<p>Road conditions affect fuel efficiency and vehicle fatigue when driving heavy trucks. Information about traveled road conditions enable optimization of chassis configuration when driving, and logging of vehicle stress. Previous work on this topic focus mainly on tuning of active suspension parameters in the car industry. One conceivable application for heavy trucks is implementation of active chassis level control based on road conditions, with possible improvements in driving economy as result. Another is logging of usage conditions which helps explain vehicle faults caused by abnormal wear. This work examines the possibilities to use already on vehicle sensors for road roughness estimation. It also investigates what requirements existing signals must fulfill to ensure reliable estimates. Two methods for road roughness estimation are proposed using rear axle level sensor and a simple linear suspension system model.</p>

Road conditions affect fuel efficiency and vehicle fatigue when driving heavy trucks. Information about traveled road conditions enable optimization of chassis configuration when driving, and logging of vehicle stress. Previous work on this topic focus mainly on tuning of active suspension parameters in the car industry. One conceivable application for heavy trucks is implementation of active chassis level control based on road conditions, with possible improvements in driving economy as result. Another is logging of usage conditions which helps explain vehicle faults caused by abnormal wear. This work examines the possibilities to use already on vehicle sensors for road roughness estimation. It also investigates what requirements existing signals must fulfill to ensure reliable estimates. Two methods for road roughness estimation are proposed using rear axle level sensor and a simple linear suspension system model.

A presente pesquisa engloba a análise de diversos aspectos a respeito da avaliação de irregularidade longitudinal de pavimentos, tratando mais detidamente das situações em que tal avaliação é executada a partir de perfis longitudinais medidos com perfilômetros inerciais, tipo de equipamento que também é objeto de exame. A análise é iniciada com o entendimento da evolução histórica deste tipo de avaliação funcional que abrange não só os equipamentos, como também os métodos de avaliação e os índices de irregularidade utilizados no Brasil. O trabalho relata as principais etapas do desenvolvimento do perfilômetro inercial que foi usado nesta pesquisa, seus aspectos técnicos e operacionais, além dos resultados dos testes que evidenciaram seu funcionamento e também uma comparação com os resultados obtidos por um medidor de irregularidade do tipo resposta. A pesquisa é completada com uma série de análises a respeito do método mais adequado para a verificação do funcionamento de perfilômetros inerciais, abarcando importantes recomendações para a escolha e medição de perfis de referência indispensáveis em tais verificações. São discutidos importantes aspectos do processamento de perfis para a determinação do QI que concluíram pela indicação da redução do espaçamento entre pontos do perfil para 25 cm. As incertezas dos índices QI e IRI obtidos a partir de perfilômetros inerciais são também abordadas, sendo que se constatou que o índice QI é afetado por grandes comprimentos de onda que normalmente não são considerados como irregularidade. A correlação entre os índices QI e IRI é amplamente avaliada através de dados reais de perfis de centenas de quilômetros de rodovias, que evidenciaram a existência de grande dispersão em tal correlação indicando que o melhor é não correlacioná-los. Por fim, a pesquisa deixa como legado a proposta de um anteprojeto de norma brasileira para este tipo de avaliação que abarca os julgamentos de todo o trabalho. / This research includes de analysis of several aspects regarding longitudinal pavement roughness evaluation, more specifically when these evaluations are done using an inertial profiler - kind o equipment that is also an object of this study. The analysis is initiated with the comprehension of the historical evolution of this type of functional evaluation that not only encloses equipment, but also the methods and the roughness indexes more common in Brazil. The main stages throughout of the development of the inertial profiler used on this research, its technical and operational features, the results of the tests that proved its good functionality and also the comparison of the results obtained with a response type roughness meter were incorporated. The research is completed with a series of analysis regarding the methods more appropriate for the verification of inertial profilers functioning, including important recommendations for the choice and measurement of reference profiles, indispensable in such verifications. Important aspects concerning profiles processing for the QI determination were verified and concluded for reduction of the displacement between the profile elevations for 25 cm. The uncertainties of QI and IRI indexes obtained from inertial profiles measurements were also researched and at this opportunity it was verified that value of QI is affected by long wavelengths that usually are not considered roughness. The correlation between QI and IRI indexes were widely evaluated using real data of hundreds of kilometers of highways profiles, and evidenced the existence of a great dispersion in such correlation what indicates that the best recommendation is not to correlate them. Finally, this research leaves as a legacy the proposal of a first draft for a Brazilian standard for this type of roughness evaluation that accumulates most of the judgments presented here.

