CALIBRAÇÃO E AFERIÇÃO DO

MODELO HDM-4 PARA AS

CONDIÇÕES DA REDE DE RODOVIAS DO BRASIL

FORTALECIMENTO INSTITUCIONAL EM GESTÃO DE PAVIMENTOS

PROJETO DE TRANSPORTE DE RODOVIAS PREMEF

TNM TECHNOLOGY AND

MANAGEMENT LTD.

CALIBRAÇÃO E AFERIÇÃO DO MODELO HDM-4 PARA AS

CONDIÇÕES DA REDE DE RODOVIAS DO BRASIL

O Departamento Nacional de Infraestrutura de

Transportes (DNIT) tem um Sistema de Gestão de

Pavimentos (SGP) para realizar o planejamento dos

investimentos na rede rodoviária federal, o qual está

integrado com o modelo HDM4, ferramenta

desenvolvida pelo Banco Mundial e utilizada em

mais de 40 países.

O HDM4 (Highway Development and Management

model) é uma ferramenta projetada para apoiar a

tomada de decisões relacionadas principalmente à

gestão da conservação e à reabilitação de

pavimentos de redes viárias, em aplicações dirigidas

ao planejamento estratégico, a programação de

atividades de intervenção e a avaliação econômica

de planos e políticas de conservação. É um

programa computacional que simula condições

físicas e econômicas durante um período de análise,

para uma série de alternativas e cenários

especificados pelo usuário.

O modelo por meio de seus coeficientes

internos permite a aferição e calibração para

a obtenção de respostas e soluções realísticas

do país em questão. No caso do Brasil, rico em

diversidades climáticas, ambientais e recursos

naturais, exige-se coeficientes de calibração

diferenciados, tornando-se fundamental a

calibração do software sobre uma base de

dados confiável, para a verificação da

evolução dos defeitos previstos pelo modelo

com a condição real representativa das

rodovias.

MARCO INSTITUCIONAL

A calibração dos modelos de deterioração a

realidade das rodovias Brasileiras permitirá utilizar

com maior confiabilidade o modelo HDM-4 e

realizar um planejamento mais acertado dos

investimentos e intervenções.

O projeto é de soma importância para o setor,

levando em consideração que somente 9

calibrações como esta foram realizadas nos últimos

40 anos.

1

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DADOS GERAIS DO CONTRATO

Contrato: 456/2012 - UASG 393003.

Data de Inicio: 18 de Julho de 2012

Data de Finalização: 16 de Julho de 2017

A empresa TNM Ltd., reconhecida como líder em

Israel, vem expandindo seu campo de atuação

internacionalmente, com presença permanente

em países como Brasil Colômbia, Guatemala,

Peru, Panamá e outros da região. Na África, a

TNM atua em países como Guiné Equatorial,

Nigéria, Libéria e Botsuana. Nos países

mencionados é líder em desenvolvimento de

engenharia de projetos rodoviários, levando e

aplicando modernas tecnologias para a medição

e obtenção de informações rodoviárias.

Os objetivos do PREMEF incluem investimentos em

fortalecimento Institucional, onde se enquadram os estudos

necessários para calibração do Modelo HDM-4, visando

melhorar a confiança da Gerência de Pavimentos adotada

no DNIT.

TNM TECHNOLOGY AND

MANAGEMENT LTD. O Banco Internacional para Reconstrução e Desenvolvimento – BIRD é uma organização financeira de projetos viáveis de desen-volvimento econômico, social e institucional.

A Coordenação do Programa e fiscalização do projeto está a cargo da Coordenação Geral de Planejamento e Programação de Investimentos CGPLAN –DNIT.

A República Federal do Brasil e o BIRD assinaram um acordo de empréstimo nº. 7383-BR, para implementar o PROJETO DE TRANSPORTE DE RODOVIAS PREMEF.

Mediante a Concorrência Internacional Nº 580/2011, DNIT contratou à empresa TNM TECNOLOGY AND MANAGEMENT LTD para a realização da consultoria.

A CONSULTORIA

A Companhia TNM Technology and Management

Ltd, foi fundada em Israel no ano de 1988, pelos

Srs. Haim Bonjack e Ehud Cohen. Ambos

dedicaram sua ampla experiência profissional à

empresa no que se refere ao planejamento

econômico, projeto de engenharia e direção de

projetos de infraestrutura viária, com ênfase em

rodovias.

Com base na experiência adquirida durante a

ativa participação em projetos internacionais,

financiados pelo Banco Mundial (BIRD), Banco

Interamericano de Desenvolvimento (BID),

Ministério de Relações Exteriores dos Estados

Unidos (AID), Nações Unidas (UNDP) e outros, seus

fundadores decidiram direcionar-se na aplicação

de novas tecnologias de projetos, construção e

manutenção de pavimentos.

Os principais âmbitos onde a TNM se destaca são: Projetos integrais de Engenharia, Supervisão,

Concessões Rodoviárias, Sistema de Gestão, Inventários e medições, Planejamento de Transporte,

Desenvolvimento de Software, e Fortalecimento Institucional.

