
fundação < -2000 <0,5 Não aplicável
Empolamento > 5000 0 Não aplicável
Nota: Os resultados apresentados baseiam-se em dados de modos de falha simulados em condições de carga de pavimentos em serviço, com análise baseada na literatura da especialidade (Simpson et al. (1995)) e em técnicas de modelação de elementos finitos.
Com os resultados obtidos através desta análise é possível representar a comparação da deformação prevista para cada modo de falha simulado, como se pode ver na Figura 2.7.
Figura 2.7 – Comparação dos perfis de superfície obtidos para diferentes tipos de falhas no pavimento (adaptado de NCHRP, 2002)
Apesar de na Tabela 2.1 estarem presentes quatro tipos de falha no pavimento, investigações conduzidas por outros autores (Fang, et al., 2004) indicam que o empolamento iria enfraquecer a fundação, aumentando a probabilidade do aparecimento de rodeiras e resultando numa falha ao nível da fundação. Portanto, o empolamento seria incorporado na falha do pavimento devida a deformação permanente da fundação.
Em conclusão, o relatório da National Cooperative Highway Research Program (NCHRP, 2002), afirma que as análises efetuadas e a literatura analisada sugerem fortemente a existência de uma relação entre a superfície do perfil transversal e a localização da falha do pavimento (nas diferentes camadas) que conduz ao aparecimento das rodeiras.
2.3. Métodos de medição da profundidade máxima do cavado
de rodeira
2.3.1.
Introdução
A medição da regularidade transversal, mais propriamente da profundidade máxima do cavado de rodeira, pode ser efetuada com recurso a vários métodos de medição. Gramling et al. (1991) analisaram e compararam várias técnicas de medição da profundidade do cavado das rodeiras, tendo avaliado os procedimentos estáticos que incluem a utilização de mira e nível, réguas de diferentes comprimentos (“long straightedge” e “short straightedge”), esticamento de um fio (“string line”) e um equipamento denominado de “Dipstick Profiler”. Para o caso dos procedimentos dinâmicos concluíram que estes incluem equipamentos de tecnologia laser, de ultrassons e sistemas de fotografia (35 mm).
Neste ponto serão descritas as principais metodologias empregues, sendo agrupadas em ensaios com régua, segundo a norma NP EN 13036-7 (2011) e a disposição normativa do InIR, e em ensaios com recurso a perfilómetro laser, segundo a norma NP EN 13036- 6 (2012) e a norma australiana Austroads test method AG: AM/T009. É ainda efetuada uma descrição do equipamento utilizado pelo IP, S.A. no levantamento deste tipo de degradação.
Pela particularidade do método e semelhança com os princípios adotados na proposta de medição apresentada mais à frente neste trabalho, é de seguida descrito o sistema de fotografia de 35 mm. Este sistema consiste na projeção de uma linha na superfície do pavimento em estudo, sendo esta fotografada. Após a realização deste procedimento um computador simula o alongamento de um “fio” a partir dos pontos mais elevados do perfil transversal. As rodeiras são posteriormente medidas pela diferença entre o “fio” e a superfície do pavimento, sendo a medição realizada perpendicularmente ao “fio”. Este método é regularmente denominado de “wire method”.
2.3.2.
Ensaios com régua
2.3.2.1. NP EN 13036-7 (2011): Características superficiais de pavimentos de estradas e aeroportos - Métodos de Medição – Parte 7: Medição da irregularidade das camadas do pavimento: ensaio com régua
A metodologia de ensaio que a seguir se apresenta para medição da irregularidade transversal do pavimento, em particular a relacionada com a profundidade do cavado da rodeira, cumpre o estipulado na NP EN 13036-7 (2011).
Para proceder à avaliação da regularidade transversal do pavimento a metodologia recorre à utilização de uma régua metálica rígida com um comprimento de (3000 ± 3) mm. A régua deve ser colocada transversalmente ao eixo da estrada e perpendicularmente à superfície do pavimento para medir a profundidade da rodeira onde o cavado de rodeira é máximo, medindo então a distância entre a superfície e o bordo de medição da régua. A superfície do pavimento deve encontrar-se livre de detritos e a leitura da medição deve ser aproximada ao milímetro mais próximo.
O relatório do ensaio deve conter a seguinte informação: referência à norma (NP EN 13036-7), data do ensaio, número de referência da régua, localização do ensaio (estrada, via, quilómetro), tipo de medição (neste caso transversal), se a superfície a ensaiar já esteve em serviço, e por último, a assinatura do técnico responsável pelo relatório.
