The Asphalt Pavement Analyzer (APA) device was used to characterize the impact of various mix factors on the development of permanent deformation in dense-graded mixes given a standard compactive effort. Factors included two aggregate sizes, three VMA levels, two fines contents, three binder contents and four binder types. All specimens received the same compactive effort (100 gyrations) using the Superpave Gyratory Compactor (SGC). For some tests, testing temperatures followed the standard APA test protocol (64C) and for some others, the test temperature was set at the high temperature of standard performance asphalt binder grade (e.g. 70C for a PG 70-22 asphalt binder). Statistical results showed that increased binder content increased permanent deformation in the 19.0 mm dense graded mixes prepared with the PG 64-22 binder irrespective of the other mix parameters. These effects were not noted in the mixes prepared with PG 70-22 and PG 76-22 binders, when tested at 64C. However, the same effect was noted when mixes prepared with PG 70-22, PG 70-22 Modified and PG 76-22 binders were tested at the high temperature of standard performance asphalt binder grade. All mixes prepared with the stiffer binders showed very low permanent deformation when tested at the standard 64C regardless of the value of the other mix parameters. The statistical analysis of permanent deformation provides evidence that the mixes prepared with the PG 76-22 and PG 70-22 Modified binders perform better than mixes prepared with the PG 70-22 and the PG 64-22 binders. The effect of VMA on permanent deformation depends on the maximum aggregate size used, test temperature, binder type and the fines content. It was not possible to separate these interaction effects. The results of this study suggest that the APA is relatively insensitive to changes in mix properties within the range of variables studied, when using the standard APA test temperature (64C). However, the APA device is sensitive when the test temperature matches the high temperature of the standard performance binder grade (e.g. 70C for a PG 70-22 binder). Based on the results of this study, it appears that the APA can be used to indicate the rut resistance of a mixture. Although some of the mix factors have an interactive effect in the mixes, the APA has a potential to predict the relative rutting of the hot mix asphalt mixes even when polymer modified mixes are used, provided that testing is conducted at the appropriate test temperature. / Graduation date: 2005

Estudos de condições oceanográficas tornam-se imperativos a cada dia, tanto no fornecimento de dados para fins de pesquisa quanto para aplicações de engenharia. Tais usos variam desde a validação de modelos de previsão de ondas até a determinação de forças em estruturas offshore, bem como em condições de navegabilidade e operações logísticas. O uso dos movimentos do navio para determinar qual condição de mar os induziu, adotando a embarcação como um sensor, em analogia às boias oceanográficas, é uma das tecnologias disponíveis para a medição das condições oceanográficas. Esta destaca-se pela simplicidade na implementação, além de atender às necessidades da indústria petrolífera, uma vez que o interesse é voltado para eventos de ondas extremas, os quais são bem representados pela tecnologia considerada, como verificado nesta tese. A facilidade de obtenção de dados através da tecnologia mencionada, sem a necessidade de equipamentos adicionais { especialmente no caso de plataformas de petróleo devido à disponibilidade de bases inerciais em muitas embarcações deste tipo { foi essencial para garantir ao presente trabalho um conjunto de dados de campo composto por registros ininterruptos dos movimentos de uma plataforma FPSO durante dois anos, através do qual foi possível realizar estimativas das ondas em intervalos de trinta minutos. Esta rica base de dados, inédita na literatura especializada, aliada às estimativas fornecidas simultaneamente por um sistema de radar de ondas, permitiu um estudo detalhado das características e padrões dos espectros direcionais de onda e uma importante validação da aplicação da tecnologia em campo. Face às incertezas inerentes ao processo, no entanto, observa-se que, para um mesmo registro de movimentos, muitas soluções diferentes e quase equiprováveis podem ser obtidas, uma característica que favorece a aplicação de um método de inferência Bayesiana, afim de fornecer alguma informação a priori sobre as variáveis