Distress Manifestation in Asphalt Pavements: Comparison between Local and Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Measurements

Autores

DOI:

https://doi.org/10.11137/1982-3908_2024_47_64125

Palavras-chave:

Pavement management, Image processing, Remote pavement assessment

Resumo

Surface surveys of asphalt concrete pavement condition the maintenance and rehabilitation solutions employed; however, they are laborious protocols for field operators. The use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in the remote assessment of these pavements has become an alternative, but still lacks validation about current Brazilian regulations. This study sought to compare conventional surface assessment methods (DNIT 006/2003 - PRO, DNIT 007/2003 – PRO, and DNIT 433/2021 - PRO) with the survey carried out by UAV, and to compare the DNIT’s cracked area assessment methods. The assessment was carried out over two 400-meter stretches. The DNIT 433/2021 - PRO standard was more conservative than the DNIT 007/2003 - PRO protocol in determining the cracked area. In addition, the two segments result in the same Global Gravity Index (GGI) classification between the walking and UAV methods
only when rutting is disregarded. It was also found that the device achieved, on average, 82% of the cracked area values obtained by the DNIT 007/2003 - PRO and DNIT 433/2021 - PRO standards. Thus, it was possible to verify that the Brazilian regulations generate different cracked area results, being used for other purposes and that the UAV, in the scope of this work, the UAV was a technically viable alternative for speeding up the evaluations but was unable to identify cracks with smaller openings (FC-1 class) and threedimensional distresses.

Biografia do Autor

Victória Nunes Ramos, Universidade Federal de Santa Maria

Engenheira Civil e Mestra com ênfase em Geotecnia e Pavimentação pela Universidade Federal de Santa Maria. Foi voluntária no Grupo de Estudos e Pesquisas em Pavimentação e Segurança Viária (GEPPASV), no qual também foi bolsista de Iniciação Científica pela FAPERGS (2018-2019), e estagiária pela Petrobras (2020), atuando na pesquisa laboratorial e de campo do efeito da reologia de misturas asfálticas no desempenho de pavimentos e suas aplicações no novo Método de Dimensionamento Brasileiro, além do estudo de misturas asfálticas com diferentes ligantes. Também foi bolsista FIEX no projeto de extensão em mobilidade urbana pelo Laboratório de Mobilidade e Logística (LAMOT), e voluntária de pesquisa nesse mesmo laboratório (2020-2021). Atuou no ano de 2021 como monitora da disciplina de Fundações "A". Desenvolveu seu Trabalho de Conclusão de Curso no GEPPASV, estudando o efeito da adição de polietileno de alta densidade ao ligante asfáltico convencional. Atualmente é doutoranda no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da UFSM, trabalhando em uma proposta para seleção de materiais asfálticos. 

Eduardo Viera Trevisan, Universidade Federal de Santa Maria

Frequentou o Ensino Fundamental na escola Vicente Farencena. Realizou o Ensino Médio no colégio Riachuelo, contando com 1 ano de intercâmbio em Madrid - Espanha. Atualmente é Engenheiro Civil formado pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), tendo atuado como voluntário no Grupo de Estudos em Pavimentação e Segurança Viária (GEPPASV).

Luciano Pivoto Specht, Universidade Federal de Santa Maria

Realizou pós-doutorado na École Nationale des Travaux Publics de LÉtat (Université de Lyon) em 2015. Concluiu seu doutoramento no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul em 2004. Foi professor assistente, associado e adjunto da UNIJUI - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul em Ijuí - RS, atuando no curso de Engenharia Civil e no Mestrado em Modelagem Matemática no período de 2001 a 2011. Atualmente é professor associado da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria, atuando no curso de Engenharia Civil e no Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil (Mestrado e Doutorado) (como Coordenador entre 2019 e 2021), bem como professor do PPGEC da UFRGS. Bolsista em produtividade em pesquisa CNPq (Nível 2 - 2012-2019 e Nível 1D - 2019-2027); implementou e foi Tutor do grupo PET da Engenharia Civil da UNIJUI (2006-2011) e da UFSM (2012-2014). Orientou 5 doutorados, 45 mestrados e 76 TCCs. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Pavimentação, Geotecnia e Transportes, atuando principalmente nos seguintes temas: pavimentos flexíveis, infraestrutura de transportes, materiais de pavimentação, concreto asfáltico e meio ambiente. É sócio da ABPv, ABMS e ANPET. Publicou mais de 120 artigos em periódicos especializados e mais de 350 trabalhos em anais de eventos. Recebeu entre 2003 e 2021, 18 prêmios, dentre eles o Prêmio Jaques de Medina do Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás pela sua tese de doutorado. Participou de mais de 100 eventos científicos nos últimos anos. É membro do comitê cientifico da ABPv, ANPET e ABMS além de ser membro do corpo de avaliadores do INEP/MEC, consultor AdHoc do MEC, da CAPES e do CNPq e revisor de inúmeros periódicos nacionais e internacionais. É membro titular da Comissão de Asfalto do Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis e editor associado da Road Materials and Pavement Design.

