AVALIAÇÃO DA RELAÇÃO ENTRE AS CARACTERÍSTICAS SUPERFICIAIS DOS PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS E A SEGURANÇA DE CIRCULAÇÃO DO TRÁFEGO

Transcrição

1 AVALIAÇÃO DA RELAÇÃO ENTRE AS CARACTERÍSTICAS SUPERFICIAIS DOS PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS E A SEGURANÇA DE CIRCULAÇÃO DO TRÁFEGO ANA FERNANDES ENGENHEIRA CIVIL / BOLSEIRA DE INVESTIGAÇÃO, FCT E IST CESUR JOSÉ NEVES PROFESSOR AUXILIAR, IST CESUR RESUMO O objectivo desta comunicação é a análise da relação existente entre as características superficiais do pavimento e a segurança de circulação do tráfego rodoviário. Devido a uma oferta alargada de novos materiais e tecnologias de pavimentação e de uma procura mais exigente por parte dos utentes da estrada, as características funcionais do pavimento são cada vez mais valorizadas. Com base em dados de acidentes segregados por tipo de secção e de condições de piso, relativos a um conjunto seleccionado de itinerários da Rede Rodoviária Nacional, são divulgadas as primeiras conclusões de um estudo em desenvolvimento sobre esta temática. Os resultados apresentados permitem não só salientar a grande importância do atrito e da textura na ocorrência de acidentes, mas também contribuir para o desenvolvimento de uma metodologia de projecto de pavimentação baseada em critérios de segurança. 1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS A segurança rodoviária é um dos temas de grande actualidade que tem merecido especial atenção e preocupação, quer por parte das Administrações Rodoviárias ou outras entidades com iguais competências, quer por parte dos utentes da estrada que são os mais directos intervenientes e principais avaliadores dessa segurança. Nas últimas décadas tem-se registado um aumento significativo do tráfego nas estradas de todo o mundo. Conduzir é agora uma tarefa que envolve maiores riscos para o utente da estrada. Vários estudos indicam que o comportamento humano é o factor com maior influência nos acidentes rodoviários (aproximadamente 95%), mas a infra-estrutura e o ambiente rodoviário têm também uma contribuição significativa (28% no Reino Unido e 34% nos Estados Unidos), como se pode observar na figura 1. Em Portugal, de acordo com o Plano Nacional de Prevenção Rodoviária, a influência da infra-estrutura nos acidentes rodoviários situa-se entre 4% e 75%.

2 Figura 1 Factores influentes na ocorrência de acidentes rodoviários Para diminuir alguns desses riscos, o utente deve respeitar as regras de trânsito enquanto o engenheiro rodoviário tem a responsabilidade de fazer projectos de estradas seguras intervindo, em particular, no traçado, sinalização e, também, na escolha do tipo de pavimento. Hoje em dia, as características funcionais dos pavimentos são cada vez mais valorizadas, decorrentes de uma oferta alargada de novos materiais e tecnologias e de uma procura mais exigente por parte dos utentes da estrada. Os métodos mais comuns de dimensionamento de pavimentos rodoviários têm apenas em consideração a capacidade estrutural dos mesmos sendo, por isso, necessário adquirir maior conhecimento na área das propriedades funcionais conforto e segurança de circulação. As características mais importantes do pavimento, que normalmente se consideram envolvidas na segurança de circulação do tráfego, são a resistência à derrapagem, usualmente conhecida por atrito, e a textura. A utilização de uma adequada metodologia de projecto de pavimentação, no que diz respeito às características de superfície, será certamente um contributo importante para a redução da probabilidade e da gravidade dos acidentes, em particular, e para a melhoria da qualidade da rede rodoviária, em geral. Considera-se que a definição desta metodologia, baseada sobretudo em critérios de segurança, passa pelo desenvolvimento das etapas apresentadas na figura 2. Com esta comunicação são apresentadas relações entre as características superficiais do pavimento e os acidentes obtidas com base em dados de sinistralidade de dois itinerários da rede rodoviária nacional. Os resultados permitiram evidenciar a importância das características de superfície do pavimento, expressa pelo coeficiente de atrito transversal, no número de acidentes ocorrido e servirão, no futuro, à validação e calibração de modelos de comportamento do tráfego que vierem a ser desenvolvidos. Estes modelos serão essenciais à

