LOCALIZAÇÃO DE PATOLOGIAS DE ORIGEM GEOTÉCNICA EM PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS COM RECURSO A BDE E SIG

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1 LOCALIZAÇÃO DE PATOLOGIAS DE ORIGEM GEOTÉCNICA EM PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS COM RECURSO A BDE E SIG DETECTION OF ROAD PAVEMENT PATHOLOGIES OF GEOTECHNICAL ORIGIN USING EDB AND GIS Maganinho, Leonor; Universidade da Beira Interior, Covilhã, Portugal, LeonorMaganinho@hotmail.com Santos, Bertha; Universidade da Beira Interior, Covilhã, Portugal, bsantos@ubi.pt Almeida, Pedro; Universidade da Beira Interior, Covilhã, Portugal, galmeida@ubi.pt Gonçalves, Jorge; Universidade da Beira Interior, Covilhã, Portugal, jorge@ubi.pt RESUMO Muitas das degradações presentes em pavimentos rodoviários flexíveis surgem devido à influência de fatores geotécnicos associados aos materiais não ligados (camadas não ligadas dos pavimentos e fundação). Tendo por base o trabalho desenvolvido numa dissertação de mestrado, onde foi proposta uma metodologia de baixo custo com recurso a GNSS, imagem vídeo e SIG para levantamento, registo e análise das degradações de pavimentos rodoviários flexíveis, a presente comunicação apresenta um estudo das relações existentes entre as degradações presentes nos pavimentos, as condições geotécnicas e os sistemas de drenagem existentes nas vias. Estas relações, encontradas através da aplicação das ferramentas espaciais disponíveis nos SIG, permitem auxiliar a localização de secções de pavimentos degradados com causas de origem geotécnica, obtendo-se como resultado cartas de informação para apoio ao projeto de conservação e reabilitação de pavimentos rodoviários. ABSTRACT A number of degradations presented by flexible road pavements occur due to the influence of geotechnical factors associated to unconsolidated materials (pavement and foundation unbound materials). Considering the author s research developed during her master s degree proposing a low cost method using GNSS, video image and GIS to register and analyze flexible road pavement degradations, this paper presents a study relating degradations on pavements, geotechnical conditions and drainage network on roads. The expected relations found through the use of spatial tools available on GIS, aid localizing degraded pavement sections with geotechnical origin, resulting in information maps supporting rehabilitation and conservation projects for road pavements. 1 - ASPECTOS GEOTÉCNICOS NA DEGRADAÇÃO DE PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS Enquadramento As obras rodoviárias são obras que devido às suas características, particularmente à sua linearidade, implicam o emprego de materiais muito variados, sendo por isso necessário, no projeto rodoviário, o conhecimento exato dos materiais envolvidos e dos seus respetivos comportamentos em serviço, garantindo assim a segurança estrutural da obra rodoviária. A realização de estudos geológicos e geotécnicos permitem a adequada identificação e caracterização dos materiais não ligados envolvidos numa obra rodoviária. As informações obtidas nestes estudos apoiam a escolha do traçado e a conceção, e dimensionamento de elementos como os pavimentos e as obras de arte. Nos pavimentos, as características de resistência dos materiais não ligados que os constituem devem ser conhecidas e consideradas nos métodos de dimensionamento adotados, o que garante que as tensões a que os mesmos estarão sujeitos sejam inferiores às tensões admissíveis, e por consequência, um bom desempenho durante o período de serviço, evitando a degradação prematura do pavimento. O índice CBR (California Bearing Ratio) tem sido usado como indicador geral (indireto) da qualidade destes materiais em termos de rigidez e de resistência à deformação permanente. No entanto, tendências mais recentes apontam para a substituição deste índice por ensaios de determinação direta do módulo de deformabilidades destes materiais (FHWA, 2006).

