Antes de iniciar a operação de levantamentos com qualquer perfilômetro inercial é sempre recomendável seguir os procedimentos normativos, complementados pelas instruções do fabricante para que o funcionamento de todos os componentes do equipamento possa ser verificado de forma breve.
Tais procedimentos preliminares, que integram o anteprojeto de norma apresentado no Apêndice B, visam aumentar a confiabilidade dos dados coletados e também evitar perdas de tempo e de recursos com levantamentos que precisem ser refeitos por algum problema que poderia ter sido identificado preventivamente e por qualquer motivo, foi identificado apenas durante os trabalhos de campo, ou pior, durante o processamento dos dados.
A equipe necessária para a operação segura de campo de um perfilômetro inercial deve ser composta por um motorista e um técnico treinado na operação do equipamento. Eventualmente, quando a largura da barra de suporte dos módulos laser passar da largura do veículo, pode ser necessária ainda a presença de veículos batedores visando garantir a segurança da operação. Vale registrar que o equipamento foi testado operacionalmente com barra de suporte possuindo 3,2 m de largura e apresentou bons resultados.
Todo o processo de coleta de dados deve ser gerenciado pelo técnico, que deve orientar o motorista sobre os trechos a serem avaliados e também sobre o que ele deve e não deve fazer durante os levantamentos.
Partir-se-á do pressuposto que o perfilômetro foi devidamente verificado e está pronto para ser usado em campo.
A partir do momento que se esteja com o veículo onde o perfilômetro está montado, próximo do trecho que será avaliado, já se pode ligar o equipamento e o computador. Carrega-se o software de coleta de dados e mesmo antes de dar início à gravação dos dados, o técnico pode observar se tudo está funcionando como o esperado.
Ao ser iniciado, o software pede para que seja digitada a distância entre os módulos laser que se está utilizando. Esta pergunta além de ser um registro para aquele levantamento, tem realmente importância para quando se está utilizando mais do que 2 módulos laser, ou seja, normalmente quando além dos resultados da irregularidade longitudinal, se está buscando o afundamento plástico nas trilhas de roda. Este caso será abordado no item 3.4.2.
Algumas dezenas de metros antes de se chegar ao ponto de início do levantamento, o técnico deve pressionar no software o botão “gravar”. O trecho é identificado pelo técnico, conforme ilustra a figura 3.3, e a partir daí as informações de cada um dos sensores passam a ser gravadas em alta freqüência.
Figura 3.3 – Tela de abertura da primeira versão do software Ciberlogger usado para a coleta dos dados do perfilômetro em campo, com destaque para a janela das informações do trecho a ser avaliado.
Figura 3.4 – Tela de ensaio da primeira versão do software Ciberlogger usado para a coleta dos dados do perfilômetro em campo. Apenas os módulos 1 e 5 estavam ligados quando a tela foi capturada.
Durante a gravação dos dados, o operador técnico deve-se manter atento não só à faixa de rolamento que está avaliando, mas também à tela do computador, onde poderá observar todos os sinais enviados pelo sistema. A figura 3.4 ilustra a tela visualizada pelo operador durante a operação do sistema, no caso, estavam sendo usados apenas 2 módulos laser.
Qualquer ocorrência que fuja da situação normal de avaliação, que seria, trafegar na faixa de rolamento sob avaliação à velocidade igual ou maior que 30 km/h, sob um pavimento seco que não possua objetos ou sujeiras sobre sua superfície, deve ser registrada no campo de observações.
O software de coleta de dados referencia qualquer digitação no campo de observações pelo pulso do hodômetro no momento em que a primeira letra da observação foi digitada. Alguns exemplos de observações comuns, que devem sempre ser digitadas para que posteriormente os resultados referentes àqueles trechos sejam analisados com mais cautela são: “lombada”, “sujeira na pista”, “desvio na faixa de rolamento”, “praça de pedágio”, “animal morto na pista”, “ponte”, “viaduto”, “túnel”, “mudança de tipo de revestimento”, “parada do veículo”, “problemas no equipamento”, “pavimento úmido”, “velocidade muito baixa” etc.
