DESENVOLVIMENTO DE EQUIPAMENTO E MÉTODO PARA
LEVANTAMENTO VISUAL CONTÍNUO COM VÍDEO-REGISTRO DE DEFEITOS DE PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS
Carlos Alberto Ramim Reis
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
________________________________________________ Prof.ª Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc.
________________________________________________ Prof. Jacques de Medina, L.D.
________________________________________________ Prof. Washington Peres Núñez, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL JUNHO DE 2007
ii REIS, CARLOS ALBERTO RAMIM
Desenvolvimento de Equipamento e Método para Levantamento Visual Contínuo com Vídeo-Registro de Defeitos de Pavimentos Rodoviários [Rio de Janeiro] 2007
XV, 171 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Civil, 2007)
Dissertação - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE.
1. Gerência de Pavimentos 2. Levantamento Visual Contínuo 3. Vídeo-Registro
4. Defeitos
Poema para meu filho:
“Puro amor de minha alma Estrela linda e brilhante De rostinho fascinante Razão desse meu viver Filho após você nascer...
Tudo é paz, carinho... bem querer. És a felicidade, orgulho
Na vida de seu pai meu filho Razão de todo amor
És meu sangue meu fervor
Que Deus te abençoe pra sempre Um anjo em forma de gente Eu te amarei para sempre. Suave riso inocente
Um olhar bem contente Luz divina e reluzente Você meu filho querido
É a alegria que eu tinha pedido És minha paixão...
Amor... pulsar do meu coração.”
Dedico cada letra, cada palavra, cada gesto, cada sorriso, cada sonho que constituíram este trabalho ao meu querido filho Carlos Alberto.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, que é a fonte de toda a minha esperança e sabedoria, e que me deu forças para superar e conquistar todos os obstáculos desta longa jornada.
A Prof.ª Laura Maria Goretti da Motta por ter me orientado com extrema sensatez e sabedoria e pelo apoio, paciência, compreensão, atenção e segurança, passados desde o primeiro encontro.
Ao Prof. Jacques de Medina pelo interesse e disponibilidade nesta pesquisa. Ao Prof. Washington Peres Núñez por ter aceitado o convite para compor esta banca, enriquecendo ainda mais o presente trabalho.
Às firmas de Consultoria Consulte Consultores de Engenharia Ltda representada pelos grandes companheiros Prof. Paulo Emílio dos Santos Queiroz e Prof. Cezar Augusto Vieira Queiroz e Enggeotech Engenharia Ltda, representada pelo companheiro Eng. Rafael Cerqueira Silva, pela grande ajuda no desenvolvimento desta pesquisa.
Aos amigos engenheiros: Olímpio Luiz Pacheco de Moraes, Fabrício de Castro Alves, Mônica Vasconcelos Reis, Fernanda Botelli Fagundes, Rodrigo Menegaz Muller e Kefren Klein Lopes Vianna pela fundamental ajuda e cooperação nesta dissertação.
A minha esposa Aline Trindade Marlière e ao meu filho Carlos Alberto Marlière Reis pela força e incondicional amor.
A todos os meus familiares, em especial minha mãe Vera Alice Ramim, meu pai Carlos Alberto Reis, meus irmãos Affonso Henrique, Karla, Carlos Augusto e Carlos André, e ao meu tio Paulo Roberto Reis pela confiança depositada e extraordinário apoio.
E finalmente a todos os meus amigos de trabalho, faculdade e mestrado, em especial Diogo, Hugo, Dudu, Magrão, Diegles, Rogerinho e Flávio Pacheco pela ajuda nos momentos difíceis e pelo simples fato de serem grandes amigos.
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.).
DESENVOLVIMENTO DE EQUIPAMENTO E MÉTODO PARA
LEVANTAMENTO VISUAL CONTÍNUO COM VÍDEO-REGISTRO DE DEFEITOS DE PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS
Carlos Alberto Ramim Reis
Junho/2007
Orientadora: Laura Maria Goretti da Motta
Programa: Engenharia Civil
A avaliação funcional dos pavimentos é parte essencial de todo Sistema de Gerência de Pavimentos na constituição do banco de dados rodoviários. Este trabalho tem como principal objetivo apresentar um novo método de Levantamento Visual Contínuo de defeitos da superfície de pavimentos rodoviários. Com as constantes inovações da informática e das técnicas de filmagem, junto com o desenvolvimento dos veículos e dos sistemas de georreferenciamento via GPS (“global positioning system”), foi possível a adaptação do veículo de Levantamento Visual Continuo para um laboratório móvel de coleta de dados rodoviários. São apresentados os equipamentos necessários para realização dos levantamentos e os softwares utilizados na coleta e elaboração de dados, que em conjunto compõem a essência do laboratório móvel. Com o intuito de verificar os dados utilizando este novo método, foram realizados levantamentos na ilha do Fundão, no campus principal da UFRJ, e comparações dos resultados obtidos com dados de uma avaliação objetiva realizada no mesmo local. Os resultados não apresentaram uma correlação aceitável tendo afirmado a necessidade de uma atualização nos procedimentos atuais de Levantamento Visual Contínuo.
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.).
DEVELOPMENT OF EQUIPMENT AND METHOD FOR CONTINUOUS VISUAL SURVEY WITH VIDEO FILMING OF DISTRESSES OF ROAD PAVEMENTS
Carlos Alberto Ramim Reis
June/2007
Advisor: Laura Maria Goretti da Motta
Department: Civil Engineering
The functional evaluation of pavements is an essential tool of any Pavement Management System and an important part of a road data base. This work has as main objective to present a new method for Continuous Visual Survey of distresses of surface of road pavement. With the constant innovations in computer science, filming techniques and the development of the vehicles and the GPS - Global Positioning System, it was possible to adapt a vehicle used for Continuous Visual Survey in a mobile laboratory that collects road data. Brief description of necessary equipment for the surveying and the software for data acquisition and processing are presented. They constitute the base of the mobile laboratory. In order to check data acquired using this new method surveys, have been carried out in the Fundão Island in Rio de Janeiro, Brazil, and the results were compared to these resulting of an objective evaluation in the same site. The results have not shown an acceptable correlation ship. As a consequence, it is strongly suggested the to develop of new testing procedure for Continuous Visual Survey of pavements.