2.3.2.2. Disposição Normativa do InIR: Construção e reabilitação de pavimentos – Indicadores de estado de conservação dos pavimentos
O procedimento descrito na disposição normativa do InIR para medição da regularidade transversal baseia-se no procedimento do ensaio com régua, cumprindo o estipulado na EN 13036-7. De seguida são apresentados alguns dos aspetos mais importantes da disposição normativa.
Segundo a disposição normativa, a medição da regularidade transversal deve ser avaliada na direção transversal de modo a permitir medir o cavado de rodeira, efetuando-se esta avaliação em alinhamentos paralelos e em todas as vias existentes.
Para avaliar a regularidade transversal o equipamento a utilizar deverá ser uma régua metálica com um comprimento de (3000 ± 3) mm e o cavado corresponderá à maior flecha medida quando a régua é colocada transversalmente.
Para a caracterização do perfil transversal de um trecho rodoviário, o intervalo a utilizar no registo de dados relativos a vias exteriores deve ser de 25 m, sendo de 75 m no caso de vias interiores.
O ensaio não deve ser realizado com chuva ou com a superfície do pavimento molhada, já que tais condições podem prejudicar a fiabilidade dos resultados obtidos, e a superfície a medir não deve conter detritos.
A apresentação de dados deve incluir os valores dos cavados de rodeira (em milímetros) com indicação da referenciação da distância à origem do trecho a ensaiar, assim como a designação da estrada, a identificação da via, o quilómetro de ensaio e a data da realização do ensaio. As saídas gráficas dos dados devem ser apresentadas sob a forma de esquema de itinerário. Em conjunto com estas deve ser apresentado um resumo estatístico sob a forma de histogramas de distribuição dos valores resultantes da média de ambos os rodados por classes de rodeira (Tabela 2.2) com indicação da média, do desvio padrão e do coeficiente de variação, para cada lote de análise, que deve apresentar uma extensão de 1000 m.
Tabela 2.2 – Classes de rodeira segundo a disposição normativa do InIR
Classes de rodeira Cavado de rodeira ≤ 10 mm 10 mm < Cavado de rodeira ≤ 15 mm 15 mm < Cavado de rodeira ≤ 20 mm 20 mm < Cavado de rodeira ≤ 30 mm Cavado de rodeira > 30 mm
Os dados obtidos deverão estar compreendidos entre os percentis de 5 a 95% e a apresentação destes deve ser feita por alinhamento e por sentido.
Dependendo do tipo de estrada o InIR recomenda intervalos de medição periódica para a regularidade transversal após o ano 0. Na tabela 2.3 são apresentados os intervalos indicados para a rede de estradas nacional, que se encontra hierarquizada em três níveis.
Tabela 2.3 – Espaçamento temporal de medição da regularidade transversal (adaptado da disposição normativa do InIR)
Nível 1 Nível 2 Nível 3
Descrição do nível hierárquico da
rede
Autoestradas (AE), Itinerários Principais (IP) e Itinerários
Complementares (IC) com características de IP e IC
Itinerários Complementares (IC) sem características de IP e Estradas Nacionais (EN)
com TMDA* > 8000
Itinerários Complementares (IC) sem características de IP e Estradas Nacionais (EN)
com TMDA* < 8000
Intervalo entre medições da regularidade transversal
3 anos 5 anos 6 anos
*TMDA – Tráfego Médio Diário Anual
2.3.3.
Ensaios com recurso a Perfilómetro laser
2.3.3.1. NP EN 13036-6 (2012): Características superficiais de pavimentos de estradas e aeroportos – Métodos de ensaio – Parte 6: Medição dos perfis longitudinal e transversal na gama dos comprimentos de onda da irregularidade e da megatextura
A norma NP EN 13036-6 estabelece os critérios e os requisitos mínimos para os procedimentos de classificação, verificação e calibração de equipamentos do tipo perfilómetro de acordo com as capacidades de caracterização do perfil, assim como para a medição de perfis transversais e/ou longitudinais nas gamas de comprimento de onda correspondentes à irregularidade longitudinal e à megatextura.
No âmbito da norma entende-se como irregularidade o desvio entre a superfície de um pavimento e uma superfície de referência completamente plana filtrada na gama de comprimentos de onda de 0,5 a 50 m.