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O objetivo do projeto é a execução dos

“ESTUDOS E AVALIAÇÕES PARA CALIBRAÇÃO E

AFERIÇÃO DO MODELO HDM-4 ÀS

CONDIÇÕES DAS RODOVIAS BRASILEIRAS, FASE

II – NÍVEL 3”.

DESCRIÇÃO DAS ETAPAS DO PROJETO

O projeto contém cinco produtos principais,

que se descrevem como segue:

•REVISÃO FASE 1: Revisão, validação,

atualização e complementação dos

resultados da fase I, níveis 1 e 2 conforme

volume 5 da documentação do HDM-4.

•SELEÇÃO DOS TRECHOS: Definição, seleção e

demarcação de 50 seções de ensaio que

representem à rede de rodovias federais.

•ATIVIDADES DE CAMPO: Pesquisa e

monitorando das condições dos trechos

selecionadas.

•ANÁLISE DE DADOS: Identificação e validação

de segmentos homogêneos, alimentação do

banco de dados do SGP, Proposta e

validação de calibração final resultante para

fase II, nível 3, de acordo como descrito no

volume 5 da documentação do HDM-4.

•TREINAMENTOS: Realização de treinamentos

em HDM-4.

Calibração e Adaptação

Fase II, Nível 3

Validação Fase I

Treinamento em HDM4

Nível 1 – Informação Básica

Determina os valores básicos exigidos dos parâmetros

de entrada, adota muitos valores padrões, e calibra os

parâmetros mais sensíveis com melhores estimativas,

estudos de caso ou mínimos levantamentos de

campo.

Nível 2 – Calibragem

Exige medição de parâmetros de entrada adicionais e

moderados levantamentos de campo para calibrar os

códigos de relações previstas às condições locais. Este

nível deve impor uma pequena modificação ao

código de origem do modelo.

Nível 3 – Adaptação

Empreende um maior levantamento de campo e

experiências controladas para melhorar as relações

entre as previsões existentes ou para desenvolver

relações novas e especificamente localizadas para

substituição no código de origem do modelo.

Em termos de trabalho, estes três níveis podem ser

vistos como semanas, meses e anos. Toda análise do

HDM requer pelo menos o Nível 1 de calibragem.

Nível 1

Nível 3

Semanas

Planejamento Geral

Prioridade alta

Telas preliminares

Estimativa Bruta

Tempo

requerido

Estudos de

Escritório

Levantamentos

de campo

Levantamentos e

pesquisas

experimentais

Recursos requeridos

Limitados Moderados Significativos

Meses

Anos

Avaliação do Projeto

Probabilidade Detalhada

Estimativas Confiáveis

Pesquisas e

Desenvolvimiento

Nivel 2

CALIBRAÇÃO E AFERIÇÃO

DO MODELO HDM-4 PARA

AS CONDIÇÕES DA REDE

DE RODOVIAS DO BRASIL

2012

2017

OBRIGATÓRIO

ESCOPO DO PROJETO

Principais Finalidades do Estudo:

a) Revisar, validar e atualizar os parâmetros do nível 1 e nível 2 de calibragem que foram definidos

pela consultora no ano 2004, e

b) Desenvolver o nível 3 de calibragem para os modelos de deterioração dos pavimentos.

ASSUNTOS GERAIS DA CALIBRAÇÃO DO

MODELO HDM4

Há três níveis de calibragem para o HDM, os quais

envolvem baixos, moderados e maiores níveis de

produção e recursos, conforme a seguir:

3

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Para fazer uso do modelo HDM4, os parâmetros

de Configuração devem ser definidos,

conforme apresentados na tela e descritos

como segue, fazendo a análise e a revisão do

estudo da Fase 1:

Definição das zonas climáticas

A definição dos climas do Brasil foi realizada a

partir do mapa de climas do IBGE (Instituto

Brasileiro de Geografia e Estatística) a partir de

este mapa, foram definidas 5 zonas climáticas.

Os dados destas zonas climáticas foram

definidos consultando as informações dos

últimos 5 anos (1-Out-2007 a 1-Out-2012) de 291

estações meteorológicas convencionais no

Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e

Pesquisas (BDMEP) do INMET (Instituto Nacional

de Meteorologia).

Zonas Climáticas Codigo

Clima Equatorial 1

Clima Tropical Zona Equatorial 2

Clima Tropical Nordeste Oriental 3

Clima Tropical Brasil Central 4

Clima Temperado 5

TIPO DE VEÍCULO CLASSE Idade Média

(anos)

PASSEIO E LEVES P1

6.16

P3

6.75

ÔNIBUS O1 9.37

CAMINHÕES

LEVES C1 11.90 C2

ARTICULADOS R1, R2, R4, R5 5.38

SEMI-

ARTICULADOS

S3 9.13

S6

SEMI-

ARTICULADOS

ESPECIAIS

SE1

5.91

MOTOS M 4.89

2C

2C

3C

2S3

3S3

3T4

Definição da frota veicular e características

A frota veicular no HDM4 é utilizada para armazenar

detalhes dos tipos de veículos a serem considerados

em suas análises. Uma frota veicular é composta por

tipos de veículos que por sua vez representam uma

categoria de veículos no tráfego que está sendo

modelado (por exemplo, carros pequenos,

caminhões leves, etc). Quando se cria una frota

veicular, deve-se incluir um veículo tipo para cada

categoria de veículos que está presente no tráfico

modelado. Para efeito do presente estudo, foram

definidos os tipos de veículos da rede de estradas

Brasileira, e de cada um deles, o veículo

representativo a partir de diferentes fontes e

documentos para obter pleno conhecimento dos

veículos que circulam pela rede de rodovias.

