IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GESTÃO DA CONSERVAÇÃO DE PAVIMENTOS PARA A CIDADE DE MAPUTO

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1 IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GESTÃO DA CONSERVAÇÃO DE PAVIMENTOS PARA A CIDADE DE MAPUTO ADELINO FERREIRA PROFESSOR AUXILIAR, DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL, UNIVERSIDADE DE COIMBRA, PORTUGAL VICTOR FONSECA ENGENHEIRO CIVIL, CONSELHO MUNICIPAL DA CIDADE DE MAPUTO, MOÇAMBIQUE RESUMO Nese arigo é descria a implemenação de um Sisema de Gesão da Conservação de Pavimenos para a cidade de Mapuo, em Moçambique, com o objecivo de ajudar os engenheiros rodoviários municipais nas suas acividades de gesão da conservação dos pavimenos. 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 parir de 1992, o projeco ROCS - Roads and Coasal Shipping Projec [1,2,3], financiado em grande pare pelo Banco Mundial, em conribuído basane para o desenvolvimeno e reabiliação da rede rodoviária de Moçambique (Figura 1). De acordo com a Adminisração Nacional de Esradas (ANE), aneriormene designada por Direcção Nacional de Esradas e Pones de Moçambique (DNEP), no âmbio do ROCS I e II foram melhorados mais de 12 mil quilómeros de esradas, aumenando a rede de esradas em condições de circulação de 3 mil para 15 mil quilómeros [4]. Em Seembro de 2002 foi iniciado o novo Programa de Esradas, designado por ROCS III. A ANE, a parir do ano 2000, deixou de se envolver direcamene na execução das obras de conservação das esradas urbanas [5]. Nesa nova meodologia de gesão da conservação, a ANE responsabiliza os municípios na conraação dos empreieiros e

2 fiscalização das obras nas respecivas áreas de jurisdição, passando a ANE a desempenhar apenas o papel de gesor da rede de esradas nacionais. Os roços de esradas nacionais que aravessam os cenros urbanos coninuam a ser da responsabilidade da ANE. Nesa meodologia a ANE produz e apresena ao Governo sisemas de financiameno de consrução e conservação de esradas que passa por uma fórmula de disribuição de recursos financeiros do Fundo de Esradas pelas várias componenes (esradas nacionais, esradas urbanas, caminhos rurais, ec.). Dese modo, Mapuo, assim como ouros municípios, necessia desenvolver e implemenar eficazes Sisemas de Gesão de Infra-esruuras Rodoviárias. O Sisema de Gesão de Pavimenos (SGP) desenvolvido para a cidade de Mapuo, em Moçambique, em como objecivo ajudar os engenheiros rodoviários municipais nas suas acividades de gesão da conservação dos pavimenos. A exensão oal da rede de esradas da responsabilidade do Conselho Municipal da Cidade de Mapuo (CMCM) é de 959 km, correspondendo a 385 km de esradas revesidas e 574 km de esradas não revesidas [6]. Figura 1 - Mapa de Moçambique e província de Mapuo Considera-se que os rechos duma rede rodoviária apresenam um ciclo da vida, compreendendo duas fases: uma primeira fase que ermina com a consrução de um deerminado recho rodoviário; uma segunda fase que corresponde à sua conservação durane um deerminado período de vida. A primeira fase compreende um cero número de eapas necessárias à sua realização, nomeadamene o Planeameno, o Projeco e a Consrução. A segunda fase corresponde a um processo cíclico, ciclo de gesão da conservação (Figura 2), o qual engloba, enre ouras arefas, a observação da qualidade dos pavimenos endo como

3 referência um caálogo de paologias, a uilização de um SGP que permie definir um plano de conservação, um relaório orçamenal e um relaório de qualidade, e a execução das acções de conservação em cada um dos rechos rodoviários. Nese arigo faz-se referência apenas à segunda fase do ciclo de vida dos rechos rodoviários. OBSERVAÇÃO DOS PAVIMENTOS CATÁLOGO DE PATOLOGIAS BASE DE DADOS RODOVIÁRIA SGP de Mapuo 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 EXECUÇÃO DAS ACÇÕES DE CONSERVAÇÃO Figura 2 - Ciclo de gesão da conservação de redes rodoviárias 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 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. O modelo da rede rodoviária (Figura 3) uiliza um sisema de referenciação do ipo rede com nós como ponos de referência e represena os aribuos dos rechos rodoviários aravés de disâncias à origem.