ÍNDICE
INTRODUÇÃO ...1
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...7
2.1 – SISTEMAS DE GERÊNCIA DE PAVIMENTOS ... 7
2.1.1 - Conceitos e Objetivos de Sistemas de Gerência de Pavimentos (SGPs) ... 7
2.1.2 - Níveis de Decisão na Gerência de Pavimentos ... 10
2.1.3 - Atividades Básicas de um SGP ... 11
2.1.4 - Implementação de um Sistema de Gerência de Pavimento ... 13
2.2 – AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS ... 15
2.2.1 - Definição e generalidades ... 15
2.2.2 - Defeitos dos Pavimentos ... 17
2.2.2.1 - Tipos de Defeitos e suas descrições ... 18
2.2.2.2 – Métodos de avaliação dos defeitos de superfície ... 38
2.2.3 - A Irregularidade dos Pavimentos ... 52
2.2.3.1 - Métodos e Equipamentos de medida das irregularidades ... 54
2.2.3.2 - Escalas de irregularidade... 61
2.2.4 - Avaliação Estrutural dos Pavimentos: Deformações dos pavimentos ... 64
2.2.4.1 - Métodos e Equipamentos de medida das deflexões ... 65
LABORATÓRIO MÓVEL DE COLETA DE DADOS RODOVIÁRIOS ...74
3.1 – INTRODUÇÃO... 74
3.2 – VEÍCULO DE LEVANTAMENTO ... 75
3.3 – FONTE DE ENERGIA ... 76
3.4 – ODÔMETRO DIGITAL ... 77
3.5 – RECEPTORES GPS - GLOBAL POSITIONING SYSTEM ... 78
3.6 – FILMADORA DIGITAL ... 79
3.8 – INSTALAÇÃO, MONTAGEM E DISPOSIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS NO
INTERIOR DO VEÍCULO DE LEVANTAMENTO... 81
OS SOFTWARES DE COLETA E PROCESSAMENTO DE DADOS RODOVIÁRIOS ... 84 4.1 – INTRODUÇÃO... 84 4.2 – DATAIN... 85 4.3 – MOVIEMAKER... 87 4.4 – HOLEHUNTER ... 88 4.5 – DXF2XYZ 1.3 ... 89 4.6 – IGVH ... 90
4.7 – PLANILHAS BASE DE DADOS... 92
LEVANTAMENTOS E PROCESSAMENTOS DOS RESULTADOS DE CAMPO – EXEMPLO APLICATIVO ...94
5.1 – COMPARAÇÃO DO IGG X IGGE A CADA 200 m (10 ESTACAS)... 94
5.2 – COMPARAÇÃO DO IGG X IGG (APLICADO AO LVC) A CADA 200 m (10 ESTACAS) ... 101
5.3 – COMPARAÇÃO DO IGG X IGGE A CADA 1000 m (1km – 50 estacas) ... 105
5.4 – COMPARAÇÃO DO IGG X IGG (APLICADO AO LVC) A CADA 1000 m (1km – 50 ESTACAS)... 108
5.5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS DOS PROCESSAMENTOS E LEVANTAMENTOS DE CAMPO DO EXEMPLO APLICATIVO ... 111
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ...113
6.1 – CONCLUSÕES ... 113
6.2 – RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS... 114
REFERÊNCIAS BIBLIOGÁFICAS ...115
ANEXO A...120
ANEXO B ...136
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1.1 – Extensão da malha rodoviária pavimentada municipal, estadual e
federal. DNIT (PNV 2002)... 1 FIGURA 1.2 – Extensão da malha rodoviária federal pavimentada (pista dupla ou simples), não pavimentada e planejada. ANTT (Anuário estatístico de transportes – 2002)... 2 FIGURA 1.3 – Idade da malha rodoviária federal. DNIT(2002). ... 2 FIGURA 1.4 – Comparativo da extensão da malha rodoviária federal, orçamento destinado para as rodovias e a produção automobilística. DNIT (2006)... 3 FIGURA 2.1 – Fluxograma de atividades de um SGP (modificada de Haas, 1994). .... 11 FIGURA 2.2 – Exemplos de trincamento tipo jacaré, de níveis de severidade média (a) e alta (b) (WSDOT Pavement Guide Interactive,2007). ... 20 FIGURA 2.3 – Exemplos de trincamento em bloco, de níveis de severidade média (a) e alta (b), (WSDOT Pavement Guide Interactive; 2007, DOMINGUES, 1993). ... 21 FIGURA 2.4 – Exemplo de trinca longitudinal, de níveis de severidade média (a) e alta (b), (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007)... 23 FIGURA 2.5 – Exemplo de trinca transversal, de níveis de severidade alta (a) e (b), (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007)... 23 FIGURA 2.6 – Exemplos de trincamento de borda, de níveis de severidade média (a) e alta (b), (PINTO e PREUSSLER, 2002). ... 24 FIGURA 2.7 – Exemplos de trincamento parabólico, (DOMINGUES, 1993)... 25 FIGURA 2.8 – Exemplos de afundamentos localizados ou depressão, (DOMINGUES, 1993)... 26 FIGURA 2.9 – Exemplos de afundamentos na trilha de roda, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007; DOMINGUES, 1993)... 27 FIGURA 2.10 – Exemplos de afundamento plástico, (WSDOT Pavement Guide
Interactive, 2007; DOMINGUES, 1993)... 28 FIGURA 2.11 – Exemplos de corrugação, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007; DOMINGUES, 1993)... 29 FIGURA 2.12 – Exemplos de escorregamento de capa, (PINTO e PREUSSLER, 2002).
... 30 FIGURA 2.13 – Exemplos de desgaste, de níveis de severidade média (a) e alta (b) (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007)... 31
FIGURA 2.14 – Exemplos de exsudação, de níveis de severidade média (a) e alta (b)
(WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007)... 32
FIGURA 2.15 – Exemplos de agregado polido, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007)... 33
FIGURA 2.16 – Exemplos de remendo, (PINTO e PREUSSLER, 2002). ... 34
FIGURA 2.17 – Exemplos de Panela, de níveis de severidade média (a) e alta (b) (DOMINGUES, 1993). ... 35
FIGURA 2.18 – Exemplos de desnível entre pista e acostamento, (PINTO e PREUSSLER, 2002)... 36
FIGURA 2.19 – Exemplos de separação entre pista e acostamento, (DOMINGUES, 1993)... 37
FIGURA 2.20 – Exemplos de bombeamento, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007; DOMINGUES, 1993)... 37
FIGURA 2.21 – Exemplo de envelhecimento, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007)... 38
FIGURA 2.22 – Sistema PASCO ROADRECON, (Haas et. al.,1994). ... 49
FIGURA 2.23 – Sistema GERPHO, (Haas et. al.,1994). ... 49
FIGURA 2.24 – Sistema ARAN, (Haas et. al.,1994)... 50
FIGURA 2.25 – Método estático nível e mira, (SAYERS e KARAMIHAS,1998)... 56
FIGURA 2.26 – Esquema de um Dipstick, (SAYERS E KARAMIHAS,1998). ... 56
FIGURA 2.27 – Analisador de Perfil Longitudinal (APL-LCPC)... 57
FIGURA 2.28 – Componentes básicos do Merlin, (CASSANIGA e MACHADO FILHO, 2002). ... 58
FIGURA 2.29 – Maysmeter (SOUZA et al., 2001) ... 59
FIGURA 2.30– Detalhe do integrador IPR/USP, (DOMINGUES, 2003). ... 59
FIGURA 2.31– Esquema do Perfilômetro do TRRL, (HAAS et al.,1994)... 60
FIGURA 2.32 – Esquema do Perfilômetro da Cibermétrica, com 3 sensores, montado no Brasil, (Foto do autor, 2006). ... 61
FIGURA 2.33 – Esquema do simulador de quarto-de-carro [Fonte: DNER (1998)]... 62
FIGURA 2.34 – Limite de classificação de Irregularidades em vários países, (FARIAS e SOUZA, 2002). ... 64
FIGURA 2.35 – Posicionamento da Viga Benkelman, (WORD BANK, 2007; DNER ME 024/94)... 67
FIGURA 2.37 – Gráfico dos dados de deflexão obtidos com viga e FWD em diversos
segmentos da MG 353, (CONSULTE E ENGGEOTECH, 2004). ... 72
FIGURA 2.38 – Gráfico de barras correlacionando a viga e o FWD em diversos segmentos da MG 353. ... 72
FIGURA 2.39 – Correlação entre medidas com a viga e o FWD em segmentos pontuais da MG 353... 73
FIGURA 3.1 – Veículo Tipo de Levantamento Visual Contínuo, (usado nesta pesquisa). ... 76
FIGURA 3.2 – Inversor de energia utilizado nesta pesquisa. ... 77
FIGURA 3.3 – Característica frontal do hodômetro digital de precisão usado nesta pesquisa. ... 77
FIGURA 3.4 – GPS de navegação da marca GARMIN usado neste estudo... 79
FIGURA 3.5 – Filmadora Digital utilizada no laboratório móvel deste estudo... 79
FIGURA 3.6 – Microprocessador de levantamento desta pesquisa. ... 81
FIGURA 3.7 – Indicação da disposição dos equipamentos no veículo de levantamento desta pesquisa. ... 83
FIGURA 3.8 – Foto de dentro do laboratório móvel depois de todos os equipamentos montados e instalados... 83
FIGURA 4.1 – Tela do programa DataIN. ... 86
FIGURA 4.2 – Tela do programa MovieMaker... 87
FIGURA 4.3 – Tela do programa HoleHunter... 88
FIGURA 4.4 – Tela do programa DXF2XYZ1.3... 89
FIGURA 4.5 – Tela do programa IGVH... 92
FIGURA 5.1 – Mapa de localização do Campus do Fundão (UFRJ) no Município do Rio de Janeiro. ... 94
FIGURA 5.2 – Mapa de localização do Projeto Fundão... 95
FIGURA 5.3 – Evolução entre o IGG e o IGGE a cada 10 estacas ... 100
FIGURA 5.4 – Gráfico da regressão linear entre o IGG e o IGGE a cada 10 estacas. 101 FIGURA 5.5 – Evolução entre o IGG e o IGG aplicado ao LVC a cada 10 estacas ... 104
FIGURA 5.6 – Gráfico da regressão linear entre o IGG e o IGG aplicado ao LVC a cada 10 estacas... 105
FIGURA 5.7 – Evolução entre o IGG e o IGGE a cada 50 estacas ... 107
FIGURA 5.8 – Gráfico da regressão linear entre o IGG e o IGG aplicado ao LVC.... 108
FIGURA 5.10 – Gráfico da regressão linear entre o IGG e o IGG aplicado ao LVC.. 110
ÍNDICE DE TABELAS
TABELA 2.1 – Quadro resumo de defeitos (DNIT 005/2003-TER) ... 41TABELA 2.2 – Fatores de ponderação para defeitos de superfície (DNIT, 006/2003). 43 TABELA 2.3 – Conceitos de degradação do pavimento em função do IGG (DNIT, 006/2003)... 44
TABELA 2.4 – Freqüência de defeitos (DNIT,008/2003 – PRO). ... 45
TABELA 2.5 – Conceitos do ICPF (DNIT,008/2003)... 46
TABELA 2.6 – Determinação do índice de gravidade (DNIT 008/2003). ... 46
TABELA 2.7 – Pesos para cálculo do IGG (DNIT008/2003 – PRO)... 47
TABELA 2.8 – IES - Índice do Estado de Superfície do Pavimento (DNIT,008/2003).48 TABELA 2.9 – Faixas de classificação de Irregularidade com base no IRI, (FARIAS e SOUZA, 2002). ... 63
TABELA 2.10 – Distâncias de ensaio em relação à borda do revestimento (DNER-ME 24/94)... 66
TABELA 2.11 – Dados de deflexão obtidos com viga e FWD em diversos segmentos da MG 353, (CONSULTE E ENGGEOTECH, 2004)... 71
TABELA 5.1– Dados do IGG calculado pela norma DNIT 006/2003 a cada 10 estacas ... 96
TABELA 5.2 – Dados do IGGE calculado pela norma DNIT 008/2003 cada 10 estacas ... 98
TABELA 5.3 – Dados do IGG aplicado ao LVC a cada 10 estacas ... 102
TABELA 5.4 – Dados do IGG calculado pela norma DNIT 006/2003 a cada 50 estacas ... 106
TABELA 5.5 – Dados do IGGE calculado pela norma DNIT 008/2003 a cada 50 estacas... 106
TABELA 5.6 – Dados do IGG aplicado ao LVC calculado pela norma DNIT 006/2003 a cada 50 estacas... 109
GLOSSÁRIO
AASHO - American Association of State Highway Officials.
AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials. ANFAVEA – Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores. ANTT – Agência Nacional de Transportes Terrestres.
BPR - Bureau of Public Road.
CBUQ – Concreto betuminoso usinado a quente.
CEBTP - Centre d’Études et des Recherches du Bâtiment et des Travaux Publics.
CENPES – Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello – PETROBRAS.
COM 1 ou 2 – Porta serial ou USB do hardware (CPU).
COPPE - Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. DATAIN – Software de coleta de dados rodoviários.
Defeito – é toda imperfeição visível na superfície do pavimento.
Deflexão – é a deformação vertical recuperável da superfície de um pavimento quando submetida a um carregamento.
Degradação – é a deterioração do pavimento causado pelo tráfego e fatores climáticos. DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem.
DNIT - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes.
Dynaflect - Sistema eletro-magnético destinado à mensuração de deflexões dinâmicas da superfície ou estrutura de um pavimento causadas por vibrações de cargas aplicadas. DXF2XYZ1.3 – Software que extrai pontos (x,y,z) de arquivos de extensão dxf.
FHWA - Federal Highway Administration. FWD - Falling Weight Deflectometer.
GEIPOT - Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes. GMR - General Motors Company Research
GPS - Global Positioning System.
HOLEHUNTER – Software de processamento de dados rodoviários. ICPF - Índice de Condição do Pavimento Flexível.
IES - Índice de Estado de Superfície. IGG - Índice de Gravidade Global.
IGH – Índice de Geometria Horizontal IGI - Índice de Gravidade Individual. IGV – Índice de Geometria Vertical
IGVH – Software para cálculo dos índices de geometria horizontal e vertical. IPR - Instituto de Pesquisas Rodoviárias.
IRI - Índice Internacional de Irregularidade, m/km.
Irregularidade – é uma característica da condição funcional do rolamento de veículos de um pavimento, decorrente de todos os desvios verticais nos sentidos longitudinal e transversal, relacionados à superfície original.
LCD - liquid crystal display – Monitor de cristal líquido. LCPC - Laboratoire Central des Ponts de Chaussées. LVC - Levantamento visual contínuo.
M&R - Manutenção e reabilitação.
Manutenção – compreende qualquer atividade executada para preservar a superfície original e as qualidades estruturais de um pavimento, a fim de permitir o uso seguro, econômico e eficiente da rodovia.
Mays Ride Meter ou Maysmeter – dispositivo constituído de haste anexada ao eixo e a um transmissor, ambos instalados em um veículo de passeio, destinado a medir irregularidades.
Merlin - Machine for Evaluating Roughness using Low-cost Instrumental. MOVIEMAKER – Software de edição de vídeos.
NITESTAR – marca de hodômetro digital de precisão.
NTSC - Este termo indica um padrão elétrico de cores usado em TVs ou Vídeos. Este código elétrico de cores é usado como padrão nos EUA e Japão.
PETROBRÁS - Petróleo Brasileiro S/A. PIB – Produto Interno Bruto.
PICR - Pesquisa do Inter-relacionamento de Custos de Construção, Manutenção e Utilização de Rodovias (1981).
PNV – Plano Nacional de Viação. PRO – Procedimento.
PSI – Present Serviceability Index.
QI - Quociente de irregularidade, obtido com o Integrador de Irregularidade Longitudinal IPR/USP, em contagens/km.
Serventia – é a aptidão de um trecho específico de um pavimento para servir ao tráfego nas condições existentes, em um tempo particular.
Serventia atual - é a condição de um pavimento, quanto à superfície de rolamento, conforme percepção pelo público em geral.
SGP - Sistemas de Gerência de Pavimentos.
Sistema de Gerência de Pavimentos – é um conjunto de procedimentos ou métodos que ajudam os tomadores de decisão a encontrar estratégias viáveis para fornecer, analisar e manter pavimentos em condições adequadas.
SHRP - Strategic Highway Research Program. SMITR – sistema medidor tipo-resposta. TER – Terminologia.
TRRL - Transport and Road Research Laboratory. USA – United States of America.
USB -Universal Serial Bus é um tipo de conexão Plug and Play que permite a conexão de periféricos sem a necessidade de desligar o computador.
UTM - Sistema Universal Transverso de Mercartor.
Viga Benkelman - equipamento utilizado em medidas de deflexões. VMD - Volume médio diário de veículos.
VSA - Valor de Serventia Atual.
Extensão Total 172.897,8 km Municipal (20.914,9 km) 12% Federal (57.211,1 km) 33% Estadual (94.753,8 km) 55%
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
O período que vai de 1969 a 1980 ficou conhecido como a época do “Milagre Econômico”. O PIB brasileiro crescia a uma taxa de quase 12% ao ano, entretanto a inflação beirava os 18%. Com investimentos internos e empréstimos do exterior, o país desenvolveu sua infra-estrutura rodoviária. Foram executadas algumas obras de grande porte, como a Rodovia Transamazônica e a Ponte Rio-Niterói. Neste contexto foi bastante ampliado o sistema rodoviário nacional. De acordo com dados do plano nacional de viação (DNIT - PNV 2002) a rede rodoviária pavimentada corresponde a uma extensão total de 172.897 quilômetros: desta extensão pavimentada 57.211 quilômetros são de rodovias federais (33%), 94.753 quilômetros são estaduais (55%) e 20.914 quilômetros de rodovias municipais (12%), conforme ilustrado na figura 1.1.
FIGURA 1.1 – Extensão da malha rodoviária pavimentada municipal, estadual e federal. DNIT (PNV 2002).
Somente a rede rodoviária federal tem uma extensão de 92.037 quilômetros dos quais 20.642 quilômetros são planejadas, 13.594 quilômetros são não pavimentadas, 3.294 quilômetros são pavimentadas em pista dupla e 54.428 quilômetros são em pista simples (DNIT –PNV 2002) – Figura 1.2 .
Até 5 anos 5% De 5 até 10 anos 15% Mais de 10 anos 80% Extensão Total 92.037,6 km
Pav Pista Dupla (3.294,7 km)
4% Pav Pista Simples
(54.428,4 km) 58% Não Pavimentada (13.594,3 km) 15% Planejada (20.642,6 km) 23%
FIGURA 1.2 – Extensão da malha rodoviária federal pavimentada (pista dupla ou simples), não pavimentada e planejada. ANTT (Anuário estatístico de transportes –
2002).
Como mostra a Fig. 1.3, 80 % das rodovias federais sofreram a última restauração há mais de 10 anos, por isso a malha rodoviária encontra-se num estado bastante deteriorado, em decorrência da falta de recursos financeiros, agravado pelo aumento da produção automobilística, conforme dados da ANFAVEA e DNIT, mostrados na Fig. 1.4.
