Segundo a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) em seu Anuário Estatístico dos Transportes Terrestres AETT (2008), o Brasil em todo o seu território possui 211.678 quilômetros de rodovias pavimentadas. O valor de serventia do pavimento diminui com o passar do tempo por dois fatores principais: o tráfego e as intempéries (BERNUCCI et al., 2008). Monitorar a condição de uso de toda a extensão das rodovias brasileiras é tarefa dispendiosa e demorada. A investigação de novas técnicas que permitam o levantamento da condição dos pavimentos de forma ágil e automática é parte da pesquisa deste trabalho. Nos últimos anos, um número crescente de imagens de alta resolução espacial tem surgido no mercado mundial com o aparecimento dos novos satélites e sensores aeroembarcados de sensoriamento remoto. Da mesma forma, imagens multiespectrais e até mesmo hiperespectrais estão sendo disponibilizadas comercialmente e para pesquisa científica. Neste trabalho são utilizadas imagens hiperespectrais de sensor digital aeroembarcado. Uma metodologia para identificação automática dos pavimentos asfaltados e classificação das principais ocorrências dos defeitos do asfalto foi desenvolvida. A primeira etapa da metodologia é a identificação do asfalto na imagem, utilizando uma classificação híbrida baseada inicialmente em pixel e depois refinada por objetos foi possível a extração da informação de asfalto das imagens disponíveis. A segunda etapa da metodologia é a identificação e classificação das ocorrências dos principais defeitos nos pavimentos flexíveis que são observáveis nas imagens de alta resolução espacial. Esta etapa faz uso intensivo das novas técnicas de classificação de imagens baseadas em objetos. O resultado final é a geração de índices da condição do pavimento, a partir das imagens, que possam ser comparados com os indicadores da qualidade da superfície do pavimento já normatizados pelos órgãos competentes no país. / According to Statistical Survey of Land Transportation AETT (2008) of National Agency of Land Transportation (ANTT), Brazil has in its territory 211,678 kilometers of paved roads. The pavement Present Serviceability Ratio (PSR) value decreases over time by two main factors: traffic and weather (BERNUCCI et al., 2008). Monitor the condition of use of all Brazilian roads is expensive and time consuming task. The investigation of new techniques that allow a quick and automatic survey of pavement condition is part of this research. In recent years, an increasing number of images with high spatial resolution has emerged on the world market with the advent of new remote sensing satellites and airborne sensors. Similarly, multispectral and even hyperspectral imagery are become available commercially and for scientific research nowadays. Hyperspectral images from digital airborne sensor have been used in this work. A new methodology for automatic identification of asphalted pavement and also for classification of the main defects of the asphalt has been developed. The first step of the methodology is the identification of the asphalt in the image, using hybrid classification based on pixel initially and after improved by objects. Using this approach was feasible to extract asphalt information from the available images. The second step of the methodology is the identification and classification of the main defects of flexible pavement surface that are observable in high spatial resolution imagery. This step makes intensive use of new techniques for classification of images based on objects. The goal, is the generation of pavement surface condition index from the images that can be compared with quality index of pavement surface that are already regulated by the regulatory agency in the country.

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.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-07-10T22:29:28Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Naiara Meireles de Souza.pdf: 3224977 bytes, checksum: 248dc24b32dceedc9a2b3b77cbae7bd6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-10T22:29:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Naiara Meireles de Souza.pdf: 3224977 bytes, checksum: 248dc24b32dceedc9a2b3b77cbae7bd6 (MD5) Previous issue date: 2017-02-21 / CAPES / O estado de conservação de pavimentos asfálticos pode interferir diretamente no desgaste de veículos e aviões, bem como na segurança de seus usuários. A principal função requerida pelas aeronaves sobre pavimentos asfálticos de aeródromos relaciona-se ao processo de pousos e decolagens. Assim, para que operações de complexos aeroportuários sejam exercidas de maneira adequada é demandado infraestrutura que considere especialmente a movimentação das aeronaves. Por isso, os revestimentos asfálticos são considerados um dos principais componentes estruturais de aeroportos juntamente com suas instalações e equipamentos. Desse modo, a conservação dos pavimentos asfálticos gera um impacto direto na disponibilidade e custo de operações. Assim, a manutenção de pavimentos apresenta-se como um problema não somente do modal rodoviário, mas também do modal aéreo, uma vez que a deterioração de pavimentos, seja por fatores climáticos ou operacionais, apresenta-se como um dos fatores mais recorrentes de incidentes em solo envolvendo aviões. Atrelado a esse contexto, essa pesquisa sugere um modelo multicritério envolvendo uma política de inspeção em pavimentos utilizando o Delay Time Modelling com o intuito de determinar o período ótimo de inspeções e manutenção preventiva em um aeroporto brasileiro localizado na região Nordeste, visando o critério de custo e disponibilidade das operações do aeródromo. Os pavimentos asfálticos estão sujeitos a uma série de defeitos e falhas, sobretudo buracos advindos da propagação das trincas. Desse modo, os buracos foram considerados o objeto de estudo por serem os que mais despendem de tratativas de manutenção em pavimentos. O modelo proposto objetivou sugerir o intervalo ideal de inspeção e de ações preventivas de manutenção com foco no custo e na disponibilidade por meio de coleta de dados objetivos e subjetivos de acordo com