3 definição de critérios de segurança relativos às principais características de superfície dos pavimentos: resistência à derrapagem (atrito) e textura. Características do tráfego Condições climáticas Características do traçado Características de superfície Dados de sinistralidade 1. Estudo da influência das características de superfície dos pavimentos na segurança de circulação do tráfego 2. Avaliação da evolução das características de superfície dos pavimentos 3. Desenvolvimento de modelos de comportamento 4. Validação e calibração dos modelos de comportamento 5. Definição de critérios de segurança Figura 2 Etapas para a definição de critérios de segurança a utilizar no projecto funcional de pavimentação rodoviária 2. O ESTADO DA ARTE UM CASO DE SUCESSO A associação do atrito ao risco de acidente é, em parte, óbvia. Por exemplo, quando a estrada está mais escorregadia, constata-se que o risco de despiste é maior do que numa situação normal. A complexidade desta análise é traduzida na prática pela dificuldade em estabelecer valores limites de atrito e textura principais parâmetros caracterizadores da superfície dos pavimentos a utilizar no âmbito do controlo de qualidade da construção e manutenção de estradas. A forma que se considera mais viável para estabelecer esses valores limites pode ser através da análise do risco de acidente e a sua relação com a resistência à derrapagem. Uma baixa resistência à derrapagem não causa acidentes por si só, mas pode ser um factor contributivo significante. Alguns países possuem normas para garantir níveis seguros de

4 resistência à derrapagem [1] [2]. O Reino Unido é um dos países líderes no que diz respeito à monitorização do atrito. Desde 1988 que têm implementada uma política para gerir o nível de resistência à derrapagem da rede principal. Esta política resulta de investigação desenvolvida na procura de relações entre o risco de acidente e os valores de resistência à derrapagem. O objectivo é providenciar níveis seguros apropriados a locais com diferentes características. Para cada categoria do local é estabelecido um nível de investigação (quadro 1) que, para valores da resistência à derrapagem iguais ou inferiores aos preconizados, impõe a necessidade de uma investigação ao local e, caso seja necessário, a superfície do pavimento será sujeita a obras de conservação ou reabilitação. A importância de definir valores diferentes consoante a categoria do local está relacionada com a influência da resistência à derrapagem em alguns elementos de traçado. Do ponto de vista da segurança, há elementos do traçado que necessitam de atenção especial, como é o caso de zonas em curva, aproximação a cruzamentos ou trainéis com inclinação acentuada. Em Portugal, a resistência à derrapagem começa a ser considerada um factor importante na compreensão dos acidentes rodoviários. Os excertos do Manual de Sistema de Gestão de Pavimentos das Estradas de Portugal e do Plano Nacional de Prevenção Rodoviária de 23, respectivamente, que são transcritos em seguida, notam a preocupação em estudar de forma mais aprofundada o factor resistência à derrapagem, para melhorar a segurança de circulação. Quadro 1 Níveis de Investigação a 5km/h [3] Categoria do local Nível de investigação Auto-estradas,3,35 Alinhamento recto com dupla faixa de rodagem,3,4 Alinhamento recto com uma faixa de rodagem,33,45 Aproximação a cruzamentos prioritários, semaforizados e rotundas,45,55 Aproximação a passagem de peões ou outras situações de alto risco,5,55 Rotundas,45,5 Trainéis com inclinação longitudinal entre 5 a 1% e extensão superior a 5 m,45,5 Trainéis com inclinação longitudinal > 1% e extensão superior a 5 m,45,55 Raios de curvatura em planta <5m em dupla faixa de rodagem,45,5 Raios de curvatura em planta <5m em faixa de rodagem simples,45,55 ( ) A aderência por vezes não é considerada ao nível do sistema de gestão, como parâmetro que intervém na tomada de decisão em conjunto com outros parâmetros de estado. Trata-se de um parâmetro que, pela sua forte relação com a segurança de circulação, por si só dá lugar a indicações de intervenção nos pavimentos. Assim, este