Este trabalho teve como objetivo pesquisar a tipologia e as possíveis causas da ocorrência das patologias em pavimentos de concreto armado, bem como verificar a aplicabilidade e analisar criticamente os métodos de avaliação do estado funcional destes pavimentos. São apresentados os tipos e os graus de severidade das patologias descritas no método do United States Corps of Engineers (USACE), bem como os métodos de avaliação da superfície dos pavimentos de concreto, dentre eles, o índice internacional de irregularidade (International Roughness Index - IRI), o quociente de irregularidade (QI), o valor da serventia atual (VSA) e a avaliação subjetiva e objetiva do índice de condição do pavimento (ICP). A aplicação prática se concentrou nos estudos de caso de quatro pavimentos de concreto armado, sendo um pavimento urbano e três pavimentos industriais, realizando a avaliação detalhada das patologias existentes nos pavimentos em serviço, com posterior cálculo do valor do ICP. Foi avaliada também a irregularidade longitudinal (IRI), com um perfilômetro inercial, no estudo de caso do pavimento urbano, com o intuito de verificar se este método apresenta correlação com o critério do ICP para o caso dos pavimentos de concreto armado como indicador de desempenho. Os levantamentos permitiram verificar valores intermediários de ICP para os pavimentos analisados e que tal situação é decorrente principalmente de falhas construtivas. Os defeitos catalogados no manual do ICP são suficientes para descrição das patologias encontradas durante os levantamentos. Com o auxílio de uma maior quantidade de levantamentos seria possível estabelecer relações entre ICP e IRI sendo que a relação encontrada com base no universo estudado foi fraca, embora aponte uma tendência. O trabalho enfatiza o estudo e a aplicabilidade do método de avaliação objetiva do USACE que é amplamente empregado nos E.U.A. Por fim discute possível relação entre os valores do ICP e do IRI no caso estudado. / This research aimed to verify types and possible causes for the occurrence of distresses in reinforced concrete pavements as well as to verify the applicability and critically examine the methods for assessment of the functional condition for such pavements. It is presented the distresses types and its severity levels described by the method of the United States Corps of Engineers (USACE), as well as the methods for surface evaluation of concrete pavements, including the international roughness index (IRI), the quarter of car index (QI), the present serviceability ratio (PSR) and subjective and objective evaluation of the pavement condition index (PCI). The practice study focused in four cases of reinforced concrete pavements, an urban pavement and three industrials floors, consisting on detailed field evaluation of distresses with subsequent determination of PCI for several pavement sections. It was carried out a field measurement of IRI using an inertial profiler for the case of urban pavement, in order to verify whether this method could reflect the actual the performance of reinforced pavement concrete. The performed surveys allowed understanding that most of cases with low PCI values are due to constructive fails. The list of distresses suggested by PCI manual is suffice to identify the distresses found out during the surveys. However it shall be required a large amount of field surveys in order to define better correlation between PCI and IRI in view of the current results.