o conhecimento a priori de especialista. Além disso, através da aplicação da Teoria da Utilidade Multiatributo foi possível encontrar a maior função utilidade e determinar o intervalo ideal de inspeção de modo que o critério custo e disponibilidade pudessem ser desempenhados ao mesmo tempo. / The asphalt pavements conservation status can directly interfere the utilization of vehicles and aircrafts and consequently in the safety of its users. The main function required by an aircraft on asphalt pavements of aerodromes is related to the landings and take-offs processes. Therefore, for the airport complexes’ operations to be properly carried, it is required an infrastructure that especially considers the movement of the aircrafts. For that reason, asphalt coatings are considered one of the main structural components of the airports, along with its facilities and equipments the good conservation of asphalt pavements generates a direct impact on the availability and cost of the airports operations. Thus, the maintenance of pavement is not only a road transport problem but also to the air transport, since the deterioration of pavements, either by weather or operational factors, is one of the recurring factors responsible for incidents involving aircrafts on the ground. Related to this context, this research suggests a multi-criteria model involving a pavement inspection policy, using the Delay Time Modeling, in order to establish the optimal period of inspections and preventive maintenance in a Brazilian airport located in the Northeast area, aiming the cost and availability of aerodrome operations criteria. The asphalt pavements are the main cause to a set of defects and failures, particularly the holes arising from the propagation of cracks on its structure. As a consequence, the holes were considered the object of this study because they are the ones that most demand maintenance interventions. The proposed model aimed to suggest the optimal intervals for both inspection and preventive maintenance actions focusing on cost and availability through the collection of objective and subjective data according to a priori expert knowledge. Moreover, by applying the Multiattribute Utility Theory it was found the greater utility function and determined the optimal inspection interval, so that the cost and availability criteria could be simultaneously performed.

Segundo a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) em seu Anuário Estatístico dos Transportes Terrestres AETT (2008), o Brasil em todo o seu território possui 211.678 quilômetros de rodovias pavimentadas. O valor de serventia do pavimento diminui com o passar do tempo por dois fatores principais: o tráfego e as intempéries (BERNUCCI et al., 2008). Monitorar a condição de uso de toda a extensão das rodovias brasileiras é tarefa dispendiosa e demorada. A investigação de novas técnicas que permitam o levantamento da condição dos pavimentos de forma ágil e automática é parte da pesquisa deste trabalho. Nos últimos anos, um número crescente de imagens de alta resolução espacial tem surgido no mercado mundial com o aparecimento dos novos satélites e sensores aeroembarcados de sensoriamento remoto. Da mesma forma, imagens multiespectrais e até mesmo hiperespectrais estão sendo disponibilizadas comercialmente e para pesquisa científica. Neste trabalho são utilizadas imagens hiperespectrais de sensor digital aeroembarcado. Uma metodologia para identificação automática dos pavimentos asfaltados e classificação das principais ocorrências dos defeitos do asfalto foi desenvolvida. A primeira etapa da metodologia é a identificação do asfalto na imagem, utilizando uma classificação híbrida baseada inicialmente em pixel e depois refinada por objetos foi possível a extração da informação de asfalto das imagens disponíveis. A segunda etapa da metodologia é a identificação e classificação das ocorrências dos principais defeitos nos pavimentos flexíveis que são observáveis nas imagens de alta resolução espacial. Esta etapa faz uso intensivo das novas técnicas de classificação de imagens baseadas em objetos. O resultado final é a geração de índices da condição do pavimento, a partir das imagens, que possam ser comparados com os indicadores da qualidade da superfície do pavimento já normatizados pelos órgãos competentes no país. / According to Statistical Survey of Land Transportation AETT (2008) of National Agency of Land Transportation (ANTT), Brazil has in its territory 211,678 kilometers of paved roads. The pavement Present Serviceability Ratio (PSR) value decreases over time by two main factors: traffic and weather (BERNUCCI et al., 2008). Monitor the condition of use of all Brazilian roads is expensive and time consuming task. The investigation of new techniques that allow a quick and automatic survey of pavement condition is part of this research. In recent years, an increasing number of images with high spatial resolution has emerged on the world market with the advent of new remote sensing satellites and airborne sensors. Similarly, multispectral and even hyperspectral imagery are become available commercially and for scientific research nowadays. Hyperspectral images from digital airborne sensor have been used in this work. A new methodology for automatic identification of asphalted pavement and also for classification of the main defects of the asphalt has been developed. The first step of the methodology is the identification of the asphalt in the image, using hybrid classification based on pixel initially and after improved by objects. Using this approach was feasible to extract asphalt information from the available images. The second step of the methodology is the identification and classification of the main defects of flexible pavement surface that are observable in high spatial resolution imagery. This step makes intensive use of new techniques for classification of images based on objects. The goal, is the generation of pavement surface condition index from the images that can be compared with quality index of pavement surface that are already regulated by the regulatory agency in the country.

