MATPAV - UMA FERRAMENTA PARA A GERÊNCIA DE PAVIMENTOS

38a REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO 12o ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO RODOVIÁRIA 38.a RAPv / 12.o ENACOR MANAUS/AM - BRASIL - 12 a 16 de agosto de 2007

MATPAV: UMA FERRAMENTA PARA A GERÊNCIA DE PAVIMENTOS

Fábio Ávila(1);1 Renato A. dos Santos(2) Santos(2) 2& Luiz Antônio S. Lopes(3) Lopes(3) RESUMO O presente trabalho tem por finalidade apresentar um conjunto de rotinas, de possível aplicação em gerência dos pavimentos, com base na norma PRO-159/85 – Projeto de restauração de pavimentos flexíveis e semirígidos e no aplicativo PAEP-DNER.O PAEP-DNER em DOS, aplicativo precursor no apoio a gerência de pavimentos no Brasil, era um dos mais importantes para o desenvolvimento de políticas de intervenção e construção rodoviária. Por ser uma automatização da norma PRO-159/85 e uma importante ferramenta para tomada de decisões com relação as possíveis intervenções no pavimento, o PAEP-DNER foi atualizado para um ambiente de trabalho mais moderno e foi denominado de MATPAV.A melhor gestão de recursos público ou privado pode ser otimizado por meio de análises de curto e médio prazo de intervenções realizadas nas rodovias. Isto é possível através de um conjunto de rotinas, desenvolvidas nessa atualização do PAEP-DNER que se utiliza das equações de previsão de desempenho dos pavimentos contidos na referida norma e apresenta por meio de gráficos o desenvolvimento da irregularidade, área trincada e desgaste da superfície ao longo da vida em serviço do pavimento.Para ilustrar as potencialidades do MATPAV, o presente artigo apresenta o exemplo numérico, contido no anexo da PRO-159/85, de uma alternativa de restauração, para um período de análise, aplicada a um trecho homogêneo.

PALAVRAS-CHAVES: gerência de pavimentos, PAEP, PRO-159/85, restauração. ABSTRACT This paper shows some procedures, which are useful in pavement management, based on PRO-159/85 – Flexible and semi rigid pavement restoration project and on PAEP-DNER application.The PAEP-DNER application, which was one of the earliest pavement management software in Brazil, was one of the most important tools for development of road construction and intervention policies. The PAEP-DNER application was updated to an application with a better interface and renamed as MATPAV.The better public or private resource management can be improved by short and medium term analysis of road interventions. This is possible by procedures developed in this update, because these procedures use the pavement progress equations of PRO-159/85 and show the roughness, crack and consuming progress pavements by graphics.To illustrate the potentialities of MATPAV, the present paper shows the numerical example contained in the annex of the PRO-159/85, a restoration alternative, for an analysis period, applied to a homogeneous stretch.

KEY WORDS: pavement management, PAEP, PRO-159/85, restoration

Afiliação: INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA ENGENHARIA Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha Rio de Janeiro (RJ) – CEP 22.290-270 (1) [email protected] (2) [email protected] (3) [email protected]

INTRODUÇÃO Os atuais meios de programação orientada ao objeto associada à capacidade profissional e experiência dos engenheiros rodoviários brasileiro permitem o desenvolvimento de ferramentas adequadas às peculiaridades nacionais. O aproveitamento de estudos e experimentos, realizados anteriormente por pesquisadores brasileiros, são importantes à engenharia rodoviária local. O aproveitamento de pacotes computacionais para gerência de pavimentos desenvolvidos em locais com realidades diferente que a brasileira retarda e por vezes inviabiliza a construção em locais nos quais a integração e o desenvolvimento regional, itens difíceis de serem valorados, são raramente considerados. O PAEP, Programa de Avaliação Estrutural de Pavimentos, automatização dos procedimentos contidos na norma PRO-159/85,utiliza-se da pesquisa de avaliação estrutural de pavimentos realizada pelo Instituto de Pesquisas Rodoviárias – IPR. O presente trabalho tem por objetivo resgatar esse aplicativo que permite simular o desempenho de reforços no pavimento ao longo do tempo mediante o estudo do desempenho funcional e estrutural de cada uma das alternativas, e seus respectivos custos de construção e manutenção ao longo da vida útil estabelecida. [3]

