IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GESTÃO DA CONSERVAÇÃO DE PAVIMENTOS PARA O MUNICÍPIO DE OLIVEIRA DO HOSPITAL

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1 IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GESTÃO DA CONSERVAÇÃO DE PAVIMENTOS PARA O MUNICÍPIO DE OLIVEIRA DO HOSPITAL SUSANA MENESES ASSISTENTE, ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA E GESTÃO DE OLIVEIRA DO HOSPITAL, INSTITUTO POLITÉCNICO DE COIMBRA ADELINO FERREIRA PROFESSOR AUXILIAR, DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL, UNIVERSIDADE DE COIMBRA, PORTUGAL RESUMO Nese arigo é descria a implemenação de um Sisema de Gesão da Conservação de Pavimenos para a cidade de Oliveira do Hospial. A qualidade dos pavimenos é avaliada aravés do índice PSI (Presen Serviceabiliy Index), represenando o esado do pavimeno, deerminado em função dos parâmeros irregularidade longiudinal, rodeiras, fendilhameno, pele de crocodilo, covas, peladas, e reparações. O Sisema de Apoio à Decisão uiliza um modelo de programação das acções de conservação e reabiliação, baseado num modelo deerminísico de previsão da evolução do esado dos pavimenos. Para produzir saídas carográficas da informação armazenada na Base de Dados Rodoviária e da informação produzida pelo sisema é uilizado um Sisema de Informação Geográfica. 1. INTRODUÇÃO A implemenação do Sisema de Gesão da Conservação de Pavimenos para a cidade de Oliveira do Hospial em como objecivo ajudar os engenheiros rodoviários municipais nas suas acividades de gesão da conservação dos pavimenos. O sisema inclui as seguines componenes: Base de Dados Rodoviária; Sisema de Avaliação da Qualidade dos pavimenos; Sisema de Cusos; Modelos de Previsão do Comporameno dos pavimenos; Sisema de Apoio à Decisão de programação das acções de conservação (Figura 1). A qualidade dos pavimenos é avaliada aravés do índice PSI (Presen Serviceabiliy Index), represenando o esado do pavimeno, deerminado em função dos parâmeros irregularidade longiudinal, rodeiras, fendilhameno, pele de crocodilo, covas, peladas, e reparações. O Sisema de Apoio à Decisão (SAD) uiliza um modelo de programação das acções de conservação e reabiliação baseado num modelo deerminísico de previsão da evolução do esado dos pavimenos. Para produzir saídas carográficas da informação armazenada na Base

2 de Dados Rodoviária e da informação produzida pelo sisema é uilizado um Sisema de Informação Geográfica. OBSERVAÇÃO DOS PAVIMENTOS CATÁLOGO DE PATOLOGIAS BASE DE DADOS RODOVIÁRIA SGP Oliveira do Hospial SISTEMA DE AVALIAÇÃO DA QUALIDADE ACÇÕES DE CURTO PRAZO MODELOS DE COMPORTAMENTO SISTEMA DE APOIO À DECISÃO CUSTOS PLANO DE CONSERVAÇÃO RELATÓRIO ORÇAMENTAL RELATÓRIO DE QUALIDADE Figura 1 Esruura do Sisema de Gesão de Pavimenos 2. BASE DE DADOS RODOVIÁRIA A definição dos dados a armazenar na Base de Dados Rodoviária (BDR) é uma das arefas mais imporanes, já que a informação recolhida consiui o elemeno mais oneroso de qualquer Sisema de Gesão de Pavimenos (SGP). Os criérios que serviram de base à definição dos grupos de dados foram: a relevância dos dados; a sua fiabilidade; e a facilidade de aquisição. A BDR é consiuída pelos seguines grupos de dados: idenificação e referenciação dos rechos rodoviários; classificação das vias; hisória dos pavimenos; caracerização do ráfego; caracerização das condições climáicos; obras de consrução e conservação; acções de conservação; avaliação da qualidade dos rechos; e dados resulanes da aplicação do sisema. A ausculação dos pavimenos foi efecuada recorrendo a uma ficha de observação (Figura 2) e uilizando o seguine equipameno: 1 fia de 30 meros; 1 réguas de 1,5 meros; 1 régua de 20 cenímeros; 1 roda de medição de disâncias; e 1 máquina foográfica digial [1].

