O SISTEMA DE GESTÃO DE CONSERVAÇÃO DE PAVIMENTOS DA ESTRADAS DE PORTUGAL, S.A. BALANÇO DE UMA IMPLEMENTAÇÃO CONSOLIDADA Carlos Santinho Horta 1, Francisco Costa Pereira 1, Sandra Lopes 1 e João Morgado 1 1 Estradas de Portugal, Direção de Construção e Manutenção, Praça da Portagem, 2809-013 Almada, Portugal email: santinho.horta@estradas.pt http://www.estradasdeportugal.pt Sumário O Sistema de Gestão de Conservação de Pavimentos (SGPav) da Estradas de Portugal, S.A (EP) é uma ferramenta fundamental de apoio à gestão, quer para o conhecimento do seu Património no que diz respeito aos Pavimentos Rodoviários, quer para a organização das suas atividades e para a tomada de decisões consistentes, tendo em vista a prossecução do objetivo de garantir a longevidade e segurança das Infraestruturas pelas quais é responsável. No presente artigo propõe-se efetuar um balanço da implementação do SGPav até ao momento presente, no qual se assume como uma ferramenta crucial no apoio às decisões de intervenção na rede com vista a garantir a sustentabilidade na sua gestão. Palavras-chave: pavimentos rodoviários; estratégias de conservação; sistema de gestão; inspeção. 1 INTRODUÇÃO O SGPav teve em 2003 o início do seu processo de desenvolvimento, tendo a EP contratado externamente a sua conceção a uma equipa multidisciplinar (Consultores e Universidades), processo este concluído em 2007. A partir desse ano o SGPav teve uma implementação a nível Nacional designadamente através da realização de Inspeções às Vias e atualização do Inventário de Intervenções, processos assegurados por meios próprios da Empresa e de forma ininterrupta. O conhecimento exaustivo do estado de conservação dos pavimentos da Rede Rodoviária Nacional, bem como das intervenções realizadas em cada troço, passou a permitir a obtenção de cenários futuros da qualidade da rede através da aplicação de modelos de previsão do comportamento do pavimento. Da mesma forma, o SGPav passou igualmente a suportar a análise de diferentes estratégias de atuação na rede, permitindo perspetivar a evolução futura da qualidade da mesma em função da estratégia a seguir. O inventário da rede de estradas que efetivamente está sob gestão da EP foi concluído no final de 2010, na sequência da identificação de todas as secções de estradas que foram objeto de Inspeções de Rotina nos anos 2009 e 2010, o que permitiu conhecer a sua real extensão. A natural dinâmica da rede, derivada da construção de novas estradas, das correções de traçado, bem como das alterações de jurisdição, origina que, no âmbito do SGPav, se proceda a uma contínua atualização do inventário da rede de estradas da EP. A extensão de estradas inventariadas no final de 2011 era de 13.448 km. Contudo, para efeito das inspeções principais, a rede de estradas tem de ser inventariada no SGPav com secções distintas por faixa de rodagem em estradas de dupla faixa, e nestas circunstâncias a extensão de vias para inspeção era, àquela data, de 13.708 km. Desde 2007 têm sido efetuados diversos esforços de melhoria das várias vertentes do ciclo de atuação associado ao SGPav tal como esquematizado na Figura 1. Para além do constante empenho na atualização da base de dados dos pavimentos através do carregamento de todas a intervenções realizadas nos mesmos (Histórico de Intervenções), a vertente de inspeção aos pavimentos tem sido alvo de melhorias contínuas. A entrada em funcionamento do Perfilómetro Laser em 2011 contribuiu decisivamente para a consolidação do SGPav, com especial enfoque na fiabilidade da informação recolhida no âmbito das inspeções realizadas, permitindo igualmente aumentar a confiança no modelo de comportamento dos pavimentos dada a sua 1