Deividi da Silva Pereira, Universidade Federal de Santa Maria

Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) em 1998. Mestrado (2001) e doutorado (2003) em Engenharia de Transportes pela Universidade de São Paulo (EPUSP). Realizou estágio sênior nos Estados Unidos, na University of Minnesota, participando de projetos com a FHWA e MnDOT (2015). Foi professor assistente e adjunto na Universidade Católica de Pelotas (UCPEL). Desenvolveu atividades de engenharia em empresas de consultoria e concessão rodoviária entre 2003 e 2007. Atualmente é professor titular na UFSM, atuando no curso de Engenharia Civil e no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (Mestrado e Doutorado). Na UFSM, acumula experiências na gestão universitária, tendo ocupado cargos na coordenação do curso de Engenharia Civil e na Vice-Direção do Centro de Tecnologia. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em infraestrutura viária, atuando principalmente em pavimentação asfáltica e de concreto, mecânica de pavimentos, elementos de segurança viária, avaliação funcional e estrutural de pavimentos e custos rodoviários. Participou da publicação de mais de 60 artigos em periódicos especializados. Recebeu, entre 2002 e 2023, 32 prêmios, dentre eles o Prêmio CNT de Produção Acadêmica, alusivo a sua pesquisa de mestrado. Participou ativamente de eventos científicos nacionais e internacionais, inclusive colaborando com os comitês científicos dos mesmos e é avaliador de revistas especializadas da área. Possui ampla experiência em coordenação e participação de projetos PDI, acumulando mais de R$ 15mi de recursos destinados a pesquisas do Grupo de Estudos e Pesquisas em Pavimentação e Segurança Viária (GEPPASV/UFSM).

Lucas Dotto Bueno, Universidade Federal de Santa Maria

Doutor em Engenharia Civil, formado pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM - Graduação, Mestrado e Doutorado). Possui experiência profissional e docente com ênfase nos setores da Geotecnia e Pavimentação. Atuou como docente no Centro Universitário e Faculdades UNIFTEC e na Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA), além da vinculação como Engenheiro Civil junto a Fundação de Apoio à Tecnologia e Ciência (FATEC), com lotação no Laboratório de Pavimentação da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Participa como autor ou coautor de artigos em periódicos especializados, é avaliador de revistas especializadas na área de Geotecnia e Pavimentação e participa de eventos científicos nacionais, colaborando com os comitês avaliadores dos mesmos. Possui também experiência na participação em projetos financiados pela ANP/PETROBRAS e pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), com atuação enfatizada na implantação e monitoramento de trechos experimentais rodoviários e elaboração de modelos de previsão de desempenho. Atualmente, é Professor Adjunto Classe C - Nível 1, na Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), no campus de Cachoeira do Sul/RS.

Referências

Araújo, A.M., Oliveira, T.P., Castro Neto, M.M., Oliveira, D.F. & Gomes, J.P.P. 2023, ‘Ferramenta de coleta automatizada de trajetórias veiculares utilizando imagens de drone e técnicas de visão computacional’, TRANSPORTES, vol. 31, no. 3, pp. e2886-e886.

Astor, Y., Nabesima, Y., Utami, R., Sihombing, A.V.R., Adli, M. & Firdaus, M.R. 2023, ‘Unmanned aerial vehicle implementation for pavement condition survey’, Transportation Engineering, vol. 12, 100168, pp. 1-11.

Atencio, E., Plaza-Muñoz, F., Muñoz, F., Rivera, L. & Lozano-Galant, A. 2022, ‘Calibration of UAV flight parameters for pavement pothole detection using orthogonal arrays’, Automation in Construction, vol. 143, 104545.