Visando conferir ou, em alguns casos excepcionais, executar a calibração do hodômetro (composto por um gerador de pulsos que vai atrelado a uma das rodas do veículo), além de permitir maior controle sobre o trecho trafegado, o software interpreta de maneira diferenciada observações referentes aos marcos quilométricos da rodovia, se elas forem digitadas no formato apropriado, por exemplo: “km25”, “km7” etc. Esta função é útil principalmente em rodovias com sinalização bem conservada e razoavelmente bem posicionada ao longo da pista.
Conforme o técnico vai digitando os marcos quilométricos na forma adequada, o
software já vai fazendo uma regressão linear entre os pulsos do hodômetro e o valor
indicado nas placas, além de passar a indicar no computador um hodômetro parcial que acompanha a rodovia. Quanto mais placas digitadas melhor. A observação importante que se faz a respeito da digitação das placas de quilômetro é que o técnico deve digitá-las com a maior exatidão possível quando o veículo passar por elas. Ou seja, a letra “k” deve ser digitada sempre no mesmo momento em todas as placas para garantir a melhor constante possível do hodômetro.
É preciso sempre lembrar que muitas vezes os marcos quilométricos são fixados a partir da distância longitudinal em planta da rodovia, ou seja, eles não levam em conta o greide da pista. Por esse motivo, o método proposto de digitação de placas funciona melhor em pistas que possuam pequena variação vertical.
A tela do software de coleta de dados permite a visualização da medida instantânea de todos os sensores em uso, o que auxilia o operador na verificação contínua do bom funcionamento do sistema. Para os sensores laser, podem ainda ser observados o número de medidas executadas fora do curso útil do sensor. Não há prejuízo se acontecerem algumas medidas fora do curso, elas podem ser atribuídas a trincas muito abertas, panelas, juntas de dilatação etc. O operador deve, entretanto, sempre acompanhar tais números, pois se eles acontecerem em um percentual grande (maior que 5%, por exemplo), podem ser um indicador de mau funcionamento do equipamento.
Tanto para os módulos laser quanto para os acelerômetros existe ainda um outro indicador que visa mostrar se houve erros na transmissão de dados entre o sensor e o concentrador “hub”. Este tipo de erro pode ser grave e deve ser observado com
atenção pelo operador. Caso ocorra, o veículo deve ser parado e todas as conexões verificadas. Caso ainda continue a ocorrer após a verificação, o levantamento deve ser suspenso.
A verificação do hodômetro pode ser feita de maneira diferente dos demais sensores, mas também através do acompanhamento na tela do programa. O hodômetro estará funcionando corretamente se a velocidade atual indicada na tela do veículo for coerente com a velocidade praticada. Outra verificação possível é através do hodômetro parcial indicado na tela, em função das placas de quilômetro da rodovia. A verificação periódica da velocidade e a comparação das placas com o hodômetro parcial indicado permitem que qualquer anomalia no sistema gerador de pulsos seja facilmente detectada.
A tela do software de coleta de dados ainda apresenta uma janela com o cálculo quase instantâneo do QI (quociente de irregularidade) de cada um dos módulos. Tais valores, embora preliminares, pois a constante de calibração do hodômetro para o levantamento em questão pode ainda não ter sido calculada, já dão uma idéia ao operador técnico sobre o estado do pavimento em análise. Para operadores mais acostumados a este tipo de avaliação, os valores servem também como uma conferência a mais do funcionamento do equipamento, na medida em que devem corresponder ao estado do pavimento.
Finalizado o tráfego sobre o trecho a ser avaliado, basta o operador encerrar a coleta de dados pressionando o botão “parar” da tela do software.
O trabalho de coleta dos dados no campo deve ser repetido abrindo e encerrando novos arquivos a cada trecho ou faixa a ser avaliado.
Finalizado o trabalho de campo, os arquivos gerados para cada trecho levantado devem ser processados para que o perfil longitudinal e/ou um índice de irregularidade seja calculado convenientemente.