Frota Veicular

Para cada tipo de veículo da frota

veicular foram definidas as características

físicas, econômicas e financeiras para poder empregar-se nas análises do HDM4.

Veículos Tipo

NÍVEIS 1 E 2 DE CALIBRAGENS -REVISÃO FASE 1

4

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5

SELEÇÃO DOS TRECHOS-TESTES

A distribuição conjunta das Zonas Climáticas, Tipos de

Superfície de rodovia e os grupos de Deflexão

Central, na população rodoviária brasileira

resultaram em não menos que 46 combinações

diferentes.

Das 46 combinações se observou que 17 grupos

representam 94% da rede rodoviária brasileira, em

termos dessas três variáveis de amostragem.

Uma das características diferenciais deste projeto é a amostragem de 50 segmentos de um

quilômetro de diferentes rodovias e a coleta de dados nesses segmentos rodoviários. Com isso, se

espera refletir grandes parcelas da população rodoviária, e a coleta de dados nestes segmentos

também poderá permitir uma calibração HDM-4 Nível 3 durante os próximos 5 anos.

A análise estatística é um componente importante

deste projeto é implementada em duas partes

distintas: amostragem estatística representativa da

população rodoviária e realização de análises

estatísticas / regressivas para demonstrar a

realidade brasileira dos modelos de deterioração

abordados no HDM-4.

Análise Estatística, Características

Representativas da Rede Rodoviária

Análise Estatística, Características

Representativas da Rede Rodoviária

Visitas de Campo

Para a adequada seleção dos trechos testes, foram realizadas Visitas de Campo em conjunto com a

Coordenação Geral de Planejamento do DNIT, durante o período compreendido entre os meses de

Setembro de 2012 e Janeiro de 2013. A localização e características dos Trechos-Testes a serem

inspecionados, corresponderam às rodovias pré-selecionadas de acordo com a metodologia de

amostragem estatística desenvolvida pela TNM.

Através do CGPLAN, as superintendências foram envolvidas no processo de inspeção, sendo agendadas

periodicamente vistorias em cada Unidade Federal para avaliar os trechos e obter informações específicas

das estruturas do pavimento. Interagir com a área técnica das superintendências e unidades locais, foi

sumariamente importante para entender as políticas de manutenção e as condições

particulares da rede rodoviária das dez (10) Unidades Federais abrangidas no projeto.

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LOCALIZAÇÃO DOS TRECHOS EXPERIMENTAIS SELECIONADOS

6

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A GESTÃO DE PAVIMENTOS dirige-se essencialmente à definição de estratégias de conservação ideais desde o

ponto de vista técnico e econômico, com base em seu estado atual, e contra um padrão mínimo pré-

estabelecido. Para conseguir isto, o estado da arte da engenharia de pavimento nos dá ferramentas básicas

para definir o estado atual, entre os quais incluem os inventários e diagnósticos de estradas, que permitem

definir a condição funcional e estrutural de um pavimento ou sua SERVENTIA através de "parâmetros"

derivados de propriedades intrínsecas da estrutura, medições diretas ou indiretas com diferentes tipos de

equipamentos, bem como através de inspeção visual por especialistas.

Os parâmetros relacionados descrevem o nível de serviço, portanto, exibem as mudanças do pavimento que

paulatinamente é deteriorado pelas cargas impostas pelo tráfego veicular e outras variáveis ambientais.

Dada a necessidade de estabelecer o momento oportuno para a realização de uma estratégia de

manutenção em um determinado período de análise, é essencial saber a "forma" como os parâmetros de

qualificação estão mudando ao longo do tempo, é preciso saber o "Modelo de Deterioração" para cada um

destes parâmetros.

ENSAIOS DE CAMPO - PARÂMETROS DE DETERIORAÇÃO

Do acima exposto, conclui-se que, a fim de fazer a gestão de pavimentos é necessário ter modelos

deterioração que permitem "prever" o comportamento dos parâmetros estruturais e funcionais. A

quantidade, qualidade e precisão dos parâmetros ou insumos, dependem do nível de gestão que se

deseja implantar, considerando-se que existem diferenças na definição das estratégias mais

adequadas de conservação para toda uma rede rodoviária ou para um projeto específico.

Deflexão Central

Índice de Irregularidade

Internacional

Levantamento Visual Contínuo

Valor de Resistência à Derrapagem

Altura Média da Mancha de Areia

Volume de Transito Médio Diário

Equivalente de Eixos - Padrão

Parâmetros e Fatores Geradores da

Deterioração

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LEVANTAMENTOS DE CAMPO

Cada Trecho-Teste deve ser

demarcado com o objetivo

de referenciar os defeitos do

pavimento respeitando os

pontos de controle

estabelecidos cada 20

metros.

No início e final de cada

Trecho, são instaladas placas

de sinalização que indicam a

presença de um trecho

experimental com

comprimento de 1 Km.

