Páginas numeradas; I-XIII, 14-117 / Tese de mestrado. Gestão de Informação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a adaptação de modelos de previsão de desempenho aos fatores que condicionam as atividades de manutenção e reabilitação dos pavimentos nas cidades brasileiras de médio porte. Faz-se uma revisão bibliográfica sobre Sistemas de Gerência de Pavimentos e modelos de desempenho. Realiza-se um estudo de caso com seções selecionadas na rede pavimentada urbana de Araraquara-SP, exemplo de cidade brasileira de· médio porte. São desenvolvidos dois tipos de modelos: modelos empíricos, baseados em análises estatísticas de dados de pavimentos; e modelos subjetivos, com o desenvolvimento de matrizes de probabilidades de transição a partir de métodos formais de entrevistas com especialistas. Analisa-se a influência dos seguintes fatores sobre o desempenho de pavimentos urbanos: ano de construção, classificação funcional, atividades de manutenção e reabilitação, tráfego e estrutura do pavimento. Verifica-se uma significativa influência das atividades de manutenção e reabilitação. Nota-se, também, a necessidade de calibração periódica dos modelos de desempenho. Sugere-se a manutenção de arquivos de dados com informações sobre os fatores que afetam o desempenho dos pavimentos urbanos e sobre avaliações frequentes da condição dos pavimentos. / This work presents the development of performance prediction models, considering the factors that govern the programming of pavement maintenance and rehabilitation in Brazilian medium-sized cities. A bibliographic revision about Pavement Management Systems and performance models is pointed out. It is shown a case study with sections selected in the urban pavement network of Araraquara-SP, example of Brazilian medium-sized city. Two types of performance prediction models are developed: empirical models, based on statistics analyses of pavement data; and subjective models, based on the development of transition probability matrices from expert opinions. It is investigated the influence of the following factors on the performance of urban pavements: year of construction, functional category, maintenance and rehabilitation activities, traffic, and pavement structure. An expressive influence of the factor maintenance and rehabilitation activities is verified. It is also noticed the necessity of periodic calibration of the performance models. Maintenance of data files with information about the factors that act on the performance of urban pavements, and about frequent evaluations of the pavement condition is suggested.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a adaptação de modelos de previsão de desempenho aos fatores que condicionam as atividades de manutenção e reabilitação dos pavimentos nas cidades brasileiras de médio porte. Faz-se uma revisão bibliográfica sobre Sistemas de Gerência de Pavimentos e modelos de desempenho. Realiza-se um estudo de caso com seções selecionadas na rede pavimentada urbana de Araraquara-SP, exemplo de cidade brasileira de· médio porte. São desenvolvidos dois tipos de modelos: modelos empíricos, baseados em análises estatísticas de dados de pavimentos; e modelos subjetivos, com o desenvolvimento de matrizes de probabilidades de transição a partir de métodos formais de entrevistas com especialistas. Analisa-se a influência dos seguintes fatores sobre o desempenho de pavimentos urbanos: ano de construção, classificação funcional, atividades de manutenção e reabilitação, tráfego e estrutura do pavimento. Verifica-se uma significativa influência das atividades de manutenção e reabilitação. Nota-se, também, a necessidade de calibração periódica dos modelos de desempenho. Sugere-se a manutenção de arquivos de dados com informações sobre os fatores que afetam o desempenho dos pavimentos urbanos e sobre avaliações frequentes da condição dos pavimentos. / This work presents the development of performance prediction models, considering the factors that govern the programming of pavement maintenance and rehabilitation in Brazilian medium-sized cities. A bibliographic revision about Pavement Management Systems and performance models is pointed out. It is shown a case study with sections selected in the urban pavement network of Araraquara-SP, example of Brazilian medium-sized city. Two types of performance prediction models are developed: empirical models, based on statistics analyses of pavement data; and subjective models, based on the development of transition probability matrices from expert opinions. It is investigated the influence of the following factors on the performance of urban pavements: year of construction, functional category, maintenance and rehabilitation activities, traffic, and pavement structure. An expressive influence of the factor maintenance and rehabilitation activities is verified. It is also noticed the necessity of periodic calibration of the performance models. Maintenance of data files with information about the factors that act on the performance of urban pavements, and about frequent evaluations of the pavement condition is suggested.

