Road authorities around the world have been innovating and finding ways to cope with the high cost of road network maintenance, the growing demands of road users and the changing traffic type and volume. A well-maintained road is needed to make the network sustainable for future generations. Improving road maintenance management in the Philippines, based on New Zealand experience, is the goal of this research with the theme of managing the change from method-based specifications to the adoption of performance-based specifications for unsealed low-volume roads. The New Zealand Local Government Act 2002 prescribes the requirements for the provision, operation, and management of the local road network, consistent with the Land Transport Management Act 2002 and the New Zealand Land Transport Strategy. The maintenance management system used by New Zealand road controlling authorities (RCAs) was determined by survey and a profile of RCAs that have adopted performance-based specifications was established. RCAs that adopted performance-based specifications had employed asset managers, used the Road Asset Maintenance Management (RAMM) system as an asset management tool, engaged consultants for specialised skills, employed more engineers, had highly developed performance specifications, conducted customer surveys, and had more resources in terms of rates and revenues than RCAs that had not adopted performance-based specifications. The proposed performance-based specifications for sealed and unsealed roads were also presented in this thesis. The Department of Public Works and Highways of the Philippines has implemented three long-term performance-based maintenance pilot projects, all completed by 2005. The lessons learned from the pilot projects, together with the New Zealand survey results will guide road authorities in the Philippines to improve the implementation of future long-term performance-based maintenance contracts (LTPBMC) on national roads, and possibly apply the same to low-volume roads.

The large majority of New Zealand's road network is constructed from thin surfaced unbound flexible pavements where a granular layer provides the main structural strength of the pavement. The current New Zealand empirical design theory states that permanent deformation should largely be attributed to the subgrade and that shape loss in the granular layers is simply a consequence of a previously deformed subgrade. However, recent research and field trials have indicated that basecourse shear strains may be a large contributor to rutting in unbound granular layers. The purpose of this investigation was to determine whether the shear strains induced under heavy vehicle loads can be accurately measured using in-situ induction coils and whether the shear strains are related to permanent pavement deformation. In this investigation a rosette configuration of free floating induction coils was designed to measure principal basecourse shear strains. The principal strains were then used to construct Mohr's circle of strain in order to calculate the maximum shear strain occurring in the granular layer. The rosettes were installed in two full scale test pavements at the Canterbury Accelerated Pavement Testing Indoor Facility (CAPTIF). The pavements were loaded with an 8 tonne dual wheel axle load for 1 million and 600,000 load applications respectively and strain and rut depth testing occurred periodically throughout the test life. The research showed that the rosette coil arrangement was a feasible and accurate device for measuring in-situ shear strains in granular pavement layers. Finite element modelling confirmed the accuracy of the system. The results from the two CAPTIF pavements showed that there was a strong linear relationship between the magnitude of the basecourse shear strain and the rut depth at the end of the post construction compaction period. The investigation also showed that shear strain magnitudes in the region of 5000µƐ result in rapid shear failure in the granular layer. In addition, after the post construction compaction period had finished, the rate of change of shear strain was proportional to the rate of change of rut development. The results indicated that there was approximately a 4:1 ratio between the rate of change in rut depth and the rate of change in shear strain after the initial post construction period. Investigations into the effect of load magnitude on the magnitude of the basecourse shear strain showed that a linear relationship existed between the two parameters. Further to this, load location testing revealed that for a dual wheel configuration, 50mm of lateral wheel variation either side of a point of interest was the maximum allowable movement that would result in similar strain measurements. The research highlighted the dominance of the longitudinal tensile strain and shear strain over the vertical compressive strain within granular layers. As a result, these pavement responses should be considered in further granular pavement research in addition to the commonly used vertical compressive strains.