O objetivo do levantamento detalhado dos

defeitos é a verificação da evolução dos defeitos

previstos pelo modelo HDM-4 com a condição real

representativa das rodovias durante o período de 5

anos.

DEMARCAÇÃO

MARCAÇÃO DO

TRECHO

IDENTIFICAÇÃO DE DEFEITOS NO

PAVIMENTO

Os inventários da superfície do

pavimento são realizados a

pé ao longo de cada

Unidade de Amostragem

(UA), em ambas as faixas de

tráfego.

Os defeitos são demarcados

mediante códigos específicos

para facilitar a sua

identificação, classificação,

severidade e localização nas

imagens registradas em cada

Trecho –Teste.

A metodologia dos

Levantamentos está de

acordo com a NORMA DNIT

006/2003 – PRO, pelo qual é

obtida uma avaliação

objetiva da superfície do

pavimento. No entanto, o

levantamentos fazem ênfase

nos defeitos correspondentes

aos modelos do HDM-4.

Dentro do levantamento dos defeitos, se encontra o registro do

afundamento existente nas trilhas de roda, sendo este um defeito

estrutural modelado pelo HDM-4.

CURVA DE DETERIORAÇÃO

DETERIORAÇÃO

IDADE

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Medição de Deflexões com FWD Falling Weight Deflectometer

Medições de Rugosidade com RSP

(Road Surface Profiler)

Medições de Micro e Macrotextura

A microtextura é uma característica

muito importante para rompimento da

película de água e promoção do

contato pneu-pavimento para baixas

velocidades de deslocamento.

A macrotextura é uma das

características mais relevantes e que

afetam a aderência, principalmente

para velocidades de deslocamento

acima de 50km/h.

A realização dos

trabalhos de campo está

sujeita à aplicação das

normas estabelecidas a

nível mundial, a fim de

realizar análises objetivas

e alinhadas com teorias

padrões sobre a

condição funcional do

pavimento. Ressaltando

que o principal objetivo é

medir, calcular e

determinar variáveis

suficientemente exatas e

reprodutíveis que possam

ser submetidas a

avaliações comparativas ao longo do tempo.

A textura é um dos parâmetros avaliados no modelo HDM-4, com incidência importante nos custos

operacionais, toda vez que é um fator contribuinte no consumo de pneus e na velocidade de

tráfego.

A irregularidade do pavimento é um dos principais parâmetros modelados pelo HDM-4, sua evolução está em função de diferentes fatores:

IRI = f (deformação estrutural, condição

superficial, idade-ambiente)

9

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CONTAGENS DE TRÁFEGO

PESAGEM VEICULAR

A pesagem estatística faz parte do escopo do estudo, toda

vez que é necessário associar a deterioração do pavimento

com as cargas que transitam pelas estradas envolvidas no

projeto. É muito importante detectar o excesso de carga e

formar um banco de dados com os registros obtidos,

contendo o peso e a classificação de cada veículo. Desta

maneira se consegue determinar o fator equivalente de

carga e calcular o número equivalente de eixos padrão (N).

O projeto inclui a realização de

contagens de tráfego durante 7 dias

para classificação e composição da

frota circulante das localidades onde

foram estabelecidos os trechos-testes.

Serão realizadas contagens automáticas

do tráfego usando sensores

eletromagnéticos, sendo de 24 horas por

dia, totalizadas por intervalo de 60

minutos e registrando simultâneamente

a velocidade média dos veículos.

Também serão realizadas contagens

manuais do tráfego, nos dois sentidos,

durante 2 dias, onde serão identificados

todos os tipos de veículos visando à

calibração com a contagem

automática. A contagem será de 8

horas por dia, totalizadas por intervalo

de 60 minutos.

As pesagens serão feitas por amostragem,

levando em consideração obter a

caracterização do peso dos veículos mais

predominantes na frota Brasileira.

Modificações nas variáveis estruturais nos

modelos de HDM-4, como o Número Estrutural e

peso do tráfego anual (em milhão ESA), afetam

a maioria dos principais resultados incluindo

manutenção periódica, alternativas de

reabilitação, e retornos econômicos.

Os dados de tráfego constituem um indicador da utilização da

estrada, portanto, fornecem informações importantes sobre as

necessidades do usuário. Também são importantes para permitir

a projeção do comportamento do pavimento.

O tráfego é um dos fatores mais importantes no processo de calibração de HDM-4, uma vez que é um dos

parâmetros que afeta a maioria dos modelos de deterioração. Os dados de tráfego são utilizadas nos quatro

conjuntos de modelos de HDM-4 (deterioração da rodovia e efeitos dos serviços, efeitos para o usuário da

rodovia e os efeitos sociais e ambientais). Os resultados da análise econômica são bastante sensíveis aos

dados de tráfego, e a maioria dos benefícios que justificam a melhoria das estradas surgem dos indicadores

econômicos referentes aos custos de utilização das rodovias.

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GEOTÉCNICA

GEOMETRIA E SINALIZAÇÃO

Durante os levantamentos de campo, mediante GPS são

registradas as coordenadas e cotas de centro e bordas do

trecho para posteriormente processar e calcular os valores

necessários para caracterizar a geometria da estrada

requeridos no HDM4:

Na primeira campanha de levantamento,

serão realizadas sondagens geotécnicas a

fim de , caracterizar cada camada do

pavimento, através de ensaios

laboratoriais.