2 1.2 - A influência de aspetos geotécnicos e da drenagem no aparecimento de degradações em pavimentos rodoviários flexíveis Muitas das degradações presentes nos pavimentos rodoviários flexíveis surgem devido à influência de fatores geotécnicos associados aos materiais não ligados (camadas não ligadas dos pavimentos e fundação). Segundo Yoder e Witczak (1975), durante a fase de construção dos pavimentos e respetivas fundações, uma das principais causas de deterioração dos pavimentos é a inadequada fiscalização e controlo dos trabalhos em obra. Assim, mesmo para materiais corretamente identificados e caracterizados, a adoção de procedimentos inadequados na fase de construção podem dar origem ao aparecimento de degradações nos pavimentos. Como exemplo, Yoder e Witczak (1975) apontam o caso das regas mal efetuadas durante os trabalhos de terraplenagem, as quais podem propiciar a acumulação de água na fundação, fazendo com que esta se encontre num estado saturado pouco favorável a um adequado desempenho, dando origem a deformações do pavimento. Durante o período de serviço, os materiais granulares não ligados dos pavimentos, incluindo o solo de fundação, sofrem a ação acumulada das cargas rodoviárias, sendo sensíveis à ação da água. O tráfego contribui, ao longo do tempo, para o adensamento das camadas do pavimento e do solo de fundação por ação do desgaste mútuo da componente granular e pós-compactação das camadas, dando origem à formação de assentamentos irreversíveis. Neste processo, a ação da água tem como efeito uma diminuição do atrito interno dos materiais granulares, o que, sob a ação das cargas, facilita um novo arranjo das partículas. A ocorrência de uma drenagem deficiente ao nível da fundação é apontada em FHWA (2006) como uma das principais causas geotécnicas de degradação dos pavimentos, já que pode propiciar a variação de volume do solo de fundação, incluindo os efeitos dos ciclos de gelo-degelo; problemas de assentamentos diferenciais; e o transporte das partículas mais finas do solo, causando problemas como o entupimento dos órgãos de drenagem e o bombeamento das partículas mais finas (contaminação movimento de materiais). A tabela 1 apresenta os principais fatores geotécnicos que podem estar na origem do aparecimento de degradações em pavimentos flexíveis. Tabela 1 Influência de aspetos geotécnicos no aparecimento de degradações em pavimentos flexíveis (adaptado de (FHWA, 2006)) Insuficiente capacidade de suporte da base Insuficiente capacidade de suporte da subbase Problemas de drenagem e presença de água Ciclos de gelo/degelo Empolamento Contaminação (Movimento de materiais) Variabilidade da localização espacial Fendas de fadiga X X X X X Rodeiras X X X X X Ondulações X Empolamento X X X Depressões X X X X X Covas X X X Irregularidade longitudinal X X X X X X X A presença de água na fundação e na estrutura do pavimento pode ter origem na subida das águas subterrâneas, por capilaridade, ou na infiltração lateral a partir das bermas e das valetas. No entanto, o excesso de água na estrutura do pavimento deve-se normalmente à infiltração da água a partir da superfície, através das fendas existentes na camada de desgaste. Segundo um estudo realizado no Departamento de Transporte de Minnesota, 40% da água das chuvas acaba por entrar para a estrutura do pavimento (Hagen e Cochran, 1995).