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As pontes rodoviárias mistas (aço-concreto) estão sujeitadas às ações dinâmicas variáveis, por exemplo, devido ao tráfego de veículos sobre a superfície irregular do pavimento. Estas ações dinâmicas podem gerar a nucleação de fraturas ou mesmo a sua propagação sobre a estrutura. A correta consideração desses aspectos objetivou o desenvolvimento de uma metodologia de análise, com a finalidade de avaliar os níveis dos esforços e tensões oriundos do tráfego dos veículos sobre a superfície irregular do pavimento e, bem como, proceder uma verificação à fadiga de obras de arte rodoviárias em aço e mistas (aço-concreto). Para tal, as técnicas para a contagem de ciclos de tensão e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através de curvas do tipo S-N, associadas a diversas normas de projeto. A ponte rodoviária mista (aço-concreto) investigada neste estudo é constituída por quatro vigas de aço longitudinais e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo numérico-computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base em técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Simulam-se as almas das vigas de aço e as lajes de concreto do tabuleiro através de elementos finitos de casca. As mesas dessas vigas, transversinas e os enrijecedores são modelados por elementos de viga tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas "massa-mola-amortecedor". O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As conclusões da presente investigação versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes mistas (aço-concreto). / Steel and composite highway bridges (steel-concrete) are currently subjected to dynamic actions, for example, variable magnitude due to vehicles traffic on the deck rough pavement. These dynamic actions can generate the fractures nucleation or even their propagation on the structure. The correct consideration of these aspects pointed out to an analysis methodology developed, in order to evaluate the stresses through a dynamical analysis on highway bridge decks, due to vehicles crossing on the irregular pavement surfaces and to proceed a fatigue verification from Steel and composite highway bridges (steel-concrete). The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules application had been analyzed through S-N curves associated with diverse projects norms. The steel and composite highway bridge (steel-concrete), investigated in this study, is constituted by four longitudinal steel beams and a composite deck. The computational model, developed for the bridge dynamic analysis , adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations. The beam web thickness was represented by shell finite elements. The beam top and bottom flange and the longitudinal and vertical stiffeners were simulated by three-dimensional beam elements, where flexural and torsion effects were considered. The bridge concrete slab was simulated by shell finite elements. The vehicles are represented from "mass-spring-damper" systems. The traffic of these vehicles is considered as a simulation of half-infinite convoys dislocating with constant speed on the bridge. The present study conclusions concerning steel and composite highway bridges (steel-concrete) structural elements service life.

Uma parcela substancial das rodovias do país apresenta processos de deterioração graves de seus pavimentos, fato que acarreta sérios impactos econômicos, sociais e ambientais, resultando em aumento do consumo de combustível, dos gastos com manutenção dos veículos, da frequência de engarrafamentos e do tempo gasto em deslocamentos. A utilização de recapeamentos ou overlays de concreto tem demonstrado ser uma alternativa sustentável e econômica para a reabilitação de pavimentos. No entanto, em muitos casos, os overlays de concreto não tem conseguido prevenir a ocorrência de fissuração por reflexão. Os Engineered Cementitious Composite (ECCs) são um tipo especial de compósitos cimentícios de alto desempenho reforçados com fibras, cuja principal característica é a altíssima ductilidade. Esta propriedade faz com que os mesmos sejam capazes de superar muitas das limitações dos overlays de concreto tradicionais. Fibras de PVA com uma camada superficial modificada foram especialmente desenvolvidas para serem empregadas no reforço de ECCs (ou PVAECC). O custo de tais fibras é o principal responsável pelo elevado custo dos ECCs, o que pode inviabilizar seu emprego em alguns casos. Buscando alternativas, este estudo se focou na investigação da possibilidade de uso de fibras de polipropileno (PP) de alto desempenho. Estas fibras, com custo mais atraente, já são produzidas comercialmente no Brasil, e usadas na produção de fibrocimento. As mesmas se demonstraram adequadas para uso como reforço em ECCs (ou PPECC), sendo capazes de garantir que se atinja um comportamento dúctil através do desenvolvimento de um processo de múltipla fissuração. Um resultado importante foi que a dimensão média da abertura das fissuras nos PPECC foi de 10 m, enquanto nos PVAECC a mesma era 60 m. Este resultado pode resultar em incrementos na durabilidade de estruturas. Além disto, o trabalho