Os ensaios de campo e de laboratório a

serem executados para caracterizar a

estrutura do pavimento existente e os

materiais das camadas são:

Os coeficientes de escoamento são

determinadas considerando a qualidade dos

dispositivos de drenagem e o tempo que o

pavimento é exposto a níveis de umidade que

se aproximam da saturação.

Extração de corpos-de-prova de revestimento asfáltico e de

camadas cimentadas (se for o caso), por meio de sondas

rotativas.

Granulométrica de materiais granulares e misturas

asfálticas.

Teor de asfalto e cálculo do volume de vazios de ar de

misturas asfálticas.

ISC de materiais granulares e solos, nas condições de

unidade e densidade campo e nas condições de umidade

ótima e densidade máxima da energia de compactação

correspondente.

DRENAGEM GOOD FAIR POOR

BOM REGULAR RUIM

Mesmo sem nenhuma deterioração do pavimento, a capacidade do mesmo é diminuída devido a efeitos

climáticos. A precipitação é um dos fatores que afetam a resistência do pavimento, a amplitude do seu

efeito será influenciada pela condição do sistema de drenagem. No HDM-4, ambos os efeitos sazonais e de

drenagem são incluídos na analise de deterioração.

Através de inspeção visual são avaliadas as condições dos dispositivos

de segurança e sinalização viária.

Raio de curvatura (m).

Declive longitudinal (%).

Subidas e Descidas (m / Km).

Declive transversal (%)

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REGISTRO FÍLMICO

Consiste no registro contínuo de imagens de alta resolução, as quais estão

integradas a um sistema de georreferenciamento. O vídeo é uma ferramenta

para registrar as mudanças periódicas das condições da rodovia e para

avaliar assuntos específicos, como os defeitos do pavimento e o estado dos

elementos da infraestrutura rodoviária. Todas as imagens ficam posicionadas

de acordo a um sistema de localização pré-estabelecido. Os defeitos do

pavimento serão registrados anualmente através do vídeo para avaliar as

mudanças da condição superficial de cada trecho.

SEGMENTOS HOMOGÊNEOS

Para modelar a deterioração do pavimento, a

unidade básica de analise em HDM4 é o segmento

homogêneo, definido a partir dos atributos físicos e

da condição do pavimento, considerando

parâmetros como o tipo de rodovia, clima, largura

de faixa, geometria, condição do pavimento, nível

de tráfico e carga de eixos. Desta forma, uma vez

concluídos os levantamentos de campo nos 50

trechos, será analisada a sua homogeneidade

utilizando procedimentos estatísticos como a

segmentação dinâmica ou diferencias finitas

acumuladas.

Uma vez estabelecidos os segmentos homogêneos

é necessário definir os dados para armazenar na

base de dados que será usada em HDM4 e

avaliada na Calibração. Para cada um deles serão

apresentados os valores médios representativos dos

parâmetros medidos, usando a metodologia de

segmentação dinâmica. O valor representativo

pode ser uma média ponderando, máximo e

mínimo o dominante, segundo o caso da variável.

Depois do processamento de dados, ao final de

cada ciclo, será constituída a “base de dados de

calibração”, padronizada de acordo com o

Sistema de Gerência de Pavimentos implantado na

Coordenação de Planejamento do DNIT, visando

obter a mesma formatação do modelo HDM-4.

BASE DE

DADOS DE CALIBRAÇÃO

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Registro de Imagens

Avaliação de Imagens

Determinação da Condição Superficial

CALIBRAÇÃO DE MODELOS HDM-4

A calibração de um modelo de deterioração de

pavimentos consiste em ajustar as predições do modelo de

HDM4 com o comportamento real do pavimento, o

desempenho do pavimento é reconstruído realizando as

medições em campo, por um período prolongado de

tempo, neste caso 5 anos.

Desta forma, os 50 trechos testes serão agrupados segundo suas variáveis mais representativas (estrutura,

tráfego, geometria, clima) em grupos ou “categorias”. Cada um destes trechos é considerado como uma

“janela” na curva de deterioração, que junto a outras “janelas” (trechos individuais similares) e dados de

condições em diferentes idades, representarão o comportamento de um pavimento único para os diferentes

tipos de deterioração, alcançando informação real que possa ser comparada com os dados obtidos

mediante modelações. Cada grupo ou categoria que seja, o resultado de aplicar esta metodologia terá sua

própria calibração dos modelos de deterioração.

METODOLOGIA DE CALIBRAÇÃO

Dentro das distintas metodologias de calibração se encontram a calibração por “trechos-teste” e o método das

“Janelas”. Embora o presente trabalho consiste na calibração de trechos teste, realizando medições

continuamente, é importante aproveitar ao máximo a informação dos segmentos com condições similares

aplicando simultaneamente quando for possível a metodologia das “Janelas”, pois esta oferece a possibilidade

de avaliar uma maior quantidade de trechos e categorias.