O programa de coleta de dados cria dois arquivos para cada trecho avaliado. O mesmo nome escolhido pelo operador no início da gravação dos dados é usado na identificação de ambos os arquivos. O que varia são somente as extensões deles, são elas: “obs” e “fix”. Os conteúdos de cada um deles são:
• “obs”: armazena todas as observações digitadas pelo usuário durante o levantamento. Todas as observações são arquivadas junto ao valor do pulso do hodômetro presente no momento que se digitou a primeira letra na caixa de observações do logger.
• “fix”: contém as medições feitas por cada um dos módulos, ao lado do pulso do hodômetro e ao lado também das medições dos dois acelerômetros já integradas duas vezes (ou seja, este arquivo já contém a posição instantânea da altura da carroceria do veículo ). É este o arquivo usado posteriormente para cálculo do perfil longitudinal, IRI ou QI.
De posse dos arquivos obtidos na coleta de dados, deve-se usar o segundo
software especialmente desenvolvido para o processamento dos dados, chamado
de Cibershell.
Figura 3.5 – Tela inicial do software Cibershell.
O procedimento a ser seguido até a obtenção dos resultados finais é bastante rápido e lógico. Basta seguir as abas do programa na ordem. A primeira aba, chamada de “pasta”, é somente para que se escolha o diretório onde os dados coletados se encontram, conforme ilustra a figura 3.5.
A segunda pasta, chamada de “obs”, permite que se verifique todas as observações digitadas para aquele trecho do levantamento e mais do que isso, é nessa pasta que se inclui manualmente ou se calcula automaticamente o coeficiente de calibração do
hodômetro. Em suma, a constante que converte os pulsos do hodômetro em unidade de distância, conforme se pode visualizar nas figura 3.6 e 3.7.
Figura 3.6 – Tela do software Cibershell com a aba “Obs” selecionada.
A opção de incluir a constante manualmente é muito simples, basta digitá-la no campo apropriado, ou se uma constante adequada já tiver sido gravada em um levantamento anterior, e ela puder ser usada, basta carregá-la no campo. Esse juízo de valor da adequação ou não de uma constante de calibração deve ser feito pelo técnico que está processando os dados.
Para o caso de rodovias que tenham boa sinalização, pouca variação de greide, e cujos marcos quilométricos tenham sido digitados adequadamente durante a coleta de dados, é neste estágio do processamento que se pode calcular o coeficiente de calibração para verificação, com base em uma regressão linear entre a distância percorrida e os pulsos. Naturalmente, podem ter ocorrido erros na digitação das placas e também podem ter sido digitadas posições de placas muito mal instaladas. Por isso, o programa permite que se verifique os resíduos da regressão em relação a cada marco quilométrico e de acordo com o juízo do operador permite também que se suprima marco(s) com resíduo(s) muito grande(s). A cada marco excluído, o programa refaz a regressão e já apresenta os novos resíduos ao lado de cada marco quilométrico restante e também o novo coeficiente calculado.
Uma última função desta parte do programa é permitir um ajuste de offset. Ou seja, subtrair ou somar um valor fixo de todos os valores em unidade de distância, visando simular um “zerar” de hodômetro em uma determinada posição, que pode ser uma placa de quilômetro ou uma observação de início, por exemplo.
Figura 3.8 – Tela do software Cibershell, na aba “Nomes”, depois de pressionado o botão “Acerta Nomes”.
Feitos tais ajustes, basta fechar a janela. O programa criará um terceiro arquivo para aquele trecho, com a extensão “cfg”. Este arquivo possui as mesmas observações existentes no arquivo “obs”, só que referenciadas à distância, não mais aos pulsos do hodômetro. Essa distância foi justamente o resultado do coeficiente de calibração usado e de algum offset, caso ele tenha sido escolhido.