4 Figura 3 - Rede rodoviária de Mapuo Relaivamene aos rechos da rede, como se verificou que muias das ruas da cidade de Mapuo não eram idenificadas por nomes, foi recenemene implemenado um sisema de idenificação e referenciação das esradas de Mapuo [7]. De acordo com ese sisema, os rechos são definidos pelos respecivos nós exremos, e por um idenificador numérico único consiuído por 8 dígios, compreendendo a seguine informação (exemplo: ): o primeiro dígio é relaivo à área geográfica onde se localiza o recho (no exemplo, 2 significa Disrio Urbano nº2); os rês dígios seguines são relaivos à esrada (no exemplo, 106 significa esrada número 106, Av. Eduardo Mondlane); os quaro úlimos dígios, apenas uilizados pelo SGP e definidos durane o seu desenvolvimeno, referem-se ao número do recho na esrada (no exemplo, 001 significa recho n.º 001) e à classe da esrada (no exemplo, 1 significa esrada principal). O idenificador único de cada recho rodoviário orna possível raar o conjuno da rede e idenificar inequivocamene um qualquer recho em paricular. A recolha dos dados sobre os rechos rodoviários foi efecuada pela equipa do Conselho Municipal da Cidade de Mapuo, consiuída por 8 pessoas, recorrendo a uma ficha de observação e uilizando o seguine equipameno: 2 fias de 30 meros; 2 réguas de 1,5 meros; 2 réguas de 20 cenímeros; 2 réguas de 50 cenímeros; 2 rodas de medição de disâncias; 8 colees de segurança; 10 cones de sinalização; e 1 máquina foográfica digial.

5 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 [8], e que foi obida a parir da equação uilizada no SGP do Nevada DOT [9], 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. No Quadro 1 apresenam-se os valores dos parâmeros de qualidade, incluindo o valor do PSI, para quaro rechos da rede rodoviária de Mapuo. 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 ). 4. SISTEMA DE APOIO À DECISÃO DE CONSERVAÇÃO O Sisema de Apoio à Decisão (SAD) do SGP de Mapuo foi desenvolvido a parir do algorimo designado por LifeCCAS [10], uilizando 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 [11,12], sendo consiuído pelas seguines componenes: o objecivo da análise; os dados e os modelos; as resrições; e os resulados. Anes de correr o programa informáico LifeCCAS 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. No SGP de Mapuo, o programa LifeCCAS 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 [13]. Ese méodo de dimensionameno de

6 pavimenos é o mais uilizado na América do Nore e é provavelmene uns dos mais uilizados a nível mundial [14]. O programa ambém uiliza as equações (3), (4), (5) e (6) para calcular o número esruural dos pavimenos, o valor dos cusos de operação dos veículos, o valor residual dos pavimenos e o número acumulado de eixos padrão de 80 kn, respecivamene. 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 ; 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; da camada n; H n é a espessura da camada n no ano (mm); e C n é o coeficiene esruural d C n é o coeficiene de drenagem da camada n; COV são os cusos de operação dos veículos no ano ( /km/veículo); PSI é o índice de qualidade do pavimeno no ano ; V T +1 é o valor residual do pavimeno no ano T+1; C rehab é o cuso da úlima acção de reabiliação aplicada ao pavimeno; PSI T + 1 é o 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.

7 5. RESULTADOS DA APLICAÇÃO DO SISTEMA DE GESTÃO DE PAVIMENTOS O SGP foi aplicado no planeameno da conservação de pare da rede rodoviária de Mapuo, em Moçambique, correspondene à rede principal, para um período de análise de 20 anos, de modo a não deixar baixar a qualidade de cada recho rodoviário para valores inferiores a um deerminado nível mínimo de qualidade (NMQ) definido pelo gesor da rede rodoviária. 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, nomeadamene os valores da geomeria e esruura dos pavimenos, do ráfego e dos parâmeros de qualidade. Seguidamene apresenam-se rês soluções de conservação dos pavimenos, correspondenes a rês esraégias de conservação diferenes definidas pelo gesor da rede. Como NMQ foi considerado o valor 2,5 para o parâmero designado por PSI. A primeira solução, designada por solução inicial, é definida apenas pelo NMQ 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. Aribuos Quadro 1 - Aribuos dos rechos rodoviários Trechos Av. das FPLM Av. 25 de Av. 24 de Julho Av. Julius Seembro Nyerere Trecho_ID Classe_via Dis. principal Dis. principal Dis. principal Dis. principal Comprimeno (m) 1361,00 867,00 876,00 341,00 Largura (m) 9,40 24,00 9,00 8,00 CBR_leio_pavimeno Esp._camadas_ligadas (m) 0,20 0,20 0,20 0,20 Número_esruural 3,98 3,98 3,98 3,98 Idade (anos) TMDA TMDA_pesados Taxa_crescimeno 6,00 6,00 6,00 6,00 Facor_agressividade_ráfego 5,00 4,50 5,00 3,00 Perc_Fendilhameno (%) 64,70 46,38 0,00 0,00 Perc_PeleCrocodilo (%) 6,88 1,04 0,00 0,00 Perc_Covas (%) 0,41 0,02 0,01 0,00 Perc_PerdaMaSuperficial (%) 0,31 0,23 1,58 0,00 Perc_Reparações (%) 0,31 2,13 0,00 0,00 Prof_Média_Rodeiras (mm) 35,14 10,00 30,00 00,00 IRI (mm/km) PSI 1,05 2,45 3,24 3,98