Balbo, J.T. 2007, Pavimentação asfáltica: materiais, projeto e restauração, Oficina de Textos, São Paulo.

Barros, A. A., Andrade, C.D., Valente, G.C. & Debiasi, P. 2019, ‘Uso de Aeronave Remotamente Pilotada (ARP) na identificação de patologias referentes ao pavimento flexível da UFRRJ’, Anais do XIX Simpósio Brasileiro de Sensioriamento Remoto, Santos, pp. 628-631.

Beckert, K.E.K. 2020, ‘Comparação entre o novo método de dimensionamento e a avaliação dos pavimentos flexíveis das estradas brasileiras’, Bachelor thesis, Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Branco, L.H.C. 2016, ‘MANIAC: uma metodologia para o monitoramento automatizado das condições dos pavimentos utilizando VANTs’, PhD Thesis, Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo.

Bueno, L.D. 2019, ‘Contribuição para a previsão empírico-mecanicista da irregularidade longitudinal e seus desdobramentos econômicos em pavimentos asfálticos’, PhD Thesis, Universidade Federal de Santa Maria.

Chen, J., Dan, H., Ding, Y., Gao, Y., Guo, M., Guo, S., Han, B., Hong, B., Hou, Y., Hu, C., Hu, J., Huyan, J., Jiang, J., Jiang, W., Li, C., Liu, P., Liu, Y., Liu, Z., Lu, G., Ouyang, J., Qu, X., Ren, D., Wang, Chao, Wang, Chaohui, Wang, Dawei, Wang, Di, Wang, Hainian, Wang, Haopeng, Xiao, Y., Xing, C., Xu, H., Yan, Y., Yang, X., You, L., You, Z., Yu, B., Yu, Huayang, Yu, Huanan, Zhang, H., Zhang, J., Zhou, Changhong, Zhou, Changjun & Zhu, X. 2021, ‘New innovations in pavement materials and engineering: A review on pavement engineering research 2021’, Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition), vol. 8, no. 6, pp. 815-999.

Dalla Rosa, F., Favretto, L.D., Rodrigues, V.B. & Gharaibeh, N.G. 2020, ‘Avaliação do desempenho de redes neurais convolucionais para detecção automática de trincas em pavimentos’, TRANSPORTES, vol. 28, no. 5, pp. 267-79.

Ding, W., Yang, H., Yu, K. & Shu, J. 2023, ‘Crack detection and quantification for concrete structures using UAV and transformer’, Automation in Construction, vol. 152, 104929.

DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 2023a, Manual de utilização do programa MeDiNa - versão 1.1.9, viewed day month year, <https://www.gov.br/dnit/pt-br/assuntos/planejamento-e-pesquisa/ipr/medina/atualizacoes-2023>.

DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 2023b, DNIT inicia levantamentos em rodovias com veículo de tecnologia australiana, viewed day month year, <https://www.gov.br/dnit/pt-br/assuntos/noticias/dnit-inicia-levantamentos-em-rodovias-com-veiculo-de-tecnologia-australiana>.

DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 2003, DNIT 006/2003 – PRO: Avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos, viewed day month year, <https://pt.scribd.com/doc/262740132/Norma-DNIT-006-2003-PRO-Avaliacao-Objetiva-da-superficie-de-Pavimentos-Flexiveis-e-Semi-rigidos-pdf>.

DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 2003, DNIT 007/2003 – PRO: Levantamento para avaliação da condição de superfície de subtrecho homogêneo de rodovias de pavimentos flexíveis e semirígidos para gerência de pavimentos e estudos e projetos, viewed day month year, <https://www.gov.br/dnit/pt-br/assuntos/planejamento-e-pesquisa/ipr/coletanea-de-normas/coletanea-de-normas/procedimento-pro/DNIT_007_2003_PRO>.

DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 2021, ‘DNIT 433/2021 – PRO: Pavimentação – Levantamento do percentual de área trincada e de afundamento de trilha de roda de pavimento asfáltico em trechos experimentais, monitorados ou trechos homogêneos de curta extensão’, viewed day month year, <https://www.gov.br/dnit/pt-br/assuntos/planejamento-e-pesquisa/ipr/coletanea-de-normas/coletanea-de-normas/procedimento-pro/dnit_433_2021_pro.pdf>.