5 parâmetro deve ser considerado como indicador-fusível : ou tem um valor aceitável, e não oferece nenhuma indicação, ou não tem e características, tais como, o atrito/textura superficial têm de ser recuperadas. ( ). Quanto à Aderência, ( ) sendo necessário definir qual o tipo de indicador e as respectivas classes, ou seja os valores de referência para a respectiva classificação. ( ) Relativamente à definição dos valores de referência de cada classe deste parâmetro, deverá ser realizado um adequado estudo, que tenha em conta os valores que normalmente se obtém no pavimento e a respectiva evolução ao longo do tempo, e ainda o nível de risco que se pretende assumir. ( ). ( ) V.2 - Indicadores de desempenho em segurança rodoviária ( ) b) relativos à infra-estrutura - coeficiente de atrito dos pavimentos com piso seco e com piso molhado (necessário definir coeficientes mínimos admissíveis por tipo de estradas) ( ). Os indicadores utilizados na avaliação da qualidade das características funcionais dos pavimentos das estradas nacionais são a resistência à derrapagem e a textura. Os métodos de controlo de qualidade são aplicados, na maioria das vezes, a estradas novas e não tão frequentemente às já existentes. A Estradas de Portugal (EP) e a BRISA estipulam no respectivo Caderno de Encargos, os valores mínimos para estradas novas (quadro 2). Os requisitos de qualidade das estradas existentes estão normalmente relacionados com os sistemas de gestão de pavimentos adoptados. É importante salientar que troços com características particulares tal como curvas, aproximação a cruzamentos e zonas urbanas não são considerados. Camadas de desgaste de materiais mais recentes, como misturas com betume modificado com borracha ou fibras, em pavimentos novos ou reabilitados também não estão incluídos nos valores especificados. Quadro 2 Valores normativos mínimos de textura e resistência à derrapagem Propriedade Textura Resistência à derrapagem Mancha de Areia Método Valor mínimo EP Brisas Betão betuminoso >,6 >,6 Betão betuminoso drenante > 1,2 Não especificado Microbetão betuminoso > 1, > 1, SCRIM >,4 (5 km/h) >,2 (12 km/h) >,5 Pêndulo Britânico >,55 Não especificado

6 Contudo, os acidentes não têm causa única e a resistência à derrapagem é apenas um dos factores que pode contribuir para a ocorrência dos acidentes. Estudos recentes demonstram uma grande evolução nas técnicas para estabelecer relações entre os acidentes, o tráfego e o traçado. É cada vez mais reconhecido a adaptabilidade dos modelos lineares generalizados (MLG) a estes dados. Os MLG podem ser utilizados em duas situações: variáveis dependentes, com distribuições discretas; variáveis dependentes que não têm uma relação linear com as variáveis explicativas. No caso dos acidentes, ambas as situações são verdadeiras. A forma mais comum para formular modelos de previsão de acidentes é assumir que a frequência de acidentes segue uma distribuição Poisson. Embora esta distribuição tenha a vantagem da média ser igual à variância, no entanto, surgem problemas de sobredispersão sempre que a variância é verdadeiramente superior à média. Isto não afecta a estimação dos coeficientes, mas pode subestimar o desvio padrão. A estrutura do modelo aplicável a troços de estrada é representada na Equação (1) [4]. p ( µ ) a N exp E (1) = β jx ij onde: E(µ) frequência esperada de acidentes (por ano e por km) N tráfego médio diário anual (TMDA) x ij variáveis descritivas da geometria de traçado e ambiente rodoviário (resistência à derrapagem, profundidade de textura, raios de curvatura, inclinação dos trainéis, precipitação) a, p, β j parâmetros estimados 3. RELAÇÃO ENTRE AS CARACTERÍSTICAS SUPERFICIAIS DO PAVIMENTO E OS ACIDENTES RODOVIÁRIOS 3.1. Recolha de dados Conforme se pode concluir da figura 2, a recolha de dados é essencial no desenvolvimento de todas as etapas propostas para definir os critérios de segurança necessários ao projecto funcional dos pavimentos, quer ao nível de construção nova quer ao nível da manutenção. Para cada troço seleccionado para o estudo, decidiu-se que a pesquisa dos diferentes tipos de dados teria as seguintes fontes: a) Características de superfície pretende-se conhecer o atrito e a textura da camada de desgaste de cada troço seleccionado. Para obter estes dados, foram consultados os