A próxima aba do programa, chamada de “nomes”, permite que os arquivos sejam todos renomeados para que o início e o final dos trechos, em termos de distância, representem exatamente o conteúdo do arquivo, de acordo com a calibração e
offset. Esta etapa é muito simples, basta selecionar os arquivos e apertar o botão de
acertar nomes para que o programa faça o restante. A figura 3.8 ilustra essa etapa. Em seguida vem a aba “cortes”, mostrada nas figuras 3.9 e 3.10, que é usada para se extrair de um determinado arquivo, subtrechos com começo e final que interessam à avaliação. Por exemplo, se a gravação dos dados começou muito antes do ponto onde realmente deveria se iniciar, é neste momento que o técnico pode simplesmente eliminar aqueles dados a mais, selecionando, por exemplo , os trechos entre as observações de “início” e “fim” que podem ter sido digitadas ou valores absolutos a partir da medição calibrada do hodômetro.
Figura 3.9 – Tela do software Cibershell, na aba “Cortes”, depois de realizadas 3 extrações de trechos a serem processados com o uso do botão “FixCut”.
Não há limites para o número de subtrechos que podem ser extraídos de um único arquivo. Para cada subtrecho extraído, o programa cria um novo arquivo, com o mesmo nome, só que iniciado pelo símbolo “_”.
Figura 3.10 – Tela do software Cibershell, na aba “Cortes”, depois de pressionado o botão “FixCut” visando realizar a extração dos dados entre o km 44 e o km 46.
Finalizada a etapa de cortes, a aba “Relatórios” permite que sejam gerados os relatórios finais, conforme ilustra a figura 3.11. Para isso o programa solicita a marcação dos módulos a partir dos quais se quer calcular a irregularidade, o intervalo em metros entre os cálculos de irregularidade, a necessidade ou não de geração de um arquivo com os perfis longitudinais em um formato internacional que tem a extensão “erd”, e por fim permite ainda a configuração do cálculo de afundamento nas trilhas de roda. O programa cria um arquivo para cada resultado: irregularidade, perfil e afundamento em trilha de roda (quando for o caso).
Figura 3.11 – Tela do software Cibershell, na aba “Relatórios”, selecionada para o cálculo do QI dos módulos L1 e L4 a cada 200 metros.
A última aba do programa, da figura 3.12, não coincidentemente chamada de “Excel”, permite a digitação de alguns dados de cabeçalho para que o sistema exporte os dados gerados na aba anterior para uma planilha no formato do Microsoft Excel visando facilitar a visualização e o trabalho posterior com os dados.
Figura 3.12 – Tela do software Cibershell, na aba “Excel”.
O programa então gera as planilhas eletrônicas, de acordo com cada trecho cortado e com isto está finalizado o processo de processamento dos dados e conseqüentemente a avaliação de irregularidade com o perfilômetro laser desenvolvido. A figura 3.13 demonstra um exemplo de relatório em planilha Excel criado pelo programa.
Como se pode ver, o software de processamento segue um processo lógico e contínuo que em poucos minutos pode processar muitos quilômetros de faixas de rolamento.
Para o usuário que está operando os softwares a tarefa é bastante simples, resta deixar mais claro, como são feitos os cálculos dos índices de irregularidade no programa de processamento.
Figura 3.13 – Exemplo do relatório final gerado pelo programa Cibershell para o primeiro dos trechos da figura 3.11.
Já se sabe que o software de processamento vai processar os dados já pré- processados que foram gravados pelo programa de coleta de dados e estão no arquivo de extensão “fix” e que naturalmente usará o arquivo “cfg” que contém a conversão de pulsos para distância. Pois bem, sabe-se que no arquivo “fix” há muitas medidas por segundo gravadas de todos os sensores e que os resultados dos acelerômetros já sofreram duas integrações e estão gravados em unidade de espaço (mm).
A primeira tarefa que o programa de cálculo de qualquer índice de irregularidade deve fazer, tendo como fonte de dados os arquivos mencionados, é calcular os perfis longitudinais, o que não é uma tarefa complicada. Para calcular o perfil de um levantamento onde foram usados dois módulos laser, um sobre cada trilha de roda e
ambos com acelerômetros internos, basta descontar o deslocamento de cada acelerômetro da medida do sensor laser correspondente .