FIGURA 1.4 – Comparativo da extensão da malha rodoviária federal, orçamento destinado para as rodovias e a produção automobilística. DNIT (2006).
A deterioração da rede rodoviária por falta de manutenção adequada e a escassez de recursos para a sua reabilitação geram muitas perguntas: Como alocar melhor os investimentos para manutenção e reabilitação da malha viária? Qual é a ordem de prioridade na manutenção? Quais os benefícios para a sociedade decorrentes da aplicação de recursos em manutenção ou construção se comparados ao investimento em outro setor da economia? Estas questões, entre outras, mostram a necessidade de um processo racional de seleção dos trechos prioritários de alocação de recursos numa rede rodoviária.
Para este fim deve-se recorrer ao Sistema de Gerência de Pavimentos (SGP) como ferramenta para melhor monitorar e administrar recursos para a infra-estrutura rodoviária.
Conforme definido por HAAS et al. (1994), um Sistema de Gerência de Pavimentos consiste de um elenco de atividades coordenadas, relacionadas com o planejamento, projeto, construção, manutenção, avaliação e pesquisa de pavimentos, cujo objetivo principal é utilizar informações confiáveis e critérios de decisão para produzir um programa de construção, manutenção e reabilitação de pavimentos que proporcione a máxima eficiência possível com os recursos disponíveis.
Uma malha viária bem conservada permite o escoamento das safras acelerando o desenvolvimento da região, contribuindo assim para promover a indústria e o comércio,
para melhorar a viabilidade das zonas urbanas, com o aumento dos empregos, com a educação e com a geração de novas oportunidades (QUEIROZ et al., 1992).
Dentro de um Sistema de Gerência de Pavimentos, a avaliação do estado da superfície, funcional e estrutural dos pavimentos bem como os modelos de desempenho dos mesmos são imprescindíveis para a priorização e seleção de projetos e de estratégias de manutenção e reabilitação, para a previsão orçamentária, programação plurianual de investimentos e para a alocação adequada dos recursos públicos.
Por isso, um Sistema de Gerência de Pavimentos necessita dispor de informações periódicas do pavimento de toda a rede, para que se possa gerar um banco de dados confiável e atualizado. Esses bancos são constituídos de dados que possuem as informações das condições dos pavimentos, coletados através de levantamentos de campo. Por isso existe a constante necessidade de aprimoramento nas técnicas existentes de levantamentos da condição do pavimento. O banco de dados é o centro de toda a gerência de pavimento, sendo uma ferramenta fundamental, pois está relacionado com todas as atividades da gerência.
Neste contexto de SGP em nível de rede, o presente trabalho se destina a apresentar um novo método de avaliação do estado de superfície dos pavimentos asfálticos. Com base nas inovações tecnológicas da informática e na evolução das técnicas de captação de vídeo e do aperfeiçoamento tecnológico dos automóveis, foi possível aprimorar as técnicas de levantamento de defeitos dos pavimentos na forma proposta.
A presente dissertação objetiva apresentar um equipamento e método de avaliação funcional do estado de superfície de pavimentos; que permite o cálculo do índice de geometria vertical e horizontal dos pavimentos e vídeo-registro de rodovias pavimentadas.
De início, revisão da bibliografia quanto aos métodos existentes de avaliação dos pavimentos e de vídeo-registro de rodovias pavimentadas serviu de apoio ao trabalho.
Para elaboração desta dissertação foi de fundamental importância o trabalho que o autor presta nas firmas de consultoria rodoviária: Consulte Consultores de Engenharia Ltda,
cujos sócios gerentes são os engenheiros Paulo Emílio dos Santos Queiroz e Cezar Augusto Queiroz e Enggeotech Engenharia Ltda, cujo sócio gerente é o engenheiro Rafael Cerqueira Silva. Com base no programa de levantamentos rodoviários criado nestas empresas, foi possível desenvolver este novo método de levantamento, realizar estudos com o laboratório móvel destas firmas na Ilha do Fundão (campus principal da UFRJ) e apresentar os resultados e elaborar o tema desta dissertação.
Os levantamentos de pavimentos realizados pela COPPE/UFRJ no Projeto Fundão (COPPETEC, 2006) sob coordenação da professora Laura Maria Goretti da Motta, forneceram dados que foram comparados com os dados levantados pelo novo método proposto nesta dissertação. Foi elaborado pelo autor o levantamento visual contínuo e vídeo-registro nas ruas circundantes da ilha do Fundão, utilizando o laboratório móvel das empresas acima citadas. Estes resultados foram confrontados com os obtidos pelos estudos da COPPE/UFRJ.
Os resultados alcançados nesta comparação sugeriram o interesse de uma normatização de levantamentos das condições da superfície dos pavimentos de forma contínua com vídeo-registro.
Esta dissertação está estruturada em 6 capítulos:
No capítulo 2 faz-se uma revisão bibliográfica dos Sistemas de Gerência de Pavimentos, objetivando caracterizar conceitos fundamentais. A avaliação funcional dos pavimentos, o método de identificação e classificação de defeitos, o levantamento visual contínuo e o vídeo-registro, são especialmente enfocados por constituírem os objetivos principais deste trabalho.
O capítulo 3 descreve o laboratório móvel. São apresentados detalhadamente os equipamentos e seu desenvolvimento nas empresas Consulte Ltda e Enggeotech Ltda, com a participação do autor.
No capítulo 4 são apresentados os softwares DataIn, HoleHunter, IGVH e programas auxiliares criados para coleta e interação dos dados de campo, como também as análises, relatórios, processamento de banco de dados informatizado e a geração dos
vídeos-registros das rodovias analisadas. Estes fazem parte do acervo técnico das empresas acima citadas, com direitos autorais assegurados.
No capítulo 5 faz-se a apresentação dos resultados dos levantamentos objetivos e contínuo feitos na ilha do Fundão e os cálculos utilizados na determinação do índice da condição do pavimento.
Por fim, no capítulo 6, apresentam-se as conclusões desta pesquisa, e fazem-se sugestões de estudos que dêem continuidade a este trabalho no campo de engenharia de pavimentação.
Apresentam-se, ainda, três anexos que constam do tutorial de funcionamento dos softwares apresentados nesta pesquisa.
CAPÍTULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 – SISTEMAS DE GERÊNCIA DE PAVIMENTOS
2.1.1 - Conceitos e Objetivos de Sistemas de Gerência de Pavimentos (SGP)
Os Sistemas de Gerência de Pavimentos (SGP) são definidos por muitos autores, de formas diferentes, porém todas as definições têm em comum alguns princípios básicos. Dentre elas, podem ser destacada as seguintes:
.• Um sistema de gerência de pavimentos consiste em um conjunto amplo e coordenado de atividades associadas com o planejamento, projeto, construção, manutenção, avaliação e pesquisa de pavimentos (HAAS e HUDSON et al., 1978).
• Um sistema de gerência de pavimentos constitui-se de um conjunto de ferramentas que auxiliam na administração da infra-estrutura rodoviária. Envolvem, num sentido mais amplo, todas as atividades relacionadas ao projeto, construção, manutenção, reabilitação e pesquisa na área de pavimentos. (QUEIROZ, 1984).
• Um sistema de gerência de pavimentos é um conjunto de ferramentas que serve para auxiliar os tomadores de decisão na busca de estratégias viáveis para avaliar, prover e manter os pavimentos em boas condições durante um determinado período de tempo (AASHTO, 1993).
É consenso que muito mais importante do que definir e conscientizar todos os níveis de decisão de um órgão rodoviário dos benefícios que a implantação de um sistema gerencial de pavimentos traz para a sociedade. Os pavimentos rodoviários representam um valioso patrimônio cuja conservação e restaurações oportunas são essenciais para a sua preservação. Qualquer interrupção ou redução na intensidade ou na freqüência dos serviços necessários à manutenção desse patrimônio implicará aumentos substanciais nos custos de operação dos veículos e na necessidade de investimentos cada vez mais vultosos para recuperação da malha rodoviária.
De acordo com VISCONTI (2000), um pavimento, que é restaurado no momento adequado, poderá exigir apenas uma camada delgada de recapeamento, sobreposta à estrutura atual, sendo de custo relativamente baixo. Entretanto, se só for restaurado quando atingir a condição mau/péssimo, o pavimento excessivamente deteriorado exigirá serviços cujos custos atingirão valores três vezes superiores.
O objetivo principal de um sistema de gerência de pavimentos é a utilização banco de dados tendo informações confiáveis dos pavimentos e critérios de decisão que possibilitem o estabelecimento de um programa de construção, manutenção e reabilitação de pavimentos, racionalizando a alocação e a aplicação de recursos que permitam oferecer um transporte rodoviário seguro, compatível e econômico. Para que este objetivo seja alcançado, o SGP deve ser capaz de comparar, priorizar e alocar os recursos do seu programa de manutenção e reabilitação.