Several aspects of vehicle-pavement interaction have been studied and discussed in this thesis. Initially the pavement response is studied through a quasi-static and a dynamic computationally efficient framework under moving traffic loads. Subsequently, a non-stationary stochastic solution has been developed in order to account for the effect of pavement surface deterioration on pavement service life.The quasi-static procedure is based on a superposition principle and is computationally favourable, as it requires only a reduced incremental problem to be solved numerically. Using the developed framework, the effect of vehicle configuration and traffic characteristics on the damage induced in pavements is investigated numerically. It is shown that the developed numerical model provides a more accurate explanation of different distress modes.In the dynamic approach the pavement roughness and vehicle suspension system are linked to a dynamic pavement model in order to account for the dynamic effects of vehicle-pavement interaction on pavement response. A finite element method is employed in order to establish the response function for a linear viscoelastic pavement structure with dynamic effects taken into account. The developed computational procedure is applied to evaluate the effect of the pavement surface roughness on the pavement structure response to truck traffic loadings.Furthermore, the deterioration trends for the flexible pavement surface have been investigated based on field measurements of longitudinal profiles in Sweden. A predictive function is proposed for surface deterioration that is based on the average gradient of yearly measurements of the road surface profiles in Swedish road network. The developed dynamic framework is further elaborated to a non-stationary stochastic approach. The response of the flexible pavement is given for a non-stationary random case as the pavement surface deteriorates in pavement service life, thus influencing the magnitude of the dynamic loads induced by the vehicles. The effect of pavement surface evolution on the stress state induced in the pavement by moving traffic is examined numerically. Finally the effect of surface deterioration on pavement service life has been investigated and discussed in the thesis by incorporating the proposed prognostic surface deterioration model into a ME design framework. The results are discussed for different case studies with different traffic regimes. It was indicated that the predicted pavement service life decreases considerably when the extra dynamic loads, as a result of pavement surface deterioration, has been taken into account. Furthermore, the effect of performing a predictive rehabilitation process (i.e. resurfacing) has been studied by employing a LCC framework. The application of preventive maintenance was shown to be effective, especially when the deterioration rate is high. / <p>QC 20141119</p>

O presente trabalho tem por finalidade discutir a avaliação da exposição ocupacional às vibrações de corpo inteiro segundo os critérios estabelecidos pelo Anexo 1 da Norma Regulamentadora 09, pela Diretiva Europeia 2002/44/EC e pela ACGIH, avaliando as diferenças entre os indicadores envolvidos e a sua conexão com os estudos recentes ligados ao tema. Para tal, o modelo dinâmico que representa um ônibus é submetido a diferentes perfis de estrada, utilizando os parâmetros de densidade espectral de potência apresentados na ISO 8608 (1995). Os indicadores da exposição (e os espectros de frequência, no caso da ACGIH) são avaliados, de forma a verificar a aceitabilidade da exposição. O modelo dinâmico utilizado para representar o ônibus é também analisado, considerando diferentes situações de exposição. Além disso, resultados de trabalhos experimentais são avaliados segundo os diferentes critérios legais, a fim de permitir a análise do comportamento dos indicadores em um maior número de situações de exposição. Os resultados mostram a importância da realização da avaliação de acordo com os requisitos legais e a necessidade de utilizar o previsto na Norma Regulamentadora 09 durante a etapa de projeto de novos equipamentos, de forma que seus usuários sejam expostos a menores níveis de vibração. Além dos riscos à saúde, a exposição ocupacional a vibrações acima dos limites legais enseja o pagamento de adicional de insalubridade, com consequências financeiras consideráveis para as empresas que utilizam máquinas e equipamentos inadequados. / This study aims to discuss the assessment of occupational exposure to whole-body vibration according to the criteria established by Annex 1 of Regulatory Standard 09, European Directive 2002/44/EC, and ACGIH, evaluating the differences between the measures and their connection with recent studies related to the topic. To this end, the dynamic model of a bus is subjected to different road profiles, using the Power Spectral Density parameters presented in ISO 8608 (1995). Exposure indicators (and the frequency spectra in the case of ACGIH) are evaluated to verify the acceptability of exposure. The dynamic model of the bus is also analyzed considering different exposure situations. Besides, results of experimental work are evaluated according to different legal criteria, to analyze the behavior of the indicators in a greater number of situations. The results show the importance of assessment made in compliance with the legal requirements, and the need to apply the provisions of the Regulatory Standard 09 during the design stage of new equipment, so that their users are exposed to lower levels of vibration. In addition to the health risks, the workers exposure to vibration levels above the exposure limit values entails the payment of insalubrity premium, with considerable financial consequences for companies using that equipment and vehicles.