dependência do valor de qualidade inicial. Também no que diz respeito à avaliação de estratégias, foram alterados alguns procedimentos face à necessidade de adaptar o SGPav a um contexto de maior limitação do investimento disponível, introduzindo a capacidade de produzir cenários em função de diferentes limites orçamentais. O ponto seguinte reflete o processo de evolução dos métodos de inspeção e suas implicações na metodologia de avaliação da qualidade, incluindo-se ainda algumas considerações sobre a visualização em ambiente SIG dos parâmetros recolhidos. Posteriormente apresenta-se o panorama atual da rede no que concerne ao seu estado de conservação, discutindo-se ainda a estratégia seguida na identificação de necessidades e na priorização de intervenções. Fig. 1. Descrição do ciclo de atuação associado ao SGPav 2 EVOLUÇÃO DAS METODOLOGIAS DE AQUISIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DA INFORMAÇÃO 2.1 Evolução dos métodos de inspeção No âmbito da conceção do SGPav estabeleceu-se a necessidade de realização de inspeções visuais ao estado superficial dos pavimentos com a periodicidade de dois anos, de modo a permitir o acompanhamento da evolução do estado de degradação dos pavimentos. No ano de 2007 realizou-se a primeira campanha de inspeções visuais dos pavimentos após a conclusão do desenvolvimento do SGPav, tendo ainda tido lugar em 2008 algumas inspeções complementares. A campanha de 2007 abrangeu cerca de 12.000 km de estradas do Plano Rodoviário Nacional. No ano de 2009 deu-se início a um ciclo de inspeção constituído por 2 anos para a cobertura completa da rede rodoviária nacional classificada (50% em cada ano) e 4 anos para as estradas desclassificadas (25% em cada ano). No ano de 2010 foram realizadas inspeções visuais dos pavimentos cobrindo os restantes 50% da rede classificada e mais 25% das estradas desclassificadas (ver Figura 4). Em termos de inspeções visuais, os parâmetros recolhidos estão essencialmente relacionados com as degradações dos pavimentos, agrupadas no caso dos pavimentos flexíveis nas seguintes categorias: 2
fendilhamento; degradações superficiais (incluindo-se peladas, desagregação superficial, exsudação de betume, polimento dos agregados e deformações localizadas); covas; reparações e rodeiras [1]. Os pavimentos rígidos têm um conjunto específico de degradações, a que aqui não se faz referência, uma vez que estes pavimentos têm uma muito baixa expressão no conjunto da rede. O registo dos parâmetros foi feito com recurso ao equipamento informático VIZIROAD instalado numa viatura (ver Figura 2), o qual é constituído por 2 teclados, com cada tecla a identificar um parâmetro e nível de gravidade do mesmo, ligado a um computador. Simultaneamente, as equipas de observação realizam o levantamento posicional das estradas com recurso a recetores GPS. O recurso ao levantamento posicional é fundamental para fazer a referenciação geográfica de toda a informação, começando pela própria secção, e tornando-se indispensável na fase de validação dos dados. A experiência acumulada neste tipo de inspeção aponta no sentido de se atingir um rendimento médio de 80 km de estrada inspecionada por dia, sendo necessário 3 intervenientes no processo (condutor e 2 operadores). (a) (b) Fig. 2. Equipamento utilizado para as inspeções visuais. Viatura (a) e equipamento VIZIROAD com GPS associado (b) (a) (b) Fig. 3. Perfilómetro laser utilizado nas inspeções mecânicas. Viatura (a) e equipamento do operador (b) 3
A aquisição em 2010 de um perfilómetro laser veio alterar significativamente o processo de inspeções existente até então. Este equipamento (ver Figura 3) é capaz de medir os desvios altimétricos da superfície do pavimento em relação a um perfil ideal, permitindo o cálculo de diversos indicadores da regularidade superficial do pavimento, como o International Roughness Index IRI, medida típica da irregularidade longitudinal do pavimento. O perfilómetro laser permite igualmente a determinação do perfil transversal de um pavimento, tendo em conta o mesmo princípio de medida aplicado na medição do perfil longitudinal. Com base na informação proveniente de 14 sensores laser dispostos ao longo da barra situada na frente do veículo, é possível obter em tempo real uma imagem do perfil transversal da via percorrida. Este perfil permite posteriormente o cálculo da profundidade das rodeiras, sendo possível considerar diversos parâmetros tais como a rodeira máxima ou rodeira média, além das