de estimação. Na presente abordagem, esta informação corresponde a uma suposição de suavidade dos espectros direcionais de onda a serem estimados, cujo grau é controlado pelos chamados hiperparâmetros do processo de inferência - parâmetros dentro do método que controlam a influência da informação a priori sobre a solução. Estudos prévios realizados na EPUSP demonstraram que o uso de hiperparâmetros fixos ou pré-calibrados é vantajoso para tornar o método de estimação operacionalmente aplicável, proporcionando um tempo de execução compatível com aplicações em tempo real. Dada a importância do papel desempenhado pela informação a priori na determinação de soluções viáveis no intervalo de incertezas do método, torna-se patente a necessidade de se definir valores apropriados para estes hiperparâmetros. Assim, neste trabalho, é apresentada uma metodologia de calibração para os hiperparâmetros baseada na dependência destes no período médio de onda e no parâmetro espectral de largura de banda. Esta nova abordagem traz dois aspectos inovadores para a pesquisa: O primeiro é o desenvolvimento de um método iterativo e autossuficiente capaz de identificar erros de estimação causados por incertezas no modelo de previsão de movimentos do navio. O segundo ponto é a capacidade do método de mitigar os erros encontrados, forçando a suavidade espectral ao longo do intervalo de frequências de onda. / Studies of oceanographic conditions become imperative every day, both in the provision of data for research purposes and for engineering applications. Such uses range from the validation of wave prediction models to the determination of forces in offshore structures, as well as navigability and logistical operations. The use of vessel movements to determine which is the condition induced by them, adopting the vessel as a sensor, in analogy to oceanographic buoys, is one of the available technologies for the measurement of oceanographic conditions. It stands out for the simplicity of the implementation, in addition it meets the needs of the oil industry, since the interest is focused on extreme wave events, which are well represented by the technology considered, as verified in this thesis. Ease of data attainment through the mentioned technology, without the need for additional equipment - especially in the case of oil platforms due to the availability of inertial bases in many vessels of this type - was essential to guarantee the present work the data set of field the FPSO platform for two years, through which it was possible to make estimates of the waves in intervals of thirty minutes. This rich database, unprecedented in the specialized literature, together with the estimates provided by a wave radar system, allowed a detailed study of the characteristics and patterns of the directional wave spectra and an important validation of the application of the technology in the field. Given the uncertainties inherent in the process, however, it can be observed that, for the same record of movements, many different and almost equiprobable solutions can be obtained, a feature that favors the application of a Bayesian inference method, in order to provide some information on the variables of estimation. In the present approach, this information corresponds to an assumption of smoothness of the directional wave spectra to be estimated, the degree of which is controlled by so-called hyperparameters of the inference process - parameters within the method that control the influence of a priori information on the solution. Previous studies conducted at EPUSP have demonstrated that the use of fixed or precalibrated hyperparameters is advantageous to make the estimation method operationally applicable, providing a runtime compatible with real-time applications. Given the importance of the role played by a priori information in determining viable solutions in the uncertainty range of the method, it becomes clear that it is necessary to define appropriate values for these hyperparameters. Thus, in this work, the calibration methodology for the hyperparameters is presented, based on the dependency of these on wave mean period and on bandwidth spectral parameter. The _rst is the development of an iterative, self-sufficient method, capable of identifying estimations errors caused by uncertainties on the ship\'s motions prediction model. The second is the ability of the method to mitigate the errors found, forcing spectral smoothness throughout the range of wave frequencies.