De

terio

raç

ão

Idade

Modelo

HDM4

Observado

TREINAMENTOS EM HDM-4

Deterioração

Idade

Grupo 1 - Modelo para

pavimentos com características A

A3

A2

A1

A3

A1

A2

Deterioração

Idade

Grupo 2 -

Modelo para

pavimentos

com

características B

B3

B2

B1

B3

B1

B2

13

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CALIBRAÇÃO DE MODELOS HDM-4

A deterioração do pavimento é manifestada

através de vários tipos de defeitos e cada um

deles deve ser modelado independentemente.

Para o pavimento flexível, pavimento mais

predominante no Brasil, os modelos de

deterioração definidos em HDM4 são do tipo

“incremental”, ou seja, a mudança na condição

começa de um estado inicial em relação a

variáveis independentes. Como cada modelo

tem uma progressão diferente em cada

ambiente, é importante que as equações sejam

calibradas para as condições locais antes de ser

empregadas, o que é obtido ajustando-se os

parâmetros de calibração (Ki) que estão

incluídos nos modelos e que permitem indicar o

início dos defeitos e a taxa de aumento dos

mesmos.

A deterioração do pavimento é um mecanismo

complexo no qual interagem muitas variáveis

externas e muitos tipos de defeitos do

pavimento. Para pavimentos flexíveis são

modelados 8 defeitos no HDM4, que interatuam

entre si como se apresenta na figura.

Capacidade

do pavimento

Os tipos de deterioração dos pavimentos

flexíveis são agrupados em categorias de

fissuração, desintegração superficial,

deformação permanente, perfil longitudinal e

deformação. A formação dos defeitos depende

de diversas variáveis e são classificadas como

segue: capacidade do pavimento, propriedade

dos materiais, cargas do Tráfego e meio

ambiente.

Propriedades

dos materiais

Cargas do

Tráfego

Ambiente A

T

M P

FATORES QUE

INCIDEM NA

DETERIORAÇÃO

DO PAVIMENTO

ESTRUTURAL

POR REFLEXÃO

TÉRMICA TRANSVERSAL

AFUNDAMENTO /DESGASTE SUPERFICIAL

FISSURAÇÃO

DESINTEGRAÇÃO

DESAGREGAÇÃO

PANELAS

RUPTURA DE BORDA

AFUNDAMENTO ESTRUTURAL

AFUNDAMENTO PLÁSTICO DEFORMAÇÃO

RUGOSIDADE PERFIL

ATRITO TEXTURE DEPTH

SKID RESISTANCE

P

P

P

P

P

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

A

A

A

A

A

A

A

A

A

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DEFEITO GRUPOS DE DEFEITOS TIPO DE DEFEITOS

MODELOS DE DETERIORAÇÃO

CRACKING

RAVELLING

POTHOLES

RUTTING

ROUGHNESS

EDGE BREAKTEXTURE

DEPTH

SKID

RESISTANCE

DESAGREGAÇÃO

RUPTURA DE

BORDA ALTURA DE

AREIA

AFUNDAMENTO

FISSURAÇÃO

PANELAS RUGOSIDADE

RESISTÊNCIA À

DERRAPAGEM

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CALIBRAÇÃO DE MODELOS DE HDM-4

FASES MODELOS DE DETERIORAÇÃO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Áre

a a

feta

da

(%

)

Idade do

Pavimento

Fase de

Iniciação

Fase de

Progressão

Os modelos dos defeitos

correspondentes a fissuração,

desintegração e panelas tem

duas fases: fase de iniciação e

fase de progressão. Os demais

defeitos se apresentam somente

pela fase de progressão.

A fase de progressão de fissuras

e desintegração tem forma

sigmoide.

O procedimento de calibração depende da fase a ser

calibrada.

Fator de

Iniciação da

Deterioração

Ano observado de

manifestação = Ano de manifestação

segundo o modelo

PROCEDIMENTO DE CALIBRAÇÃO

Fase de Iniciação:

AFUNDAMENTO

FISSURAÇÃO

DESINTEGRAÇÃO

PANELAS

RUPTURA DE BORDA

RUGOSIDADE

ALTURA MEDIA DA MANCHA DE AREIA

VALOR DE RESISTÊNCIA À DERRAPAGEM

Somente Fase de

Progressão

Fases de Iniciação e Progressão

Fase de progressão: A calibração dos fatores de progressão se realiza através

da interação do fator K, sendo este o fator de calibração

incluído nos modelos de deterioração. A melhor

aproximação se cosegue avaliando o modelo com

indicadores estatísticos como:

• SSD, Sum of Squared Differences, somatória do

quadrado das diferenças.

• RMSE, Root Mean Square Error, ou Desvio Padrão

• Coeficiente Correlação R2

Idad

e

Ma

gn

itu

de

d

efe

ito

Valor estimado

Valor

observado

Calibração de um grupo de Trechos A,

defeito X

1

2

i O1

P1

O Fator de calibração K recomendável, corresponde ao

máximo R2 e ao mínimo RMSE.

Na fase de iniciação, a calibração consiste em calcular o

cociente entre o ano observado de manifestação da

deterioração e o ano de aparecimento previsto pelo

modelo sem calibrar:

15

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CALIBRAÇÃO DE MODELOS HDM-4

FATORES DE CALIBRAÇÃO

Calibrar é modificar as previsões dos modelos

mediante coeficientes numéricos, minimizando a

diferença entre valores previstos e observados.