3 Os efeitos prejudiciais que a presença da água provoca na estrutura do pavimento, ao nível das bases e sub-bases granulares, pode traduzir-se numa perda da capacidade de suporte destas camadas igual ou superior a 50% (AASHTO, 1993), o que propicia a degradação do pavimento. Segundo o FHWA (2006), várias abordagens podem ser adotadas para controlar ou reduzir os problemas relacionados com a presença de água na estrutura e fundação dos pavimentos: Adoção de técnicas de prevenção - tais como inclinações transversais e longitudinais que propiciem um escoamento superficial rápido, mantendo fechadas as fendas e outras descontinuidades do pavimento para evitar a infiltração da água através da superfície. Uso de materiais pouco sensíveis aos efeitos da água - incluindo materiais granulares e bases de cimento ou solo-cimento. Adoção de determinadas características de projeto - tais como a pavimentação da largura total da faixa de rodagem, eliminando assim a infiltração de água através das juntas longitudinais. Adoção de sistemas de drenagem subterrânea - com utilização de sistemas de drenos e valas projetados de forma a facilitar o escoamento sob o pavimento, ou de bases permeáveis associadas a drenos para escoamento da água que se infiltra a partir da superfície do pavimento. A tabela 2 apresenta, para os pavimentos flexíveis, as degradações e respetivas causas com origem em problemas relacionados com a presença excessiva de água na fundação e estrutura dos pavimentos, fazendo ainda referência à influência do efeito das condições climáticas e das cargas do tráfego, e aos materiais empregues na construção. Com base nas relações apresentadas nas tabelas 1 e 2 e nas recomendações de projeto e construção existentes na bibliografia da especialidade é possível prevenir e diagnosticar degradações de origem geotécnica, o que permite antecipar o seu aparecimento e sustentar a escolha dos tratamentos a aplicar nas operações de reparação dos pavimentos. 2 - METODOLOGIA EMPREGUE NA DEFINIÇÃO DA BASE DE DADOS ESPACIAL DE PATOLOGIAS, ASPETOS GEOTÉCNICOS E DE DRENAGEM 2.1 Descrição geral da metodologia empregue A metodologia empregue na definição da base de dados espacial (BDE) de patologias, aspetos geotécnicos e de drenagem é baseada na metodologia apresentada na dissertação de mestrado de Maganinho (2013). O desenvolvimento da metodologia inicial teve como objetivos aumentar o grau de fiabilidade dos dados obtidos nas operações de auscultação dos pavimentos, aumentar a rapidez de observação das degradações e diminuir o custo envolvido nas operações de inspeção. Esta abordagem recorre a um sistema de georreferenciação com registo simultâneo de imagem vídeo para a recolha da informação relativa à presença de degradações nos pavimentos. A informação obtida é posteriormente tratada e incorporada numa base de dados espacial de patologias para avaliação da qualidade dos pavimentos, apoiando a gestão da manutenção dos mesmos. Os aspetos relacionadas com a geotecnia e com a drenagem foram incorporados na metodologia original por forma a complementar a informação contida na BDE inicial, prevendo-se ainda a incorporação futura de dados de tráfego que permitam, junto com a restante informação, complementar a análise da localização e sustentar o diagnóstico da origem das patologias presentes nos pavimentos. O fluxograma da figura 1 apresenta os diferentes passos considerados na metodologia original, assim como os refinamentos efetuados para incluir as informações relativas a aspetos geotécnicos e de drenagem.

4 Tabela 2 Degradações de pavimentos flexíveis relacionadas com a presença de água na fundação e estrutura do pavimento (FHWA, 2006) Família de degradações Tipo de degradação Problema relacionado com a presença de água Problema relacionado com as condições climáticas Problema relacionado com os materiais Degradação relacionada com as cargas do tráfego O defeito estrutural tem início Nas camadas betuminosas Na camada de base Na fundação Empolamento Excesso de água. Elevação devida a congelamento. Aumento do volume Sim. Deformações (visíveis à superfície) Fendilhamento Ondulações Desagregação dos materiais Rodeiras Depressão Covas Longitudinal Pele de crocodilo (de fadiga) Transversal Fendas Parabólicas Ligeiro. Presença de água e temperatura. Mistura instável. Sim. Sim. Sim. Sim. Presença de água Perda de ligação. Sim. Excesso de água nas camadas granulares ou na fundação. Excesso de água. Excesso de água. Provoca aceleração da degradação. Sim. Provoca aceleração da degradação. Provoca aceleração da degradação. Sim. Presença de água. Sucção e materiais. Presença de água e temperatura. Deformação plástica e desagregação dos materiais. Assentamento. Materiais usados no aterro. < resistência > presença de água Construção. Degelo na primavera. Perda de capacidade de suporte. Baixas temperaturas. Ciclos de gelodegelo. Espessura da camada. Propriedades térmicas. Perda de ligação à camada betuminosa inferior. Sim. Sim. Sim. Sim. Sim. Sim. Sim. Sim. Sim. Sim. Sim. Construção defeituosa. Sim. Mistura. Sim. Suscetível à temperatura. Sim. Na ligação entre a camada de desgaste e a camada inferior betuminosas. Sim.