O presente trabalho tem por finalidade discutir a avaliação da exposição ocupacional às vibrações de corpo inteiro segundo os critérios estabelecidos pelo Anexo 1 da Norma Regulamentadora 09, pela Diretiva Europeia 2002/44/EC e pela ACGIH, avaliando as diferenças entre os indicadores envolvidos e a sua conexão com os estudos recentes ligados ao tema. Para tal, o modelo dinâmico que representa um ônibus é submetido a diferentes perfis de estrada, utilizando os parâmetros de densidade espectral de potência apresentados na ISO 8608 (1995). Os indicadores da exposição (e os espectros de frequência, no caso da ACGIH) são avaliados, de forma a verificar a aceitabilidade da exposição. O modelo dinâmico utilizado para representar o ônibus é também analisado, considerando diferentes situações de exposição. Além disso, resultados de trabalhos experimentais são avaliados segundo os diferentes critérios legais, a fim de permitir a análise do comportamento dos indicadores em um maior número de situações de exposição. Os resultados mostram a importância da realização da avaliação de acordo com os requisitos legais e a necessidade de utilizar o previsto na Norma Regulamentadora 09 durante a etapa de projeto de novos equipamentos, de forma que seus usuários sejam expostos a menores níveis de vibração. Além dos riscos à saúde, a exposição ocupacional a vibrações acima dos limites legais enseja o pagamento de adicional de insalubridade, com consequências financeiras consideráveis para as empresas que utilizam máquinas e equipamentos inadequados. / This study aims to discuss the assessment of occupational exposure to whole-body vibration according to the criteria established by Annex 1 of Regulatory Standard 09, European Directive 2002/44/EC, and ACGIH, evaluating the differences between the measures and their connection with recent studies related to the topic. To this end, the dynamic model of a bus is subjected to different road profiles, using the Power Spectral Density parameters presented in ISO 8608 (1995). Exposure indicators (and the frequency spectra in the case of ACGIH) are evaluated to verify the acceptability of exposure. The dynamic model of the bus is also analyzed considering different exposure situations. Besides, results of experimental work are evaluated according to different legal criteria, to analyze the behavior of the indicators in a greater number of situations. The results show the importance of assessment made in compliance with the legal requirements, and the need to apply the provisions of the Regulatory Standard 09 during the design stage of new equipment, so that their users are exposed to lower levels of vibration. In addition to the health risks, the workers exposure to vibration levels above the exposure limit values entails the payment of insalubrity premium, with considerable financial consequences for companies using that equipment and vehicles.

