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HDM – 4 ????
Highway Development and Management model HDM-4: Modelo de desenvolvimento e gestão de
estradas
A HDM-4 é uma ferramenta desenhada 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, à programação de atividades de intervenção e à avaliação econômica de planos e políticas de conservação.
Nota: A versão mais recente é 2.10
HDMGLOBAL é um consórcio internacional integrado por organizações acadêmicas e empresas consultoras que formaram parceria para a administração do HDM-4. A concessão por cinco anos foi outorgada pela PIARC e começou a partir de Junho de 2005 com os direitos exclusivos para sua distribuição. A Concessão é renovada a cada 5 anos.
Administração do HDM-4
Banco Mundial
TRRL
LCPC
Revisão bibliográfica,
estudo teórico
(1968-1972)
HCM
(HDM-I)
1972
TRRL
Banco Mundial
Estudo de campo em
Kenia (1971-1975)
HDM
(HDM-II)
1979
TRRL
CRRI
UNDP
Estudo de campo no
Caribe (1977-1983)
Estudo de campo na
India (1977-1983)
Estudo de campo no
Brasil (1975-1984)
HDM-III
1984 Banco Mundial
Banco Mundial,
ADB, DFID, SNRA
FINNRA, FICEM
Estudo ISOHDM
(1993-1996)
HDM-4 1.0
2001
HDM-PC
1989
VOC
1989
HDM-Q
1994
HDM-ADM
1994
PIARC Consórcio
HDMGlobal
(2005- hoy)
HDM-4 1.3
2002
HDM-4 2.0
2005
HDM-4 2.08
2011
HDM-4 2,09
2015 HDM-4 2,10
2015
Desenvolvimento Histórico do HDM-4
Bases de dados
Software
Apesar do HDM-4 ser um
software…
…é preciso considerar que
esta ferramenta deve fazer
parte de um sistema de
gestão…
… e não considerar que o
HDM-4 seja o Sistema em si
mesmo, como muitos
afirmam, erroneamente.
Profissionais
experientes
Especificações,
protocolos,
normas, etc.
Inventários por
levantamentos
Não se deve reduzir sua potencialidade a um simples programa de computador
Sistema de Gerência de Infraestrutura Rodoviária
Ferramentas
de
Análise
Equipamento
de medição
Ferramentas de análise
Projeto Programa Estratégia
RDWE : Road Deterioration and Works Effects
RUE : Road User Effects
Se : Safety Energy and Environmental Effects
PMS : Pavement Management System
RUE SEE RDWE
Modelos
Rede de
estradas Frota
veicular Configuração
Administradores por Gestão
Trabalhos
Metodologia de Análise HDM-4
Modelagem da
deterioração
Modelagem do
efeito sobre os
usuários
Fluxo de
custos
Fluxo de
benefícios
Modelagem do
efeito das
intervenções
Rede viária
Solicitações de
tráfego
Clima
Contexto
Padrões de
conservação e
melhoramento
Características e
custos da frota
Indicadores de
rentabilidade
Metodologia de Análise HDM-4
• Estabelecer fontes de informação. Identificar a ausência de fontes ou de dados específicos requeridos.
• Verificar a existência de registros históricos de informação viária.
• Verificar a disponibilidade e atualidade dos dados.
• Verificar a compatibilidade da informação existente com a requerida pela ferramenta.
Preparar e adaptar a informação para
o HDM-4.
Parametrizar a ferramenta de acordo com
as condições locais.
• Configurar o HDM-4.
• Definir as frotas veiculares representativas.
• Definir os Padrões de conservação de
acordo com as políticas de manutenção
existentes no órgão.
• Definir os padrões para adequação viária e
construção de acordo com as políticas
existentes no órgão.
É aconselhável ter um arquivo Object oficial que contenha as condições
locais sob as quais recomenda-se utilizar o HDM-4.
Implementação do HDM-4
Modelos de Tráfego
Tipo de Velocidade / Capacidade
Zonas climáticas
Moedas
Parâmetros globais
Configuração do HDM-4
Projetos, Pesquisa Nacional de Tráfego,
Pedágios
Configuração do HDM-4
Construtores, Órgãos Comuns, Concessionárias
Projetistas
Analistas de Viabilidade
Tráfego
Alto, Médio, Baixo
Níveis de Serviço
Bom, Regular, Ruim
Resistência do
Pavimento.
Capas Asfálticas
Deterioração
Superficial
Textura Superficial
Irregularidade
Qualidade da
Compactação
Normas, Manuais,
Instruções de Serviço e
Termos de Referência
Configuração do HDM-4
Definir trabalhos
e critérios de
aplicação.
Definição de preços
unitários das obras.
Definição de efeitos
dos trabalhos.
É indispensável conhecer e entender as políticas e
padrões de conservação do órgão executor.
Definir características
do trabalho que será
realizado.
Asset Value
Configuração do HDM-4 OBRAS
FROTA VEICULAR
Identificação de
veículos tipo.
