CALIBRAÇÃO E AFERIÇÃO DO MODELO HDM-4 PARA AS CONDIÇÕES DA REDE DE

RODOVIAS DO BRASIL

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

Por onde começar?

Responsáveis, envolvidos…?

… Rede ou Projeto?

Implementação do 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

Seleção dos Trechos Experimentais

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

Grupos Estatísticos

Seleção dos Trechos Experimentais

Monitoramento

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

60

70

80

90

100

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

Metodologia

Seleção das UA’s - Criação de Subgrupos Estatísticos

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

Algoritmo de Calibração

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

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 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.

Obrigada! Luisa Arango

Dúvidas, perguntas, discussões…

www.tnmlimited.com brasil@tnmlimited.com