7 elementos obtidos pela Universidade do Minho no âmbito de uma campanha alargada de auscultação de pavimentos da rede rodoviária nacional, em b) Dados de sinistralidade o objectivo é conhecer as características dos acidentes rodoviários com vítimas ocorridos em cada troço seleccionado. Optou-se por obter a descrição dos acidentes ocorridos entre 1997 e 22. Para obter esta informação recorreu-se à ex-direcção Geral de Viação. c) Características gerais neste conjunto de dados incluem-se elementos relativos ao traçado (directriz, rasante e perfil transversal), ao tráfego (TMDA e velocidade), ao tipo de camada de desgaste e condições climáticas. Na pesquisa destes elementos foram consultadas as Direcções de Estradas a que pertencem cada um dos troços seleccionados. No que diz respeito às características de superfície, os troços sujeitos à campanha de auscultação realizada em 1999 pela Universidade do Minho foram classificados consoante os seus valores de atrito transversal () e altura equivalente de areia (AAE) nos seguintes níveis: bom ( 65; AAE,8); médio (4 <65;,4 AAE<,8); e mau (<4; AAE<,4). Confrontando esta avaliação com os dados de acidentes nos troços respectivos, foi possível fazer uma primeira selecção dos principais troços a analisar. O processo de selecção só foi concluído depois de avaliada a disponibilidade da informação sobre cada troço. Constatou-se que a qualidade dos dados recolhidos não era tão boa quanto seria desejável para este estudo. Por esse motivo, foi necessário alterar o plano de estudo das relações entre os acidentes e as propriedades funcionais do pavimento. A utilização da equação (1) requer rigor nos dados representados por x ij. Não sendo possível obter essa informação com o nível de rigor requerido, optou-se por aplicar a metodologia descrita seguidamente Metodologia A metodologia implementada consistiu em segregar os dados de acidentes por tipo de secção (planta e perfil longitudinal) e condições do piso, de forma a determinar a importância do atrito e da textura na ocorrência de acidentes em cada situação específica. Em termos de tipo de secção, optou-se por estudar alinhamentos em recta e em curva, no que diz respeito ao traçado em planta, e por considerar trainéis inclinados e em patamar, relativamente ao perfil longitudinal. Foram consideradas duas condições do piso: molhado e seco. A figura 3 esquematiza as combinações analisadas, tendo em conta todas estas características.

8 Combinação Planta Perfil longitudinal Condições do piso 1 CURVA 2 RECTA 3 CURVA INCLINADO 4 CURVA PATAMAR 5 RECTA INCLINADO 6 RECTA PATAMAR 7 CURVA INCLINADO MOLHADO 8 CURVA INCLINADO SECO 9 CURVA PATAMAR MOLHADO 1 CURVA PATAMAR SECO 11 RECTA INCLINADO MOLHADO 12 RECTA INCLINADO SECO 13 RECTA PATAMAR MOLHADO 14 RECTA PATAMAR SECO 15 CURVA MOLHADO 16 CURVA SECO 17 RECTA MOLHADO 18 RECTA SECO 19 MOLHADO 2 SECO 21 TODOS 22 EM CRUZAMENTOS Figura 3 Esquema das combinações analisadas Sendo que o objectivo é a avaliação da influência das características de superfície nos acidentes rodoviários, as variáveis escolhidas como explicativas são a resistência à derrapagem e a textura. Para definir a variável dependente, foram feitas duas tentativas: na primeira tentativa utilizou-se o número de acidentes ocorridos em 6 anos (de 1997 a 22); na segunda, utilizou-se o número total de vítimas em 6 anos (de 1997 a 22). A linha de tendência preferencialmente escolhida pela qualidade de ajustamento aos resultados observados foi a função exponencial. Todas as análises foram primeiramente efectuadas para os troços em separado e, posteriormente, para o conjunto de todos os troços, considerando-se para este caso o tráfego respectivo de cada troço Resultados De forma a exemplificar a metodologia descrita anteriormente, apresentam-se os resultados obtidos para dois itinerários seleccionados da rede rodoviária principal, com características de traçado e condições atmosféricas registadas ao longo do ano distintas: a) Itinerário B este itinerário situa-se no centro do país e é caracterizado por TMDA na ordem dos 46 veíc./dia, pavimento betuminoso tradicional e traçado sinuoso, com uma frequência elevada de alinhamentos em curva.