Para este fim, é preciso conhecer os modelos de

deterioração de HDM-4, os quais contem fatores de

calibração (denominados com a letra K) para ajustar

as previsões a nível local ou regional, os quais podem

ser de dois tipos: de rotação (A) ou de translação (B),

que permitem ajustar o desvio dos dados. Na

calibração dos modelos é possível usar ambos ou

algum deles (C).

Os modelos de deterioração de pavimentos flexíveis

tem mais de 26 fatores de calibração K.

ESTRUTURAL REFLEXÃO TÉRMICAS TRANSVERSAIS

FISSURAÇÃO

TODAS LARGAS

1

Os modelos de Fissuras se calibram nas suas fases de iniciação e

de progressão, sendo o procedimento de calibração

apresentado a seguir:

dACA = Kcpa (CRP/CDS) ZA [(ZA a0 a1 dtA + SCA a1

) 1/a1

- SCA]

FASE DE INICIAÇÃO FASE DE PROGRESSÃO

Factor de Início da deterioração Kci =

ICA=Kcia{CDS2*a0exp[a1 SNP+ a2(YE4/SN2)] + CRT}

0

20

40

60

80

100

Áre

a a

feta

da

(%

)

Idade do Pavimento

ICA=Ano de início das trincas

A curva é deslocada modificando o parâmetro K

O fator de calibração se determina como segue: O fator de calibração se determina Iterando o K até minimizar o RMSE e maximizar o R2 (veja página anterior).

Kcia = 1 (modelo não calibrado)

Kcia < 1 (quando o ano de manifestação observado é menor ao projetado pelo modelo)

Kcia > 1 (quando o ano de manifestação observado é maior ao projetado pelo modelo)

Áre

a a

fec

tad

a

(%)

Kcia = 1 (modelo não calibrado)

Kcia < 1 (quando o aumento anual do defeito é menor do que o projetado pelo modelo)

Kcia > 1 (Quando o incremento anual do defeito é maior do que o projetado pelo modelo)

0

20

40

60

80

100

Idade do Pavimento

A curva é gerada modificando o parâmetro K

ICA

Os modelos de

fissuração tem 6

fatores de

calibração K

MODELOS DE CALIBRAÇÃO PARA PAVIMENTOS FLEXÍVEIS

Ano observado de manifestação

Ano de manifestação segundo o modelo 16

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CALIBRAÇÃO E AFERIÇÃO

RUPTURA DE BORDA

FATORES DE CALIBRAÇÃO

Os modelos de

desintegração e

panelas são

calibrados nas

fases de

iniciação e de

progressão, de

maneira similar

ao modelo de

fissuração.

DESAGREGAÇÃO 2

PANELAS 3

Fator de Calibração de iniciação

(Kvi) e Fator de Calibração de

progressão (Kvp)

Fator de Calibração de iniciação

devido a fissuras (Kpic), Fator de

Calibração de iniciação devido a

desagregação (Kpir), Fator de

Calibração de Progressão (Kpp)

4

Os modelos de Afundamento, Ruptura de Borda, Rugosidade, Altura de Areia e Resistência à

Derrapagem somente são manifestados na sua fase de progressão a partir de uma condição inicial:

O rompimento de borda é a

perda de material (que

pode envolver materiais de

base) gerados desde a

borda do pavimento.

Ro

mp

ime

nto

de

b

ord

a (

m3

/km

)

VMD

Keb=1

Keb>1

Keb<1

Fator de

Calibração

ruptura de

borda (Keb)

Para modelar os defeitos é importante levar em consideração que a

soma das áreas de fissuras + desagregação + panelas +

Rompimentos de borda NÃO PODE SER MAIOR QUE 100% DA ÁREA.

Estes defeitos são superficiais.

Somente fase

de progressão

De

feito

s d

e d

efo

rma

çã

o 3 Fatores de

Calibração :

Inicial,

Estrutural e

Plástico

AFUNDAMENTO 5 A profundidade do afundamento corresponde à soma de 4

componentes:

Densificação inicial

Deformação estrutural

Deformação plástica

Desgaste pelos pneus

com pregos (não aplica em Brasil)

+

+

+

A

fun

da

me

nto

(m

m)

Idade

K=1

K>1

K<1

Inicial (Krid)

Estrutural

(Krst)

Plástica

(Krpd)

O modelo de rugosidade tem cinco componentes: Estrutural, fissuras,

afundamento, panelas e efeitos ambientais:

Kgm é de alta sensibilidade nos

modelos de deterioração

Rugosidade 6

Componente de fissuras

Componente de afundamento

Componente de panelas

Componente ambiental

+ +

+

Componente estrutural

+ IRI (

m/k

m)

Idade

K=1 Kgs

Kgc

Kgr

Kgp

Kgm

K>1

Componente ambiental

Componente afundamento

Componente fissuras

Componente estrutural

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CALIBRAÇÃO E AFERIÇÃO

FATORES DE CALIBRAÇÃO

Altura da Mancha de Areia

Valor de Resistência à

Derrapagem

7

8

De

feito

s d

e t

extu

ra

MACROTEXTURA

MICROTEXTURA

A macrotextura e

microtextura são

modeladas somente na

fase de progressão e são

calibradas através dos

fatores : Ktd e Ksfc.