investigou o comportamento à flexão e fadiga dos ECCs reforçados com fibras de polipropileno. Os resultados demonstraram que os compósitos produzidos com cimento Portland tipo V-ARI não se comportam adequadamente à fadiga, uma vez que ocorre a deterioração das fibras. Por outro lado, os compósitos produzidos com cimento tipo I, já usualmente empregado em ECCs, apresentaram resultados satisfatórios. Um modelo de previsão de vida útil foi gerado para recapeamentos de PPECC, PVAECC e concreto, em função das espessuras dos revestimentos. O mesmo indicou que os ECCs requerem camadas 1,5 a 2,5 vezes mais finas que as usuais de concreto. O material foi, então, testado especificamente quanto à resistência à fissuração por reflexão. Os resultados demonstraram que o PPECC pode modificar o modo de ruptura frágil dos recapeamentos através do processo de múltipla fissuração. Na última etapa do trabalho foi realizada uma análise do ciclo de vida e dos custos do ciclo de vida de quatro diferentes sistemas de recapeamento – concreto, asfalto, PVAECC e PPECC. Os resultados mostram que os overlays de ECCs são bastante atrativos, pois diminuem tanto o consumo de energia associado aos processos de projeto, construção e manutenção do recapeamento, bem como reduzem a liberação de emissões gasosas à atmosfera, constituindo uma alternativa mais sustentável que as demais. Os sistemas de recapeamento com ECC também resultaram em vantagens econômicas. Apesar do alto custo inicial, a menor frequência de atividades de manutenção resulta em uma redução do custo total ao longo do período de 40 anos considerado. Isto representa uma importante economia em termos de custos diretos para os responsáveis pelas rodovias. De forma geral, o trabalho evidenciou a viabilidade de uso dos PPECCs para reabilitação de pavimentos. / Many old pavements in service today are approaching the end of their design service lives. Others are in dire need of major repair to continue serving, resulting in economical, environmental and social impacts by increasing vehicle fuel consumption and maintenance costs, traffic jam and delays. For pavements subject to moderate and heavy traffic, concrete overlays are increasingly being used as a cost effective and sustainable rehabilitation technique. However, concrete overlays have some physical limitations that contribute to durability concerns, which increase the probability of pavement overlay failure and maintenance frequency. Consequently, alternative materials are being developed to improve overlay performance. Engineered Cementitious Composites (ECC) are a special type of high performance fiber reinforced cementitious composites, designed for high ductility and damage tolerance which may overcome concrete overlay limitations. Polyvinylalcohol (PVA) fibers with special coating are typically used as reinforcement of ECC. Although some successful field application of PVAECC, the use of ECC is restrained by the high cost of the material, consequence of high PVA fibers cost. This research is focused on the investigation of using high tenacity polypropylene fibers as reinforcement of engineered cementitious composites (PPECC). Those fibers are produced and available in Brazil for fibrocement industry by less than half price of PVA fibers. PP fibers have demonstrated good performance in reinforcing ECC, assuring composite strain-hardening behavior through the development of multiple cracking processes. An important finding was the tinier crack opening of PPECC – 10 m average- comparing to PVAECC – 60 m average. This result may result in higher material durability. Furthermore, flexural and fatigue behavior or ECCs reinforced with PP fibers were investigated. Results have shown that Portland cement type V (high early strength) is not adequate for PPECCs subject to fatigue loading, resulting in fiber deterioration and premature rupture. By the other hand, promising results were found with cement ordinary type I, usually used in ECC production. A model of service life prediction was developed for PPECC, PVAECC and concrete overlays correlated to overlay thickness. Results have shown that ECCs may reduce overlay thickness in 1.5 to 2.5 times the usual thickness of overlay concrete. Reflective cracking resistance of PPECC was also testes. From the results it is possible to deduce that PPECC may modify typical rupture mode of concrete overlays through the development of multiple cracking. In the last stage of this work, life cycle analyses and life cycle cost analyses of four different overlays systems – concrete, hot mix asphalt, PVAECC and PPECC – were carried out. The results of this study have shown that an ECC overlay system have lower environmental burdens, reducing the energy consumption related to design, construction and maintenance activities, reducing green house effect as well. Life cycle costs analyses over a 40 years service life revealed that PPECC is the most economical overlay system compared to concrete, hot mix asphalt and PVAECC overlay systems. Agency costs are significantly reduced by adopting PPECC overlays. PPECC is a feasible alternative for pavement rehabilitation.