QUEIROZ et al. (1992) afirmam que o principal objetivo de um SGP é usar informação confiável e critérios de decisão em uma estrutura organizada para produzir um programa de pavimentação viável.
MARCON, (1996), destaca que os principais objetivos de um SGP podem ser reunidos em três grupos:
• Usar um conjunto de informações confiáveis, para auxiliar a administração superior.
• Propiciar conforto e segurança ao usuário, reduzindo os custos de operações dos veículos.
• Através de métodos sistemáticos, embasados em critérios técnicos, administrativos e econômicos, tomar decisões de seleção e priorização das intervenções em uma rede de pavimento.
Um sistema de gerência de pavimentos compreende, portanto, uma gama de atividades que inclui o planejamento, a programação dos investimentos, o projeto, as obras de manutenção e a avaliação periódica dos pavimentos.
A questão fundamental é prever o custo total no ciclo de vida do pavimento, considerando os custos de construção e manutenção de via e operacional de veículos. Os SGP utilizam, para tanto, modelos de deterioração que possibilitam a comparação dos custos de construção combinados com futuros custos de manutenção e operação de veículos, de diversas alternativas de intervenções em pavimentos já existentes ou de diversas composições da estrutura para construção de novos pavimentos.
A adoção de um sistema gerencial de pavimentos por um órgão rodoviário trará benefícios, em primeiro lugar, aos usuários das rodovias e à população de uma forma geral, pois os recursos públicos serão aplicados nas obras rodoviárias com maior eficiência. Também a administração do órgão, em seus diversos níveis, será beneficiada com a utilização do sistema de gerência, devido à maior possibilidade de serem adotadas decisões corretas, da maior coordenação entre os diversos setores do órgão e do favorecimento das atividades de treinamento e aperfeiçoamento de pessoal.
Embora teoricamente um sistema gerencial de pavimentos deva incluir entre os seus objetivos o estabelecimento de prioridades para a construção de novas ligações pavimentadas, a escassez de recursos e a predominância de critérios político-administrativos para inclusão desse tipo de obra no programa de investimentos, têm limitado a abrangência do SGP da maioria dos órgãos rodoviários brasileiros até o momento apenas em manutenção preventiva e reabilitação dos pavimentos existentes. As atividades de manutenção podem ser preventivas e corretivas. As primeiras são aplicadas no estágio inicial e as últimas na fase mais extensiva de deterioração do pavimento.
A ausência de uma política consistente para a gerência de um sistema viário, do qual os pavimentos representam parcela significativa, tem contribuído para que haja desperdícios de recursos financeiros, de mão-de-obra qualificada e de equipamentos. Deve-se também salientar que as atividades de M&R, têm sido realizadas, na maioria das vezes, fora das recomendações técnicas, ocasionando grandes prejuízos financeiros para o poder público e para os usuários (PATERSON, 1987).
De modo geral, atualmente cada órgão rodoviário já iniciou alguma forma de SGP. Por não haver uma padronização na organização de um sistema de gerência, um órgão ao implantá-lo, faz uma adaptação que atenda a vários fatores, dentre os quais: as necessidades, as características da malha viária própria e os recursos disponíveis (MARCON, 1996; YSHIBA, 2003).
2.1.2 - Níveis de Decisão na Gerência de Pavimentos
Tradicionalmente, o processo decisório de um sistema de gerência de pavimentos pode ser considerado em nível de rede e em nível de projeto.
A gerência em nível de rede indica os trechos prioritários da malha rodoviária que devem ser objeto de investimentos em manutenção, de forma que os recursos públicos alocados para um determinado período tenham o melhor retorno econômico possível. Neste nível de gerência já são indicados, para cada trecho da malha, a alternativa de manutenção ideal, bem como a época em que se deve proceder ao investimento. No entanto, tais indicações não apresentam detalhes de projeto, uma vez que se baseiam em dados coletados em amostras que representam a totalidade da rede. O conjunto das recomendações tem como principal objetivo permitir a elaboração de um programa plurianual de investimentos, no qual estejam contemplados os projetos e as obras que serão realizadas em médio prazo.
Já a gerência em nível de projeto envolve atividades detalhadas do próprio projeto e da execução de obras em um trecho específico da malha, atividades essas que deverão confirmar e detalhar as recomendações da gerência em nível de rede e que normalmente deverão subsidiar orçamentos e programas de curto prazo. Os dados são analisados de forma mais intensa com estudos da estrutura das camadas do pavimento, determinando as causas do aparecimento de defeitos, procurando avaliar e selecionar o tipo e a data de execução do serviço de manutenção e/ou construção.
Não deve haver, contudo, uma linha divisória entre os níveis de decisão, procurando-se, isto sim, uma integração tanto nos aspectos técnicos como nos administrativos. A inter-relação existente entre os dois níveis existe porque um é complemento do outro. Em
nível de rede, o direcionamento é feito para toda rede viária, em nível de projeto, o direcionamento é para estudos específicos em trechos selecionados situados na rede viária em questão.
2.1.3 - Atividades Básicas de um SGP
A seqüência de atividades que envolvem a estruturação geral de um sistema gerência de pavimentos pode ser representada como no esquema indicado na figura 2.1
FIGURA 2.1 – Fluxograma de atividades de um SGP (modificada de Haas, 1994). Assim, um sistema de gerência de pavimentos compreende uma ampla gama de atividades, incluindo o planejamento, a programação de investimentos, orçamento, o projeto, a construção, a manutenção e reabilitação, a avaliação, levantamento e o controle periódico de todas as fases do processo e da própria rede pavimentada.
A atividade de planejamento inclui a análise de dados de tráfego, a apreciação das deficiências da rede, o estabelecimento de prioridades e a preparação de programa plurianual de execução de trabalhos. As decisões quanto aos investimentos, tendo em conta as restrições orçamentárias, deverão ser tomadas nesta etapa.
A atividade de programação consiste na preparação de programa de investimentos de médio prazo (3 a 5 anos). Esta atividade tem como característica ser quase sempre específica de cada organização rodoviária, sendo difícil estabelecer procedimentos que sejam comuns às diversas organizações.
A fase de projeto consiste na análise dos dados com séries históricas relativas aos materiais constituintes, aos estados funcionais e estruturais dos pavimentos, ao tráfego, ao clima, aos custos, concluindo com o estudo das soluções viáveis. As alternativas corretivas de investimento são em seguida submetidas finalmente a uma análise de viabilidade técnica econômica para definir a solução final.
A etapa de construção compreende atividades como o calendário e programação dos trabalhos de construção, a administração das operações de construção, o controle de qualidade e o tratamento dos dados recolhidos.
A manutenção e reabilitação incluem o estabelecimento de um programa específico com calendário dos trabalhos e intervenções, resultante de considerações financeiras e lista de operações de manutenção e reabilitação (M&R).
A avaliação periódica dos pavimentos consiste na obtenção de todos os dados e informações necessárias para que seja alcançado o objetivo do sistema gerencial de pavimentos. Sem dúvida, é a etapa mais difícil e mais importante de um sistema gerencial. De nada adiantará um modelo sofisticado para definição das prioridades de investimentos se os dados de entrada para o modelo não forem confiáveis.
A avaliação comporta também a análise e a obtenção de dados para utilização em outros setores do Sistema de Gerência.
O banco de dados é a base de todo SGP, principalmente por fornecer informações a todas as outras atividades. Geralmente os sistemas de gerência usam base de dados, cujas informações, constituídas por registros acumulados ao longo dos anos, podem ser compartilhados e acessados por diversos tipos de usuários.
2.1.4 - Implementação de um Sistema de Gerência de Pavimento
Para o desenvolvimento e implementação de um sistema de gerência de pavimento é necessário uma série de etapas seqüenciais (MARCON, 1996):
• Decisão e apoio da direção do órgão de implantar um SGP.
• Estabelecimento dos grupos de trabalho e de gerência.
• Caracterização de procedimentos, dos tipos de informação e de recursos necessários ao SGP.
• Conhecimento das necessidades do órgão.
• Adoção de critérios de decisão, de priorização e de modelos de otimização dos recursos disponíveis e modelos de previsão.
• Apoiar todas as decisões em dados objetivos e atualizados.
A colocação em operação de um SGP exige do órgão rodoviário tarefas demoradas, o que provoca relutância, da administração superior, em implementar tal atividade, exigindo persistência da equipe encarregada do seu desenvolvimento.