3 Nome do observador: Trecho n.º: Daa da observação:../.../... Esrada: Daa de consrução:../.../... Esruura do pavimeno: Classe da esrada: Daa da úlima reabiliação:../.../... Classe de ráfego: TMDA: TMDAp: Comprimeno médio do recho: Largura média do recho: Desgase Regularização Base Sub-base Leio do pav. Maerial CBR= % Espessura (m) Disância (m) Fendilhameno Pele de crocodilo Covas Peladas Def. localizadas Rodeiras Reparações Irregularidade Aderência Figura 2 - Ficha de observação dos pavimenos 3. SISTEMA DE AVALIAÇÃO DA QUALIDADE A qualidade dos pavimenos é avaliada aravés do índice PSI (Presen Serviceabiliy Index), que represena o esado do pavimeno, deerminado em função dos parâmeros irregularidade longiudinal, rodeiras, fendilhameno, pele de crocodilo, covas, peladas, e reparações. O cálculo do PSI é efecuado aravés da equação uilizada no Sisema de Gesão de Pavimenos de Lisboa [2,3,4], e que foi obida a parir da equação uilizada no SGP do Nevada DOT [5], a equação (1). Para cada recho rodoviário é uilizado um programa informáico que calcula os valores dos parâmeros de qualidade, incluindo o valor do índice global de qualidade PSI. Ese índice global varia enre 0,0 e 5,0, com 0,0 para um pavimeno em muio mau esado e 5,0 para um pavimeno em muio bom esado. De acordo com a experiência na uilização dese índice, verifica-se que um pavimeno novo dificilmene ulrapassa o valor 4,6. Por ouro lado, não é geralmene aceie que os pavimenos ainjam valores inferiores a 2,5 por se considerar que não apresenam qualidade suficiene para a circulação dos veículos em condições de segurança e conforo.

4 Casal do Abade Pinheirinho Cabeçadas Campo Redonda CM 1322 Digueifel CM 1313 Quinas da Meda Lourosa Pombal Quina do Seixal Fiais da Beira Vila Pouca da Beira Andorinha Negrelos Vilela Avô Póvoa de São Cosme Galizes Vendas de Galizes Senhora da Luz Bobadela QuinadaCosa Quina Vale Dona Clara Valeirinho Seixas Travanca de Lagos Sana Ovaia Ervedal da Beira Zambujeira Nogueira do Cravo Malha Pão Levadas Vila Franca da Beira Vendas de Gavinhos Aldeia de Nogueira Senhor das Almas Pone das Três Enradas Aldeia das Dez Gavinhos de Baixo Oliveira do Hospial Goulinho Gramaços Porela São Sebasião da FeiraMerujais Aldeia Formosa Lagares Gavinhos de Cima Sano Anónio do Alva Vale de Maceira Felgueira Velha Póvoa Cavadinhas Seixo da Beira Caraia de São Paio Avelar Lageosa Caldas de São Paulo Moia Gramaça Pedras Ruivas Quina do Poeiro Formarigo Vale Toro São Paio de Gramaços São Pedro Alvoco das Várzeas Chão Sobral Lagos da Beira Penalva de Alva Carvalha Sobreda Nogueirinha Meruge Chamusca da Beira Parene São Gião Parceiro Póvoa das Quaras Alenejo Rio de Mel PSI IRI = 5 e R ( C0 + S0 + Pa 0) (1) onde: IRI 0 é o valor da irregularidade longiudinal do pavimeno no ano 0, ano da observação dos pavimenos (mm/km); R0 é a profundidade média das rodeiras no ano 0 (mm); C0 é a área com fendilhameno e pele de crocodilo no ano 0 (m 2 /100m 2 ); S 0 é a área com desagregação superficial de maeriais (covas e peladas) no ano 0 (m 2 /100m 2 ); Pa 0 é a área com reparações no ano 0 (m 2 /100m 2 ). Na Figura 3 pode ver-se um mapa com a avaliação da qualidade dos pavimenos da rede rodoviária do Município de Oliveira do Hospial. Em cada recho rodoviário que foi observado é represenado o valor do parâmero de qualidade PSI. No Quadro 1 apresenam-se os valores dos parâmeros de qualidade, incluindo o valor do PSI, para quaro rechos da rede rodoviária de Oliveira do Hospial. CM 1309 CM 1309 CM 1310 CM 1311 CM 1311 CM 1311 EM 505 EM 505 EM EM 505 EM EM CM 1312 CM 1312 EM 507 EM EM 507 Variane à EN 337 Variane à EN 337 EM 502 CM 1313 EM 502 EM 502 EM 502 EM 502 Variane à EM 504 Variane à EM 504 EM 504 EM CM CM EM EM 517 EM 517 EM 517 CM 1323 EM 517 CM 1323 CM 1323 EM 517 CM 1322 CM 1322 CM 1323 CM 1323 EN 342 CM 1306 EN 342 CM 1306 CM 1306 CM 1306 CM 1306Fangela EM 510 EM 510 EM 510 EN 342 EM 509 EM 510 EM 509 EM 509 CM 1316 EM 506 EM 506 EM 506 EM 506 EM 515 EM 515 0<PSI< <PSI< <PSI< <PSI< <PSI< <PSI< <PSI< <PSI<4.0 PSI>4.0 Figura 3 - Avaliação do esado superficial dos pavimenos beuminosos