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.

O comportamento mecânico do subleito tem influência determinante no desempenho das estruturas de pavimento. Porém, muitas vezes, os estudos realizados para elaboração de projetos são simplistas e não levam em conta as variações de comportamento mecânico que podem ocorrer, seja por fatores construtivos, seja ambientais, como umidade, durante o período de operação. Neste sentido, métodos de dimensionamento mecanicistas-empíricos de estruturas de pavimentos empregam modelos de comportamento das diversas camadas da estrutura e do subleito, sendo alvos de constantes revisões para recalibração destes modelos, de modo que se aproximem mais da realidade do comportamento em serviço. As calibrações dos modelos são necessárias para aumentar a confiabilidade do dimensionamento de modo a garantir pavimentos mais duráveis, e para otimizar custos de execução e de manutenção ao longo da vida útil das estruturas. Neste contexto o presente trabalho propõe uma metodologia para compreender as propriedades dos solos do subleito e de suas variações, estabelecendo um programa de ensaios de campo e de laboratório, cadastramento, processamento e combinação de resultados de propriedades físicas e mecânicas de solos de subleitos de pavimentos de rodovias existentes. O objetivo final é estabelecer parâmetros de deformabilidade elástica de solos do subleito e sua variabilidade para auxiliar no dimensionamento de novas estruturas de pavimentos e reabilitação das antigas. O trabalho utiliza estudos de casos de pavimentos rodoviários em operação. O primeiro caso foi base para o estabelecimento metodológico de estudo desejável do subleito de um pavimento existente, concebendo modelos de previsão de comportamento resiliente do subleito para uso em futuros projetos de restauração deste pavimento ou para novos projetos em locais com similaridade de ocorrência de solos. Empregando a metodologia estabelecida no primeiro caso, fez-se uma busca minuciosa de dados em vários documentos existentes sobre pavimentos rodoviários de concessionárias do Estado de São Paulo, concebendo-se um banco de dados para análise do subleito destes pavimentos, de modo a ampliar a gama de solos pesquisados. Com resultados de caracterização de solos em laboratório e de deflectometria em campo, além de dados de localização dos pontos estudados em mapas geológicos e pedológicos, dados de precipitação, de terraplenagem, entre outros, pôde-se analisar os dados e identificar a influência de cada elemento na variação do módulo de resiliência dos solos de fundação de pavimentos em serviço. O banco de dados de ensaios laboratoriais de solos de subleito contou com um total de 3.894 registros e de ensaios não destrutivos deflectométricos de campo com um total de 169.525 registros (dados históricos de nove rodovias estaduais diferentes). Dentre as principais conclusões, verificou-se que grande parte dos modelos de correlações existentes na literatura entre parâmetros de propriedades físicas e de resistência (como CBR) de solos com o módulo de resiliência possui aplicação muito restrita, inviabilizando sua aplicação de forma indiscriminada em locais distintos daqueles onde foram obtidas as correlações. Além disso, verificou-se que o módulo de resiliência do subleito em campo apresenta variações de grande magnitude e, portanto, é de difícil previsão, requerendo acumulação de dados históricos, bem como de um cadastro adicional de maior gama de informações. Recomenda-se que maiores quantidades de ensaios sejam realizadas e que permitam verificação, ou dupla checagem, para validação, bem como para futuramente ser possível o estabelecimento de modelos matemáticos mais confiáveis. Nos estudos, foi possível estabelecer parâmetros estatísticos que podem ser utilizados tanto em métodos de dimensionamento vigentes ou novos, como naquelas que consideram as variações do módulo de resiliência do subleito para determinação do risco de falha, ou da confiabilidade das estruturas. / Subgrade mechanical behavior has a determining influence on the performance of pavement structures. However, often, the studies carried out for project designs are simplistic and do not take into account the variations that can occur in the mechanical behavior, whether by constructive factors or environmental ones, such as the moisture content during the operation period. Thus, mechanical-empirical design methods of pavement structures employ performance models of the many layers of the structure and of the subgrade, being targets of constant revisions for adjustment of these models so that they come closer to reality in operation behavior. Model adjustments are necessary to increase design reliability to ensure more durable pavements and to optimize execution and maintenance costs during the structure life. In this context, the present work proposes a methodology to understand the subgrade soil properties and their variations, establishing a program of field and laboratory tests, registration, processing and combination of results of physical and mechanical properties of subgrade soils of existing highway pavements. The final objective is to establish