Estudos de condições oceanográficas tornam-se imperativos a cada dia, tanto no fornecimento de dados para fins de pesquisa quanto para aplicações de engenharia. Tais usos variam desde a validação de modelos de previsão de ondas até a determinação de forças em estruturas offshore, bem como em condições de navegabilidade e operações logísticas. O uso dos movimentos do navio para determinar qual condição de mar os induziu, adotando a embarcação como um sensor, em analogia às boias oceanográficas, é uma das tecnologias disponíveis para a medição das condições oceanográficas. Esta destaca-se pela simplicidade na implementação, além de atender às necessidades da indústria petrolífera, uma vez que o interesse é voltado para eventos de ondas extremas, os quais são bem representados pela tecnologia considerada, como verificado nesta tese. A facilidade de obtenção de dados através da tecnologia mencionada, sem a necessidade de equipamentos adicionais { especialmente no caso de plataformas de petróleo devido à disponibilidade de bases inerciais em muitas embarcações deste tipo { foi essencial para garantir ao presente trabalho um conjunto de dados de campo composto por registros ininterruptos dos movimentos de uma plataforma FPSO durante dois anos, através do qual foi possível realizar estimativas das ondas em intervalos de trinta minutos. Esta rica base de dados, inédita na literatura especializada, aliada às estimativas fornecidas simultaneamente por um sistema de radar de ondas, permitiu um estudo detalhado das características e padrões dos espectros direcionais de onda e uma importante validação da aplicação da tecnologia em campo. Face às incertezas inerentes ao processo, no entanto, observa-se que, para um mesmo registro de movimentos, muitas soluções diferentes e quase equiprováveis podem ser obtidas, uma característica que favorece a aplicação de um método de inferência Bayesiana, afim de fornecer alguma informação a priori sobre as variáveis de estimação. Na presente abordagem, esta informação corresponde a uma suposição de suavidade dos espectros direcionais de onda a serem estimados, cujo grau é controlado pelos chamados hiperparâmetros do processo de inferência - parâmetros dentro do método que controlam a influência da informação a priori sobre a solução. Estudos prévios realizados na EPUSP demonstraram que o uso de hiperparâmetros fixos ou pré-calibrados é vantajoso para tornar o método de estimação operacionalmente aplicável, proporcionando um tempo de execução compatível com aplicações em tempo real. Dada a importância do papel desempenhado pela informação a priori na determinação de soluções viáveis no intervalo de incertezas do método, torna-se patente a necessidade de se definir valores apropriados para estes hiperparâmetros. Assim, neste trabalho, é apresentada uma metodologia de calibração para os hiperparâmetros baseada na dependência destes no período médio de onda e no parâmetro espectral de largura de banda. Esta nova abordagem traz dois aspectos inovadores para a pesquisa: O primeiro é o desenvolvimento de um método iterativo e autossuficiente capaz de identificar erros de estimação causados por incertezas no modelo de previsão de movimentos do navio. O segundo ponto é a capacidade do método de mitigar os erros encontrados, forçando a suavidade espectral ao longo do intervalo de frequências de onda. / Studies of oceanographic conditions become imperative every day, both in the provision of data for research purposes and for engineering applications. Such uses range from the validation of wave prediction models to the determination of forces in offshore structures, as well as navigability and logistical operations. The use of vessel movements to determine which is the condition induced by them, adopting the vessel as a sensor, in analogy to oceanographic buoys, is one of the available technologies for the measurement of oceanographic conditions. It stands out for the simplicity of the implementation, in addition it meets the needs of the oil industry, since the interest is focused on extreme wave events, which are well represented by the technology considered, as verified in this thesis. Ease of data attainment through the mentioned technology, without the need for additional equipment - especially in the case of oil platforms due to the availability of inertial bases in many vessels of this type - was essential to guarantee the present work the data set of field the FPSO platform for two years, through which it was possible to make estimates of the waves in intervals of thirty minutes. This rich database, unprecedented in the specialized literature, together with the estimates provided by a wave radar system, allowed a detailed study of the characteristics and patterns of the directional wave spectra and an important validation of the application of the technology in the field. Given the uncertainties inherent in the process, however, it can be observed that, for the same record of movements, many different and almost equiprobable solutions can be obtained, a feature that favors the application of a Bayesian inference method, in order to provide some information on the variables of estimation. In the present approach, this information corresponds to an assumption of smoothness of the directional wave spectra to be estimated, the degree of which is controlled by so-called hyperparameters of the inference process - parameters within the method that control the influence of a priori information on the solution. Previous studies conducted at EPUSP have demonstrated that the use of fixed or precalibrated hyperparameters is advantageous to make the estimation method operationally applicable, providing a runtime compatible with real-time applications. Given the importance of the role played by a priori information in determining viable solutions in the uncertainty range of the method, it becomes clear that it is necessary to define appropriate values for these hyperparameters. Thus, in this work, the calibration methodology for the hyperparameters is presented, based on the dependency of these on wave mean period and on bandwidth spectral parameter. The _rst is the development of an iterative, self-sufficient method, capable of identifying estimations errors caused by uncertainties on the ship\'s motions prediction model. The second is the ability of the method to mitigate the errors found, forcing spectral smoothness throughout the range of wave frequencies.