8 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. 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 4 esá represenada a evolução do índice PSI ao longo dos anos para o recho 197, que faz pare da Av. Julius Nyerere, podendo ser feio o mesmo para cada um dos resanes rechos. Para ese recho, que se enconra em bom esado (PSI = 3,98), 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) no décimo nono ano correspondendo a uma inervenção correciva devido ao PSI er aingido um valor inferior a 2,5 (Quadro 2 e Figura 4). Quadro 2 Inervenções de conservação para o período de análise de 20 anos Inervenções definidas apenas pelo NMQ Ano Trecho PSI , , , , Inervenções definidas pela minimização dos cusos de conservação Ano Trecho PSI , , , , Inervenções definidas pela minimização dos cusos oais Ano Trecho PSI , , , , Legenda: 1 - Conservação correne

9 2 - Colocação de uma membrana ani-propagação de fendas + aplicação de 5 cm de beão beuminoso 3 - Aplicação de 10 cm de beão beuminoso 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 4 - Evolução do PSI para o recho número 197 Em ermos de cusos, para um período de análise de 20 anos, resula um cuso de conservação de 14701,8, um cuso de operação dos veículos de ,0 e um valor residual do pavimeno de 35011,7. Verifica-se que a mesma solução foi obida pela minimização dos cusos de conservação. Considerando a solução final opimizada pela minimização dos cusos oais, aparece a inervenção 2 no oiavo e décimo nono anos correspondendo a duas inervenções prevenivas (Quadro 2 e Figura 4). Em ermos de cusos, para um período de análise de 20 anos, resula um cuso de conservação de 32243,5, um cuso de operação dos veículos de ,5 e um valor residual do pavimeno de 37049,4. Em ermos de cusos oais eses passam de ,1 (solução inicial) para ,6 (solução final opimizada pela minimização dos cusos oais), ou seja há uma redução de ,5. Ou seja, gasa-se mais 17541,7 em conservação do recho rodoviário número 197 mas poupa-se ,5 em operação dos veículos que circulam nese recho e ganha-se 2037,7 no valor residual do pavimeno no fim do período de análise. 6. CONCLUSÕES Como se pode consaar aneriormene, a adopção de uma esraégia de conservação preveniva dos rechos rodoviários, em derimeno de uma esraégia de conservação correciva, permie reduzir os cusos oais, iso é, a soma dos cusos de conservação e dos cusos de operação dos veículos, subraindo o valor residual do pavimeno. Esa é a maneira mais eficaz de uilizar os escassos meios financeiros disponíveis para a conservação e reabiliação de redes rodoviárias. O SGP de Mapuo já consiui um primeiro passo na criação de uma ferramena que permia ajudar os Engenheiros Rodoviários a omar as decisões de conservação da rede rodoviária. O

10 sisema será coninuamene ajusado às necessidades do Município de Mapuo no que respeia a novas esraégias de conservação da rede rodoviária.

11 AGRADECIMENTOS Os auores dese rabalho 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] DNEP Projeco ROCS - Roads and Coasal Shipping Projec - Relaório de Avaliação Anual. Direcção Nacional de esradas e Pones. Mapuo, Moçambique, [2] DNEP Políica e Esraégia de Esradas. Direcção Nacional de esradas e Pones. Mapuo, Moçambique, [3] DNEP Esradas de Moçambique em Condições das Esradas Públicas. Relaório Inerino. Direcção Nacional de esradas e Pones. Mapuo, Moçambique, [4] ANE - Lançameno do Terceiro Programa de Esradas. Adminisração Nacional de Esradas. Mapuo, Moçambique, [5] Câmara de Comércio Porugal Moçambique - "Concebido novo Esquema para Manuenção das Esradas Urbanas". Boleim Informaivo N.º 64, Dezembro de [6] JICA - Esudo Sobre Plano Direcor e Esudo de Viabilidade para o Desenvolvimeno de Esradas da Cidade de Mapuo na República de Moçambique. Relaório Final. Agência Japan Inernaional Cooperaion Agency e Conselho Municipal de Mapuo. Mapuo, Moçambique, [7] Sivilia, G. - Guia das Vias - Endereçameno da Cidade de Mapuo. Mission Française de Coopéraion e d`acion Culurelle. Mapuo, Moçambique, [8] 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 [9] Sebaaly, P. E., Hand, A., Epps, J. e Bosch, C. - "Nevada s Approach o Pavemen Managemen". Transporaion Research Record, Vol [10] 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. [11] 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 [12] 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) [13] AASHTO Guide for Design of Pavemen Srucures, American Associaion of Sae Highway and Transporaion Officials. USA [14] C-SHRP Pavemen Srucural Design Pracices Across Canada, C-SHRP Technical Brief #23, Canadian Sraegic Highway Research Program. Canada