Definição de
preços unitários de
consumo.
Definição do valor
do tempo de
viagem.
Definir fatores de
equivalência de
carga.
Informação fundamental para
o cálculo de solicitação por
carga dos pavimentos.
Informação fundamental para
uma avaliação econômica com
HDM-4. É aconselhável
considerar como base as
categorias de contagem
e pesagem utilizadas
localmente.
Configuração do HDM-4
Parametrização
Associação Nacional de
Veículos Automotores do
Brasil (ANFAVEA)
Federação Nacional da
Distribuição de Veículos
Automotores do Brasil
PESQUISAS NACIONAIS DE TRÁFEGO
Identificação
de veículos
tipo.
FROTA VEICULAR
CALIBRAÇÃO E AFERIÇÃO DO MODELO HDM-4 ÀS CONDIÇÕES DAS RODOVIAS BRASILEIRAS, FASE II – NÍVEL 3.
Det
erio
raçã
o
Idade
Modelo HDM4 Observado
A calibração de um modelo de deterioração de pavimentos consiste no ajuste das previsões do modelo com o comportamento real do pavimento. Para tanto, o desempenho do pavimento é então medido de forma repetida com ciclos anuais, no decorrer de cinco anos.
O Projeto
•REVISÃO FASE 1: Revisão, validação, atualização e complementação dos resultados da fase I, níveis 1 e 2. •SELEÇÃO DOS TRECHOS: Definição e seleção de 50 trechos experimentais representativos da malha rodoviária federal. •ATIVIDADES DE CAMPO: Pesquisa e monitoramento das condições das seções selecionadas. •ANÁLISE DE DADOS: Identificação e validação de segmentos homogêneos, alimentação do banco de dados do SGP e Proposta e validação de calibração final resultante para fase II, nível 3. •TREINAMENTOS: Realização de treinamentos em HDM-4.
Calibração e Adaptação
Fase II, Nível 3
Validação Fase I
Treinamento em HDM4
O Projeto
Obtenção de respostas e soluções realistas em diferentes regiões. 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. 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.
Aperfeiçoar as ferramentas para tomar as melhores decisões relacionadas à gestão e planejamento de políticas de conservação e reabilitação de redes e projetos rodoviários.
O Projeto
O Projeto
Calibrações de Referência no Mundo Grécia
Nova Zelândia
Brasil
Chile
Colômbia
Rússia
Estônia
Índia
Austrália
Filipinas
USA,
Washington
Grupos Estatísticos
Variáveis explicativas não mutáveis, que são instrumentais para definir a deterioração da população rodoviária, as quais concordam com o pré-requisito de serem definidas como variáveis no modelo HDM-4 e que estão prontamente disponíveis no banco de dados do DNIT.
Seleção dos Trechos Experimentais
Calibrar é modificar as previsões dos modelos através de coeficientes numéricos (Ki), minimizando a diferença entre valores previstos e observados.
Calibração
Calibração
Nível 1: Aplicação Básica Orientada aos parâmetros mais
críticos, estudos de escritório. Nível 2: Calibração Levantamento de alguns parâmetros-
chave. Realiza pesquisas de campo limitadas.
Nível 3: Adaptação Grandes levantamentos de
campo para estabelecer relações de monitoramento de longo prazo.
Níveis
Os Modelos
Fases
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 trincamento, desintegração e panelas são analisados nas duas fases e os demais defeitos se apresentam somente na fase de progressão.
Iniciação de Trincas
Progressão de Trincas
Os Modelos
CRACKING
RAVELLING
POTHOLES
RUTTING
ROUGHNESS
EDGEBREAKTEXTURE
DEPTH
SKID
RESISTANCE
DESAGREGAÇÃO
RUPTURA DE
BORDA ALTURA DE AREIA
AFUNDAMENTO
FISSURAÇÃO
PANELAS RUGOSIDADE
RESISTÊNCIA À
DERRAPAGEM
Fases
Impacto Classe de Sensibilidade
Impacto Elasticidade
Alto S-I >0,5 Médio S-II 0.5-0,20 Baixo S-III 0,05-0,20
Insignificante S-IV <0,05
Como resultado das análises de sensibilidade, encontra-se a elasticidade do impacto, sendo a relação percentual entre a variação do resultado de uma saída de um modelo a respeito da variação de um parâmetro de entrada, mantendo constante o restante dos parâmetros.
Os Modelos
Sensibilidade
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20
Tri
ncam
en
to T
ota
l (
%)
Anos
SN= 2 SN= 3 SN= 5
A variação unitária do valor do SN, sob as mesmas condições climáticas e com as mesmas solicitações de tráfego pode gerar uma diferença de 2 anos para desenvolver o mesmo percentual
de área trincada.