Neste trabalho foi realizada a avaliação do desempenho do revestimento primário de um trecho experimental de via não pavimentada implantado em Santana do Livramento - RS, Brasil, e a partir dos resultados obtidos, procurou-se estabelecer metodologias e critérios de previsão de desempenho que permitam estimar adequadamente, de maneira prévia, o comportamento esperado da via, quando submetida às ações do tráfego e do clima. A região na qual foi implantado o trecho experimental está inserida dentro da unidade geomorfológica denominada de Depressão Central, numa formação geológica composta de arenito médio a fino, cujo subleito é composto de solo sedimentar arenoso. Duas seções experimentais A e B foram estudadas. A primeira foi composta de uma mistura de dois solos e a segunda composta de uma mistura de solo com agregado natural de arenito. Foram efetuadas medições das deflexões do subleito e da pista pronta com utilização de viga Benkelman. Amostras dos materiais empregados nas misturas e do subleito foram coletadas para a realização de ensaios de laboratório. Foram realizados ensaios de caracterização dos materiais (difratometria de raio-X, granulometria, peso específico dos grãos, limites de Atteberg e classificação MCT), ensaios para a avaliação da resistência ao desgaste e durabilidade do agregado de arenito (abrasão Los Angeles, sanidade e alteração de rochas água-estufa), ensaios de compactação, Índice de Suporte Califórnia – ISC, ensaios de cisalhamento direto e triaxiais de carga repetida para a obtenção de módulos de resiliência. Na avaliação do desempenho do trecho experimental foi monitorada a evolução de alguns defeitos típicos de vias não pavimentadas (afundamento de trilha de roda, ondulações, buracos e atoleiros, perda de abaulamento, perda de espessura de revestimento e sulcos de erosão). Os estudos para previsão de desempenho consistiram na aplicação de prescrições e modelos matemáticos e estatísticos encontrados na literatura e na avaliação sobre a correlação e compatibilidade dos mesmos com o desempenho real de campo para o caso. Os resultados obtidos demonstraram que a seção A apresentou baixíssima durabilidade, não sendo recomendada sua aplicação futura. A seção B apresentou desempenho razoável, sendo que sua eventual aplicação futura deverá ser precedida de uma avaliação prévia de custo-benefício em comparação a outras possíveis alternativas. A utilização de dados de deflexão para cálculos estruturais voltados à previsão de desempenho de vias não pavimentadas pode ser uma alternativa interessante, desde que os mesmos sejam confiáveis e consistentes. A interpretação adequada dos resultados de ensaios de granulometria por peneiramento, de classificação MCT e de alteração de rochas água-estufa se mostrou eficaz na qualificação inicial dos materiais, uma vez que se observou coerência entre os defeitos previstos e aqueles que de fato ocorreram. Os modelos para a previsão estrutural do desempenho da via propostos por Vésic, Heukelon e Klomp e Chevron se mostraram aplicáveis para o caso estudado. O desenvolvimento da pesquisa permitiu estabelecer procedimentos mínimos que conduzirão a um melhor desempenho de revestimento primário em vias de baixo volume de tráfego. / In this work, the evaluation of the wearing course performance of an experimental unpaved road stretch deployed in Santana do Livramento - RS, Brazil was maked, and from results, we tried to establish methodologies and criteria of performance prediction to estimate properly, in advance, the expected behavior of the way, when subjected to the actions of traffic and weather. The region which was implanted the experimental way is inserted into the geomorphological unit called of the Central Depression, in a geological formation composed of medium to fine sandstone, whose subgrade soil is composed of sandy sediment. Two experimental sections A and B were studied. The first was composed of a mixture of two soils and the second composed of a mixture of soil and aggregate natural sandstone. The deflections of the subgrade were measured and the runway ready with use of Benkelman beam. Samples of the materials used in mixtures and the subgrade soil were collected for laboratory testing. Tests of characterization (X-ray diffraction, particle size distribution, specific gravity of solids, Atteberg limits and MCT classification), tests for to evaluate the wear resistance and durability of the sandstone aggregate (Los Angeles abrasion , soundness of agregatte and wet/dry cycles), compaction tests, California Bearing Ratio - CBR, direct shear tests and repeated loading triaxial tests for resilients modulus determinations were performed. In the evaluation of the performance of the experimental way was monitored the evolution of some typical