Esta norma tem como objetivo medir um perfil real de uma estrada, constituindo o resultado do levantamento a representação geométrica do perfil. As medições podem ser efetuadas por dipositivos estáticos ou dinâmicos, sendo considerados na norma equipamentos estacionários, de elevada e de baixa velocidade.
No que respeita à medição da irregularidade transversal, para medição da linha de fundo dos cavados de rodeira, o comprimento da secção não deve ser inferior a 200 m e cada via deve ser considerada como uma secção de ensaio distinta. As classes de distância longitudinal a
considerar entre duas medições consecutivas do perfil transversal fornecem a classificação do desempenho dos equipamentos: classe 1 com intervalos menores ou iguais a 1 m (≤ 1 m), classe 2 com intervalo maior que 1 m mas menor ou igual a 5 m (> 1 m mas ≤ 5 m) e por fim, classe 3 com intervalos maiores que 5 m mas menores ou iguais a 10 m (> 5 m mas ≤ 10 m). O intervalo de registo do levantamento do perfil transversal divide-se, também, em três classes, a classe 1 com intervalos menores os iguais a 5 m (≤ 5 m), a classe 2 com intervalo maior que 5 m mas menor ou igual a 10 m (> 5 m mas ≤ 10 m) e por fim, a classe 3 com intervalos maiores que 10 m mas menores ou iguais a 20 m (> 10 m mas ≤ 20 m).
Todavia, existem disposições técnicas e indicações dos fabricantes dos equipamentos de medição que em função do tipo de estrada, do tipo de via e dos dados que se pretendem obter, dão indicações sobre este intervalo de medição.
Para efetuar as operações no campo, a norma apresenta algumas orientações que devem ser seguidas no processo de medição:
A velocidade dos dipositivos deve ser mantida dentro de determinados limites recomendados (em função do equipamento/perfilómetro utilizado);
Durante o processo de recolha dos dados devem ser usados pontos de referência permanentes próximos do ponto inicial da secção para a qual se efetua a aquisição dos dados;
As medições do perfil não devem ser efetuadas em pavimentos molhados ou em circunstâncias desfavoráveis, principalmente quando são utilizados lasers;
A superfície do pavimento deve estar livre de detritos;
Em alguns equipamentos a presença de radares e radiotransmissores (radiação eletromagnética) pode interferir com os sistemas de medição dos dados, pelo que os resultados devem ser registados no relatório e considerados inválidos;
No caso de o operador ser confrontado com uma recolha de dados duvidosa, o ensaio deve ser interrompido de modo a identificar o problema, se for um problema do equipamento, este deverá ser corrigido, se a causa resultar de interferências externas, o operador deverá decidir se continua ou se aguarda por condições mais favoráveis; Por último, os dados devem ser corretamente identificados para que todos os
intervenientes tenham conhecimento claro da sua proveniência.
Para a realização do ensaio é necessário preparar antecipadamente as atividades a executar e verificar o dispositivo, satisfazendo todos os requisitos mínimos de exatidão e resolução do perfil, de acordo com o objetivo final do levantamento e as especificações do fabricante. Deverá ser utilizado um procedimento adequado para a realização da calibração de todos os dispositivos intervenientes na medição do perfil, normalmente recomendado pelo fabricante, e as instruções de operação devem ser respeitadas.
Antes do ensaio, o operador deve preencher, num formulário próprio, os dados relativos à secção, ao dispositivo, às condições de medição e às configurações do ensaio.
Os seguintes dados relativos aos dispositivos de medição devem ser registados: tipo de dispositivo, data da última calibração, método de calibração e classificação do perfilómetro (de acordo com a secção 7 da norma).
Nos valores medidos devem ser registados: as unidades, o intervalo de espaçamento entre dados consecutivos do perfil, dados de filtragem e o parâmetro ou indicador de irregularidade (opcional).
O relatório de campo deve conter: a localização e identificação da secção de ensaio, a data e hora da realização do ensaio, a temperatura ambiente, as condições climatéricas, as condições de circulação do tráfego (se relevante), o tipo e estado do pavimento, a via e a direção de ensaio, a posição transversal do dispositivo para as medições, a velocidade do veículo de ensaio, o(s) operador(es) e por último, um quadro com legenda das incidências.