EVOLUÇÃO DA INFORMÁTICA O advento dos computadores possibilitou o processamento de dados em uma velocidade superior à humana. Os primeiros computadores da década de 1940 possuíam somente dois níveis de linguagem de programação: o nível da linguagem de máquina, no qual toda a programação era feita, e o nível da lógica digital, onde os programas eram efetivamente executados. Em 1951, surgiu a idéia de se projetar um computador a três níveis, a fim de se simplificar o hardware. Esta máquina tinha um programa denominado interpretador armazenado permanentemente, cuja função era executar os programas em linguagem de máquina. O hardware assim poderia ser simplificado: teria apenas que executar um pequeno conjunto de micro instruções armazenadas, ao invés de todo o programa em linguagem de máquina, o que exigia menos circuitos eletrônicos. A partir daí começam a evoluir as linguagens e as arquiteturas das máquinas, impulsionadas, principalmente, pelo aparecimento de um novo conceito na História da Computação: os Sistemas Operacionais. [7] Em 22 de maio de 1990, foi lançado o Windows 3.0 compatível com o DOS, que geralmente é confundido com um sistema operacional, porém é apenas uma plataforma. O Windows 3.0 utiliza o DOS para fazer as entradas e saídas, como qualquer outro programa de aplicação, porém fornece recursos que o diferencia dos demais aplicativos da época e atualmente, já como sistema operacional Windows, tornou-se o mais utilizado no mundo. Neste mesmo ano, surge a internet (World Wide Web) fruto do desenvolvimento do HTML, que associada ao Windows propiciou a evolução acelerada de ferramentas computacionais na década de 90. [7] Atualmente uma das ferramentas computacionais bastante difundidas entre as engenharias é o MATLAB. Esta ferramenta computacional é um sistema interativo cujo elemento básico de informação é uma matriz que não requer dimensionamento. Esse sistema permite a resolução de muitos problemas numéricos em apenas uma fração do tempo que se gastaria para escrever um programa semelhante em linguagem Fortran, Basic ou C++. Além disso, as soluções dos problemas são expressas no MATLAB quase exatamente como elas são escritas matematicamente. O MATPAV utilizou-se desta ferramenta computacional para sua implantação, entretanto nada que impeça a sua implementação em ambiente independente de plataforma operacional, como o Java ou em planilha eletrônica. O MATPAV foi desenvolvido em funções de forma a possibilitar que o usuário utilize as equações de desempenho de determinado tipo de pavimento ou restauração independentemente dos procedimentos de análise da PRO 159/85. As vantagens ao ser implementado em funções são as Trabalho Técnico - 38ª RAPv/12o ENACOR- no. XXX

O Encontro da Pavimentação na Terra do Encontro das Águas Manaus, AM - BRASIL - 12 a 16 de agosto de 2007

possibilidades de inserção de modelos de desempenho de novas tecnologias para restauração ou construção e adaptação para planilha eletrônica possibilitando assim uma maior difusão no meio rodoviário para o seu aperfeiçoamento.

INVESTIMENTOS EM RODOVIAS FEDERAIS BRASILEIRAS A revolução na programação, com o surgimento do Windows e das linguagens de programação orientadas ao objeto, possibilitaram uma interface com o usuário mais amigável. Entretanto apogeu da informática no mundo coincidiu com o período de investimentos módicos em infra-estrura rodoviária, após um longo período (1975-1985) de redução de recursos para esse fim. A figura 1 apresenta os investimentos realizados em rodovias federais no período entre 1975 e 1995. Observa-se ainda na figura 1 que no período 1990-94, os investimentos foram reduzidos drasticamente. O valor alcançado foi somente 43,7% do valor médio anual da década de 70 e foram acrescidas somente 1302 Km (até 1993) de rodovias pavimentadas. O baixo nível de investimentos fez com que em diversas rodovias não fossem realizados trabalhos de restauração e manutenção que associados a uma frota de caminhões antiga (idade média de 13,4 anos), resultaram em um aumento no número de acidentes, no tempo de viagem e do valor do frete. A figura 2 apresenta a evolução da rede rodoviária federal no período de 1960 até 2000.Apesar do gráfico da figura 2 apresentar um aumento da malha viária nacional este não reflete as condições das mesmas, pois os baixos investimentos realizados nesse período não foram suficientes para a realização de atividades de conservação rotineira o que ocasionou a deterioração de boa parte da malha rodoviária evidenciada pelas operações tapa-buracos emergenciais nos últimos anos.[3,4 e 5]