distress of unpaved roads (rutting, ripples and corrugatings, potholes and puddles, loss of bulging, loss of wearing course thickness and erosion grooves). Studies for performance prediction consisted in the application of requirements and mathematical and statistical models found in the literature and in the evaluation of the compatibility and correlation of these with actual field performance for this case. The results showed that the section A had very poor durability and is not recommended its future application. Section B showed reasonable performance, and its eventual future application must be preceded by a preliminary assessment of cost-effective compared to other possible alternatives. The use of deflection data for structural calculations aimed at predicting performance of unpaved roads can be an interesting alternative, since that they are reliable and consistent. The proper interpretation of tests results of the particle size distribution by sieving, classification MCT and wet/dry cycles proved effective for the initial qualification of materials, because was observed the consistency between the predicted and actually occurred distress. The models for predicting of the way structural performance proposed by Vesic, Heukelon and Klomp and Chevron proved applicable to the case study. The development of the research allowed to establish minimum procedures that will lead to better performance coating primary of low traffic volume way.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-11-07T17:57:29Z No. of bitstreams: 1 JOHN KENNEDY GUEDES RODRIGUES - DISSERTAÇÃO PPGECA 1992..pdf: 18723539 bytes, checksum: 5735743b9d1678519d32681ffe91e173 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-07T17:57:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOHN KENNEDY GUEDES RODRIGUES - DISSERTAÇÃO PPGECA 1992..pdf: 18723539 bytes, checksum: 5735743b9d1678519d32681ffe91e173 (MD5) Previous issue date: 1992-07 / Este trabalho consiste na avaliação estrutural de um pavimento flexível de base constituída de Material laterítico, localizado entre os municípios de Sapé, Marí e Guarabira (PB-055), objetivando avaliar o desempenho estrutural da base, bem como das outras camadas que compõem o pavimento, ao longo de 7km. Para isso, como forma de obtenção de parâmetros estruturais para posterior avaliação, optou-se pelos seguin tes ensaios: a) Ensaio Deflectométrico com a viga Benkelman, utilizando-se "metodologia não destrutiva, para avaliação estrutural de pavimentos flexíveis, através da interpretação das Bacias de Deformação" Desenvolvida pelos professores." João M . Fabrício at alii 1988); b) Ensaio Pressiométrico com o Pressiômetro de Pavimentação, desenvolvido por Briaud e Shields na Universidade de Ottawa no Canadá (1979), ensaiando a sub-base e o subleito. Os parâmetros estruturais, obtidos com os respectivos ensaios, além de servirem como indicadores das condições estruturais das camadas do pavimento, foram correlacionados e ajustados matematicamente. No tocante ao desempenho da base laterítica e do pavimento como um todo, observou-se que os parâmetros estruturais deflectométricos obtidos se enquadram dentro dos limites pré-estabelecidos pela metodologia adotada, o que confirmou o seu bom desempenho. Com relação às ajustagens, foram obtidas equações bastante significativas. O que demonstra uma alta afirmação dos dois ensaios utilizados nesta pesquisa, respaldando seus valores teóricos e interpretativos, muito bons para serem utilizados como parâmetros de avaliação de pavimentos flexíveis. / This work describes the structural evaluation of a flexible pavement, 7 Km long linking the districts of Sapé, Marí and Guarabira (PB- 055) Paraiba State, Northeast Brazil. The structural performance of its layers including the lateritic basement was investigated and data were obtained following the methology described below: a) Test Deflectometer with the B e n k e 1 m a n Bean following a. Nondestructive methodology for the evaluation of flexible pavements through the interpretation of the "Basin Deflection" developed by J.M. Fabricio et al (1988); b) Pressuremeter test of both the sub-grade and the sub-base by using the pressuremeter of pavements developed by Briaud and Shields (1979). The results analysed helped as indicators the structural conditions of the layers and also were correleted and adjusted mathematically for the derivation of equations. the structural deflectometric parameters determined for the lateritic basement and for the methodology used and confirmed it's good performance. Analysis of the significant equations developed in this study renders support for the good quality of the tests performance during the investigations recommending them very good for that evaluation of flexible pavements.