The prediction of asphalt pavements performance in relation to their main distresses has been proposed by different researchers, by means of laboratory characterization and field data evaluation. In relation to fatigue cracking, there is no universal consensus about the laboratory testing to be performed, the damage criterion to be considered, the testing condition to be set (level and frequency of loading, and temperature), and the specimen geometry to be used. Tests performed in asphalt binders and in asphalt mixes are used to study fatigue behavior and to predict fatigue life. The characterization of asphalt binders is relevant, since fatigue cracking is highly dependent on the rheological characteristics of these materials. In the present research, the linear viscoelastic characterization, time sweep tests, and amplitude sweep tests were done. In respect to the laboratorial characterization of asphalt mixes, tests based on indirect tensile, four point flexural bending beam, and tension-compression were performed. Field damage evolution data of two asphalt pavement sections were collected from an experimental test site in a very heavy traffic highway. Three asphalt binders (one neat binder, one SBS-modified binder and one highly modified binder, HiMA), and one asphalt concrete constituted by the neat binder were tested in laboratory. The experimental test site was composed by two segments, constituted by different base layers (unbound course and cement-treated crushed stone) that provided different mechanical responses in the asphalt wearing course. The field damage data were compared to fatigue life models that use empirical results obtained in the laboratory and computer simulations. Correlations among the asphalt materials scales were discussed in this dissertation, with the objective of predicting the fatigue cracking performance of asphalt pavements. / A previsão do desempenho de pavimentos asfálticos em relação aos seus principais defeitos tem sido proposta por diferentes pesquisadores, por meio da caracterização em laboratório e da avaliação de dados de campo. No que diz respeito ao trincamento por fadiga, não há um consenso universal sobre o tipo de ensaio a ser realizado, o critério de dano a ser considerado, e as condições de ensaio a serem adotadas (nível e frequência de carregamento, e temperatura), além da geometria das amostras testadas. Ensaios realizados em ligantes asfálticos e em misturas asfálticas são usados para estudar o comportamento em relação à fadiga e para prever a vida útil. A caracterização dos ligantes asfálticos é relevante, uma vez que o trincamento por fadiga é altamente dependente das características reológicas desses materiais. Nesta pesquisa, a obtenção dos parâmetros viscoelásticos lineares e a caracterização por meio de ensaios de varredura de tempo e de varredura de deformação foram realizados. Em relação à caracterização laboratorial das misturas asfálticos, ensaios baseados em compressão diametral, vigota de quatro pontos e em tração-compressão axial foram realizados. Dados de evolução do dano de campo obtidos em duas seções de pavimentos asfálticos foram coletados de um trecho experimental construído em uma rodovia de alto volume de tráfego. Três ligantes asfálticos (um ligante não modificado, um ligante modificado por polímero do tipo SBS e um ligante altamente modificado, HiMA), e uma mistura asfáltica do tipo concreto asfáltico constituída pelo ligante não modificado foram testados em laboratório. O trecho experimental era composto por dois segmentos, constituídos por diferentes tipos de camadas de base (brita graduada simples e brita graduada tratada com cimento) que forneciam diferentes respostas mecânicas à camada de revestimento asfáltico. Os dados de campo foram comparados com modelos de previsão de vida de fadiga que utilizam resultados empíricos obtidos em laboratórios e simulações computacionais. Correlações entre as diferentes escalas são discutidas nesta tese, com o objetivo de prever o desempenho de pavimentos asfálticos ao trincamento por fadiga.