5 Criação da base de dados espacial de patologias, aspetos geotécnicos e de drenagem Inspeção visual a pé com recurso a um computador portátil e GPS Inspeção realizada com veículo, GPS e equipamento de captação de imagem vídeo Registo da identificação e da quantificação do nível de gravidade das degradações (ArcPad 10) Georreferenciação das imagens com recurso a um programa informático desenvolvido para o efeito Transferência e visualização dos dados num SIG (ArcGis 10) Transferência e visualização das imagens num SIG (ArcGis 10) Definição e segmentação da rede com base na imagem raster. Criação de routes (ArcMap 10) Definição e segmentação da rede em estudo com base nos dados obtidos pelo GPS. Criação de routes (ArcGis 10) Identificação e quantificação do nível de gravidade das degradações (ArcMap 10) Criação de Cartas Temáticas dos aspetos geotécnicos Criação de Cartas Temáticas de órgãos de drenagem Criação de Cartas Temáticas das degradações Determinação das áreas dos trechos da rede Associação das informações relativas às degradações às routes Tratamento das degradações pontuais Definição das áreas de influência/degradadas Tratamento das degradações lineares Definição das áreas de influência/degradadas Determinação dos valores de Ct, St, Pt e Rt (áreas com fendilhamento e pele de crocodilo (Ct), com covas e peladas (St), com reparações (Pt) e profundidade média das rodeiras (Rt)) Determinação dos valores da irregularidade longitudinal (IRI International Roughness Index) Criação de Carta Temática Obtenção dos valores do PSI (Present Serviceability Index) para avaliação da qualidade dos pavimentos para cada trecho da rede em análise. PSI t = 5 e 0, IRI t 4 0, R 2 4 t 7 0,03 (C t + S t + P t ) 0,5 Associação dos valores do PSI a cada trecho da rede e visualização de toda a informação numo SIG (ArcMap 10) Criação de Carta Temática Análise das relações existentes entre o tipo e localização das degradações, PSI, aspetos geotécnicos e drenagem Figura 1 - Fluxograma para a criação da base de dados espacial de patologias, aspetos geotécnicos e de drenagem, em pavimentos rodoviários flexíveis

6 2.2 Base de dados espacial Definição, levantamento e tratamento da informação O desenvolvimento da base de dados de patologias teve como finalidade permitir o armazenamento e visualização da informação respeitante às degradações dos pavimentos para posterior determinação do valor do índice de qualidade dos pavimentos (PSI) [ (HRB, 1962); (Sebaaly, Hand, Epps, & Bosch, 1996); (Ferreira, et al., 2006); (Picado-Santos, et al., 2004)]. Este índice é assim obtido para cada secção de uma determinada rede rodoviária. A informação incorporada relativa às degradações foi definida com base na formulação adotada para avaliação da qualidade dos pavimentos (fendilhamento, pele de crocodilo, covas, peladas, reparações, rodeiras e irregularidade longitudinal), incidindo sobre dados que permitem a identificação, classificação do nível de gravidade e localização das degradações. Para garantir a fiabilidade dos dados relativos às degradações, a recolha desta informação deve apoiar-se num documento de referência que permita a adequada identificação e classificação dos níveis de gravidade das degradações, tendo sido desenvolvido para o efeito um catálogo de degradações (Maganinho, Desenvolvimento de uma base de dados de patologias para a avaliação da qualidade dos pavimentos rodoviários com recurso a GPS, imagem vídeo e SIG, 2013). O catálogo desenvolvido é constituído por um conjunto de tabelas, uma por degradação considerada, apresentando as seguintes informações: Uma definição da degradação; Como deve ser registada a sua localização; Quais os aspetos a observar; As classes de gravidade a considerar, com indicação dos limites e imagens ilustrativas; Causas possíveis para o aparecimento da degradação; A possível evolução da degradação. A tabela 3 apresenta um exemplo de uma das tabelas desenvolvidas para o catálogo de degradações, neste caso para apoio ao levantamento da informação relativa ao fendilhamento dos pavimentos. Tabela 3 Catálogo de Degradações: Fendilhamento Fendilhamento Definição da degradação Localização Aspetos a observar Aparecimento de fendas pela aplicação repetida de esforços de tração devido à passagem dos veículos. Fendas irregulares localizadas na zona de aplicação das cargas, desenvolvendose inicialmente na direção transversal. Extensão linear do trecho afetado, em metros. Tipo de fenda: isolada ou ramificada. Estado das fendas em relação à abertura dos bordos, em milímetros. 1 Fendas isoladas com abertura inferior a 2 mm. Classes de Gravidade 2 Fendas longitudinais ou transversais abertas e/ou ramificadas. Abertura compreendida entre os 2 e os 4 mm. 3 Fendas ramificadas com abertura superior a 4 mm. Causas possíveis Possível evolução -Fadiga das camadas betuminosas; -Falta de capacidade de suporte das camadas granulares e do solo de fundação; -Camada da superfície com qualidade deficiente dos materiais; -Má execução das juntas de construção da camada superior; -Utilização de materiais de baixa qualidade nas misturas betuminosas. - Aumento e expansão progressiva das fendas dando origem a degradações do tipo pele de crocodilo.