rodeiras direita e esquerda. Além da irregularidade longitudinal e transversal do pavimento, o perfilómetro laser da EP permite igualmente a obtenção da macrotextura superficial do pavimento e de um conjunto de parâmetros geométricos da via tais como a inclinação longitudinal, inclinação transversal e raio de curvatura. Todos estes parâmetros são posteriormente processados e disponibilizados com um espaçamento de 10 metros tendo por base a coordenada GPS e distância percorrida. Existe ainda um conjunto de teclas programáveis que podem ser utilizadas para registar qualquer evento (com o mesmo tipo de referenciação dos restantes parâmetros obtidos). Assim, para além de eventos associados à estrada tais como Obras de Arte, travessias urbanas, rotundas ou os marcos quilométricos, podem ser ainda registadas outras degradações, como por exemplo a presença de fendilhamento. Em 2012 foi instalado um equipamento de registo videográfico, passando os resultados da inspeção a incluir igualmente imagens de alta resolução devidamente georreferenciadas. A experiência já existente na sua utilização permite a obtenção de rendimentos de inspeção nunca inferiores a 200 km por dia, valores claramente superiores aos obtidos na inspeção visual. Por outro lado, a possibilidade da obtenção de dados válidos no intervalo de velocidades compreendido entre os 30 e os 90 km/h permite uma fácil integração no tráfego, minimizando-se dessa forma a perturbação provocada aos utentes. As equipas neste caso são constituídas pelo condutor e pelo operador, tendo para efeito recebido formação pela empresa fornecedora do equipamento. 2009 2010 2011 2012 Visual Visual Visual Perfilómetro Perfilómetro 5.000 km 50% 2.500 km 25% 5.000 km 50% Rede Classificada ( 10.000 km) 10.000 km 100% 5.000 km 50% Rede Desclassificada ( 4.000 km) 1.000 km 25% 1.000 km 25% 2.000 km 50% 2.000 km 50% 4.000 km 100% Totais de inspeção 6.000 km 6.000 km 4.500 km 7.000 km 11.500 km 14.000 km Fig. 4. Transição entre inspeções visuais e mecânicas no período compreendido entre 2009 e 2012 4
Com a introdução das medições com o perfilómetro laser, na estratégia de inspeções principais para 2011 foram estabelecidos como objetivos a realização de 4.500 km de inspeções visuais e 7.000 km de inspeções com o perfilómetro. Todavia, o total de rede inspecionada foi de 13.415 km, superando o objetivo inicial. Devido à conveniência de assegurar e verificar a comparabilidade da informação até à data recolhida, optou-se por em 2011 manter todos os parâmetros da inspeção visual e efetuar numa significativa amostra de estradas inspeções com meios visuais e mecânicos. Dos 13.415 km foram inspecionados 3.037 km com os dois métodos, visual e perfilómetro. Já na campanha de 2012 optou-se pela inspeção mecânica da totalidade da rede nos moldes discutidos em seguida. 2.2 Revisão da metodologia de Avaliação da Qualidade A metodologia de avaliação da qualidade dos pavimentos implementada no SGPav permite a determinação de um índice da qualidade (IQ), que caracteriza o estado dos pavimentos para cada secção da rede, em função das informações obtidas no levantamento visual a respeito das diversas degradações do pavimento. O IQ para pavimentos flexíveis baseia-se no valor de PSI (Present Serviceability Index), desenvolvido com base na informação obtida no ensaio AASHO [2], e adotado pelo Sistema de Gestão de Pavimentos do Estado do Nevada [3]. É um índice que varia entre 0 (pior qualidade) a 5 (melhor qualidade), dividindo-se em 3 classes: Medíocre, Razoável e Bom. A equação (1) traduz, de acordo com a referida fundamentação, o IQ no ano t, tendo sido utilizada a partir de 2007. IQ = 5 e, / 0,002139 R 0,1 (C + S + P ), (1) IRI é a irregularidade longitudinal do pavimento no ano t (mm/km); R é a profundidade média das rodeiras no ano t (mm); C é o coeficiente de área com fendilhamento e pele de crocodilo no ano t (m 2 /100m 2 ); S é o coeficiente de área com degradação superficial de materiais (covas e peladas) no ano t (m 2 /100m 2 ); P é o coeficiente de área com reparações no ano t (m 2 /100m 2 ). A irregularidade