The prediction of asphalt pavements performance in relation to their main distresses has been proposed by different researchers, by means of laboratory characterization and field data evaluation. In relation to fatigue cracking, there is no universal consensus about the laboratory testing to be performed, the damage criterion to be considered, the testing condition to be set (level and frequency of loading, and temperature), and the specimen geometry to be used. Tests performed in asphalt binders and in asphalt mixes are used to study fatigue behavior and to predict fatigue life. The characterization of asphalt binders is relevant, since fatigue cracking is highly dependent on the rheological characteristics of these materials. In the present research, the linear viscoelastic characterization, time sweep tests, and amplitude sweep tests were done. In respect to the laboratorial characterization of asphalt mixes, tests based on indirect tensile, four point flexural bending beam, and tension-compression were performed. Field damage evolution data of two asphalt pavement sections were collected from an experimental test site in a very heavy traffic highway. Three asphalt binders (one neat binder, one SBS-modified binder and one highly modified binder, HiMA), and one asphalt concrete constituted by the neat binder were tested in laboratory. The experimental test site was composed by two segments, constituted by different base layers (unbound course and cement-treated crushed stone) that provided different mechanical responses in the asphalt wearing course. The field damage data were compared to fatigue life models that use empirical results obtained in the laboratory and computer simulations. Correlations among the asphalt materials scales were discussed in this dissertation, with the objective of predicting the fatigue cracking performance of asphalt pavements. / A previsão do desempenho de pavimentos asfálticos em relação aos seus principais defeitos tem sido proposta por diferentes pesquisadores, por meio da caracterização em laboratório e da avaliação de dados de campo. No que diz respeito ao trincamento por fadiga, não há um consenso universal sobre o tipo de ensaio a ser realizado, o critério de dano a ser considerado, e as condições de ensaio a serem adotadas (nível e frequência de carregamento, e temperatura), além da geometria das amostras testadas. Ensaios realizados em ligantes asfálticos e em misturas asfálticas são usados para estudar o comportamento em relação à fadiga e para prever a vida útil. A caracterização dos ligantes asfálticos é relevante, uma vez que o trincamento por fadiga é altamente dependente das características reológicas desses materiais. Nesta pesquisa, a obtenção dos parâmetros viscoelásticos lineares e a caracterização por meio de ensaios de varredura de tempo e de varredura de deformação foram realizados. Em relação à caracterização laboratorial das misturas asfálticos, ensaios baseados em compressão diametral, vigota de quatro pontos e em tração-compressão axial foram realizados. Dados de evolução do dano de campo obtidos em duas seções de pavimentos asfálticos foram coletados de um trecho experimental construído em uma rodovia de alto volume de tráfego. Três ligantes asfálticos (um ligante não modificado, um ligante modificado por polímero do tipo SBS e um ligante altamente modificado, HiMA), e uma mistura asfáltica do tipo concreto asfáltico constituída pelo ligante não modificado foram testados em laboratório. O trecho experimental era composto por dois segmentos, constituídos por diferentes tipos de camadas de base (brita graduada simples e brita graduada tratada com cimento) que forneciam diferentes respostas mecânicas à camada de revestimento asfáltico. Os dados de campo foram comparados com modelos de previsão de vida de fadiga que utilizam resultados empíricos obtidos em laboratórios e simulações computacionais. Correlações entre as diferentes escalas são discutidas nesta tese, com o objetivo de prever o desempenho de pavimentos asfálticos ao trincamento por fadiga.

[ES] El uso y reúso de residuos es una de las mayores preocupaciones de la sociedad actual. De hecho, en el mundo se producen más de 6,5 mil millones de toneladas de residuos de construcción y demolición (RCD) cada año, de las cuales entre 2,6 y 3 mil millones de toneladas corresponden a residuos inertes de la construcción y de la demolición, dentro de los cuáles está el residuo cerámico. Entre los diferentes factores que están presentes en la falta de manejo de los residuos cabe destacar el desbordamiento de la producción de los mismos, la no aplicación de la política de las 3R, reciclar, reparar y reusar, y la falta de proyectos investigativos que incluyan experimentación con residuos inertes que puedan validar el uso de dichos materiales en diferentes producciones industriales. En ese sentido, construir concretos asfálticos con inclusión de residuos industriales como la cerámica triturada sin respaldo científico podría llevar a los gobiernos a realizar un detrimento patrimonial. Sin embargo, una investigación experimental que incluya el uso de residuos cerámicos en la elaboración de una mezcla de concreto asfáltico que permita conocer su desempeño por medio de ensayos de laboratorio de última tecnología, puede lograr disminuir la brecha de incertidumbre para que los gobiernos puedan tomar decisiones con soluciones económicas y competitivas en zonas con bajos y medianos niveles de