O objetivo desta tese de doutorado foi desenvolver modelos de previsão de desempenho de pavimentos asfálticos para a malha rodoviária do Estado da Bahia. Os modelos de desempenho foram desenvolvidos para pavimentos em concreto asfáltico usinado a quente e em tratamento superficial duplo. Foram utilizadas informações de um banco de dados de gerência de rodovias do DERBA, coletados em 2004, e foram coletados dados complementares de irregularidade longitudinal em 2009, após o desenvolvimento de um planejamento fatorial específico para essa finalidade. Foram utilizadas duas formas de análise estatística dos dados para avaliar a significância dos fatores e definir os parâmetros dos modelos de desempenho: a Análise Exploratória de Dados (AED) e a Análise da Variância (ANOVA). Os fatores considerados foram a idade do pavimento, o tráfego e a pluviometria e os resultados da análise exploratória de dados corroboraram os resultados encontrados pela análise da variância, tanto em relação aos efeitos dos fatores como das interações. Os modelos de previsão do desempenho foram desenvolvidos para as variáveis dependentes Índice de Condição do Pavimento Flexível (ICPF) e Área Total de Trincas (ATT), para os pavimentos em concreto asfáltico usinado a quente, e os modelos de previsão de desempenho de Área de Desgaste (ADesg) e Irregularidade Longitudinal (IRI BA), para os trechos em tratamento superficial duplo. Para a irregularidade longitudinal, também foram desenvolvidos modelos de desempenho em separado, para regiões de clima semiárido a seco (IRIBAs) e clima subúmido a úmido (IRI BAÚ). Para a verificação da adequação dos modelos de previsão de desempenho foram utilizadas a análise de resíduos, o coeficiente de correlação (r) e o coeficiente de determinação (\'R POT.2\'). Os modelos de desempenho, desenvolvidos neste trabalho para a Área Total de Trinca (ATT) e para a Irregularidade Longitudinal, foram comparados com modelos de desempenho empíricos, utilizados em programas de gerência de pavimentos por organismos rodoviários, do Brasil e do exterior, e apresentaram melhores resultados. O modelo de Irregularidade Longitudinal (IRI BA) para a rede de rodovias em tratamento superficial duplo também foi comparado com modelo desenvolvido pelo Departamento de Infraestrutura de Transportes da Bahia - DERBA, com base em levantamentos para a priorização de trechos candidatos a atividades de manutenção e reabilitação, e apresentou melhor ajuste aos dados observados. No entanto, para que sejam obtidos ainda melhores resultados, quanto à previsão de desempenho dos pavimentos da rede de rodovias pavimentadas do Estado da Bahia, é necessário que sejam realizados novos levantamentos para alimentação do banco de dados, sugerindo-se estudos complementares que incluam fatores que não puderam ser considerados neste trabalho, como a capacidade estrutural, por exemplo. Recomenda-se que o método utilizado neste trabalho, baseado no planejamento fatorial, na Análise Exploratória de Dados e na Análise de Variância, seja repetido, pois se mostrou capaz de reduzir os custos da coleta de dados sem comprometer a precisão e acurácia dos modelos de desempenho obtidos. / The objective of this thesis was to develop performance prediction models for asphalt pavements in the State of Bahia. The performance models were developed for hot-mix asphalt (HMA) and double surface treatment (ST). Information was obtained from a database maintained by DERBA (State of Bahia Department of Transportation), with data collected in 2004, and from additional collection of data, mainly of pavement roughness, performed in 2009 and that was based on an experimental design for this specific purpose. Two statistical analyses were used to assess the significant factors and define the parameters of the performance models: Exploratory Data Analysis (EDA) and Analysis of Variance (ANOVA). The factors considered were age of the pavement, traffic volume and rainfall, and the results of the exploratory data analysis corroborated the results found by the analysis of variance, both in relation to the effects of factors such as of their interactions. The performance prediction models were developed for the dependent variables Pavement Condition Index (PCI) and Area of Total Cracks (ATC) for HMA pavements, and Raveling (R) and roughness (IRI BA) for ST pavements. For roughness, performance models were also developed considering, separately, two climate conditions: semiarid to arid (IRI BAa) and sub-humid to humid (IRI BAh). Residue analysis and calculation of correlation coefficient (r) and coefficient of determination (\'R POT.2\') were performed to verify the adequacy of performance prediction models. The performance models developed in this work for Area of Total Cracks (ATC) and roughness (IRI) were compared with empirical performance models used for pavement management in Brazilian and foreign highway agencies, and they presented the best results. The performance model for roughness (IRI BA) in ST pavements was also compared to a prediction model developed by DERBA using data collected by a maintenance and rehabilitation activities prioritization program and it presented the best fit to the observed data. However, to obtain even better results regarding the performance prediction of asphalt pavements in the State of Bahia, it is necessary to conduct new field surveys to feed the database and be used in further studies that include factors that could not be considered in this work, as structural capacity, for example. It is recommended that the method used in this work, based on factorial design, Exploratory Data Analysis and ANOVA, be repeated, because it proved capable of reducing the costs of data collection without compromising precision and accuracy of the obtained performance prediction models.

A tomada de decisão em gerência de pavimentos depende, dentre outros fatores, da estimativa da evolução da condição do pavimento ao longo do tempo. Tal estimativa é obtida por uma função que relaciona as causas e os efeitos da deterioração dos pavimentos, denominada modelo de desempenho. Neste trabalho são desenvolvidos modelos estatísticos para previsão do desempenho de pavimentos, mediante o estabelecimento de equações de regressão tendo por base dados históricos de avaliações da condição da malha rodoviária do Estado do Paraná. A análise do comportamento dos pavimentos é efetuada utilizando-se uma programação fatorial que, através de análise de variância (ANOVA), permite a determinação do nível de significância de fatores pré-selecionados (variáveis independentes: tráfego, idade e estrutura do pavimento) e de suas interações, bem como a modelagem do desempenho dos pavimentos (variáveis dependentes: irregularidade longitudinal e condição estrutural). Para cada uma das células da matriz fatorial, que correspondem às combinações dos fatores considerados, também são desenvolvidos modelos probabilísticos para previsão do desempenho de pavimentos, a partir de avaliações realizadas por especialista (engenheiros do DER-PR) e mediante o estabelecimento de matrizes de probabilidade de transição de Markov. Este trabalho mostra que é possível o desenvolvimento de modelos de desempenho sem dados históricos de avaliação da condição dos pavimentos ou tendo-se apenas dados coletados por um curto período de tempo. Observa-se, também, boa concordância entre os modelos estatísticos e probabilísticos, particularmente para previsão do desempenho funcional dos pavimentos. Os modelos de desempenhos desenvolvidos neste trabalho, quando comparados com equações desenvolvidas por pesquisadores e órgãos rodoviários brasileiros e estrangeiros, apresentaram melhores resultados, evidenciando as limitações de modelos de desempenho desenvolvidos e calibrados sob condições específicas. / The decision-making in pavement management systems depends, among other factors, of the prediction of the pavement condition during the service life. This prediction is obtained through a relation between causes and effects of pavement deterioration, called performance prediction model. This work develops statistic models for the predicion of pavement performance, based on regression equations from data of pavement evaluation performed in the highway network of the State of Paraná-Brazil. The pavement behavior is evaluated from an Analysis of Variance (ANOVA) of a factorial array, which calculates the level of significance of preselected factors (independent variables: traffic, age, and pavement structure) and their interactions and gives the performance models(dependent variables: roughness and structural condition). For each cell of the factorial array, that corresponds to combinations of the considered factors, it is also developed probabilistic models for the prediction of pavement performance, based on evaluations of pavement condition performed by specialists (State of Parana DOT engineers) and the definition of Markov transition matrices. This work shows that it is possible to develop performance prediction models without historic data of pavement evaluation or having just data colected in a short period of time. It is observed good correspondence between both models, statistic and probabilistic, particularly for the prediction of thefunctional behavior. The performance prediction models developed in this work show better results than equations developed by Brazilian and foreign researches and highway agencies, in a clear evidence of the limitation of models developed and calibrated under specific conditions.