Este trabalho analisa os efeitos das trajetórias de umedecimento e secagem no módulo de resiliência e cisalhamento direto quanto à resistência e deformabilidade elástica de solos compactados através de ensaios triaxiais de carga cíclica e ensaios de cisalhamento direto. O solo estudado é oriundo de jazida localizada próximo à BR116/RS, no município de Guaíba, sendo usualmente utilizado como material para execução de aterros rodoviários. As curvas de retenção do solo foram obtidas pelo método de papel filtro para solos compactados com variação de teor de umidade ótima de ±2%. Os estudos de módulo de resiliência e de resistência ao cisalhamento foram analisados nestas condições e demonstraram que o efeito do teor de umidade é significativo nas trajetórias de secagem e umedecimento. As curvas de retenção mostraram diferentes formas de acordo com a umidade de compactação e apresentaram histerese após a amostra ser submetida à trajetória de secagem. Observou-se que os solos compactados no ramo seco apresentaram valores mais elevados de módulo de resiliência e de resistência ao cisalhamento que aqueles que se encontravam no ramo úmido da curva de compactação. Uma análise do solo compactado no ramo seco e umedecido posteriormente até o ramo úmido teve comportamento semelhante aos moldados neste ramo. Por outro lado, na trajetória de secagem dos solos compactados no ramo úmido observou-se um aumento na resistência. Os modelos de desempenho para módulo de resiliência apresentaram boas correlações e para os que utilizam a sucção, observa-se um comportamento diferente com relação aos que não utilizam e com relação às constantes de cada modelo. / This paper analyzes the effects of wetting and drying paths in resilient modulus and shear strength for resistance and elastic deformability of compacted soils through triaxial cyclic load tests and direct shear tests. The soil studied is derived from BR116/RS near the Guaiba’s city, usually being used for subgrade. The retention curves of the soil were obtained by the filter paper method, with optimum moisture content varying a range of ± 2%. The studies of resilient modulus and shear strength were analyzed in these conditions and showed that the effect of moisture content is significant in the drying and wetting trajectories. The retention curves showed different forms according to the moisture content in the compaction, showed hysteresis after the specimen is subjected to the drying trajectory. It was observed that the soils compacted and tested in the dry branch had higher resilient modulus and shear strength than those compacted in the wet branch. An analysis of the soil compacted in the dry branch and subsequently dampened up to the wet branch had similar behavior to the soil molded ah this branch. On the other hand, in the trajectory of drying of the compacted soil at wet branch there is an increase in resistance. Performance models for resilient modulus showed good correlations and those using suction, observe a different behavior with respect to that use and not with respect to the constants of each model.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação, propõe-se uma metodologia para a analise da resposta dinâmica de pontes rodoviárias devido à travessia de comboios de diversos tipos de veículos sobre o tabuleiro irregular dessas obras de arte. Para tal, desenvolve-se uma análise paramétrica extensa com o objetivo de avaliarem-se os efeitos dinâmicos provenientes das irregularidades superficiais existentes no tabuleiro sobre o comportamento das pontes rodoviárias. A metodologia de análise é desenvolvida no domínio do tempo de acordo com um modelo estatístico. O modelo matemático é concebido de forma a simular o conjunto dos veículos e do tabuleiro, denominado neste trabalho comumente de sistema veículo-ponte (ou sistema veículo-estrutura). Considera-se a participação da massa e da rigidez dos veículos na definição das freqüências do conjunto e, conseqüentemente, a força de interação entre os veículos e a ponte é afetada pela flexibilidade desta. Simula-se o tabuleiro das obras de arte por uma viga modelada com base em elementos finitos de barra unidimensionais, com massas concentradas em seus nós e flexibilidade distribuída. Aos nós estão associados os movimentos de rotação no plano e de translação vertical. Desprezam-se a inércia de rotação e a deformação por cisalhamento. São considerados 04 (quatro) modelos distintos para representar os veículos do comboio na análise paramétrica, sendo estes: veículos com um eixo e uma massa, viaturas com um eixo e duas massas, veículos com dois eixos e três massas e carros com três eixos e quatro massas. Todos os veículos são simulados por sistemas de massas, molas