Este trabalho teve como objetivo pesquisar a tipologia e as possíveis causas da ocorrência das patologias em pavimentos de concreto armado, bem como verificar a aplicabilidade e analisar criticamente os métodos de avaliação do estado funcional destes pavimentos. São apresentados os tipos e os graus de severidade das patologias descritas no método do United States Corps of Engineers (USACE), bem como os métodos de avaliação da superfície dos pavimentos de concreto, dentre eles, o índice internacional de irregularidade (International Roughness Index - IRI), o quociente de irregularidade (QI), o valor da serventia atual (VSA) e a avaliação subjetiva e objetiva do índice de condição do pavimento (ICP). A aplicação prática se concentrou nos estudos de caso de quatro pavimentos de concreto armado, sendo um pavimento urbano e três pavimentos industriais, realizando a avaliação detalhada das patologias existentes nos pavimentos em serviço, com posterior cálculo do valor do ICP. Foi avaliada também a irregularidade longitudinal (IRI), com um perfilômetro inercial, no estudo de caso do pavimento urbano, com o intuito de verificar se este método apresenta correlação com o critério do ICP para o caso dos pavimentos de concreto armado como indicador de desempenho. Os levantamentos permitiram verificar valores intermediários de ICP para os pavimentos analisados e que tal situação é decorrente principalmente de falhas construtivas. Os defeitos catalogados no manual do ICP são suficientes para descrição das patologias encontradas durante os levantamentos. Com o auxílio de uma maior quantidade de levantamentos seria possível estabelecer relações entre ICP e IRI sendo que a relação encontrada com base no universo estudado foi fraca, embora aponte uma tendência. O trabalho enfatiza o estudo e a aplicabilidade do método de avaliação objetiva do USACE que é amplamente empregado nos E.U.A. Por fim discute possível relação entre os valores do ICP e do IRI no caso estudado. / This research aimed to verify types and possible causes for the occurrence of distresses in reinforced concrete pavements as well as to verify the applicability and critically examine the methods for assessment of the functional condition for such pavements. It is presented the distresses types and its severity levels described by the method of the United States Corps of Engineers (USACE), as well as the methods for surface evaluation of concrete pavements, including the international roughness index (IRI), the quarter of car index (QI), the present serviceability ratio (PSR) and subjective and objective evaluation of the pavement condition index (PCI). The practice study focused in four cases of reinforced concrete pavements, an urban pavement and three industrials floors, consisting on detailed field evaluation of distresses with subsequent determination of PCI for several pavement sections. It was carried out a field measurement of IRI using an inertial profiler for the case of urban pavement, in order to verify whether this method could reflect the actual the performance of reinforced pavement concrete. The performed surveys allowed understanding that most of cases with low PCI values are due to constructive fails. The list of distresses suggested by PCI manual is suffice to identify the distresses found out during the surveys. However it shall be required a large amount of field surveys in order to define better correlation between PCI and IRI in view of the current results.

O presente trabalho tem por finalidade discutir a avaliação da exposição ocupacional às vibrações de corpo inteiro segundo os critérios estabelecidos pelo Anexo 1 da Norma Regulamentadora 09, pela Diretiva Europeia 2002/44/EC e pela ACGIH, avaliando as diferenças entre os indicadores envolvidos e a sua conexão com os estudos recentes ligados ao tema. Para tal, o modelo dinâmico que representa um ônibus é submetido a diferentes perfis de estrada, utilizando os parâmetros de densidade espectral de potência apresentados na ISO 8608 (1995). Os indicadores da exposição (e os espectros de frequência, no caso da ACGIH) são avaliados, de forma a verificar a aceitabilidade da exposição. O modelo dinâmico utilizado para representar o ônibus é também analisado, considerando diferentes situações de exposição. Além disso, resultados de trabalhos experimentais são avaliados segundo os diferentes critérios legais, a fim de permitir a análise do comportamento dos indicadores em um maior número de situações de exposição. Os resultados mostram a importância da realização da avaliação de acordo com os requisitos legais e a necessidade de utilizar o previsto na Norma Regulamentadora 09 durante a etapa de projeto de novos equipamentos, de forma que seus usuários sejam expostos a menores níveis de vibração. Além dos riscos à saúde, a exposição ocupacional a vibrações acima dos limites legais enseja o pagamento de adicional de insalubridade, com consequências financeiras consideráveis para as empresas que utilizam máquinas e equipamentos inadequados. / This study aims to discuss the assessment of occupational exposure to whole-body vibration according to the criteria established by Annex 1 of Regulatory Standard 09, European Directive 2002/44/EC, and ACGIH, evaluating the differences between the measures and their connection with recent studies related to the topic. To this end, the dynamic model of a bus is subjected to different road profiles, using the Power Spectral Density parameters presented in ISO 8608 (1995). Exposure indicators (and the frequency spectra in the case of ACGIH) are evaluated to verify the acceptability of exposure. The dynamic model of the bus is also analyzed considering different exposure situations. Besides, results of experimental work are evaluated according to different legal criteria, to analyze the behavior of the indicators in a greater number of situations. The results show the importance of assessment made in compliance with the legal requirements, and the need to apply the provisions of the Regulatory Standard 09 during the design stage of new equipment, so that their users are exposed to lower levels of vibration. In addition to the health risks, the workers exposure to vibration levels above the exposure limit values entails the payment of insalubrity premium, with considerable financial consequences for companies using that equipment and vehicles.