A norma menciona ainda, na secção de verificação de erros, que caso se verifiquem diferenças que possam ser observadas entre os perfis medidos nas bandas de rolamento esquerda e direita que não possam ser atribuídas a diferenças que existam efetivamente no pavimento, o ensaio deve ser considerado inválido, procedendo-se à sua repetição.
2.3.3.2. Austroads test method AG: AM/T009: Pavement rutting measurement with a multi-laser profilometer (Medição de rodeiras no pavimento com recurso a um perfilómetro multi-laser)
O objetivo desta norma é definir o procedimento para a medição da profundidade máxima do cavado de rodeiras em pavimentos rodoviários com recurso a um perfilómetro multi-laser. Este equipamento permite medir diretamente o perfil transversal da superfície da estrada. Para uma representação do perfil transversal precisa, que cubra uma largura mínima de três metros, o equipamento deve incorporar um mínimo de 11 lasers, dispostos como indicado na Figura 2.8. Segundo o ponto 4 desta norma, o perfilómetro multi-laser usado no ensaio deve integrar o seguinte:
Uma plataforma capaz de transportar o equipamento para a realização do ensaio (medição do perfil transversal), de permitir a montagem desse equipamento e a prática de velocidades de circulação dentro do limite imposto pelo equipamento de medição do perfil;
Vários transdutores de deslocamento para medir a distância horizontal entre a referência horizontal e a superfície transversal. Estes devem apresentar um número mínimo de lasers para assegurar um alcance médio durante a operação;
Um transdutor de medição da distância percorrida com uma precisão de ± 0,1%, com registo dos dados desde o início do levantamento;
E por último, um data logger com capacidade de registar continuamente os dados adquiridos para intervalos de distância não superiores a 250 mm.
Figura 2.8 – Configuração preferencial da localização dos lasers para medição da profundidade do cavado de rodeiras (distancias em mm) (AG:AM/T009,2011)
Estes constituintes devem ser devidamente calibrados e validados, sendo necessário considerar as orientações e os procedimentos descritos nos manuais dos fabricantes do equipamento. O método descrito na norma permite obter a profundidade máxima do cavado de rodeira para a rodeira esquerda e direita, para a via mais solicitada em termos de tráfego, por sentido de circulação. Os resultados do ensaio são traduzidos em profundidade média da rodeira para extensões de 20 ou 100 m.
De acordo com o ponto 6.3 da norma, na realização do ensaio devem ser considerados os seguintes aspetos:
As instruções relativas aos manuais dos equipamentos devem ser devidamente seguidas; A via a ensaiar, denominada de “test lane” deve ser a via usada pela maioria do tráfego. Para a maioria das estradas a via coincide com a via exterior, ou seja, a via mais à direita;
O veículo deve ser conduzido de uma maneira suave e deslocar-se à velocidade recomendada pelo fabricante;
Os dados recolhidos devem estar referenciados e os pontos de referência considerados ao longo do ensaio devem ser registados. Antes do início dos trabalhos o ponto de referência inicial deve estar definido;
Seguir as instruções do manual do utilizador, medir a superfície do perfil nas duas rodeiras de uma via, viajar a uma velocidade constante, com o centro do veículo coincidente com o ponto intermédio das rodeiras na via ensaiada;
Os ensaios devem ser interrompidos caso se verifiquem dificuldades em manter a trajetória definida, ou não sendo possível, manter a velocidade requerida, o que pode resultar em dados inválidos para a análise (não devem ser considerados);
Não devem ser efetuados desvios para evitar defeitos no pavimento, apenas devem ser considerados para o caso de se prever que possam causar danos ao veículo ou pôr em risco a segurança;
O ensaio não deve ser realizado com tempo de chuva ou se o pavimento da estrada se encontrar molhado;
É necessário registar todas as características ou eventos que possam influenciar os resultados finais.
Posteriormente ao levantamento dos dados, procede-se aos cálculos para a determinação da profundidade do cavado da rodeira. Para a medição da profundidade das rodeiras são usados os métodos: “straight edge method” e “taut wire method”.