7 Para apoiar o diagnóstico da origem das degradações presentes nos pavimentos foram recentemente incorporados na base de dados espaciais os campos necessários para o registo dos aspetos geotécnicos e de drenagem da infraestrutura. Neste sentido, os seguintes elementos são considerados: - Pontos de referência (para validação dos dados de georreferenciação); - Terreno (plataforma da estrada em aterro ou escavação); - Drenagem superficial pontual; - Drenagem superficial linear; - Observações. A recolha e introdução da informação na BDE pode ser efetuada em campo, para o caso de inspeções realizadas a pé, recorrendo a um computador portátil com um sistema de informação geográfica móvel instalado (ArcPad) e um GPS incorporado. Neste tipo de inspeção, o operador desloca-se a pé pela rede em estudo, sobre o passeio ou na berma, de forma a garantir a sua segurança e a não interferência com a circulação do tráfego, registando as ocorrências (degradações, aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem) de uma forma perpendicular em relação ao eixo da via (ver Figura 2). Para cada ocorrência são recolhidas informações relativas à sua identificação, grau de gravidade/tipo e dados de georreferenciação. Todas as informações são automaticamente registados e guardados numa shapefile (formato de ficheiro de dados geoespaciais, vetoriais, usado pelos SIG) (ver Figura 3). Figura 2 - Recolha e registo da informação na BDE por inspeção visual realizada a pé Figura 3 Visualização da informação recolhida e guardada em shapefile e a sua projeção num SIG

8 A recolha dos dados relativos às degradações dos pavimentos e ao sistema de drenagem superficial da plataforma da estrada pode ainda ser efetuada com recurso a inspeções realizadas com veículo, GPS e equipamento de captação de imagem vídeo - Sistema GVD. O sistema GVD foi desenvolvido para apoiar a criação da BDE inicial (de patologias) e é composto pelo seguinte conjunto de equipamentos: 1 Estrutura metálica; 1 Webcam HD para captação da imagem da superfície do pavimento; 1 Distanciómetro para medição da distância vertical entre a localização do mesmo e o pavimento; 3 GPS, 1 a funcionar em modo relativo e pós-processamento para recolha de dados de posição e 2 de sincronia temporal dos dados recolhidos pela webcam e distanciómetro; 2 Computadores portáteis para armazenamento dos dados recolhidos. Na figura 4 é possível observar a forma como os equipamentos são posicionados no veículo a utilizar na inspeção. Os equipamentos identificados são: I - Estrutura metálica II - Webcam HD III - Distanciómetro IV - GPS para recolha de dados de posição V - GPS para sincronia temporal de dados VI - Computadores portáteis Figura 4 Esquema de aplicação dos equipamentos que constituem o sistema GVD no veículo Para garantir a qualidade dos dados, as inspeções com o sistema GVD devem ser efetuadas percorrendo as vias a inspecionar a uma velocidade de aproximadamente 20 km/h, requerendo neste processo um condutor e um operador de controlo de aquisição de dados. Nestas campanhas de levantamento é possível, através da visualização em tempo real dos dados recolhidos nos computadores portáteis, garantir a homogeneidade do processo de captação da imagem da via de tráfego. O resultado da campanha de recolha de dados traduz-se num conjunto de imagens às quais podem ser associadas as suas coordenadas geográficas, o que permite a visualização da superfície dos pavimentos num SIG. A sincronização dos distintos grupos de dados, isto é, das imagens e das coordenadas geográficas, assim como o correto direcionamento das imagens, é efetuado com recurso a um programa informático desenvolvido pelos autores para este efeito (ver Figura 5). Com base no Catálogo de Degradações e na visualização das imagens georreferenciadas num SIG, como por exemplo o ArcGis (ESRI, 2010), é possível proceder à identificação e quantificação das degradações presentes nos pavimentos, sendo estes dados guardados em shapefiles (ver Figura 5). É essencial referir que o sistema GVD foi testado e validado num caso de estudo, tendo os dados recolhidos sido comparados com os obtidos por inspeção visual a pé para a mesma rede (Maganinho, 2013).