e amortecedores e são descritos por graus de liberdade à translação e rotação no plano. As irregularidades da pista são definidas por um modelo matemático não- determinístico, com base na densidade espectral do perfil do pavimento, obtida experimentalmente. Os perfis irregulares do pavimento são considerados associados a processos fracamente estacionários e ergódicos. O carregamento sobre a superestrutura das pontes é constituído por uma sucessão infinita de veículos, igualmente espaçados e deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro. Devido à própria natureza das irregularidades superficiais e do comboio de veículos, atenção especial é concentrada na fase permanente da resposta do sistema veículo-ponte. São estudadas as respostas dos modelos estruturais, com base em tabuleiros isostáticos de concreto armado, com e sem balanços, em seção do tipo caixão, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões deste trabalho versam sobre a adequação do modelo matemático empregado, observando- se a influência do tipo de modelo de veículo utilizado (com um ou mais eixos) sobre aresposta dinâmica das pontes rodoviárias analisadas e, bem como, à magnitude dos efeitos dinâmicos provenientes das irregularidades superficiais e suas conseqüências sobre as atitudes correntes de projeto. / In this investigation an analysis methodology is developed to evaluate the vehicle- structure response. A parametric study is carried to evaluate the dynamical effects, displacements and stresses, on highway bridge decks, due to vehicles crossing on rough pavement surfaces defined by a probabilistic model. The analysis methodology was considered following a statistical model, in the time domain. The mathematical model assumes a finite element representation of a beam like deck and the vehicle simulation uses concentrated parameters of mass, stiffness and damping. Four different models are developed in order to represent the vehicles. The vehicles are modeled as one axle, with one or two masses, and two and three axles, with three and four masses, respectively. All vehicles are simulated as mass-spring-damper systems and the degrees of freedom of these cars are defined as in plane vertical translations and rotations. The deck surface roughness is defined by a well known power spectrum probability density of road pavement profiles. The irregular pavement surface was defined like a weakly stationary and ergodic random process. The moving load is formed by an infinite succession of vehicles moving with constant velocity and equally spaced. Only steady-state response is considered. Response data are produced on concrete box girder elements assembled as simple beams, including cantilever spans. Conclusions are concerned with the fitness of the developed analysis methodology and the magnitude of the response amplification due to the surface irregularities.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As pontes rodoviárias mistas (aço-concreto) estão sujeitadas às ações dinâmicas variáveis, por exemplo, devido ao tráfego de veículos sobre a superfície irregular do pavimento. Estas ações dinâmicas podem gerar a nucleação de fraturas ou mesmo a sua propagação sobre a estrutura. A correta consideração desses aspectos objetivou o desenvolvimento de uma metodologia de análise, com a finalidade de avaliar os níveis dos esforços e tensões oriundos do tráfego dos veículos sobre a superfície irregular do pavimento e, bem como, proceder uma verificação à fadiga de obras de arte rodoviárias em aço e mistas (aço-concreto). Para tal, as técnicas para a contagem de ciclos de tensão e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através de curvas do tipo S-N, associadas a diversas normas de projeto. A ponte rodoviária mista (aço-concreto) investigada neste estudo é constituída por quatro vigas de aço longitudinais e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo numérico-computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base em técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Simulam-se as almas das vigas de aço e as lajes de concreto do tabuleiro através de elementos finitos de casca. As mesas dessas vigas, transversinas e os enrijecedores são modelados por elementos de viga tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas "massa-mola-amortecedor". O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As conclusões da presente investigação versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes mistas (aço-concreto). / Steel and composite highway bridges (steel-concrete) are currently subjected to dynamic actions, for example, variable magnitude due to vehicles traffic on the deck rough pavement. These dynamic actions can generate the