5 4. SISTEMA DE APOIO À DECISÃO DE CONSERVAÇÃO O Sisema de Apoio à Decisão (SAD) é consiuído pelas componenes apresenadas na Figura 4: o objecivo da análise; os dados e os modelos; as resrições; e os resulados. Anes de correr o programa informáico correspondene ao SAD o gesor da rede em que definir qual o objecivo que preende uilizar para a definição das acções de conservação e reabiliação dos pavimenos da rede, carregar os dados sobre os pavimenos da rede, escolher os modelos a uilizar e definir quais as resrições que preende que sejam verificadas. Ese SAD uiliza um modelo de opimização da conservação e reabiliação da rede rodoviária que permie definir as acções de conservação a aplicar a cada recho rodoviário em cada ano do período de análise [6,7,8]. O SAD uiliza o modelo de comporameno dos pavimenos definido pela equação (2), que é o modelo uilizado no méodo de dimensionameno de pavimenos flexíveis da AASHTO - American Associaion of Sae Highway and Transporaion Officials [9]. Ese méodo de dimensionameno de pavimenos é o mais uilizado na América do Nore e é provavelmene uns dos mais uilizados a nível mundial [10]. Objecivo a) Minimização dos cusos oais (consrução; conservação; cusos para os uenes; valor residual dos pavimenos ) b) Maximização da qualidade c) Ec. Dados e modelos Número de anos do período de análise Taxa de acualização do capial Largura, comprimeno e espessura das camadas dos pavimenos Qualidade acual dos pavimenos Modelos de comporameno dos pavimenos Acções de conservação e respecivos cusos uniários Modelo de cálculo dos cusos para os uenes Modelo de cálculo do valor residual dos pavimenos Valor dos níveis mínimos de qualidade Valor dos orçamenos anuais Resrições Verificação dos níveis mínimos de qualidade Uilização de acções de conservação adequadas a cada esado dos pavimenos Não ulrapassar o orçameno em cada ano Verificar o número máximo de inervenções durane o período de análise Resulados Plano de conservação e reabiliação mulianual Relaório de cusos Relaório da qualidade esruural e funcional dos pavimenos Figura 4 Componenes do Sisema de Apoio à Decisão

6 log 10 PSI log10 Dim ( 80 ) log10( 1) 0.20 N = Z R S + SN (2) ( SN + 1) log 10 ( M R ) 8.07 COV SN = N n= 1 H n C e n C PSI PSI PSI d n = (4) PSI T V T + 1 = Crehab (5) PSI 2.5 rehab Y Dim (1 + c) 1 N80 = 365 TMDA α p (6) c (3) onde: Dim N 80 é o número acumulado de eixos padrão de 80 kn no ano e na via mais soliciada, desde a consrução ou da úlima reabiliação; Z R é o desvio padrão; S 0 é o erro padrão combinado relaivo à previsão do ráfego e desempenho dos pavimenos; esruural do pavimeno no ano e é obido aravés da equação (3); PSI SN é o número é a diferença enre o valor do PSI no ano da consrução ou da úlima reabiliação e o PSI no ano ; M R é o módulo de deformabilidade do solo de fundação; o coeficiene esruural da camada n; os cusos de operação dos veículos no ano ( /km/veículo); H n é a espessura da camada n no ano (mm); e C n é d C n é o coeficiene de drenagem da camada n; COV são PSI é o índice de qualidade do pavimeno (Presen Serviceabiliy Index) no ano ; V T + 1 é o valor residual do pavimeno no ano T+1; C é o cuso da úlima acção de reabiliação aplicada ao pavimeno; PSI T + 1 é o rehab valor do PSI do pavimeno no ano T+1; PSI rehab é o valor do PSI poserior à aplicação da úlima acção de reabiliação aplicada ao pavimeno; TMDA p é o ráfego médio diário anual de veículos pesados no ano de aberura ou no ano seguine à úlima reabiliação, por senido e na via mais soliciada; c é a axa média de crescimeno anual do ráfego pesado; Y é a idade do pavimeno desde a consrução ou da úlima reabiliação (anos); α é o facor de agressividade do ráfego. 5. RESULTADOS DA APLICAÇÃO DO SGP