9 Figura 5 Exemplos de visualização e análise das imagens obtidas pelo sistema GVD Para dados recolhidos em campanhas e/ou métodos de levantamento distintos deve ser considerada a recolha de dados de localização de pontos de controlo. Esta informação permite conhecer e corrigir erros de localização associados aos dados de GPS das diferentes campanhas e/ou métodos de levantamento e a adequada conjugação dos dados Potencialidades do SIG como ferramenta espacial para comparação e análise de cartas temáticas Os SIG permitem a representação gráfica de informação de natureza espacial, com associação de informação alfanumérica. Neste sentido, facilitam a análise, gestão e reprodução do espaço e dos fenómenos espaciais, permitindo efetuar estas operações de uma forma clara, rápida e sofisticada, auxiliando assim a intervenção no território. Neste sentido, os SIG permitem criar e manter atualizado um cadastro de estradas, no qual é possível atualizar, analisar e relacionar as informações relevantes sobre a infraestrutura, como por exemplo, as respeitantes a: Características físicas da estrada (desenvolvimento, características do perfil transversal, estrutura dos pavimentos, etc..); Estado de conservação dos pavimentos, bermas, passeios, etc.; Equipamentos; Obras de arte; Sistemas de drenagem; Localização e dados sobre acidentes; Tráfego, etc. Possibilita ainda a criação de cartas temáticas de informação individualizada ou agrupada, o que permite a identificação de padrões ou zonas sensíveis da rede.

10 3 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA A UM CASO DE ESTUDO Localização do caso de estudo e segmentação da rede O caso de estudo foi realizado na cidade da Covilhã, no eixo viário que faz a ligação do centro urbano da cidade à EN18, conforme é possível observar na figura 6. Figura 6 -Localização do caso de estudo A rede rodoviária que constitui o caso de estudo tem uma extensão de 10 quilómetros divididos em dois sentidos, sendo considerado o sentido 1, o de orientação oeste-este, representado na figura 6 a azul, e o sentido 2, o de orientação este- oeste, representado na mesma figura a cor-de-rosa. Depois de um reconhecimento ao local foi possível concluir que existe uma maior incidência de degradações nas rotundas e nas suas proximidades. Assim sendo, para garantir secções rodoviárias homogéneas e tendo como objetivo uma correta caracterização do estado do pavimento para posterior determinação do índice de qualidade PSI, considerou-se um secionamento da rede em que as secções em rotunda incluem uma área envolvente de 40 metros. O seccionamento resultante é assim composto por 15 secções por sentido, com 8 secções em rotunda e 7 em secção corrente, conforme é apresentado na seguinte figura (Figura 7). Figura 7 - Seccionamento da rede rodoviária

11 3.2 - Cartas temáticas de localização de patologias, aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem As cartas temáticas com a informação relativa às patologias (fendilhamento, pele de crocodilo, covas, peladas, rodeiras e PSI), órgãos de drenagem e aspetos geotécnicos (movimento de terras), podem ser apresentadas de distintas formas. Para o caso de estudo optou-se pela organização e forma presentes nos exemplos apresentados nas figuras 8 a 12. Figura 8 Carta temática da degradação do tipo fendilhamento Figura 9 Carta temática da degradação do tipo pele de crocodilo