Para a determinação da profundidade da rodeira em cada cavado a norma apresenta o procedimento de cálculo a considerar:
Para secções analisadas de 100 m (ou menos, se aplicável) é requerido o cálculo da média da profundidade máxima da rodeira, no cavado de rodeira direito e esquerdo, em separado e por via. No caso de a profundidade máxima se encontrar no centro da largura de medição considerada, esta deverá ser considerada no cavado de rodeira do lado do condutor;
O “straight edge method” deve ser usado. Este método consiste na colocação de uma “régua” de um comprimento específico, ao longo do perfil transversal. A distância máxima entre a “régua” e o ponto de referência mais baixo é medida em cada rodeira, obtendo assim o valor da profundidade do cavado de rodeira. Na Figura 2.9 é representado o método de medição descrito, em que o W1 representa o cavado de rodeira máximo na rodeira da esquerda e o W2 representa o cavado de rodeira máximo na rodeira da direita;
Para cada secção de 100 m (ou menos, se aplicável) é necessário calcular o desvio padrão da profundidade do cavado de rodeira, para a rodeira da direita e da esquerda;
Para as secções de 100 m (ou menos) devem categorizar-se as rodeiras em 9 classes (Tabela 2.4). Podem ser consideradas mais classes, mas as indicadas deverão ser usadas como o número mínimo de classes;
Os algoritmos usados para calcular a profundidade da rodeira podem variar e na maioria dos casos permanecem propriedade intelectual do fabricante do equipamento. No entanto, as profundidades obtidas devem representar valores esperados.
Tabela 2.4 – Classes de rodeira segundo a AG:AM/T009 (2011)
Classes de rodeira
0 mm < Profundidade do cavado de rodeira ≤ 5 mm 5 mm < Profundidade do cavado de rodeira ≤ 10 mm 10 mm < Profundidade do cavado de rodeira ≤ 15 mm 15 mm < Profundidade do cavado de rodeira ≤ 20 mm 20 mm < Profundidade do cavado de rodeira ≤ 25 mm 25 mm < Profundidade do cavado de rodeira ≤ 30 mm 30 mm < Profundidade do cavado de rodeira ≤ 35 mm 35 mm < Profundidade do cavado de rodeira ≤ 40 mm
Profundidade do cavado de rodeira > 40 mm
Apesar de opcional, também é apresentado o procedimento para a determinação da profundidade da rodeira por via, definida como a média da profundidade máxima do cavado de rodeira em todo o perfil transversal. A rodeira por via é determinada pelo “taut wire method”, em português “superfície de fio”, e também conhecido como “string line method”. Este método de medição consiste no esticamento de um “fio” imaginário fixado nos pontos mais altos do perfil transversal. A profundidade do cavado de rodeira é definida como a distância máxima do “fio” ao ponto mais baixo da rodeira (na Figura 2.9, representada pela letra L).
Para cada extensão de 100 m (ou outra inferior), os seguintes dados devem ser registados: a profundidade do cavado de rodeira (aproximada à décima de milímetro – 0,01 mm), o desvio-padrão (aproximado à decima de milímetro – 0,01 mm), as classes de rodeias segundo o apresentado na Tabela 2.4 (aproximado à decima de milímetro – 0,01 mm), a velocidade do veículo durante a realização do ensaio, possíveis erros ou situações registadas e comentários do operador, quando aplicável.
Figura 2.9 – Exemplos de medição do cavado de rodeira pelo “Straight edge method” e “Taut wire method” (adaptado de AG:AM/T009,2011)
É ainda desejável registar informação sobre: designação do levantamento, hora e data, identificação do equipamento, operador, condutor, número e nome da estrada, a direção e via em que se irá realizar o ensaio, os pontos de referência do início e do fim do levantamento, outros pontos de referência e ocorrências singulares.
É importante referir que este ensaio é habitualmente realizado em conjunto com a medição da irregularidade longitudinal e da profundidade da textura da superfície do pavimento.
2.3.3.3. Perfilómetro laser do IP, S.A.
O perfilómetro laser da IP permite efetuar a medição do perfil transversal e longitudinal da estrada através se um sistema composto por computadores e lasers. O veículo utilizado possui instalado na sua parte frontal uma barra com 14 lasers que estão distribuídos ao longo desta, orientados com diferentes ângulos para o pavimento. O veículo e a barra possuem uma largura de 2,5 m, largura inferior à largura de uma via comum, mas que no entanto permite a recolha dos dados nas bandas de rolamento dos veículos.
O sistema do perfilómetro é composto por: acelerómetros (medem a aceleração vertical); um transdutor ligado à roda do veículo (recolhe dados sobre velocidade e distância percorrida); um
recetor GPS diferencial (identifica a posição e localização dos dados); e outros tipos de transdutores que complementam a informação obtida.