Sensibilidade
Os Modelos
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20
Tri
ncam
en
to T
ota
l %
Anos
SN= 2 SN= 3 SN= 5
0
10
20
30
40
50
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70
80
90
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0 5 10 15 20
Tri
ncam
en
to T
ota
l (
%)
Anos
SN= 2 SN= 3 SN= 5
Clima Equatorial Clima Tropical Brasil Central
Observa-se que no clima Equatorial a variação do SN não é incidente no resultado do trincamento. No entanto, em menos de 5 anos obtém-se altos valores de trincamento se comparado com o clima Tropical Brasil Central,
onde a degradação se retarda ante fatores climáticos, precipitação e umidade menos agressivas.
Os Modelos
Sensibilidade
Tráfego
A categorização do tráfego se realiza a partir do ESAL ou eixos equivalentes, obtidos das campanhas de contagens e pesagens realizadas nas UA’s como parte das pesquisas de campo. Considera-se que o ESAL reúne todos os parâmetros para dimensionar as solicitações de carga, como VMD, distribuição da frota, taxa de crescimento e fatores de carga.
Metodologia
Idade do Pavimento
A resistência do pavimento (SN) expressa numericamente o comportamento do pacote estrutural ante as cargas do tráfego e outros fatores como o clima
p
r
p
r
E
a
D
M
E
a
DM
apd
2
2
3
0
1
11
1
1***5.1
3**0045.0 PEfectivo EDSN
Resistência do Pavimento
Metodologia
Nomenclatura de Subtrecho
TE1-5Ano 1 Trecho 1 Faixa Esquerda Segmento 5 Ano 1
TD1-2Ano 1 Trecho 1 Faixa Direita Segmento 2 Ano 1
TD37-4Ano 4 Trecho 37 Faixa Direita Segmento 4 Ano 4
TE1-1 TE1-2 TE1-3 TE1-4 TE1-5
TD1-1 TD1-2 TD1-3 TD1-4 TD1-5
200 m 400m 600m 800m 1000m
Segmentar as unidades de amostragem por faixa a cada 200m, aumenta em 10 vezes as amostras e gera a possibilidade, não somente de discretizar os dados, como também facilita a tomada de decisões caso seja preciso descartar algum valor atípico causado por problemas localizados, associados ou não a deficiências estruturais pontuais.
Metodologia
Segmentação das Unidades de Amostragem
Quando se realiza a comparação dos resultados obtidos de maneira experimental e real, podem-se apresentar 4 cenários
Baixo enviesamento – Alta precisão Baixo enviesamento – Baixa precisão Alto enviesamento – Alta precisão Alto enviesamento – Baixa precisão
Metodologia
Dispersão de Dados
Metodologia
Curva Teórica HDM-4
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,00E+00 2,00E+00 4,00E+00 6,00E+00 8,00E+00 1,00E+01
ACA %
ESAL
Modelo Sem Calibrar ACA% HDM-4
Metodologia
Dados Observados
0
10
20
30
40
50
60
70
80
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100
0,00E+00 2,00E+00 4,00E+00 6,00E+00 8,00E+00 1,00E+01
ACA %
ESAL
Modelo Sem Calibrar ACA% HDM-4 Valores Observados ACA %
Metodologia
Modelo Calibrado
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
ACA %
ESAL
Modelo Calibrado ACA% HDM-4
Modelo Sem Calibrar ACA% HDM-4
Valores Observados ACA %
O Método dos Mínimos Quadrados é uma técnica de otimização matemática que procura encontrar o melhor ajuste para um conjunto de dados, tentando minimizar a soma dos quadrados das diferenças entre o valor estimado e os dados observados (tais diferenças são chamadas resíduos).
Metodologia
Erro do Modelo Calibrado
Resultados
Exemplos
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00
ACA %
ESAL
Modelo ACA% HDM-4 Modelo ACA% HDM-4 Calibrado
Valores Observados ACA %
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00
IRI (m/km)
ESAL
Modelo IRI HDM-4 Modelo IRI HDM-4 Calibrado
Valores Observados IRI
Iniciação do Trincamento>>> Progressão do Trincamento>>
IRI << Afundamento>>>
Resultados
Concreto Asfáltico CBUQ
Iniciação e Progressão do Trincamento>>>
IRI <<
Iniciação do Trincamento<< Progressão do Trincamento<<
IRI << Afundamento<<
Iniciação do Trincamento>>> Progressão do Trincamento<<
IRI >>> Afundamento>>>
Iniciação e Progressão do Trincamento>>> IRI >>>
Afundamento <<
IRI = Iniciação Desgaste>>
Progressão Desgaste>> Panelas>>
Afundamento <<
Resultados
Tratamento Superficial Duplo
IRI = Iniciação Desgaste<<
Progressão Desgaste>> Panelas =
Afundamento<<
Podemos Confiar nos Modelos do HDM-4? Sim, os resultados estão suportados e controlados estatisticamente. Sim, os modelos resultaram adequados para projetar a deterioração dos pavimentos do Brasil. Sim, as mudanças realizadas nos modelos através do ajuste dos coeficientes representam as tendências da deterioração dos pavimentos em nível regional do Brasil.