12 Figura 10 Carta temática do índice de qualidade dos pavimentos - PSI Figura 11 Carta temática dos órgãos de drenagem

13 Figura 12 Carta temática de aspetos geotécnicos (movimento de terras) Análise comparativa dos dados de patologias e índice de qualidade dos pavimentos versus aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem A análise comparativa dos dados foi efetuada no SIG adotado, o ArcGis 10. A sua utilização permitiu, de forma individualizada ou agrupada, visualizar a informação relativa às patologias, índice de qualidade dos pavimentos (PSI), aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem. Com base nas relações encontradas na bibliografia (apresentadas no ponto 1.2) e nas degradações recolhidas para o caso em estudo, foram analisados em conjunto os aspetos presentes na tabela 4. Tabela 4 Análises comparativas efetuadas Degradações Aspetos Geotécnicos e Órgãos de Drenagem Obras de arte Fendilhamento e Pele de crocodilo Covas, Peladas e Rodeiras IRI PSI X X X X X Para a análise comparativa dos dados optou-se por não considerar o nível menos gravoso das degradações presentes nos pavimentos (nível 1), dado que representa uma fase inicial de desenvolvimento das patologias. No entanto, estudos enquadrados em estratégias de conservação preventiva devem considerar este nível de gravidade. Em relação ao índice de qualidade PSI, não foram considerados os valores superiores a 3,5, visto que correspondem a pavimentos em bom estado de conservação. Tendo em conta estas considerações, as Figuras 13 e 14 apresentam a visualização conjunta dos dados relativos à localização das degradações pertencentes à família do fendilhamento (Figura 13) e das deformações (Figura 14), com os aspetos de ordem geotécnica considerados e a localização dos órgãos de drenagem pontual existentes na rede.

14 Figura 13 Carta temática da localização das degradações da família do fendilhamento (fendilhamento e pele de crocodilo), aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem superficial pontual Figura 14 Carta temática da localização das degradações da família das deformações (rodeiras, covas, peladas), aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem superficial pontual A análise destas cartas temáticas permitiu identificar visualmente zonas da rede com predominância de degradações e as condições geotécnicas e de drenagem associadas. Assim, de entre as zonas sensíveis identificadas com recurso ao SIG na rede considerada, destacam-se dois casos. O primeiro localiza-se na secção R6 da rede em estudo, sendo mostrado um pormenor da visualização das condições existentes no local na Figura 15. Apesar de esta secção apresentar uma

15 densidade considerável de pontos de drenagem superficial, o pavimento apresenta-se na sua maioria com fendilhamento e/ou pele de crocodilo em estado avançado, pelo que deve ser alvo de análise mais detalhada com visita ao local. Na visita ao local deverão ser analisados aspetos típicos relacionados com o aparecimento deste tipo de degradações, como a espessura das camadas granulares do pavimento, o tipo de solo de fundação, a presença de água na fundação, o movimento de materiais e outros que se mostrem relevantes. Um reconhecimento visual ao local permitiu verificar que a secção R6 se encontra a uma cota inferior em relação à sua envolvente, que existe nas proximidades uma linha de água e que os solos são de natureza aluvionar, o que pode propiciar a presença de água na fundação, estrutura e superfície do pavimento, favorecendo o aparecimento de problemas geotécnicos. Figura 15 Pormenor da secção R6 com visualização do fendilhamento e pele de crocodilo, aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem superficial O segundo caso corresponde à secção R3 (ver Figura 16). A análise desta secção evidenciou um pavimento bastante fendilhado e com pele de crocodilo, e um número reduzido de órgãos de drenagem (principalmente no sentido 1). O reconhecimento visual confirmou o número reduzido de órgãos de drenagem, uma área envolvente bastante impermeabilizada e uma concentração significativa de intervenções efetuadas no pavimento (associadas à instalação/reparação de outras infraestruturas subjacente à estrada). Estes aspetos propiciam em geral a entrada de água para a estrutura e fundação do pavimento e por consequência favorecem o aparecimento de degradações de índole geotécnica. A visita ao local para análise mais pormenorizada deve atender aos mesmos aspetos mencionados no caso anterior. Também foram analisadas as relações existentes entre as degradações, os aspetos geotécnicos considerados, a drenagem superficial e a presença de obras de arte, irregularidade longitudinal (expressa em IRI) e qualidade global do pavimento (PSI). As análises evidenciaram a presença de fendilhamento e pele de crocodilo junto aos encontros das obras de arte (ver Figura 17) e valores mais elevados da irregularidade longitudinal em secções em aterro (ver Figura 18), o que pode estar relacionado com assentamentos da fundação. No que diz respeito ao índice PSI, calculado em função das degradações presentes no pavimento, é possível verificar uma predominância de valores mais reduzidos (que representam um estado mais degradado do pavimento) em locais com um menor número de órgãos de drenagem e com estados hídricos da fundação mais desfavoráveis, como é evidenciado nas secções R6 e T7 (ver Figura 19).