A Figura 2.10 mostra esquematicamente a composição do perfilómetro em funcionamento. O perfilómetro laser recolhe os dados continuamente à velocidade do tráfego e mostra em tempo real os resultados num computador instalado no interior do veículo. O sistema permite também a introdução adicional de informação que seja considerada pertinente. Os dados são posteriormente tratados em gabinete.
Figura 2.10 – Esquema das componentes e funcionamento do perfilómetro laser da IP (LNEC@2011 cit. por Luz,2011)
Para avaliação da profundidade das rodeiras o equipamento permite a obtenção dos seguintes três valores: a profundidade máxima da rodeira ao longo da secção transversal, a profundidade máxima da rodeira esquerda e da rodeira direita. O método utilizado para a determinação da profundidade das rodeiras é o da “superfície de fio” (descrito no ponto anterior).
2.4. Utilização do valor da profundidade do cavado de rodeira
na determinação da qualidade dos pavimentos flexíveis
2.4.1.
Índice de Qualidade do pavimento
O Present Serviceability Index (PSI) ou Índice de Qualidade (IQ) de um pavimento flexível constitui uma ferramenta para avaliar a qualidade/estado dos pavimentos, incluindo na sua fórmula de cálculo a consideração de vários tipos de degradação dos pavimentos, entre os quais também a profundidade do cavado de rodeira.
Este índice avalia de forma global a qualidade do pavimento e os seus valores podem variar desde 0 (pavimento em muito mau estado) a 5 (pavimento em muito bom estado), como se pode verificar na tabela seguinte (Branco, et al., 2011).
Tabela 2.5 – Avaliação da qualidade dos pavimentos através do índice PSI (Branco, et al., 2011)
PSI Classificação 0-1 Muito mau 1-2 Mau 2-3 Regular 3-4 Bom 4-5 Muito bom
Em meio urbano, quando o pavimento atinge um valor de PSI igual ou inferior a 2,5, considera-se que o pavimento necessita de uma intervenção corretiva de conconsidera-servação (Santos, B., 2002) (Meneses, S., 2006). A IP, S.A. define para meio interurbano que esta necessidade de intervenção se verifica para valores iguais ou inferiores a 2,0.
A Expressão 2.1 é usada para o cálculo do Índice de Qualidade (IQ) em pavimentos de redes rodoviárias urbanas, tendo sido obtida por modificação da equação utilizada no SGP do DOT do Estado de Nevada (Nevada's Approach to Pavement Management, 1996). Esta foi adotada no sistema de gestão da conservação de pavimentos rodoviários de Lisboa (Pavement management system for Lisbon, 2004) e também em Oliveira do Hospital, na implementação de um sistema de gestão da conservação de pavimentos.
𝐼𝑄𝑡= 5 × 𝑒 −0,0002598×𝐼𝑅𝐼𝑡 4 −0,002139 4 × 𝑅𝑡 2− 7 × 0,03 × (𝐶 𝑡+ 𝑆𝑡+ 𝑃𝑡)0,5 Exp. 2.1 Onde:
IRIt corresponde à irregularidade longitudinal do pavimento no ano t (mm/km);
Rt corresponde à profundidade média das rodeiras no ano t (mm);
Ct corresponde à área com fendilhamento e pele de crocodilo no ano t (m2/100 m2);
St corresponde à área de degradação superficial de materiais (covas e peladas) no ano t (m2/100
m2);
A avaliação global do estado dos pavimentos flexíveis com recurso à determinação do IQ é também usada em meio interurbano, a Expressão 2.2 foi usada no passado pela EP, S.A. para calcular o Índice de Qualidade (IQ) no ano t (Morgado et al., 2013).
𝐼𝑄𝑡= 5 × 𝑒
−0,0002598×𝐼𝑅𝐼𝑡
2 − 0,002139 × 𝑅𝑡2− 0,1 × (𝐶𝑡+ 𝑆𝑡+ 𝑃𝑡)0,5 Exp. 2.2
As variáveis são as mesmas da Expressão 2.1 e têm o significado referido anteriormente. Atualmente a IP determina a qualidade do pavimento com recurso a uma expressão que é função dos dados recolhidos pelo perfilómetro laser utilizado nas campanhas de auscultação mais recentes, nomeadamente, em função da irregularidade longitudinal, da profundidade da rodeira e do fendilhamento (ver Expressão 2.3) (Morgado et al., 2013).