parameters of the subgrade soil elastic deformability and their variability to assist in the design of new pavement structures and in the rehabilitation of old ones. This work uses case studies of road pavements in operation. The first case was the basis for the methodological establishment of a desirable study of the subgrade of an existing pavement, designing predictive models of the subgrade resilient behavior for use in future rehabilitation projects of this pavement or for new projects in places with a similar occurrence of soils. By using the methodology established in the first case, a thorough data search was carried out in several existing documents on road pavements of concessionaires in the State of São Paulo, and a database was prepared to analyze the subgrade of such pavements in order to expand the range of soils studied. With the results of soil characterization in the laboratory and by field deflections, in addition to location data of the points studied in geological and pedological maps, precipitation and earthwork data, among others, it was possible to analyze the data and identify the influences of each element on the variation of the subgrade resilient modulus of the pavements in operation. The database from laboratory tests of subgrade soils covered a total of 3,894 registers and of non-destructive deflectometric field tests - a total of 169,525 registers (historical data on nine different state highways). Among the main conclusions, it was verified that most of the correlation models existing in the literature between parameters of physical and mechanical strength properties (like the CBR) of soils with the resilient moduli have very restricted application, making it impossible to apply them indiscriminately in places other than those where the correlations were obtained. In addition, it was verified that the resilient modulus of the subbase in situ presents variations of great magnitude and, therefore, it is difficult to make predictions. Lots of historical data are required, as well as additional registers of a greater range of information. Therefore, it is recommended that a larger number of tests be performed in order to allow for checking and double-checking for validation as well as the possibility of a future establishment of more reliable mathematical models. In the studies, it was possible to establish statistical parameters that can be used both in current and in new design methods, like in those that consider variations of the subgrade resilient moduli to determine the risk of failure or of the reliability of structures.

O comportamento mecânico do subleito tem influência determinante no desempenho das estruturas de pavimento. Porém, muitas vezes, os estudos realizados para elaboração de projetos são simplistas e não levam em conta as variações de comportamento mecânico que podem ocorrer, seja por fatores construtivos, seja ambientais, como umidade, durante o período de operação. Neste sentido, métodos de dimensionamento mecanicistas-empíricos de estruturas de pavimentos empregam modelos de comportamento das diversas camadas da estrutura e do subleito, sendo alvos de constantes revisões para recalibração destes modelos, de modo que se aproximem mais da realidade do comportamento em serviço. As calibrações dos modelos são necessárias para aumentar a confiabilidade do dimensionamento de modo a garantir pavimentos mais duráveis, e para otimizar custos de execução e de manutenção ao longo da vida útil das estruturas. Neste contexto o presente trabalho propõe uma metodologia para compreender as propriedades dos solos do subleito e de suas variações, estabelecendo um programa de ensaios de campo e de laboratório, cadastramento, processamento e combinação de resultados de propriedades físicas e mecânicas de solos de subleitos de pavimentos de rodovias existentes. O objetivo final é estabelecer parâmetros de deformabilidade elástica de solos do subleito e sua variabilidade para auxiliar no dimensionamento de novas estruturas de pavimentos e reabilitação das antigas. O trabalho utiliza estudos de casos de pavimentos rodoviários em operação. O primeiro caso foi base para o estabelecimento metodológico de estudo desejável do subleito de um pavimento existente, concebendo modelos de previsão de comportamento resiliente do subleito para uso em futuros projetos de restauração deste pavimento ou para novos projetos em locais com similaridade de ocorrência de solos. Empregando a metodologia estabelecida no primeiro caso, fez-se uma busca minuciosa de dados em vários documentos existentes sobre pavimentos rodoviários de concessionárias do Estado de São Paulo, concebendo-se um banco de dados para análise do subleito destes pavimentos, de modo a ampliar a gama de solos pesquisados. Com resultados de caracterização de solos em laboratório e de deflectometria em campo, além de dados de localização dos pontos estudados em mapas geológicos e pedológicos, dados de precipitação, de terraplenagem, entre outros, pôde-se analisar os dados e identificar a influência de cada elemento na variação do módulo de resiliência dos solos de fundação de pavimentos em serviço. O banco de dados de ensaios