R$ milhões (1995)

Figura 1- Gráfico com a evolução dos investimentos em rodovias federais (1961-1995)[2] Trabalho Técnico - 38ª RAPv/12o ENACOR- no. XXX


Evolução da Rede Rodoviária Federal (Km)

Evolução da Rede R odoviária Federal (Km)

Ano

Pavimentada

Não Pavimentada

1960

8.675

23.727

1965

12.589

22.003

1970

24.146

27.394

1975

40.190

28.774

Pavimentada

1980

39.695

19.480

Não Pavimentada

1985

46.455

14.410

1990

50.310

13.417

1993

51.612

13.783

2000

56.097

14.524

60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1960

1970

1980

1990

2000

Ano

Figura 2 -Evolução da rede rodoviária federal 1960~2000 [4,5]

DESEMPENHO DE PAVIMENTOS Os pavimentos rodoviários flexíveis ou não, frequentemente, quando não desempenham as funções para as quais foram concebidos, apresentam uma redução prematura de sua qualidade em serviço. As decisões sobre a conservação ou restauração rodoviária apóiam-se em informação relativa ao estado presente de uma rodovia ou da previsão de seu estado ao longo do tempo, com o objetivo de otimizar a utilização dos recursos financeiros destinados à infra-estrutura rodoviária. Esta informação é tratada por ferramentas computacionais de apoio a gestão de recursos financeiros que norteiam a tomada de decisões com relação às prioridades em serviços a serem realizados em uma malha rodoviária. [3] A avaliação da qualidade – estrutural e funcional – é uma das componentes consideradas pelos sistemas de gerência de pavimentos que procura verificar se os limites dos parâmetros de qualidade do pavimento, predefinidos pelo usuário do sistema, foram atingidos. Esses sistemas usam para esse fim a avaliação do estado atual dos pavimentos existentes associados as suas equações de previsão de desempenho ao longo do tempo. A avaliação estrutural procura determinar a capacidade de suportar as cargas previstas pelos pavimentos projetados com base na repetição do número de passagens de um eixo-padrão, já a funcional, tem por objetivo definir a qualidade do pavimento, face às exigências dos órgãos rodoviários responsáveis pelas rodovias com relação a defeitos nos pavimentos que promovam deterioração prematura do pavimento e desconforto e insegurança ao usuário da via. Frequentemente verifica-se que os pavimentos apresentam uma degradação da sua qualidade, quer estrutural, quer funcional por falta de investimentos no momento oportuno. Entende-se por desempenho de pavimentos a capacidade de suportar as cargas do tráfego e oferecer uma superfície de circulação confortável e segura, os quais são estudados atualmente com base em sua componente estrutural através da vida residual. Quanto à componente funcional o desempenho é estudado a partir da observação dos parâmetros de irregularidade longitudinal e transversal, atrito e degradações superficiais. [3] Trabalho Técnico - 38ª RAPv/12o ENACOR- no. XXX


PRO-159/85 - Projeto de restauração de pavimentos flexíveis e semi-rígidos [1] O procedimento PRO-159/85 leva em consideração um dos principais conceitos em gerência de pavimentos: a análise de várias alternativas de reforço para um pavimento, mediante o estudo do desempenho funcional e estrutural de cada uma das alternativas, e seus correspondentes custos de construção e manutenção ao longo da vida útil estabelecida. Este procedimento adota as equações de previsão de desempenho desenvolvidas na Pesquisa de Inter-relacionamento de Custos Rodoviários (PICR), realizada pelo Instituto de Pesquisas Rodoviárias – IPR do antigo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem – DNER.