longitudinal é, tipicamente, traduzida diretamente pelo IRI. Contudo, no caso das inspeções visuais, na impossibilidade do IRI ser medido com equipamento específico, foi atribuída uma classe de IRI (entre 3 possíveis) para cada secção em função das degradações dos pavimentos [4]. Devido a esta forma indireta de obtenção do IRI, foi assumida em 2007 uma diminuição explícita do coeficiente do IRI para metade, compensada pela alteração no coeficiente da terceira componente da equação de 0,03 (valor original) para 0,1 [5]. A alteração do processo de obtenção dos parâmetros relativos à qualidade do pavimento resultante da utilização do perfilómetro laser ditou a necessidade de rever a metodologia de obtenção do Índice de Qualidade. Esta revisão foi baseada em dois princípios fundamentais. Por um lado, existindo já um historial de informação de qualidade relativo às diversas campanhas já ocorridas (2007, 2009 e 2010), era essencial garantir a comparabilidade dos valores médios. Por outro lado, o processo de inspeção visual obriga a uma mobilização significativa de recursos humanos, havendo todo o interesse em otimizar a mesma. A revisão da metodologia de avaliação da qualidade deveria assim tornar possível que se prescindisse das inspeções visuais no formato que tem sido utilizado, passando-se à recolha de um menor número de parâmetros. A ausência de subjetividade nos parâmetros recolhidos pelo perfilómetro laser torna possível encarar uma metodologia de avaliação da qualidade baseada num menor número de parâmetros, sendo os mesmos recolhidos de forma automática e sem necessidade de uma avaliação por parte do operador. No decorrer de 2011 foi estabelecido um Protocolo com o Instituto Superior Técnico (IST) com vista a uma colaboração para avaliação e desenvolvimento do SGPav. As consequências da introdução dos equipamentos de 5
inspeção mecânica e a sua complementaridade com os métodos de inspeção visual foram aspetos contemplados e posteriormente estudados ao abrigo do referido protocolo. Para esse efeito, com base nos resultados das inspeções efetuadas com ambos os métodos no âmbito da campanha de inspeções de 2011 (aproximadamente 3.000 km) foram estudadas diversas alternativas atendendo aos pressupostos anteriormente enunciados [6]. A escolha recaiu sobre a formulação apresentada na equação (2) na qual os coeficientes foram ajustados de forma a garantir a comparabilidade dos valores médios. IQ = 5 e, 0,002139 R 0,03 C, (2) C é o coeficiente de área com pele de crocodilo no ano t (m 2 /100m 2 ). Definiu-se como situação mais vantajosa a inspeção mecânica com recurso ao perfilómetro laser (recolhendo automaticamente a irregularidade longitudinal e transversal), completada com o registo do fendilhamento do tipo pele de crocodilo no decorrer da mesma inspeção. Essa informação adicional pode ser muito relevante em diversas situações mas não deixando de garantir as evidentes vantagens da inspeção mecânica: a objetividade e precisão da recolha dos dados e o rendimento expectável. Por outro lado, é ainda de referir que, face à preponderância da irregularidade longitudinal e à sua forma de obtenção no âmbito da inspeção visual, a distribuição dos valores da qualidade da rede não seguia uma distribuição normal. A existência de 3 classes predefinidas de IRI fazia com que a distribuição dos valores de qualidade se assemelhasse ao ilustrado na Figura 5 (a). A utilização das inspeções mecânicas na totalidade da extensão da rede implicará que a distribuição dos valores de qualidade da rede seja agora semelhante ao ilustrado na Figura 5 (b). (a) Fig. 5. Alteração da distribuição de valores de qualidade da rede na transição entre inspeções visuais (a) e inspeções mecânicas (b) (b) Ainda ao abrigo da revisão da metodologia de avaliação da qualidade, e com o intuito de melhor compreender a distribuição de valores no intervalo correspondente à classe de Medíocre (IQ inferior a 2,5), foi introduzida uma nova classe denominada de Mau e com valores de IQ inferiores a 1,5, passando a classe Medíocre a integrar apenas os valores superiores ou iguais a 1,5 e inferiores a 2,5. O Quadro 1 sintetiza as classes atualmente em uso. 6