A tomada de decisão em gerência de pavimentos depende, dentre outros fatores, da estimativa da evolução da condição do pavimento ao longo do tempo. Tal estimativa é obtida por uma função que relaciona as causas e os efeitos da deterioração dos pavimentos, denominada modelo de desempenho. Neste trabalho são desenvolvidos modelos estatísticos para previsão do desempenho de pavimentos, mediante o estabelecimento de equações de regressão tendo por base dados históricos de avaliações da condição da malha rodoviária do Estado do Paraná. A análise do comportamento dos pavimentos é efetuada utilizando-se uma programação fatorial que, através de análise de variância (ANOVA), permite a determinação do nível de significância de fatores pré-selecionados (variáveis independentes: tráfego, idade e estrutura do pavimento) e de suas interações, bem como a modelagem do desempenho dos pavimentos (variáveis dependentes: irregularidade longitudinal e condição estrutural). Para cada uma das células da matriz fatorial, que correspondem às combinações dos fatores considerados, também são desenvolvidos modelos probabilísticos para previsão do desempenho de pavimentos, a partir de avaliações realizadas por especialista (engenheiros do DER-PR) e mediante o estabelecimento de matrizes de probabilidade de transição de Markov. Este trabalho mostra que é possível o desenvolvimento de modelos de desempenho sem dados históricos de avaliação da condição dos pavimentos ou tendo-se apenas dados coletados por um curto período de tempo. Observa-se, também, boa concordância entre os modelos estatísticos e probabilísticos, particularmente para previsão do desempenho funcional dos pavimentos. Os modelos de desempenhos desenvolvidos neste trabalho, quando comparados com equações desenvolvidas por pesquisadores e órgãos rodoviários brasileiros e estrangeiros, apresentaram melhores resultados, evidenciando as limitações de modelos de desempenho desenvolvidos e calibrados sob condições específicas. / The decision-making in pavement management systems depends, among other factors, of the prediction of the pavement condition during the service life. This prediction is obtained through a relation between causes and effects of pavement deterioration, called performance prediction model. This work develops statistic models for the predicion of pavement performance, based on regression equations from data of pavement evaluation performed in the highway network of the State of Paraná-Brazil. The pavement behavior is evaluated from an Analysis of Variance (ANOVA) of a factorial array, which calculates the level of significance of preselected factors (independent variables: traffic, age, and pavement structure) and their interactions and gives the performance models(dependent variables: roughness and structural condition). For each cell of the factorial array, that corresponds to combinations of the considered factors, it is also developed probabilistic models for the prediction of pavement performance, based on evaluations of pavement condition performed by specialists (State of Parana DOT engineers) and the definition of Markov transition matrices. This work shows that it is possible to develop performance prediction models without historic data of pavement evaluation or having just data colected in a short period of time. It is observed good correspondence between both models, statistic and probabilistic, particularly for the prediction of thefunctional behavior. The performance prediction models developed in this work show better results than equations developed by Brazilian and foreign researches and highway agencies, in a clear evidence of the limitation of models developed and calibrated under specific conditions.