Programa PAEP Com o objetivo de agilizar os cálculos necessários à analise de alternativa de reforço desejada para um pavimento estudado, um programa computacional codificado em Basic e Fortran foi desenvolvido.Este programa foi denominado de PAEP e permite a realização de simulações com alternativas de restauração em lama asfáltica, tratamento superficial simples ou duplo e em concreto asfáltico em diferentes espessuras, definidas pelo projetista a partir da adoção de espessuras mínimas e máximas admissíveis.O presente trabalho resgatou esse programa tão útil ao engenheiro rodoviário da época e o disponibilizou em ambiente atual e moderno de programação.[6]

MATPAV Ao implementar o conjunto de rotinas contidas na PRO-159/85 que doravante serão chamadas de MATPAV, buscou-se aproximá-lo ao máximo do antigo programa PAEP obedecendo ao fluxograma (figura 3) concebido para o seu desenvolvimento. O diferencial do MATPAV em relação ao PAEP consiste na apresentação de gráficos com a evolução do trincamento, desgaste e irregularidade do pavimento analisado. Os dados de entrada necessários à alimentação do MATPAV são os mesmos do PAEP e são basicamente os seguintes: a)Dados do pavimento existente - Idade do pavimento; - Tipo de revestimento; - Deflexão; - Trincamento (%); - Desgaste (%); - Irregularidade longitudinal (QI); e - Número estrutural corrigido (SNC). b)Dados do tráfego - Período de análise; - Parâmetro de tráfego AASHTO no 1º ano; e - Taxa anual de crescimento do tráfego. c) Restrições de construção - Espessuras mínima, máxima de concreto asfáltico; - Espessura do tratamento superficial simples; - Espessura do tratamento superficial duplo; - Espessura total máxima de uma alternativa; Trabalho Técnico - 38ª RAPv/12o ENACOR- no. XXX


- Número limite de intervenções; e - Vida mínima por intervenção. d) Restrições de desempenho - Irregularidade longitudinal máxima ao final da vida útil; - Trincamento máximo ao final da vida útil; e - Desgaste máximo ao final da vida útil (TS – Tratamento Superficial). e) Restrições econômicas - Recursos disponíveis para a primeira intervenção; e - Recursos globais disponíveis. f) Custos unitários - Lama asfáltica; - Tratamento superficial simples; - Tratamento superficial duplo; e - Concreto asfáltico.

INÍCIO

1

RESTRIÇÃO DO USUÁRIO TRmáx, Dmáx e QImáx

DADOS DO TRECHO QIE, TRE, DE e IDADE

DETERIORAÇÃO NO LIMITE

S

RESTAURAÇÃO

N IDADE + 1/2 PERÍODO

PERÍODO DE ANÁLISE SATISFEITO

S

CUSTO DA ALTERNATIVA

S

ALTERNATIVA ESGOTADA

N EVOLUÇÃO MODELOS - PAV. EXISTENTE - RESTAURAÇÃO

IDADE = AE

IMPRIMIR 5 ALTERNATIVAS ECONÔMICAS

1

FIM

PERÍODO - 6 MESES

Figura 3 - Fluxograma do programa PAEP [6]