Quadro 1. Classes de qualidade atualmente contempladas no SGPav IQ Classe Estratégia de gestão IQ < 1,5 Mau Rede a intervir. 1,5 IQ < 2,5 Medíocre Rede a atribuir prioridades de intervenção. 2,5 IQ < 3,5 Razoável Rede estabilizada, intervenções dependem da evolução da qualidade. IQ 3,5 Bom Rede Nova. Sem necessidade de intervenção. 2.3 Integração da informação em ambiente SIG A forma tradicional de consulta da informação resultante das inspeções, visuais ou mecânicas, é através do SGPav. Reconhecendo que a quantidade de informação recolhida com a introdução das medições realizadas com o perfilómetro obrigava a uma consulta com uma maior vertente gráfica, foram desenvolvidos, com recursos próprios da EP, dois projetos para a disponibilização dos parâmetros. Um primeiro que representa os parâmetros no SIG Empresarial da EP e o segundo que disponibiliza os dados através de uma aplicação browser designada por SGPavGraf. De forma a facilitar a compreensão dos resultados foram definidos quatro níveis de agregação dos dados (por secção, por troços de 1.000 m, por troços de 100 m e por troços de 10 m). Estes níveis de agregação são visualizados de forma automática em função da escala de consulta no SIG Empresarial, surgindo representados paralelamente à via tal como se pode observar na Figura 6. Na Figura 7 inclui-se uma captura de ecran da aplicação SGPavGraf na qual se ilustra a representação da irregularidade longitudinal com os dados agregados em troços de 100 m. Fig. 6. Representação dos parâmetros de estado do pavimento em ambiente SIG 7
Fig. 7. Exemplo da aplicação SGPavGraf ilustrando o IRI ao longo de uma secção da rede O levantamento videográfico da rede foi igualmente integrado em ambiente SIG (ver Figura 8) com as óbvias vantagens de consulta para todos os utilizadores, quer na componente específica dos pavimentos e do seu estado de conservação, quer na verificação de sinalização ou nas atividades de licenciamento inerentes ao funcionamento da Empresa. É ainda de realçar a periodicidade anual na recolha de imagens, potenciando um acompanhamento exaustivo de todas as atividades nas áreas referidas e com recurso exclusivo a meios próprios. Fig. 8. Representação do registo videográfico da rede em ambiente SIG 8
3 RESULTADOS E ESTRATÉGIA DE ATUAÇÃO 3.1 Panorama atual da rede Com base no apuramento final dos resultados da campanha de inspeções de 2011, apresenta-se na Figura 9 a distribuição da qualidade da rede por classes para o mesmo ano. Os dados apresentados referem-se a uma extensão de 12.999 km que contempla não só os valores obtidos diretamente em 2011 mas também, numa menor extensão, valores previstos de qualidade em função da inspeção das mesmas secções no ano anterior (2010), garantindo-se assim uma maior abrangência de informação disponível. O valor médio da qualidade da rede referente a 2011 é 2,82, o que está de acordo com a maior prevalência verificada para a classe Razoável. Fig. 9. Distribuição da qualidade da rede por classes para o ano de 2011 Com base nos resultados de qualidade da rede obtidos numa base anual, a EP procede à identificação e validação de necessidades de intervenção, tendo igualmente em consideração as evoluções expectáveis da qualidade. Descreve-se em seguida a metodologia desenvolvida pela EP e atualmente utilizada com vista à identificação de necessidades e priorização de intervenções num contexto de limitação do investimento disponível. 