fractures nucleation or even their propagation on the structure. The correct consideration of these aspects pointed out to an analysis methodology developed, in order to evaluate the stresses through a dynamical analysis on highway bridge decks, due to vehicles crossing on the irregular pavement surfaces and to proceed a fatigue verification from Steel and composite highway bridges (steel-concrete). The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules application had been analyzed through S-N curves associated with diverse projects norms. The steel and composite highway bridge (steel-concrete), investigated in this study, is constituted by four longitudinal steel beams and a composite deck. The computational model, developed for the bridge dynamic analysis , adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations. The beam web thickness was represented by shell finite elements. The beam top and bottom flange and the longitudinal and vertical stiffeners were simulated by three-dimensional beam elements, where flexural and torsion effects were considered. The bridge concrete slab was simulated by shell finite elements. The vehicles are represented from "mass-spring-damper" systems. The traffic of these vehicles is considered as a simulation of half-infinite convoys dislocating with constant speed on the bridge. The present study conclusions concerning steel and composite highway bridges (steel-concrete) structural elements service life.

L’évaluation des caractéristiques structurelles des chaussées permet l’optimisation de leur maintenance. La mesure de déflexion est une mesure de base de cette évaluation. Aujourd’hui,seuls la déflexion maximale et le rayon de courbures ont analysés. Pourtant, le curviamètre et le déflectographe relèvent le bassin de déflexion complet dont l’analyse permettrait d’extraire des paramètres plus sensibles à l’endommagement des chaussées. Actuellement, l’interprétation des mesures est seulement qualitative et aucun calcul inverse de l’état de dommage de la structure n’est réalisé. La thèse vise à améliorer l’interprétation des mesures de déflexion. Le fonctionnement des appareils a montré que leurs hypothèses de mesure conduisent à des biais de mesure. Pour pallier ce problème, une procédure de correction des mesures a été mise en place. La comparaison avec des bassins théoriques a montré que la méthode de correction était satisfaisante. Ensuite, une étude numérique visant à déterminer la sensibilité du bassin de déflexion à la présence de différents défauts a été conduite. Celle ci a montré que les indicateurs classiques de la mesure de déflexion étaient peu sensibles à un endommagement dans la chaussée. Une méthodologie a donc été développée pour la création d’indicateurs optimisés à un type de défauts spécifiques. L’étude sur cas théoriques a conduit à l’obtention de résultats concluants. L’ensemble de ces travaux a ensuite été validé sur sites expérimentaux pour des mesures de répétabilité, mais également sur site avec la présence avérée de défauts. Finalement, la thèse a envisagé l’utilisation des travaux précédents sur des mesures réelles recueillies sur itinéraire. / The evaluation of the structural characteristics of pavements is involved in their maintenance. The measurement of deflection is a key indicator of this evaluation. Currently, only the maximum deflection and the radius of curvature are analyzed. However, the curviameter and the deflectograph are able to record the whole deflection bowl and the parameters deduced from thismeasurement could help to better characterized damages on pavements. The interpretation of the measurements is only qualitative and back calculation of pavement layer moduli gives unsatisfactory results. The thesis aims to improve the interpretation of deflection measurements. The working principle of these apparatus and the measurement assumptions introduce several measurement biases.To overcome these issues, a correction process has been developed. The comparison with theoretical basins has given satisfactory results on bituminous or flexible pavements. Then, a numerical study has been conducted to determine the influence of pavements damages on the deflection measurement. By this study, it has been showed that the usual indicators of the deflection measurement are notable to detect all damages. So, a methodology hasbeen developed in order to create an optimized indicator specified to a special defect. A study on numerical results has been conducted to validate the implementation of these indicators. Then, the correction method and these new indicators have been tested on experimental sites with and without damages. At last, the research works have been studied at network level.