Exemplificativamente, como o sensor do acelerômetro mede a posição vertical instantânea da barra que suporta os lasers, em relação à posição da barra com o carro verticalmente parado, se o valor calculado via o acelerômetro em termos de distância for igual +10 mm, isso significa, por exemplo, que a barra que suporta os lasers estava 10 mm acima do nível zero dela. Se o pavimento não tinha nenhuma deformação naquele instante que tenha sido medida pelo laser, o módulo laser também mediu 10mm a mais, por isso é que se deve subtrair valor em distância do acelerômetro do valor do módulo laser correspondente, no caso 10 mm – 10 mm = 0. Do mesmo modo, se a barra estivesse mais para baixo que seu nível zero, o valor da distância no acelerômetro seria negativo e a medida do módulo laser seria menor. Portanto, subtrair o valor medido pelo acelerômetro do valor da distância do laser cancela a oscilação da barra. Por exemplo, -10 mm - (-10 mm) = 0.
Em havendo mais módulos laser no equipamento, visando por exemplo captar informações suficientes do perfil longitudinal para a determinação do afundamento plástico em trilhas de roda, recomenda-se que os acelerômetros sejam instalados nos módulos laser das extremidades da barra rígida de suporte. Em assim sendo, caso tais módulos não sejam os módulos que estão sobre as trilhas de roda, é possível determinar uma linha imaginária que liga a posição vertical dos dois acelerômetros, e a partir da posição relativa dos módulos na barra (que é solicitada no software de coleta de dados, logo na abertura) basta fazer a correção proporcional, chegando-se ao mesmo resultado da situação anterior.
A partir dessa fonte de dados (o perfil longitudinal incluindo todas as medidas executadas), visando compatibilizar os resultados produzidos com a norma nacional de medida de irregularidade, resolveu-se para os fins dessa pesquisa gerar novos perfis longitudinais com pontos de 50 em 50 cm. Este espaçamento está na norma de construção de bases de calibração para medidores do tipo resposta usando-se o nível e mira (DNER-ES 173/86).
Essa opção está ligada ao fato do QI ser a unidade padrão de irregularidade longitudinal em nosso país, sendo que tal medida normalmente é conferida com equipamentos estáticos obedecendo ao espaçamento da norma nacional.
Não se poderia simplesmente pegar um ponto a cada cinqüenta centímetros e abandonar todos os demais pontos do perfil coletado, não faria sentido por mais de um motivo, sendo que o mais importante deles está na necessidade de se tirar o efeito da textura do pavimento dos dados. Por isso, assim como sugerido em normas e outros trabalhos que tratam do tema, resolveu-se por caracterizar um ponto do perfil a ser usado no cálculo do índice, como sendo a média de todos os pontos coletados pelo equipamento 7,5 cm antes e 7,5 cm depois do ponto do novo perfil. Um estudo interessante do efeito da textura no perfil foi publicado por Byrum (2003). Portanto, visando padronizar o procedimento de cálculo, usou-se em todos os testes realizados neste trabalho (a menos quando especificado em contrário), perfil longitudinal definido por um ponto a cada 50 cm, sendo que a elevação de cada ponto foi obtida pela média das elevações de todos os pontos do perfil extraído do perfilômetro dentro de um raio de 7,5 cm ao redor dele, ou seja, 15 cm lineares. Este procedimento, além de eliminar o efeito da textura do pavimento, buscando um plano médio ao longo de 15 cm de medições, gera medidas muito mais próximas (mais comparáveis) das medidas obtidas com nível e mira, pois as miras normalmente usadas em nivelamentos, possuem também uma base de apoio maior que um ponto, que neste caso, posa sobre os picos da textura. Em outras palavras, tal procedimento funciona como um filtro do tipo passa baixa freqüência, ou seja, ele retira a alta freqüência do sinal do perfil que é trazida pela textura.
Enfim, com o perfil longitudinal determinado, o software de cálculo utiliza o método