3.2 Identificação de necessidades e priorização de intervenções A identificação de necessidades de intervenção na rede conduz tipicamente a um volume expectável de investimento que não é consentâneo com as disponibilidades existentes em termos de investimento em conservação periódica de vias. Assim, atendendo a este contexto foi estruturado um procedimento com vista à definição de prioridades das diversas intervenções assente em critérios válidos e objetivos. A metodologia consiste num processo no qual cada intervenção é avaliada segundo dois critérios essenciais, que traduzem: a urgência técnica da intervenção, tendo em conta a avaliação da evolução do comportamento do pavimento em cada troço com base no modelo de previsão de comportamento dos pavimentos do SGPav da EP que permitiu a definição da alternativa mais adequada ao estado do pavimento, em função do momento e da tipologia de intervenção a executar; a adequação do investimento face à procura, ou seja, em função do tráfego que solicita a respetiva via. O critério urgência técnica da intervenção baseia-se na análise do momento tido como ideal para a execução da mesma, face ao momento no qual se prevê a sua execução. Em seguida, através de um processo de análise multicritério é calculada uma classificação global para cada uma das intervenções, na qual se estabeleceu uma ponderação de 65% para o critério de urgência técnica e de 35% no critério de investimento face à procura. Após a devida análise crítica dos resultados, tendo por base a classificação obtida, são então afetadas intervenções a cada um dos anos do respetivo período de planeamento. Esta afetação é feita em cada ano de 9
análise por ordem decrescente da classificação global e até ser atingido o limite do investimento relativo ao ano em questão, permitindo a obtenção de um plano plurianual de investimento. 4 CONCLUSÕES A fiabilidade de um sistema de gestão de infraestruturas é sempre determinada pela qualidade da informação nele introduzida. Os desenvolvimentos recentes do SGPav da EP motivados pela aquisição do perfilómetro laser contribuíram decisivamente para a consolidação do mesmo, quer pela eliminação da subjetividade na recolha dos parâmetros, quer pelos ganhos significativos em termos de rendimento diário de inspeção (aumento de 2,5 a 3 vezes) e na otimização de recursos afetos às inspeções (necessário apenas o veículo, condutor e operador). Acresce ainda o facto de ser possível a representação georreferenciada em ambiente SIG de todos os parâmetros recolhidos, bem como a disponibilização numa base anual do registo videográfico da rede. O processo de introdução das inspeções mecânicas, estendido à totalidade da rede em 2012, permitiu igualmente minimizar a necessidade de utilizar o modelo de previsão da qualidade para efeitos de apresentação da qualidade referente a cada ano. Assim, a partir de 2012 os dados referentes à qualidade da rede passam a ser obtidos numa única base, de caráter anual (ou seja, sem necessidade de modelação) e onde a subjetividade do processo de recolha é fortemente minimizada. A melhoria da qualidade dos dados utilizados nas várias vertentes do sistema irá permitir a produção de resultados que asseguram maior confiança no SGPav por parte de todos os seus utilizadores, atuais e futuros, quer por parte do decisor. Desta forma, acredita-se que os resultados das inspeções possam ter uma preponderância acrescida no âmbito do planeamento de intervenções de conservação, quer de caráter periódico, quer ao nível dos trabalhos de conservação corrente a programar. 5 REFERÊNCIAS 1. EP (2007). Catálogo de Degradações dos Pavimentos Rodoviários. Estradas de Portugal, S. A. Almada. Portugal. 2. Highway Research Board (1962). The AASHO Road Test. Report 5 - Pavement Research, Special Report 61E, National Academy of Sciences. Washington, D.C., E.U.A. 3. Sebaaly, P. E., Hand, A., Epps, J., Bosch, C. (1996). Nevada s Approach to Pavement Management. Transportation Research Record, Vol. 1524, Washington, D.C., E.U.A., pp. 109-117. 4. EP (2004). Sistema de Gestão de Pavimentos. Manual de Utilização. Estradas de Portugal, S. A. Almada. Portugal. 5. Picado-Santos, L., Ferreira, A., Pereira, P. (2006). Estruturação de um Sistema de Gestão de Pavimentos para uma Rede Rodoviária de Carácter Nacional. Revista Engenharia Civil da Universidade do Minho, N.º 26, Guimarães, Portugal, pp. 43-60. 6. Morgado, J., Luz, S., Duarte, E. e Picado-Santos, L. (2012) New trends to characterize pavement condition for the Estradas de Portugal, S.A. Pavement Management System. Atas da 4 th European Pavement and Asset Management Conference (EPAM). Malmö, Suécia, 5 a 7 de Setembro. 10