Esta tese de doutorado analisa o impacto gerado pela virtualização assistida por hardware, de terceira geração, no desempenho de aplicações baseadas em SOA do tipo CPU-bound e memory-intensive, bem como nas operações de marshalling e unmarshalling de mensagens SOAP executadas nas bibliotecas dos servidores de aplicação. A partir dessa análise, concluiu-se que os recursos disponibilizados pela plataforma de hardware, principalmente no gerenciamento de memória, eliminam a sobrecarga gerada pela virtualização baseada em tradução binária, elevando os hypervisores bare-metal a um novo patamar, onde aplicações executadas sobre tais virtualizadores obtém, frequentemente, desempenho superior àquelas executadas em plataformas não virtualizadas. Assim, modificações nos modelos de desempenho de aplicações baseadas em SOA atualmente em uso são propostas, de acordo com a análise desenvolvida, para que reflitam os resultados obtidos de forma realista / This PhD thesis analyzes the impact caused by third generation hardware-assisted virtualization on the performance of CPU-bound and memory-intensive SOA-based applications, as well as the impact caused on the marshaling and unmarshalling operations of the SOAP messages executed on the libraries of the application servers. From this analysis is concluded that the resources provided by the hardware platform, mainly considering the memory management, eliminate the overload generated by virtualization based on binary translation, raising the bare-metal hypervisors to a new level, where applications running on these hypervisors reach better performance when compared to those applications running on platforms not virtualized. Thus, modifications on the performance models for SOAbased applications currently in use are proposed accordingly to the analysis developed, aiming at reflecting the results obtained in a realistic fashion

O objetivo desta tese de doutorado foi desenvolver modelos de previsão de desempenho de pavimentos asfálticos para a malha rodoviária do Estado da Bahia. Os modelos de desempenho foram desenvolvidos para pavimentos em concreto asfáltico usinado a quente e em tratamento superficial duplo. Foram utilizadas informações de um banco de dados de gerência de rodovias do DERBA, coletados em 2004, e foram coletados dados complementares de irregularidade longitudinal em 2009, após o desenvolvimento de um planejamento fatorial específico para essa finalidade. Foram utilizadas duas formas de análise estatística dos dados para avaliar a significância dos fatores e definir os parâmetros dos modelos de desempenho: a Análise Exploratória de Dados (AED) e a Análise da Variância (ANOVA). Os fatores considerados foram a idade do pavimento, o tráfego e a pluviometria e os resultados da análise exploratória de dados corroboraram os resultados encontrados pela análise da variância, tanto em relação aos efeitos dos fatores como das interações. Os modelos de previsão do desempenho foram desenvolvidos para as variáveis dependentes Índice de Condição do Pavimento Flexível (ICPF) e Área Total de Trincas (ATT), para os pavimentos em concreto asfáltico usinado a quente, e os modelos de previsão de desempenho de Área de Desgaste (ADesg) e Irregularidade Longitudinal (IRI BA), para os trechos em tratamento superficial duplo. Para a irregularidade longitudinal, também foram desenvolvidos modelos de desempenho em separado, para regiões de clima semiárido a seco (IRIBAs) e clima subúmido a úmido (IRI BAÚ). Para a verificação da adequação dos modelos de previsão de desempenho foram utilizadas a análise de resíduos, o coeficiente de correlação (r) e o coeficiente de determinação (\'R POT.2\'). Os modelos de desempenho, desenvolvidos neste trabalho para a Área Total de Trinca (ATT) e para a Irregularidade Longitudinal, foram comparados com modelos de desempenho empíricos, utilizados em programas de gerência de pavimentos por organismos rodoviários, do Brasil e do exterior, e apresentaram melhores resultados. O modelo de Irregularidade Longitudinal (IRI BA) para a rede de rodovias em tratamento superficial duplo também foi comparado com modelo desenvolvido pelo Departamento de Infraestrutura de Transportes da Bahia - DERBA, com base em levantamentos para a priorização de trechos candidatos a atividades de manutenção e reabilitação, e apresentou melhor ajuste aos dados observados. No entanto, para que sejam obtidos ainda melhores resultados, quanto à previsão de desempenho dos pavimentos da rede de rodovias pavimentadas do Estado da Bahia, é necessário que sejam realizados novos levantamentos para alimentação do banco de dados, sugerindo-se estudos complementares que incluam fatores que não puderam ser considerados neste trabalho, como a capacidade estrutural, por exemplo. Recomenda-se que o método