tránsito. En esta tesis se desarrollan ensayos de módulos dinámicos en probetas de concreto asfáltico convencional y con inclusión de 30% y 35% de residuo triturado cerámico, tanto en España como en Colombia, lo cual permite analizar, comparar y evaluar internacionalmente el comportamiento de estas mezclas considerando diferentes temperaturas y confirmando su uso en vías de bajos y medianos volúmenes de tránsito. Finalmente, se propone el uso de mezclas asfálticas con inclusión de residuo triturado de cerámica al 30% para ofrecer una opción de reúso, que proporcione un respaldo científico que permita la implementación en carreteras y la integración de instrumentos regulatorios, económicos, educativos e informativos. De esta manera se ayuda a mitigar el problema de los residuos y se amplía la cobertura de la red pavimentada ofreciendo accesibilidad y movilidad a comunidades que de otra forma no podrían conectarse. / [CA] L'ús i reus de residus és una de les majors preocupacions de la societat actual. De fet, en el món es produïxen més de 6,5 mil milions de tones de residus de construcció i demolició (RCD) cada any, de les quals entre 2,6 i 3 mil milions de tones corresponen a residus inerts de la construcció i de la demolició, dins dels quins està el residu ceràmic. Entre els diferents factors que estan presents en la falta de maneig dels residus cal destacar el desbordament de la producció dels mateixos, la no aplicació de la política de les 3R, reciclar, reparar i reusar, i la falta de projectes investigativos que incloguen experimentació amb residus inerts que puguen validar l'ús dels dits materials en diferents produccions industrials. En eixe sentit, construir concrets asfàltics incloent-hi residus industrials com la ceràmica triturada sense respatler científic podria portar als governs a realitzar un detriment patrimonial. No obstant això, una investigació experimental que incloga l'ús de residus ceràmics en l'elaboració d'una mescla de concret asfàltic que permeta conéixer el seu exercici per mitjà d'assajos de laboratori d'última tecnologia, pot aconseguir disminuir la bretxa d'incertesa perquè els governs puguen prendre decisions amb solucions econòmiques i competitives en zones amb baixos i mitjans nivells de trànsit. En esta tesi es desenrotllen assajos de mòduls dinàmics en provetes de concret asfàltic convencional i incloent-hi 30% i 35% de residu triturat ceràmic, tant a Espanya com a Colòmbia, la qual cosa permet analitzar, comparar i avaluar internacionalment el comportament d'estes mescles considerant diferents temperatures i confirmant el seu ús en via de baixos i mitjans volums de trànsit. Finalment, es proposa l'ús de mescles asfàltiques incloent-hi residu triturat de ceràmica al 30% per a oferir una opció de reus, que proporcione un respatler científic que permeta la implementació en carreteres i la integració d'instruments reguladors, econòmics, educatius i informatius. D'esta manera s'ajuda a mitigar el problema dels residus i s'amplia la cobertura de la xarxa pavimentada oferint accessibilitat i mobilitat a comunitats que d'una altra forma no podrien connectar-se. / [EN] The use and reuse of waste is one of the greatest concerns of today's society. In fact, more than 6.5 billion tons of construction and demolition waste (CDW) are produced in the world each year, of which between 2.6 and 3 billion tons correspond to inert construction and demolition waste. demolition, among which is the ceramic waste. Among the different factors that are present in the lack of waste management, it is worth highlighting the overflow of their production, the non-application of the 3R policy, recycling, repairing and reusing, and the lack of research projects that include experimentation with inert waste that can validate the use of these materials in different industrial productions. In this sense, building asphalt concrete with the inclusion of industrial waste such as crushed ceramics without scientific support could lead governments to carry out a patrimonial detriment. However, an experimental investigation that includes the use of ceramic residues in the elaboration of an asphalt concrete mixture that allows knowing its performance through state-of-the-art laboratory tests, can reduce the uncertainty gap so that governments can take decisions with economic and competitive solutions in areas with low and medium levels of traffic. In this thesis, tests of dynamic modules are developed in conventional asphalt concrete specimens and with the inclusion of 30% and 35% of crushed ceramic residue, both in Spain and in Colombia, which allows the behavior of these mixtures to be analyzed, compared and evaluated internationally. Considering different temperatures and confirming its use in roads with low and medium volumes of traffic. Finally, the use of asphalt mixtures including 30% crushed ceramic waste is proposed to offer a reuse option that provides scientific support that allows implementation on roads and the integration of regulatory, economic, educational and informational instruments. In this way, it helps to mitigate the waste problem and expands the coverage of the paved network, offering accessibility and mobility to communities that otherwise would not be able to connect. / Solarte Vanegas, NC. (2022). Efecto en el módulo dinámico de la mezcla asfáltica modificada con añadido de residuos triturados de la industria cerámica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185790 / TESIS