Nas últimas décadas os pavimentos rodoviários brasileiros têm tido seu desempenho comprometido devido a uma série de fatores, entre eles incluem-se não somente o crescente aumento do volume de tráfego de veículos pesados e aumento de sua capacidade de transporte, mas principalmente a circulação com cargas acima dos limites legais estabelecidos, configurando uma situação crítica para a sua adequada durabilidade da estrutura projetada. Paralelamente aos investimentos necessários, é importante também o desenvolvimento de métodos mais racionais de dimensionamento de pavimentos contemplando as especificidades dos materiais empregados e levando em consideração as condições climáticas e, principalmente uma completa e detalhada caracterização do tráfego solicitante. Neste contexto apresentado, a pesquisa insere-se em dois importantes estudos. O acompanhamento construtivo e monitoramento sistemático de desempenho de dois trechos na rodovia BR-448/RS e a continuidade do monitoramento de outros dois na BR-290/RS, trecho em concessão entre Osório e Porto Alegre (Freeway). Estas atividades inserem-se no “Projeto Integrado da Rede Temática de Tecnologia em Asfalto Petrobras/ANP", de abrangência nacional, para desenvolvimento de um novo método brasileiro de dimensionamento de pavimentos O segundo estudo trata-se de um completo monitoramento de cargas na Freeway, através da instalação e operacionalização inédita de um equipamento de pesagem dinâmica de alta velocidade (Hight Speed Weigh-in-Motion – HS-WIM) para determinação do espectro de cargas e posterior análise de sua influência no desempenho de pavimentos. Com ambos os estudos foi possível, além de determinar o espectro de cargas, os carregamentos médios e os níveis de sobrecargas praticados naquela rodovia, verificar como estas cargas influenciam o desempenho do pavimento e confrontar estes dados com as tendências observadas através do monitoramento sistemático dos trechos analisados. Por meio do desenvolvimento do presente trabalho pretende-se contribuir para melhorias na engenharia rodoviária e de tráfego através da inserção de novas tecnologias de monitoramento e fiscalização das cargas transportadas e contribuir com o desenvolvimento de um novo método de dimensionamento de pavimentos flexíveis proposto pela Rede Temática de Asfalto, através do levantamento de dados nos trechos experimentais para desenvolvimento de modelos de desempenho e sua posterior inserção nos modelos de calibração. / In recent decades the Brazilian road pavements have had their performance reduced due to a number of factors, not only the increasing volume of heavy vehicles and increased transport capacity, but mainly the flow with loads above the established legal limits, setting a critical situation for the durability of the designed structure. Alongside the necessary investment, it is also important to the development of more rational methods of pavement design, considering the specificities of the materials used and taking into account the climatic conditions and a complete and detailed characterization of the traffic. In this context, the research was developed to attain two main objectives: the construction monitoring and systematic assessment of performance of two test sections built in BR-448/RS highway and the continuity of assesment of two others previously built in BR-290/RS, between Osório and Porto Alegre (known as Freeway). These activities are part of the "Integrated Project Theme Technology Network Petrobras Asphalt/ANP", a nationwide project aimed at developing a new Brazilian method for pavement design The second objective was to conduct a comprehensive monitoring loads study on the Freeway, by installing and carrying on an unprecedented operation of a dynamic weighting equipment of high speed (High speed weigh-in-Motion - HS-WIM) to determine the loads spectrum and subsequent analysis of the influence on pavement performance. Both studies made possible to determine the loads spectrum, average loads and levels of overloads practiced on that highway, to estimate how these loads affect the pavement performance and to compare these data with the trends observed through the systematic assessment of the analyzed sections. This work aims to contribute to improvements in road and traffic engineering, by introducing new monitoring technologies, monitoring the transported cargo and contributing to the development of a new design method of flexible pavements, a major goal of the Thematic Network of Asphalt, to be achieved through experimental data collection in test sections, the development of performance models and their subsequent insertion in the calibration models.