Para a sua implementação é necessário levantar a história inicial e atual dos pavimentos que formam a rede, criando um banco de dados. As informações necessárias para este banco de dados referem-se basicamente ao acompanhamento sistemático e periódico dos pavimentos, de forma a permitir a avaliação em serviço. A partir dessa avaliação
será possível prever curvas de desempenho do pavimento e planejar políticas de manutenção e reabilitação para a rede rodoviária.
A coleta de informações para o banco de dados compreende, resumidamente:
• Históricos do pavimento: Dados referentes à história e à estrutura dos pavimentos, normalmente denominados dados de inventário, projetos executivos dos mesmos, as-built dos projetos executados, materiais utilizados, nas ações de manutenção e reabilitação com as respectivas datas, qualidade da execução (controle tecnológico), tipos de defeitos mais freqüentes, geometria das seções, (comprimento, largura total, número de faixas e espessura), acostamento, materiais das camadas do pavimento, e procedimentos e processos de avaliações;
• Coleta das características da via quanto: à classe de projeto, à classificação funcional e à geometria vertical e horizontal;
• Coleta para avaliação dos pavimentos: características dos pavimentos que se modificam pela ação de tráfego e do ambiente e que permitam as seguintes avaliações:
a) Avaliações Funcionais, onde são levantados dados de irregularidades longitudinais, transversais e o estado de superfície do pavimento;
b) Avaliações Estruturais, onde é apurada a atual estrutura do pavimento, fazendo parte integrante o estudo de tráfego.
• Vídeo-Registro dos pavimentos;
• Coleta para determinação do tráfego: tipo, classificação e volume de tráfego da frota atual e prevista.
• Pesagem da frota circulante existente.
• Coletas de fatores do meio ambiente: temperatura, pluviometria, umidade e drenagem do local inspecionado.
Esses levantamentos, específicos para o SGP deverão ser complementados por dados referentes aos custos unitários de execução dos diversos serviços de manutenção e reabilitação e aos custos operacionais dos veículos.
A existência de um banco de dados real e confiável é fundamental. Caso contrário se torna totalmente errada qualquer tipo de análise e previsão de desempenho do pavimento existente. O banco de dados é o centro do SGP, é ele que abastece todas as atividades da gerência.
2.2 – AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS
2.2.1 - Definição e generalidades
A avaliação da superfície dos pavimentos é uma atividade do SGP que possui métodos e procedimentos padronizados para levantamento de medidas e observações de campo que possibilitem que sejam estudadas as condições estruturais e funcionais dos pavimentos.
O objetivo fundamental da avaliação de pavimentos é fornecer dados para projetos de reabilitação e de manutenção e para o SGP. A partir dos dados levantados é possível criar um banco de dados das condições reais do pavimento e monitorar o seu desempenho a partir de levantamentos periódicos.
De acordo com Yoder e Witczak (1975), a condição funcional descreve a qualidade da rodovia em termos de conforto, custos e segurança, enquanto a condição estrutural está relacionada à capacidade de suporte.
A condição estrutural do pavimento indica por quanto tempo este manterá um nível adequado de condição funcional ou serventia. A condição de um pavimento representa o nível de degradação resultante do processo de deterioração (DNER, 1998).
A avaliação da condição funcional da superfície do pavimento permite que sejam estimados o conforto e a segurança que estão sendo oferecidos aos usuários. A estimativa pode ser feita de forma subjetiva, utilizando-se pessoas que transitam pelo trecho e dão notas, por exemplo, de zero (0) a cinco (5), associando assim aos defeitos dos pavimentos (MEDINA, 1997).
As condições funcionais e estruturais de um pavimento são avaliadas por procedimentos que sejam adequados às suas características, utilizando-se várias metodologias para levantamento de defeitos que surgem na superfície dos pavimentos. Vários fatores, tais como clima, solicitação do tráfego, má concepção do projeto, características dos materiais e processos construtivos, atuando de forma isolada ou simultânea, são as causas destes defeitos. De modo geral estas metodologias objetivam:
• Avaliar as condições de superfície do pavimento relativas ao conforto e à segurança oferecidos aos usuários;
• Elaborar um inventário das principais ocorrências de defeitos na superfície dos pavimentos asfálticos;
• Determinar por meio de medições, os fatores que causaram os defeitos na superfície dos pavimentos;
• Descrever e caracterizar os defeitos, identificando o tipo, a severidade e a ”densidade” dos mesmos.
No levantamento das avaliações das condições dos pavimentos, é imprescindível que sejam definidos. De acordo com (HAAS et al., 1994, AASHTO, 1993, KUO et.al., 2003):
• Os segmentos de pavimentos (com todos os detalhes, tais como: condição atual etc.);
• Um plano de investimento em função das restrições orçamentárias para estabelecer as prioridades;
• Estabelecimento de modelos de curvas para previsão de deterioração;
• Determinar os parâmetros que serão utilizados para a previsão da taxa de deterioração;
• Um banco de dados com as informações originadas do inventário e de um cadastro.
2.2.2 - Defeitos dos Pavimentos
A avaliação funcional dos pavimentos tem como conceito básico associado o conforto ao rolamento. Este pode ser quantificado sob dois aspectos principais: pela irregularidade e pelos defeitos.
A avaliação dos defeitos dos pavimentos é uma atividade que permite verificar condições funcionais dos pavimentos. São diversas as causas destes defeitos: tráfego, clima, deficiência de projetos, processos construtivos e características físicas dos materiais. Estes fatores atuam separados ou concomitantemente.
O procedimento empregado na avaliação deve ser adequado às características e peculiaridades dos pavimentos e aos objetivos pretendidos. Existe uma série de métodos que foram elaborados e são utilizados por vários órgãos rodoviários. A eficiência destas técnicas é variável e depende principalmente do grau de detalhamento e número de variáveis a levantar, que, por sua vez, aumentam proporcionalmente os custos de avaliação.
Os defeitos da superfície dos pavimentos precisam ser descritos e caracterizados de forma adequada para que o engenheiro possa tomar decisões sobre a estratégia de manutenção a adotar, de forma eficaz e econômica. A caracterização de um defeito é obtida através de três requisitos principais (SHAHIN e KOHN, 1979); EPPS et. al., (1986); AASHTO, (1993); AUTRET, (1991); GRIVAS et al., (1991):
a) tipo: identificação do defeito, procurando classificá-lo pelo mecanismo causador;
b) severidade: anotação da progressão do defeito a fim de determinar o grau de deterioração;
c) extensão: avaliação da extensão relativa de área do pavimento atingida em cada defeito e respectiva severidade.
2.2.2.1 - Tipos de defeitos e suas descrições
As estruturas dos pavimentos e as condições ambientais são muito diversas, e também o são os defeitos. Porém, para facilitar a identificação dos principais tipos de defeitos e uniformizar tanto quanto possível os julgamentos de vários avaliadores, existem vários manuais ou catálogos de identificação e causas de defeitos, nacionais e estrangeiros. Entretanto, existe um bom nível de padronização e similaridade entre os manuais conhecidos. (PINTO e PREUSSLER, 2002).
Alguns manuais de levantamento de defeitos encontrados na literatura são, (BENEVIDES, 2006):
1. O Manual da AASHTO (1986), apresenta 17 (dezessete) tipos de defeitos em pavimentos flexíveis.
2. Catálogo dos defeitos dos revestimentos dos Pavimentos (ABPv, 1978), com 64 (sessenta e quatro) defeitos, sendo 32 (trinta e dois) em pavimentos flexíveis.
3. DOMINGUES, (1993b), com 23 (vinte e três) tipos de defeitos em pavimentos flexíveis.
4. SHAHIN e KHON, (1979), apresentam o PAVER, com 19 (dezenove) tipos de defeitos em pavimentos asfálticos e 19 (dezenove) tipos de defeitos em pavimentos rígidos.
5. SHRP, (1993 e 2003), com 15 (quinze) tipos de defeitos em pavimentos flexíveis.
6. DNER, (1998), mostra 17 (dezessete) tipos de defeitos em pavimentos flexíveis.
Os manuais acima elencados detalham os tipos de defeitos em pavimentos flexíveis. Os defeitos são descritos indicando-se ainda as causas prováveis, ou seja, os fatos que concorreram para a formação do defeito. A localização também é enfocada para ajudar na distinção entre defeitos. Para auxiliar na programação das atividades de manutenção e reabilitação são analisados os mecanismos de ocorrência que serão úteis no diagnóstico da patologia.