7 O SGP foi aplicado no planeameno da conservação de pare da rede rodoviária de Oliveira do Hospial. A informação necessária para correr esa aplicação foi exraída da Base de Dados Rodoviária que enreano foi consiuída. Como nível mínimo de qualidade (NMQ) foi considerado o valor 2,5 para o parâmero designado por PSI. Nos gráficos seguines apresenam-se rês soluções de conservação dos pavimenos. A primeira solução, designada por solução inicial, é definida apenas pelo nível mínimo de qualidade em ermos de PSI. Ou seja, quando deerminado pavimeno ainge um valor de PSI de 2,5 é acivada uma deerminada inervenção correciva de conservação. Esa solução é definida com base numa políica correciva das paologias dos pavimenos e não numa políica preveniva, mais adequada a médio/longo prazo. A segunda solução, designada por solução final opimizada pela minimização dos cusos de conservação, é deerminada pelo SAD endo como objecivo minimizar os cusos de conservação dos pavimenos de oda a rede rodoviária durane o período de análise de 20 anos. A erceira solução, designada por solução final opimizada pela minimização dos cusos oais, é deerminada pelo SAD considerando, além dos cusos de conservação, ambém os cusos de operação dos veículos e o valor residual dos pavimenos. Nas duas úlimas soluções de conservação são definidas inervenção prevenivas originando menores cusos durane o período de análise. Com o objecivo de se analisarem os resulados da aplicação do SGP foram escolhidos quaro rechos rodoviários endo em cona quaro esados de conservação diferenes no ano inicial. No Quadro 1 apresenam-se os aribuos desses quaro rechos rodoviários. No Quadro 2 esão represenadas as inervenções de conservação a aplicar nos quaro rechos rodoviários referidos aneriormene, para cada uma das esraégias de conservação, correspondendo a definir as inervenções pelo NMQ, pela minimização dos cusos de conservação e pela minimização dos cusos oais, respecivamene. Na Figura 5 esá represenada a evolução do índice PSI ao longo dos anos para um recho perencene à Esrada Municipal 504, podendo ser feio o mesmo para cada um dos resanes rechos. Para ese recho, que se enconra em mau esado (PSI = 1,40), considerando a solução inicial, aparece a inervenção 2 (colocação de uma membrana ani-propagação de fendas + aplicação de 5 cm de beão beuminoso em camada de desgase) logo no ano 0 correspondendo a uma inervenção correciva devido ao PSI ser inferior a 2,5 (Quadro 2 e Figura 5). Em ermos de cusos, para um período de análise de 20 anos, resula um cuso de conservação de ,4, um cuso de operação dos veículos de ,7 e um valor residual de ,0. Verifica-se que a mesma solução foi obida pela minimização dos cusos de conservação. Iso aconece porque o ráfego é reduzido, fazendo com que a curva de evolução do PSI não vole a aingir o NMQ. Considerando a solução final opimizada pela minimização dos cusos oais, aparece a inervenção 2 nos anos 0 e 19 correspondendo a primeira a uma inervenção correciva e a segunda a uma inervenção preveniva (Quadro 2 e Figura 5).

8 Quadro 1 - Aribuos dos rechos rodoviários Aribuos Trechos EM 506 EM 509 EM 504 Trecho_ID Classe_via Dis. local Dis. local Dis. local Dis. local Comprimeno (m) 400, , , ,00 Largura (m) 5,00 5,00 5,00 5,00 CBR_leio_pavimeno Esp._camadas_ligadas (m) 0,26 0,26 0,28 0,28 Número_esruural 2,14 2,14 2,54 2,54 Idade (anos) TMDA TMDA_pesados Taxa_crescimeno 0,02 0,02 0,02 0,02 Facor_agressividade_ráfego 2,00 2,00 2,00 3,00 Perc_Fendilhameno (%) 0,00 0,00 21,00 3,92 Perc_PeleCrocodilo (%) 0,00 0,00 0,00 70,59 Perc_Covas (%) 0,00 0,00 20,00 28,00 Perc_PerdaMaSuperficial (%) 0,00 0,00 22,00 71,00 Perc_Reparações (%) 0,00 0,00 0,00 50,00 Prof_Média_Rodeiras (mm) 0,00 0,00 0,00 0,00 Perc_Fendilhameno (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 IRI (mm/km) PSI 4,39 3,50 2,32 1,40 Quadro 2 Inervenções de conservação para o período de análise de 20 anos Inervenções definidas apenas pelo NMQ Ano Trecho PSI EM 506 4, , EM 509 2, EM 504 1, Inervenções definidas pela minimização dos cusos de conservação Ano Trecho PSI EM 506 4, , EM 509 2, EM 504 1, Inervenções definidas pela minimização dos cusos oais Ano Trecho PSI EM 506 4, ,