Trabalho Técnico - 38ª RAPv/12o ENACOR- no. XXX


APLICAÇÃO: ANEXO – EXEMPLO NUMÉRICO (DNER-PRO 159/85) Esta aplicação utiliza-se do exemplo numérico contido na norma em questão, para confrontar os resultados obtidos pelo MATPAV com os do anexo supracitado. Os preços dos serviços não refletem a realidade praticada pelo mercado, uma vez que os valores nela contidos são referentes ao ano de sua publicação (1985) e buscou-se apenas ,nesse primeiro momento, observar a correta implementação das rotinas contidas na PRO-159/85. Os dados de entrada para o MATPAV foram os seguintes: a)Dados do pavimento existente - Idade do pavimento: 6 anos; - Tipo de revestimento: Tratamento Superficial Duplo; - Deflexão: 114 (0,01 mm); - Trincamento: 87,0 %; - Desgaste: 0 %; - Irregularidade longitudinal: 42,0 cont./km; - Número estrutural corrigido: 3,83. b)Dados do tráfego - Período de análise: 10 anos; - Parâmetro de tráfego AASHTO no 1º ano: 70262; - Taxa anual de crescimento do tráfego: 4%. c) Restrições de construção - Espessura mínima de concreto asfáltico: 4,0 cm; - Espessura máxima de concreto asfáltico: 10,0 cm; - Espessura do tratamento superficial simples: 1,5 cm; - Espessura do tratamento superficial duplo: 2,0 cm; - Espessura total máxima de uma alternativa: 20,0 cm; - Número limite de intervenções: 3; - Vida mínima por intervenção: 2,5 anos. d) Restrições de desempenho - Irregularidade longitudinal máxima ao final da vida útil: 60,0 cont./km; - Trincamento máximo ao final da vida útil: 40,0 %; - Desgaste máximo ao final da vida útil : 40,0 %. e) Restrições econômicas - Recursos disponíveis para a primeira intervenção: R$ 7.000.000,00 / km; - Recursos globais disponíveis: R$ 16.000.000,00 / km. f) Custos unitários - Lama asfáltica: R$ 400,00 / m 2; - Tratamento superficial simples: não considerado nesta análise; - Tratamento superficial duplo: R$ 800,00 / m2; - Concreto asfáltico: R$ 50.000,00 / m3. Trabalho Técnico - 38ª RAPv/12o ENACOR- no. XXX


O MATPAV foi estruturado em funções, o que possibilita a contribuição por interessados pela área em melhorar e aperfeiçoar este resgate ao esquecido, entretanto importantíssimo precursor da automatização de procedimento em favor da gerência de pavimento nacional que foi o PAEP. O MATPAV está disponível para ‘’download’’ no endereço eletrônico http://transportes.ime.eb.br para avaliação, sugestões e aperfeiçoamento. As figuras de 4 e 5 apresentam telas capturadas na execução do MATPAV com os dados anteriormente apresentados.

Figura 4 - Apresentação dos resultados pelo MATPAV

Figura 5 – Gráfico com a evolução da Irregularidade, trincamento e desgaste do pavimento Trabalho Técnico - 38ª RAPv/12o ENACOR- no. XXX


CONCLUSÃO Os modelos de previsão de desempenho contidos no método PRO-159/85 requerem esforços adicionais de pesquisas para que os tornem mais confiáveis. Novas alternativas de restauração devem ser incorporadas à norma PRO-159/85 com os seus respectivos modelos de desempenho. Os baixos investimentos em infra-estrutura rodoviária na década do lançamento do sistema operacional Windows criaram um hiato no desenvolvimento e atualização de pacotes computacionais nacionais voltados para área de engenharia rodoviária e propiciou o abandono de programas como o PAEP e a adoção de outros mais amigáveis, entretanto desenvolvidos em realidades distintas da brasileira. O aproveitamento de pesquisas nacionais possibilita a implementação de programas computacionais adequados às condições vigentes da malha rodoviária brasileira. A adoção de programas de gerência de pavimentos consolidados em realidades diferentes que a nacional impedem a introdução e o aproveitamento de ferramentas consagradas anteriormente e por vezes mais adequadas às necessidades do Brasil.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]DNER-PRO 159/85 – Projeto de restauração de pavimentos flexíveis e semi-rígidos.Rio de Janeiro.1985. [2]Ferreira, P.C.;Malliagros, T. G. - Investimentos, Fontes de Financiamento e Evolução do Setor de Infra-estrutura no Brasil: 1950-1996*.Rio de Janeiro.FGV- Fundação Getúlio Vargas / RJ.1996. [3]Freitas, F.F., Pereira, P.A.A. - Estudo da Evolução do Desempenho dos Pavimentos Rodoviários Flexíveis. Universidade do Minho,Portugal. [4]Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes - GEIPOT. Anuário Estatístico dos Transportes - 1970/1996. [5]Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes - GEIPOT. Anuário Estatístico dos Transportes - 1995/2000. [6]Pinto, S.; Preussler, E.S. – Pavimentação Rodoviária - Conceitos fundamentais sobre pavimentos flexíveis.Rio de Janeiro.Editora COPIARTE.2002. [7]http://www.brasilescola.com/informatica – Evolução da Informática – capturado da internet em 29-03-07.

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