Apresentam-se, a título ilustrativo, os principais defeitos dos pavimentos detalhados por PINTO e PREUSSLER (2002) e DOMINGUES, (1993) que em grande parte coincidem com os manuais de defeitos da AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) e do SHRP (Strategic Highway Research Program):
I) Trincamento tipo jacaré
Este trincamento é caracterizado por uma série de trincas interligadas causadas pela fadiga do revestimento asfáltico (ou da base cimentada), decorrentes da ação repetida das cargas de tráfego. Seu aspecto assemelha-se ao couro de jacaré ou crocodilo. Na figura 2.2 (a) e (b) são mostrados exemplos deste defeito.
A principal causa deste defeito é a ação repetida das cargas de tráfego. As condições ambientais (temperatura e umidade) podem acelerar o início e a propagação das trincas e ainda a compactação deficiente, reflexão de trincas subjacentes ao revestimento, etc.
Apresentam três níveis de severidade:
Baixa: poucas trincas conectadas, sem erosão nos bordos e sem evidências de bombeamento.
Média: trincas conectadas e bordos levemente erodidos, mas sem evidências de bombeamento.
Alta: trincas erodidas nos bordos, movimentação dos blocos quando submetidos ao tráfego e com evidências de bombeamento.
Deve-se medir e registrar a área afetada (m²) em cada nível de severidade.
(a) (b)
FIGURA 2.2 – Exemplos de trincamento tipo jacaré, de níveis de severidade média (a) e alta (b) (WSDOT Pavement Guide Interactive,2007).
II) Trincamento em Bloco
As trincas em bloco possuem formato aproximadamente retangular, sendo os blocos de vários tamanhos. Estes blocos sofrem uma redução nas suas dimensões à medida em que aumenta o grau de deterioração.
Este tipo de trincamento é causado, principalmente, pela contração do material de revestimento, em função da alternância diária entre altas e baixas temperaturas. A sua constatação, geralmente, indica que o ligante asfáltico perdeu significativamente sua característica elástica. Tal defeito também poderá ocorrer quando houver a união de trincas transversais e longitudinais, em revestimentos executados sobre bases cimentadas, e poderá ocorrer sobre toda a região do revestimento podendo manifestar-se no acostamento. Na figura 2.3 (a) e (b) são mostrados exemplos deste defeito.
Apresentam três níveis de severidade:
Baixa: trinca com medida da abertura < 6mm ou com material selante em boas condições.
Média: trinca com abertura média > 6mm e < 19mm ou com trincas aleatórias adjacentes com severidade baixa.
Alta: trinca com abertura média superior a 19mm ou trincas com abertura média inferior a 19mm, mas com trincas aleatórias adjacentes com severidade média a alta.
Deve-se medir e registrar a área afetada (m²) a cada nível de severidade.
(a) (b)
FIGURA 2.3 – Exemplos de trincamento em bloco, de níveis de severidade média (a) e alta (b), (WSDOT Pavement Guide Interactive; 2007, DOMINGUES, 1993). III) Trincamento Transversal e Longitudinal
As trincas longitudinais são paralelas ao eixo da pista de rolamento. As trincas transversais são perpendiculares ao eixo da pista. Ambos os trincamentos são considerados tipos de defeitos estrutural e funcional. Nas figuras 2.4 e 2.5 são mostrados exemplos destes defeitos.
Entre as principais causas destes defeitos estão:
- Junta de construção mal executada;
- Contração/dilatação do revestimento devido ao gradiente térmico ou envelhecimento do asfalto;
- Propagação das trincas existentes nas camadas subjacentes, como por exemplo das bases tratadas com cimento ou juntas de revestimentos rígidos (trincas de propagação);
As trincas longitudinais apresentam três níveis de severidade:
Baixa: trincas com abertura média inferior a 6mm ou seladas com material selante em boas condições.
Média: trincas com abertura média entre 6mm e 19mm ou com trincas aleatórias adjacentes com severidade baixa.
Alta: trinca com abertura média superior a 19mm ou trincas com abertura média inferior a 19mm, mas com trincas aleatórias adjacentes com severidade média a alta.
Deve-se medir e registrar a extensão (m) das trincas longitudinais e os níveis de severidade correspondentes (nas trilhas de roda ou fora das trilhas de roda). Registrar a extensão com selante em boas condições.
As trincas transversais apresentam três níveis de severidade:
Baixa: trincas com abertura média inferior a 6 mm ou seladas com material selante em boas condições.
Média: trincas com abertura média entre 6 e 19 mm ou com trincas aleatórias adjacentes com severidade baixa.
Alta: trincas com abertura média superior a 19 mm ou trincas com abertura média inferior a 19 mm, mas com trincas aleatórias adjacentes com severidade média a alta.
Adotar a mais elevada, desde que represente pelo menos 10% da extensão. Deve-se medir e registrar o número de trincas transversais, a extensão e os níveis de severidade correspondentes. Registrar a extensão com selante em boas condições.
(a) (b)
FIGURA 2.4 – Exemplo de trinca longitudinal, de níveis de severidade média (a) e alta (b), (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007).
(a) (b)
FIGURA 2.5 – Exemplo de trinca transversal, de níveis de severidade alta (a) e (b), (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007).
IV) Trincamento de Borda
As trincas de borda são fendas que se formam normalmente em uma região asfaltada de no máximo 60cm da borda do pavimento ou na região divisória em que o pavimento sofreu alargamento. Caracteriza-se por uma trinca longitudinal ou por uma área trincada ocorrente na região da junção entre a pista e o acostamento ou entre a pista e o alargamento. O trincamento de borda pode ter desintegração ou erosão ao longo da borda. Na figura 2.6 (a) e (b) são mostrados exemplos deste defeito.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Construção deficiente da junta de ligação entre a pista e o acostamento, ou alargamento;
- Diferença de rigidez entre os materiais constituintes do acostamento ou do alargamento e do pavimento existente;
- Compactação insuficiente;
- Drenagem deficiente ou inexistente.
Apresentam três níveis de severidade:
Baixa: Trincas sem quebra ou perda de material.
Média: Trincas com quebra ou perda de material com até 10% da extensão afetada.
Alta: Trincas com quebra ou perda de material com mais de 10% da extensão afetada.
Deve-se medir e registrar a extensão afetada(m) em cada nível de severidade.
(a) (b)
FIGURA 2.6 – Exemplos de trincamento de borda, de níveis de severidade média (a) e alta (b), (PINTO e PREUSSLER, 2002).
V) Trincamento Parabólico
Este tipo de defeito é caracterizado pela formação de trincas em forma de meia lua, geralmente com ambas as pontas indicando a direção do tráfego. Na figura 2.7 mostram-se exemplos deste defeito.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Má ligação ente o revestimento asfáltico e a camada subjacente; - Baixa estabilidade da mistura asfáltica.
Não se apresenta níveis de severidade, pois não é definido nenhum grau de severidade para o trincamento parabólico. É suficiente indicar que a falha existe.
Deve-se medir e registrar a extensão afetada (m).
(a) (b)
FIGURA 2.7 – Exemplos de trincamento parabólico, (DOMINGUES, 1993). VI) Afundamento localizado ou depressão
A depressão é um afundamento localizado cujo nível (ou altura) é mais baixa do que a superfície ao seu redor. Na fase inicial esta falha é percebida após a ocorrência de chuva, devido ao acúmulo de água em seu interior. Na figura 2.8 (a) e (b) mostram-se exemplos deste defeito.
As depressões podem ser causadas por deficiências construtivas ou geradas por recalque do terreno de fundação ou do material de aterro.
Não são aplicados níveis de severidade para este defeito.
Deve-se medir e registrar a máxima deformação permanente (mm).
(a) (b)
FIGURA 2.8 – Exemplos de afundamentos localizados ou depressão (DOMINGUES, 1993).
VII) Afundamento na trilha de roda
É uma depressão do revestimento que se forma na região onde se dá a passagem das cargas, ou seja, nas trilhas de roda. Em sua fase inicial esta falha só é perceptível após a ocorrência de chuva, pois os sulcos ficam preenchidos por água. Até certos limites estes afundamentos são toleráveis, porém, quando o acúmulo das deformações permanentes formam flechas expressivas nas trilhas de roda, a estrutura estará em um estado terminal e colocando em risco a segurança dos usuários. Na figura 2.9 (a) e (b) mostram-se dois exemplos deste defeito, sendo que um deles (a) apresenta também trinca couro de jacaré.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Deficiência no dimensionamento do pavimento;
- Compactação insuficiente de uma ou mais camadas durante a construção; - Mistura asfáltica inadequada (com baixa estabilidade);
- Enfraquecimento de uma ou mais camadas devido à infiltração de água.