9 b) Itinerário E este itinerário localiza-se no sul do país e é caracterizado por um TMDA bastante elevado (cerca de 25 veíc/dia), pavimento betuminoso tradicional, traçado essencialmente em alinhamento recto e muitos cruzamentos. Na figura 4 apresentam-se relações entre o número de acidentes e o coeficiente de atrito transversal (), para os dois itinerários e para três combinações: em todos os troços, em curva e em recta. A observação desta figura permite constatar que os coeficientes de correlação obtidos não são muito elevados (<,5). No entanto, tendo em conta que o atrito é apenas um dos factores que contribui para a ocorrência de acidentes, considera-se muito significativo que o possa explica 45% dos acidentes ocorridos no itinerário B (figura 4a) e 24% no itinerário E (figura 4d) Nº de acidentes y = 12,69e -,696x R 2 =,4537 Nº de acidentes 2 1 y = 67,85e -,633x R 2 =, (a) Itinerário B: todos os troços (d) Itinerário E: todos os troços Nº de acidentes y = 3,33e -,535x R 2 =,2892 Nº de Acidentes y = 4,138e -,96x R 2 =, (b) Itinerário B: em curva (e) Itinerário E: em curva 5 25 N º d e a cid en tes y = 5,1135e -,182x R 2 =, (c) Itinerário B: em recta Nº de Acidentes y = 77,46e -,763x R 2 =, (f) Itinerário E: em recta Figura 4 Relações entre o número de acidentes e o coeficiente de atrito transversal (), em dois itinerários

10 Da análise da figura 4, considera-se importante salientar que: a) Nos troços em recta do itinerário B, as condições de atrito explicam pouco a ocorrência dos acidentes. Pelo contrário, nos troços em curva, essa importância é maior e mais significativa (29%). Este é um troço em que os raios de curvatura são pequenos e daí o atrito transversal ter muita importância para contrariar a força centrífuga. Quando o atrito desce para valores muito baixos, a perda de aderência dá origem a despistes. A percentagem de acidentes por despiste neste troço, nos anos estudados, foi de 63%. b) No caso do itinerário E, o que se observa é a situação inversa. O atrito tem maior influência em troços rectos. O acidente típico mais frequente é a colisão 16% dos acidentes registados são colisões traseiras. Esta percentagem pode estar relacionada com a dificuldade em travar em distâncias reduzidas. Este itinerário é caracterizado por um volume elevado de tráfego. O coeficiente de correlação de 34% entre a frequência de acidentes e o atrito pode indicar isso mesmo. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Nesta comunicação é feita a descrição da primeira etapa do trabalho de investigação em curso com vista à definição de uma metodologia de projecto funcional de pavimentos (figura 2). Foram apresentados alguns resultados que permitiram desde já salientar a importância das características superficiais do pavimento na ocorrência de acidentes. Outras etapas se seguirão e os resultados serão utilizados para definir e validar critérios de segurança. Estes critérios resultarão na forma de uma expressão, tabela ou ábaco em que os inputs serão o tráfego, a geometria e o clima e, o output, uma escala de valores de resistência à derrapagem e textura a adoptar, de acordo com a técnica de pavimentação utilizada na camada de desgaste. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] The Highways Agency. Design Manual for Roads and Bridges: Volume 7 - Pavement Design and Maintenance: Section 3 - Pavement Maintenance Assessment: Part 1 - Skid resistance. The Highways Agency, London, 24. [2] TNZ. Specification for skid resistance investigation and treatment selection. Transit New Zealand, 22. [3] Viner, H. E., Sinhal, R. e Parry, A. R. Review of UK skid resistance policy. Routes/Roads, nº 326 de 25, [4] Greibe, P. Accident prediction models for urban roads. Accident Analysis and Prevention, nº 35 de 23,