Nas últimas décadas os pavimentos rodoviários brasileiros têm tido seu desempenho comprometido devido a uma série de fatores, entre eles incluem-se não somente o crescente aumento do volume de tráfego de veículos pesados e aumento de sua capacidade de transporte, mas principalmente a circulação com cargas acima dos limites legais estabelecidos, configurando uma situação crítica para a sua adequada durabilidade da estrutura projetada. Paralelamente aos investimentos necessários, é importante também o desenvolvimento de métodos mais racionais de dimensionamento de pavimentos contemplando as especificidades dos materiais empregados e levando em consideração as condições climáticas e, principalmente uma completa e detalhada caracterização do tráfego solicitante. Neste contexto apresentado, a pesquisa insere-se em dois importantes estudos. O acompanhamento construtivo e monitoramento sistemático de desempenho de dois trechos na rodovia BR-448/RS e a continuidade do monitoramento de outros dois na BR-290/RS, trecho em concessão entre Osório e Porto Alegre (Freeway). Estas atividades inserem-se no “Projeto Integrado da Rede Temática de Tecnologia em Asfalto Petrobras/ANP", de abrangência nacional, para desenvolvimento de um novo método brasileiro de dimensionamento de pavimentos O segundo estudo trata-se de um completo monitoramento de cargas na Freeway, através da instalação e operacionalização inédita de um equipamento de pesagem dinâmica de alta velocidade (Hight Speed Weigh-in-Motion – HS-WIM) para determinação do espectro de cargas e posterior análise de sua influência no desempenho de pavimentos. Com ambos os estudos foi possível, além de determinar o espectro de cargas, os carregamentos médios e os níveis de sobrecargas praticados naquela rodovia, verificar como estas cargas influenciam o desempenho do pavimento e confrontar estes dados com as tendências observadas através do monitoramento sistemático dos trechos analisados. Por meio do desenvolvimento do presente trabalho pretende-se contribuir para melhorias na engenharia rodoviária e de tráfego através da inserção de novas tecnologias de monitoramento e fiscalização das cargas transportadas e contribuir com o desenvolvimento de um novo método de dimensionamento de pavimentos flexíveis proposto pela Rede Temática de Asfalto, através do levantamento de dados nos trechos experimentais para desenvolvimento de modelos de desempenho e sua posterior inserção nos modelos de calibração. / In recent decades the Brazilian road pavements have had their performance reduced due to a number of factors, not only the increasing volume of heavy vehicles and increased transport capacity, but mainly the flow with loads above the established legal limits, setting a critical situation for the durability of the designed structure. Alongside the necessary investment, it is also important to the development of more rational methods of pavement design, considering the specificities of the materials used and taking into account the climatic conditions and a complete and detailed characterization of the traffic. In this context, the research was developed to attain two main objectives: the construction monitoring and systematic assessment of performance of two test sections built in BR-448/RS highway and the continuity of assesment of two others previously built in BR-290/RS, between Osório and Porto Alegre (known as Freeway). These activities are part of the "Integrated Project Theme Technology Network Petrobras Asphalt/ANP", a nationwide project aimed at developing a new Brazilian method for pavement design The second objective was to conduct a comprehensive monitoring loads study on the Freeway, by installing and carrying on an unprecedented operation of a dynamic weighting equipment of high speed (High speed weigh-in-Motion - HS-WIM) to determine the loads spectrum and subsequent analysis of the influence on pavement performance. Both studies made possible to determine the loads spectrum, average loads and levels of overloads practiced on that highway, to estimate how these loads affect the pavement performance and to compare these data with the trends observed through the systematic assessment of the analyzed sections. This work aims to contribute to improvements in road and traffic engineering, by introducing new monitoring technologies, monitoring the transported cargo and contributing to the development of a new design method of flexible pavements, a major goal of the Thematic Network of Asphalt, to be achieved through experimental data collection in test sections, the development of performance models and their subsequent insertion in the calibration models.