utilizado neste trabalho, baseado no planejamento fatorial, na Análise Exploratória de Dados e na Análise de Variância, seja repetido, pois se mostrou capaz de reduzir os custos da coleta de dados sem comprometer a precisão e acurácia dos modelos de desempenho obtidos. / The objective of this thesis was to develop performance prediction models for asphalt pavements in the State of Bahia. The performance models were developed for hot-mix asphalt (HMA) and double surface treatment (ST). Information was obtained from a database maintained by DERBA (State of Bahia Department of Transportation), with data collected in 2004, and from additional collection of data, mainly of pavement roughness, performed in 2009 and that was based on an experimental design for this specific purpose. Two statistical analyses were used to assess the significant factors and define the parameters of the performance models: Exploratory Data Analysis (EDA) and Analysis of Variance (ANOVA). The factors considered were age of the pavement, traffic volume and rainfall, and the results of the exploratory data analysis corroborated the results found by the analysis of variance, both in relation to the effects of factors such as of their interactions. The performance prediction models were developed for the dependent variables Pavement Condition Index (PCI) and Area of Total Cracks (ATC) for HMA pavements, and Raveling (R) and roughness (IRI BA) for ST pavements. For roughness, performance models were also developed considering, separately, two climate conditions: semiarid to arid (IRI BAa) and sub-humid to humid (IRI BAh). Residue analysis and calculation of correlation coefficient (r) and coefficient of determination (\'R POT.2\') were performed to verify the adequacy of performance prediction models. The performance models developed in this work for Area of Total Cracks (ATC) and roughness (IRI) were compared with empirical performance models used for pavement management in Brazilian and foreign highway agencies, and they presented the best results. The performance model for roughness (IRI BA) in ST pavements was also compared to a prediction model developed by DERBA using data collected by a maintenance and rehabilitation activities prioritization program and it presented the best fit to the observed data. However, to obtain even better results regarding the performance prediction of asphalt pavements in the State of Bahia, it is necessary to conduct new field surveys to feed the database and be used in further studies that include factors that could not be considered in this work, as structural capacity, for example. It is recommended that the method used in this work, based on factorial design, Exploratory Data Analysis and ANOVA, be repeated, because it proved capable of reducing the costs of data collection without compromising precision and accuracy of the obtained performance prediction models.

Esta tese de doutorado analisa o impacto gerado pela virtualização assistida por hardware, de terceira geração, no desempenho de aplicações baseadas em SOA do tipo CPU-bound e memory-intensive, bem como nas operações de marshalling e unmarshalling de mensagens SOAP executadas nas bibliotecas dos servidores de aplicação. A partir dessa análise, concluiu-se que os recursos disponibilizados pela plataforma de hardware, principalmente no gerenciamento de memória, eliminam a sobrecarga gerada pela virtualização baseada em tradução binária, elevando os hypervisores bare-metal a um novo patamar, onde aplicações executadas sobre tais virtualizadores obtém, frequentemente, desempenho superior àquelas executadas em plataformas não virtualizadas. Assim, modificações nos modelos de desempenho de aplicações baseadas em SOA atualmente em uso são propostas, de acordo com a análise desenvolvida, para que reflitam os resultados obtidos de forma realista / This PhD thesis analyzes the impact caused by third generation hardware-assisted virtualization on the performance of CPU-bound and memory-intensive SOA-based applications, as well as the impact caused on the marshaling and unmarshalling operations of the SOAP messages executed on the libraries of the application servers. From this analysis is concluded that the resources provided by the hardware platform, mainly considering the memory management, eliminate the overload generated by virtualization based on binary translation, raising the bare-metal hypervisors to a new level, where applications running on these hypervisors reach better performance when compared to those applications running on platforms not virtualized. Thus, modifications on the performance models for SOAbased applications currently in use are proposed accordingly to the analysis developed, aiming at reflecting the results obtained in a realistic fashion