laboratoriais de solos de subleito contou com um total de 3.894 registros e de ensaios não destrutivos deflectométricos de campo com um total de 169.525 registros (dados históricos de nove rodovias estaduais diferentes). Dentre as principais conclusões, verificou-se que grande parte dos modelos de correlações existentes na literatura entre parâmetros de propriedades físicas e de resistência (como CBR) de solos com o módulo de resiliência possui aplicação muito restrita, inviabilizando sua aplicação de forma indiscriminada em locais distintos daqueles onde foram obtidas as correlações. Além disso, verificou-se que o módulo de resiliência do subleito em campo apresenta variações de grande magnitude e, portanto, é de difícil previsão, requerendo acumulação de dados históricos, bem como de um cadastro adicional de maior gama de informações. Recomenda-se que maiores quantidades de ensaios sejam realizadas e que permitam verificação, ou dupla checagem, para validação, bem como para futuramente ser possível o estabelecimento de modelos matemáticos mais confiáveis. Nos estudos, foi possível estabelecer parâmetros estatísticos que podem ser utilizados tanto em métodos de dimensionamento vigentes ou novos, como naquelas que consideram as variações do módulo de resiliência do subleito para determinação do risco de falha, ou da confiabilidade das estruturas. / Subgrade mechanical behavior has a determining influence on the performance of pavement structures. However, often, the studies carried out for project designs are simplistic and do not take into account the variations that can occur in the mechanical behavior, whether by constructive factors or environmental ones, such as the moisture content during the operation period. Thus, mechanical-empirical design methods of pavement structures employ performance models of the many layers of the structure and of the subgrade, being targets of constant revisions for adjustment of these models so that they come closer to reality in operation behavior. Model adjustments are necessary to increase design reliability to ensure more durable pavements and to optimize execution and maintenance costs during the structure life. In this context, the present work proposes a methodology to understand the subgrade soil properties and their variations, establishing a program of field and laboratory tests, registration, processing and combination of results of physical and mechanical properties of subgrade soils of existing highway pavements. The final objective is to establish parameters of the subgrade soil elastic deformability and their variability to assist in the design of new pavement structures and in the rehabilitation of old ones. This work uses case studies of road pavements in operation. The first case was the basis for the methodological establishment of a desirable study of the subgrade of an existing pavement, designing predictive models of the subgrade resilient behavior for use in future rehabilitation projects of this pavement or for new projects in places with a similar occurrence of soils. By using the methodology established in the first case, a thorough data search was carried out in several existing documents on road pavements of concessionaires in the State of São Paulo, and a database was prepared to analyze the subgrade of such pavements in order to expand the range of soils studied. With the results of soil characterization in the laboratory and by field deflections, in addition to location data of the points studied in geological and pedological maps, precipitation and earthwork data, among others, it was possible to analyze the data and identify the influences of each element on the variation of the subgrade resilient modulus of the pavements in operation. The database from laboratory tests of subgrade soils covered a total of 3,894 registers and of non-destructive deflectometric field tests - a total of 169,525 registers (historical data on nine different state highways). Among the main conclusions, it was verified that most of the correlation models existing in the literature between parameters of physical and mechanical strength properties (like the CBR) of soils with the resilient moduli have very restricted application, making it impossible to apply them indiscriminately in places other than those where the correlations were obtained. In addition, it was verified that the resilient modulus of the subbase in situ presents variations of great magnitude and, therefore, it is difficult to make predictions. Lots of historical data are required, as well as additional registers of a greater range of information. Therefore, it is recommended that a larger number of tests be performed in order to allow for checking and double-checking for validation as well as the possibility of a future establishment of more reliable mathematical models. In the studies, it was possible to establish statistical parameters that can be used both in current and in new design methods, like in those that consider variations of the subgrade resilient moduli to determine the risk of failure or of the reliability of structures.

[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