A presente pesquisa engloba a análise de diversos aspectos a respeito da avaliação de irregularidade longitudinal de pavimentos, tratando mais detidamente das situações em que tal avaliação é executada a partir de perfis longitudinais medidos com perfilômetros inerciais, tipo de equipamento que também é objeto de exame. A análise é iniciada com o entendimento da evolução histórica deste tipo de avaliação funcional que abrange não só os equipamentos, como também os métodos de avaliação e os índices de irregularidade utilizados no Brasil. O trabalho relata as principais etapas do desenvolvimento do perfilômetro inercial que foi usado nesta pesquisa, seus aspectos técnicos e operacionais, além dos resultados dos testes que evidenciaram seu funcionamento e também uma comparação com os resultados obtidos por um medidor de irregularidade do tipo resposta. A pesquisa é completada com uma série de análises a respeito do método mais adequado para a verificação do funcionamento de perfilômetros inerciais, abarcando importantes recomendações para a escolha e medição de perfis de referência indispensáveis em tais verificações. São discutidos importantes aspectos do processamento de perfis para a determinação do QI que concluíram pela indicação da redução do espaçamento entre pontos do perfil para 25 cm. As incertezas dos índices QI e IRI obtidos a partir de perfilômetros inerciais são também abordadas, sendo que se constatou que o índice QI é afetado por grandes comprimentos de onda que normalmente não são considerados como irregularidade. A correlação entre os índices QI e IRI é amplamente avaliada através de dados reais de perfis de centenas de quilômetros de rodovias, que evidenciaram a existência de grande dispersão em tal correlação indicando que o melhor é não correlacioná-los. Por fim, a pesquisa deixa como legado a proposta de um anteprojeto de norma brasileira para este tipo de avaliação que abarca os julgamentos de todo o trabalho. / This research includes de analysis of several aspects regarding longitudinal pavement roughness evaluation, more specifically when these evaluations are done using an inertial profiler - kind o equipment that is also an object of this study. The analysis is initiated with the comprehension of the historical evolution of this type of functional evaluation that not only encloses equipment, but also the methods and the roughness indexes more common in Brazil. The main stages throughout of the development of the inertial profiler used on this research, its technical and operational features, the results of the tests that proved its good functionality and also the comparison of the results obtained with a response type roughness meter were incorporated. The research is completed with a series of analysis regarding the methods more appropriate for the verification of inertial profilers functioning, including important recommendations for the choice and measurement of reference profiles, indispensable in such verifications. Important aspects concerning profiles processing for the QI determination were verified and concluded for reduction of the displacement between the profile elevations for 25 cm. The uncertainties of QI and IRI indexes obtained from inertial profiles measurements were also researched and at this opportunity it was verified that value of QI is affected by long wavelengths that usually are not considered roughness. The correlation between QI and IRI indexes were widely evaluated using real data of hundreds of kilometers of highways profiles, and evidenced the existence of a great dispersion in such correlation what indicates that the best recommendation is not to correlate them. Finally, this research leaves as a legacy the proposal of a first draft for a Brazilian standard for this type of roughness evaluation that accumulates most of the judgments presented here.