RESULTADOS DA CALIBRAÇÃO

Calibrar é modificar as predições dos modelos através de coeficientes numéricos, minimizando a diferença

entre valores previstos e observados. Ao realizar os levantamentos de dados relacionados com os defeitos e as

variáveis das quais depende ao longo de cinco anos, a primeira análise que deve ser feita é determinar se os

modelos se ajustam à realidade da deterioração dos pavimentos na Rede Rodoviária do Brasil e avaliar se

modificando os coeficientes numéricos (ou coeficientes de calibração) tanto o observado como o modelado

conservam valores próximos.

Se o descrito acima é real, o objetivo é determinar, para cada categoria o grupo de segmentos rodoviários os

coeficientes de calibração de cada modelo. No caso em que o modelo não seja ajustado à realidade da

deterioração da rede do Brasil, é preciso fazer uma adaptação dos modelos.

GRUPO Defeitos superficiais Defeitos deformação Defeitos

textura

Gru

po

Su

pe

rficie

Clim

a

De

flexã

o

Tráfe

go

Fissuras

(todas

estruturais)

Desagregação Panelas EC Afundamento Rugosidade

Macro e

micro

textura

Kcia Kcpa Kvi Kvp Kpi Kpp Keb Krid Krst Krpd Kgm Kgs

Kgc Kgr Kgp Ktd Ksfc

1

C

A

1 X B

2 2 Y A

3 3 Z C

4

D

T

S

1 X A

5 3 Y B

Desta forma, cada categoria do estudo terá

seus próprios fatores de calibração K, o que

permitirá que sejam usados para a

modelação de qualquer rodovia Brasileira em

HDM4, segundo a sua categoria

correspondente, obtendo uma melhor

previsão do seu resultado e

consequentemente um planejamento mais

acertado.

Rodovia

classificada no

grupo 5

Deterioração projetada

e ajustada à realidade

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TREINAMENTOS EM HDM4

HDM4 ?

O registro das informações da condição e comportamento do pavimento de forma consistente e comparativa, além de permitir a aferição dos modelos de previsão de desempenho das rodovias pavimentadas, também permite avaliar a efetividade das técnicas e políticas de manutenção.

Estabelecendo os coeficientes internos do modelo HDM-4, é possível a aferição e calibração para a obtenção de respostas e soluções realísticas de uma região. No caso do Brasil, um país extenso, com diversas zonas climáticas e condições geológicas e geotécnicas tão diferentes entre si, é de altíssima importância a determinação de parâmetros específicos que permitam caracterizar o comportamento estrutural e funcional do pavimento.

Calibrar o modelo HDM-4, é aperfeiçoar as ferramentas para tomar as melhores decisões relacionadas à gestão e planejamento de políticas de conservação e reabilitação de redes e projetos rodoviários.

VANTAGENS DO PROJETO

O treinamento é um componente importante do projeto, tendo

como objetivo geral a transferência de conhecimentos sobre o uso

da ferramenta HDM-4. No entanto, os treinamentos também

incorporam conceitos sobre a avaliação econômica de projetos,

controle de qualidade, programação de obras de manutenção e

muitas outras questões relativas à gestão de pavimentos.

Três campanhas de treinamentos em HDM-4 fazem parte do

projeto, obedecendo a programas de diferentes níveis de

conhecimento. Adicionalmente, os fiscais e

responsáveis do projeto tanto em

Unidades Locais, Superintendências

como no CGPLAN, receberão

transferência tecnológica

constante, assegurando que no

futuro, os funcionários envolvidos

nas áreas de gestão possam usar os

resultados obtidos a nível local e regional.

O primeiro Treinamento em HDM-4, foi

realizado no começo do ano 2013, com

a participação de palestrantes

internacionais com ampla experiência

em aplicação e funcionamento do

programa.

As atividades do treinamento serão concentradas tanto no

teórico como em práticas em que os funcionários do DNIT

irão utilizar o software HDM-4 de forma contínua, guiados por

palestrantes com ampla experiência .

O programa de treinamento em seu nível máximo irá incluir

primordialmente os temas de calibração e sensibilidade dos

modelos do HDM-4.

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LEVANTAMENTOS DE CAMPO

CRONOGRAMA GERAL DO PROJETO

VANTAGENS DO PROJETO

EQUIPE DNIT

Diretor de Planejamento e Pesquisa/DPP

José Florentino Caixeta

Coordenador-Geral de Planejamento e

Programação de Investimentos/CGPLAN

Adailton Cardoso Diaz

Coordenador de Planejamento/COPLAN

Olímpio Luiz Pacheco de Moraes

Coordenador de Planejamento/COPLAN

Substituto

Sandro Scarpellini Vieria

Analistas de Transporte/CGPLAN

Carlos Eduardo Mattos

Daiane Maciel Correia

Carlos Alberto Abramides

Consultores

Marcelo Matos Laender

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EQUIPE TNM

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Rua Joaquim Floriano, 488 – 13°. Andar – Edifício Senzala

Itaim Bibi – São Paulo – SP – CEP 04534.902

Tel: (55-11) 2985-9926.