𝐼𝑄𝑡= 5 × 𝑒−0,0002030×𝐼𝑅𝐼𝑡− 0,002139 × 𝑅𝑡2− 0,03 × (𝐶𝑡)0,5 Exp. 2.3
As variáveis da Expressão 2.3 têm significados iguais ao da Expressão 2.1.
Da leitura das diferentes expressões é possível concluir, em relação à contribuição do valor da profundidade das rodeiras, que a sua contribuição no valor final do IQ é mais significativa em meio interurbano, como seria de esperar tendo em conta as características geométricas das vias e as velocidades praticadas nestas.
2.4.2.
Níveis de gravidade adotados para a profundidade do cavado de
rodeira
Para a simplificação do levantamento visual das degradações da superfície dos pavimentos, vários sistemas de gestão de pavimentos incorporam nos seus catálogos de degradações intervalos de valores que definem níveis de gravidade para as deformações do tipo rodeira. A Tabela 2.6 apresenta os níveis de gravidade considerados no catálogo de deformações da EP, S.A. (EP, 2008), portanto aplicável à rede interurbana portuguesa.
Tabela 2.6 – Níveis de gravidade (EP, 2008)
Degradação Nível de
Gravidade Descrição
Rodeiras
Gravidade 1 Profundidade máxima da rodeira < 10 mm Gravidade 2 10 mm < Profundidade máxima da rodeira < 30 mm Gravidade 3 Profundidade máxima da rodeira > 30 mm
Para a rede urbana, Santos, et al. (2004) indicam os níveis de gravidade presentes na Tabela 2.7.
Tabela 2.7 – Níveis de gravidade para a degradação rodeiras (Santos, et al., 2004)
Degradação Gravidade Descrição Valor adotado
Rodeiras
Nível 1 Profundidade máxima da rodeira < 10 mm Rt = 10 mm
Nível 2 10 mm < Profundidade máxima da rodeira < 30 mm Rt = 30 mm
3. Avaliação da profundidade do cavado de
rodeira com recurso a varrimento laser e
imagem vídeo georreferenciada
3.1. Considerações iniciais
O presente capítulo apresenta o desenvolvimento do estudo efetuado, a descrição da metodologia e do método proposto e todo o procedimento necessário para efetuar o levantamento e tratamento da informação precisa para a determinação da profundidade do cavado de rodeiras com recurso a varrimento laser.
Apresenta-se também a aplicação da metodologia proposta a um caso de estudo, finalizando-se com uma análifinalizando-se global e propostas de melhoramento para alguns aspetos da metodologia.
3.2. Metodologia proposta
Para a realização deste trabalho, foi definido inicialmente como objetivo desenvolver uma metodologia e um método para o levantamento da profundidade do cavado de rodeira com recurso a varrimento laser com obtenção de imagem vídeo e dados de georreferenciação. Com base na bibliografia da especialidade consultada e no equipamento disponível no Departamento de Engenharia Civil e Arquitetura da Universidade da Beira Interior (DECA - UBI) optou-se por uma metodologia que se baseia na medição da profundidade do cavado de rodeiras através de um levantamento que consiste na passagem de um veículo na rede em estudo com o feixe laser projetado no pavimento e a obtenção de imagens de todo o percurso.
Para a realização deste são necessários os seguintes equipamentos (Figura 3.1): webcam, feixe laser, GNSS, computador portátil e estrutura metálica, estes foram montados num veículo que percorre a rede rodoviária em estudo.
Através da realização do levantamento obtém-se os dados necessários para o cálculo do valor da profundidade do cavado de rodeiras, que é conseguido através da análise das imagens georreferenciadas.
Para a calibração dos dados provenientes da projeção do feixe laser foi considerada a utilização de um nível topográfico digital com resolução vertical à décima de milímetro, tendo-se desenvolvido uma ficha de registo, como mostra a Figura 3.2, que contém a localização do
ensaio, a data, as condições climatéricas, o método de medição, entre outras informações. Note-se que é conveniente efetuar a calibração antes e depois do levantamento.
Figura 3.2 – Ficha de registo para o relatório de calibração
A calibração dos dados de imagem e de georreferenciação é efetuada com recurso à definição de pontos de referência no local de levantamento, estes são definidos no pavimento quando o feixe laser se encontra projetado no mesmo.
Feixe laser
GNSS
Webcam