16 Figura 16 Pormenor da secção R3 com visualização das degradações fendilhamento e pele de crocodilo, aspetos geotécnicos, órgãos de drenagem superficial Figura 17 Carta temática das degradações fendilhamento e pele de crocodilo, aspetos geotécnicos, órgãos de drenagem superficial e obras de arte.

17 Figura 18 Carta temática da irregularidade longitudinal (IRI), aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem superficial Figura 19 Carta temática do estado global dos pavimentos (PSI), aspetos geotécnicos e órgãos de drenagem

18 CONCLUSÕES As degradações em pavimentos rodoviários podem surgir devido a vários fatores, destacando-se entre eles os relacionados com os efeitos do tráfego, do clima, com aspetos geotécnicos ou estruturais do pavimento e com uma drenagem inadequada ou deficiente da plataforma e sua envolvente. Atendendo ao facto das obras rodoviárias apresentarem um desenvolvimento em extensão, atravessando uma grande variedade de solos, assim como à necessidade de recorrerem a materiais granulares na realização de terraplenagens e pavimentos, os aspetos geotécnicos revestem-se de uma importância fulcral, sendo essencial o conhecimento exato dos materiais envolvidos, incluindo a sua resistência, por forma a garantir a segurança estrutural e funcional dos pavimentos. Os problemas geotécnicos mais comuns em pavimentos rodoviários encontram-se assim associados à qualidade de construção e ao desempenho dos materiais não ligados (camadas não ligadas dos pavimentos e a sua fundação), dando origem a degradações das famílias do fendilhamento e das deformações. Muitos destes problemas agravam-se com a verificação de uma drenagem deficiente da plataforma da estrada e sua envolvente (incluindo a fundação), justificando a inclusão dos aspetos relacionados com a drenagem na análise de problemas com origem geotécnica. A metodologia proposta para a localização de patologias de origem geotécnica com recurso a BDE e SIG, baseia-se na análise de um conjunto de dados recolhidos com equipamentos e procedimentos de baixo custo. A recolha dos dados necessários pode ser efetuada através de dois métodos: Por inspeção visual realizada a pé, com recurso a um computador portátil com GPS incorporado e um programa SIG instalado. Este método permite identificar, quantificar e registar os aspetos relevantes no momento da campanha de levantamento de dados. O processo de recolha de informação, apesar de mais demorado, é mais flexível no que diz respeito à variedade de informação que pode ser recolhida. Por inspeção realizada em veículo instrumentado com o sistema GVD, que permite o registo vídeo da superfície do pavimento e obtenção de dados de posicionamento. A informação assim obtida é tratada em gabinete e é atualmente complementada com dados geotécnicos e de drenagem obtidos em inspeções visuais realizadas a pé. Entre as vantagens deste método salientam-se a rapidez de levantamento e a fiabilidade dos dados recolhidos, cuja identificação é efetuada em gabinete através da visualização de imagens, se necessário repetidas vezes, num SIG. Em trabalhos futuros pretende-se alargar o tipo de informação passível de ser recolhida em suporte vídeo (por exemplo: informação sobre o sistema de drenagem superficial das vias). A obtenção de dados associados às suas coordenadas geográficas, através da aplicação dos dois métodos descritos, permite construir bases de dados espaciais (BDE) bem como visualizar e analisar a distribuição espacial da informação obtida de forma clara e rigorosa através de um SIG, potenciando a localização de zonas sensíveis da rede. A identificação destas zonas, através da conjugação espacial de aspetos relevantes a considerar na análise e atendendo às indicações sugeridas na bibliografia da especialidade, permitem localizar patologias com forte probabilidade de terem origem geotécnica. Esta análise permite ainda organizar campanhas de reconhecimento e caracterização desses locais, para apoio à seleção do melhor tratamento de conservação a aplicar nos pavimentos. A metodologia proposta foi validada num caso de estudo, tendo-se verificado que é possível com recurso a um SIG visualizar no espaço a localização de vários aspetos pertinentes ao aparecimento de degradações de índole geotécnica, identificando em gabinete os locais mais sensíveis da rede. Para complementar esta análise e sustentar melhor o diagnóstico da localização das patologias de origem geotécnica, aponta-se como trabalho futuro a incorporação de aspetos adicionais relacionados com a composição e volume do tráfego, com as características dos solos de fundação e com os materiais e estrutura dos pavimentos.

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