DNIT IPR – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 2023, ‘DNIT IPR - 749: Guia para execução de trechos experimentais - PRO-MeDiNa’, viewed day month year, <https://www.gov.br/dnit/pt-br/assuntos/planejamento-e-pesquisa/ipr/coletanea-de-manuais/vigentes/dnit_ipr_749_2a_edicao.pdf>.

DNIT IPR – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 2006, ‘DNIT IPR – 720: Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos’, viewed day month year, <https://www.gov.br/dnit/pt-br/assuntos/planejamento-e-pesquisa/ipr/coletanea-de-manuais/vigentes/720_manual_restauracao_pavimentos_afalticos.pdf>.

Ersoz, A.B., Pekcan, O. & Teke, T. 2017, ‘Crack identification for rigid pavements using unmanned aerial vehicles’, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 236, 012101, pp. 1-8.

Freitas, G.T.M. & Nobre Jr., E.F. 2020, ‘Identificação de patologias em pavimentos rodoviários utilizando inteligência artificial’, 34º Congresso de Pesquisa e Ensino em Transporte da ANPET, Ceará, pp. 831-34.

Han, Q., Liu, X. & Xu, J. 2022, ‘Detection and Location of Steel Structure Surface Cracks Based on Unmanned Aerial Vehicle Images’, Journal of Building Engineering, vol. 50, 104098.

Hass, R., Hudson, W.R. & Zaniewski, J.M. 1994, Modern pavement management, Krieger Publishing Company, Malabar.

Lázaro, B.O., Chuerubim, M.L., Ribeiro, R.L., Almeida, Y.M. & Tristão, M.V.O. 2022, ‘Avaliação das condições de superfície de pavimentos urbanos com o auxílio de ferramentas de análise espacial’, TRANSPORTES, vol. 30, no. 1, pp. 2539-539.

Mahmoodzadeh, M., Gretka, V. & Mukhopadhyaya, P. 2023, ‘Challenges and opportunities in quantitative aerial thermography of building envelopes’, Journal of Building Engineering, vol. 69, 106214.

Medina, J. & Motta, L.M.G. 2015, Mecânica dos Pavimentos, Editora Interciência, Rio de Janeiro.

Osorio, A. 2015, ‘Development of Performance Models and Maintenance Standards of Urban Pavements for Network Management’, PhD Thesis, University of Waterloo.

Papagiannakis, A.T. & Masad, E.A. 2008, Pavement design and materials, John Wiley & Sons, Hoboken.

Parente, D.C., Felix, N.C. & Picanço, A.P. 2017, ‘Utilização de veículo aéreo não tripulado (VANT) na identificação de patologia superficial em pavimento asfáltico’, Revista de la Asociación Latinoamericana de Control de Calidad, Patología y Recuperación de la Construcción - ALCONPAT, vol. 7, no. 2, pp. 160-71.

Pavesys 2013, Site da pavesys engenharia de pavimentos, viewed day month year, <https://pavesys.com.br/>.

Peng, X., Zhong, X., Zhao, C., Chen, A. & Zhang, T. 2021, ‘A UAV-based machine vision method for bridge crack recognition and width quantification through hybrid feature learning’, Construction and Building Materials, vol. 299, 123896.

Reginato, C. 2022, Medição de trincas pelos métodos das normas DNIT PRO 007/2003 e DNIT PRO 433/2021, Bachelor Thesis, Universidade Federal de Santa Maria.

Rodrigues, A. 2023, Uso do MeDiNa em soluções básicas de pavimentos asfálticos no Distrito Federal, Master Thesis, Universidade de Brasília.

Strata 2020, Site da Strata engenharia, viewed day month year, <https://www.strata.com.br/>.

Trevisan, E.V. 2023, ‘Avaliação de defeitos pela medição local e por veículo aéreo não tripulado (VANT)’, Bachelor Thesis, Universidade Federal de Santa Maria.

Yoder, E.J. & Witczak, M.W. 1975, Principles of pavement design, John Wiley & Sons, New York.

Zhu, J., Zhong, J., Ma, T., Huang, X., Zhang, W. & Zhou, Y. 2022, ‘Pavement distress detection using convolutional neural networks with images captured via UAV’, Automation in Construction, vol. 133, 103991.

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Publicado

2024-12-30

Edição

v. 47 (2024): Anuário do Instituto de Geociências

Seção

Ciências do Ambiente

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