9 EM 509 2, EM 504 1, Legenda: 1 - Conservação correne 2 - Colocação de uma membrana ani-propagação de fendas + aplicação de beão beuminoso (5 cm) PSI 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Solução inicial definida pelo NMQ Solução final opimizada (Min CC) Solução final opimizada (Min CC+COV-VR) Ano Figura 5 - Evolução do PSI para o recho da EM 504 Em ermos de cusos, para um período de análise de 20 anos, resula um cuso de conservação de ,5, um cuso de operação dos veículos de ,7 e um valor residual de ,8. Em ermos de cusos oais eses passam de ,1 (solução inicial) para ,4 (solução final opimizada pela minimização dos cusos oais), ou seja há uma redução de ,7. Ou seja, gasa-se mais ,1 em conservação dese recho mas poupa-se 13092,0 em operação dos veículos que circulam nese recho e ganha-se ,8 no valor residual do pavimeno no fim do período de análise. 6. CONCLUSÕES Ese Sisema de Gesão da Conservação de Pavimenos consiui uma ferramena de ajuda aos Engenheiros Rodoviários na omada de decisões de conservação dos pavimenos. O sisema será poseriormene aplicado a oda a rede rodoviária de Oliveira do Hospial. No fuuro poderão ser efecuadas algumas modificações ao sisema de modo a corresponder melhor às necessidades da Câmara Municipal de Oliveira do Hospial. AGRADECIMENTOS

10 Os auores dese esudo agradecem à Fundação para a Ciência e Tecnologia o apoio financeiro disponibilizado aravés do Projeco POCTI/ECM/46461/ A Deerminisic Segmen- Linked Pavemen Managemen Sysem, comparicipado pelo Fundo Comuniário Europeu FEDER. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Menezes, S. - "Implemenação de um Sisema de Gesão de Pavimenos Rodoviários para o Município de Oliveira do Hospial". Versão não definiiva da ese de Mesrado em Engenharia Urbana. Deparameno de Engenharia Civil, Universidade de Coimbra, [2] Picado-Sanos, L., Ferreira, A., Anunes, A., Carvalheira, C., Sanos, B., Bicho, M. H., Quadrado, I., Silvesre, S. - "The Pavemen Managemen Sysem for Lisbon", Municipal Engineer, Insiuion of Civil Engineers, Vol. 157, Issue ME [3] Sanos, B., Picado-Sanos, L., Anunes, A., Ferreira, A., Carvalheira, C., Bicho, M. H., Quadrado, I., Silvesre, S. - "Desenvolvimeno duma Base de Dados como Insrumeno dum Sisema de Gesão duma Rede Rodoviária Urbana", 2.º Congresso Rodoviário Poruguês, Vol. I, LNEC, Lisboa, Porugal páginas. [4] Ferreira, A., Picado-Sanos, L., Anunes, A. and Pereira, P. - "A Deerminisic Opimizaion Model Proposed for Lisbon s PMS", Proceedings of he Third Inernaional Symposium on Mainenance and Rehabiliaion of Pavemens and Technological Conrol, Guimarães, Porugal páginas. [5] Sebaaly, P. E., Hand, A., Epps, J. e Bosch, C. - "Nevada s Approach o Pavemen Managemen". Transporaion Research Record, Vol [6] Ferreira, A. and Flinsch, G. - "Life-Cycle Cos Analysis Sysem for Infrasrucure Managemen", Proceedings of he ICCES04 - Inernaional Conference on Compuaional and Experimenal Engineering and Sciences. Madeira, Porugal Vol. 1, 6 páginas. [7] Ferreira, A., Picado-Sanos, L. and Anunes, A. - "A Segmen-Linked Opimizaion Model for Deerminisic Pavemen Managemen Sysems". The Inernaional Journal of Pavemen Engineering, Vol. 3 (2) [8] Ferreira, A., Picado-Sanos, L. - "La Gesión de la Calidad de las Redes Viarias: Esado Acual de Conocimienos y Desarrollos Fuuros". Revisa Carreeras, Asociación Española de la Carreera, N.º [9] AASHTO Guide for Design of Pavemen Srucures, American Associaion of Sae Highway and Transporaion Officials. USA

11 [10] C-SHRP Pavemen Srucural Design Pracices Across Canada, C-SHRP Technical Brief #23, Canadian Sraegic Highway Research Program. Canada