Não são aplicados níveis de severidade para este defeito.
Deve-se medir e registrar a máxima deformação permanente (mm), nas duas trilhas de roda, a externa e a interna.
(a)
(b)
FIGURA 2.9 – Exemplos de afundamentos na trilha de roda, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007; DOMINGUES, 1993).
VIII) Afundamento Plástico
È uma depressão caracterizada por um afundamento na região solicitada e um solevamento lateral. Na figura 2.10 (a) e (b) são apresentados dois exemplos deste tipo de defeito.
O afundamento plástico é causado pela ruptura de uma ou mais camadas do pavimento ou fluência elevada da massa asfáltica.
Não são aplicados níveis de severidade para este defeito.
(a) (b)
FIGURA 2.10 – Exemplos de afundamento plástico, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007; DOMINGUES, 1993).
IX) Corrugação (ondulação, costela)
A corrugação é uma falha caracterizada por ondulações transversais, de caráter plástico e permanente, no revestimento asfáltico. Na figura 2.11 (a) e (b) são apresentados dois exemplos deste tipo de defeito.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Instabilidade da mistura betuminosa da camada de revestimento e/ou da base; - Excesso de umidade das camadas subjacentes;
- Contaminação da mistura asfáltica por materiais estranhos; - Retenção de água na mistura asfáltica.
Não são aplicados níveis de severidade para este defeito. São associados aos efeitos sobre a qualidade do rolamento.
(a) (b)
FIGURA 2.11 – Exemplos de corrugação, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007; DOMINGUES, 1993).
X) Escorregamento de Capa
O escorregamento é um movimento horizontal da mistura asfáltica ocasionado pelos esforços tangenciais transmitidos pelas cargas dos veículos (frenagem e aceleração) e que produzem uma ondulação curta e abrupta na superfície do pavimento. Na figura 2.12 (a) e (b) mostram-se exemplos deste defeito.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Ligação inadequada entre o revestimento a e camada sobre a qual esta se apoia (deficiências na imprimação ou pintura de ligação);
- Limitada inércia do revestimento asfáltico devido à pequena espessura;
- Compactação deficiente da mistura asfáltica ou da porção superior da camada de base;
- Fluência plástica do revestimento na ocorrência de altas temperaturas.
Não são aplicados níveis de severidade para este defeito. São associados aos efeitos sobre a qualidade do rolamento.
.
(a) (b)
FIGURA 2.12 – Exemplos de escorregamento de capa, (PINTO e PREUSSLER, 2002). XI) Desgaste
Considera-se pela designação genérica de desgaste, a perda de agregados e/ou argamassa fina do revestimento asfáltico. Caracteriza-se pela aspereza superficial anormal, com perda do envolvimento betuminoso e arrancamento progressivo dos agregados. Na figura 2.13 (a) e (b) mostram-se exemplos deste defeito.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Perda de coesão entre agregado e ligante devido à presença de material estranho no momento da construção;
- Presença de água no interior do revestimento que origina sobrepressões hidrostáticas capazes de provocar o deslocamento da película betuminosa;
- Deficiência localizada de ligante asfáltico nos serviços por penetração decorrente de entupimento dos bicos ou má regulagem da barra espargidora. - Problemas de adesividade em função da mineralogia do agregado.
Apresentam três níveis de severidade:
Baixa: início do desgaste, com perdas de agregados miúdos – não progredindo significativamente.
Média: textura superficial torna-se áspera, com perda de agregados miúdos e de alguns graúdos.
Alta: textura superficial muito áspera, com perda de agregados graúdos.
Deve-se medir e registrar a área afetada (m²) em cada nível de severidade.
(a) (b)
FIGURA 2.13 – Exemplos de desgaste, de níveis de severidade média (a) e alta (b) (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007).
XII) Exsudação
A exsudação é um fenômeno no qual a película ou filme de material betuminoso forma-se na superfície do pavimento e forma-se caracteriza por manchas de variadas dimensões. Estas manchas resultantes comprometem seriamente a aderência do revestimento aos pneumáticos, principalmente sob tempo chuvoso, caracterizando um sério problema funcional. Na figura-se 2.14 (a) e (b) tem-se exemplos deste defeito.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Dosagem inadequada da mistura asfáltica, acarretando teor excessivo de ligante e/ou índice de vazios muito baixo;
- Temperatura do ligante acima da especificada no momento da mistura, acarretando a dilatação do asfalto e ocupação irreversível dos vazios entre as partículas ou ainda a falta de agregado no caso de tratamentos superficiais.
Baixa: mudança de coloração em relação ao restante do pavimento devido ao excesso de asfalto.
Média: perda de textura superficial. Superfície do pavimento com textura espelhada por excesso de asfalto.
Alta: excesso de asfalto dando ao pavimento uma superfície com aparência brilhante; marcas de pneus evidentes em tempo quente; agregados cobertos pelo asfalto.
Deve-se medir e registrar a área afetada (m²) em cada nível de severidade.
(a) (b)
FIGURA 2.14 – Exemplos de exsudação, de níveis de severidade média (a) e alta (b) (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007).
XIII) Agregado Polido
Este defeito caracteriza-se pela inexistência (ou pouca) projeção dos agregados acima da superfície do pavimento, provocando deficiências de aspereza e consequentemente na resistência à derrapagem. Na figura-se 2.15 (a) e (b) tem-se exemplos desta falha do pavimento.
Esta falha só deverá ser considerada quando o grau de polimento influenciar na redução da resistência à derrapagem. Sua presença poderá ser verificada visualmente ou pelo tato sobre a superfície do pavimento.
A principal causa deste defeito é a repetição da passagem dos pneumáticos sobre o revestimento constituído de agregados inadequados quanto a esta característica.
Lamentavelmente, no Brasil não há normas de ensaio de polimento acelerado e na ocasião da escolha dos agregados para compor a massa asfáltica não se tem como avaliar este aspecto.
Não são aplicados níveis de severidade para este defeito.
Níveis de polimento podem ser associados à redução no coeficiente de atrito pneu pavimento.
Deve-se medir e registrar em m² de área da superfície afetada.
(a) (b)
FIGURA 2.15 – Exemplos de agregado polido, (WSDOT Pavement Guide Interactive, 2007).
XIV) Remendo
O remendo é uma porção do revestimento onde o material original foi removido e substituído por outro material. Remendos existentes são em geral consideradas falhas, já que refletem o mau comportamento da estrutura original, gerando normalmente incremento na irregularidade longitudinal. Na figura-se 2.16 (a) e (b) tem-se exemplos. Entre as principais causas deste defeito estão:
- Solicitação intensa do tráfego;
- Emprego de material de má qualidade; - Agressividade das condições ambientais; - Problemas construtivos.
O nível de severidade deste defeito é em função da severidade dos defeitos apresentados pelo remendo.
Deve-se medir e registrar o número de remendos e a área afetada (m²) em cada nível de severidade.
(a) (b)
FIGURA 2.16 – Exemplos de remendo, (PINTO e PREUSSLER, 2002). XV) Panela (buraco)
As panelas são cavidades formadas inicialmente no revestimento do pavimento e que possuem dimensões e profundidades variadas. O defeito é muito grave, pois afeta estruturalmente o pavimento, permitindo o acesso das águas superficiais ao interior da estrutura. Também é grave do ponto de vista funcional, já que afeta a irregularidade longitudinal e, como conseqüência, a segurança do tráfego, e o custo do transporte. Na figura 2.17 (a) e (b) mostram-se exemplos deste defeito.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Trincamento (estágio terminal);
- Desintegração localizada na superfície do pavimento (desgastes de severidade alta);
Apresentam-se três níveis de severidade:
Baixa: panela com profundidade menor que 25 mm. Média: panela com profundidade entre 25 e 50 mm. Alta: panela com profundidade maior que 50 mm.
Deve-se medir e registrar o número de panelas e a área afetada em cada nível de severidade.
(a) (b)
FIGURA 2.17 – Exemplos de Panela, de níveis de severidade média (a) e alta (b) (DOMINGUES, 1993).
XVI) Desnível entre Pista e Acostamento
Este defeito caracteriza-se pela diferença em elevação entre a pista e o acostamento. Em condições normais poderá haver um pequeno desnível entre pista e acostamento. . Na figura 2.18 (a) e (b) mostram-se exemplos deste defeito.
Entre as principais causas deste defeito estão:
- Recalque do acostamento;
- Perda de material em acostamentos não pavimentados devido ao deslocamento do ar provocado pela passagem dos veículos e ação da água de chuva;
- Problemas construtivos, principalmente nos recapeamentos. - Recapeamentos sucessivos