Nas últimas décadas os pavimentos rodoviários brasileiros têm tido seu desempenho comprometido devido a uma série de fatores, entre eles incluem-se não somente o crescente aumento do volume de tráfego de veículos pesados e aumento de sua capacidade de transporte, mas principalmente a circulação com cargas acima dos limites legais estabelecidos, configurando uma situação crítica para a sua adequada durabilidade da estrutura projetada. Paralelamente aos investimentos necessários, é importante também o desenvolvimento de métodos mais racionais de dimensionamento de pavimentos contemplando as especificidades dos materiais empregados e levando em consideração as condições climáticas e, principalmente uma completa e detalhada caracterização do tráfego solicitante. Neste contexto apresentado, a pesquisa insere-se em dois importantes estudos. O acompanhamento construtivo e monitoramento sistemático de desempenho de dois trechos na rodovia BR-448/RS e a continuidade do monitoramento de outros dois na BR-290/RS, trecho em concessão entre Osório e Porto Alegre (Freeway). Estas atividades inserem-se no “Projeto Integrado da Rede Temática de Tecnologia em Asfalto Petrobras/ANP", de abrangência nacional, para desenvolvimento de um novo método brasileiro de dimensionamento de pavimentos O segundo estudo trata-se de um completo monitoramento de cargas na Freeway, através da instalação e operacionalização inédita de um equipamento de pesagem dinâmica de alta velocidade (Hight Speed Weigh-in-Motion – HS-WIM) para determinação do espectro de cargas e posterior análise de sua influência no desempenho de pavimentos. Com ambos os estudos foi possível, além de determinar o espectro de cargas, os carregamentos médios e os níveis de sobrecargas praticados naquela rodovia, verificar como estas cargas influenciam o desempenho do pavimento e confrontar estes dados com as tendências observadas através do monitoramento sistemático dos trechos analisados. Por meio do desenvolvimento do presente trabalho pretende-se contribuir para melhorias na engenharia rodoviária e de tráfego através da inserção de novas tecnologias de monitoramento e fiscalização das cargas transportadas e contribuir com o desenvolvimento de um novo método de dimensionamento de pavimentos flexíveis proposto pela Rede Temática de Asfalto, através do levantamento de dados nos trechos experimentais para desenvolvimento de modelos de desempenho e sua posterior inserção nos modelos de calibração. / In recent decades the Brazilian road pavements have had their performance reduced due to a number of factors, not only the increasing volume of heavy vehicles and increased transport capacity, but mainly the flow with loads above the established legal limits, setting a critical situation for the durability of the designed structure. Alongside the necessary investment, it is also important to the development of more rational methods of pavement design, considering the specificities of the materials used and taking into account the climatic conditions and a complete and detailed characterization of the traffic. In this context, the research was developed to attain two main objectives: the construction monitoring and systematic assessment of performance of two test sections built in BR-448/RS highway and the continuity of assesment of two others previously built in BR-290/RS, between Osório and Porto Alegre (known as Freeway). These activities are part of the "Integrated Project Theme Technology Network Petrobras Asphalt/ANP", a nationwide project aimed at developing a new Brazilian method for pavement design The second objective was to conduct a comprehensive monitoring loads study on the Freeway, by installing and carrying on an unprecedented operation of a dynamic weighting equipment of high speed (High speed weigh-in-Motion - HS-WIM) to determine the loads spectrum and subsequent analysis of the influence on pavement performance. Both studies made possible to determine the loads spectrum, average loads and levels of overloads practiced on that highway, to estimate how these loads affect the pavement performance and to compare these data with the trends observed through the systematic assessment of the analyzed sections. This work aims to contribute to improvements in road and traffic engineering, by introducing new monitoring technologies, monitoring the transported cargo and contributing to the development of a new design method of flexible pavements, a major goal of the Thematic Network of Asphalt, to be achieved through experimental data collection in test sections, the development of performance models and their subsequent insertion in the calibration models.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de sistemas de pesagem em movimento baseados em plataformas comumente utilizadas no Brasil. Parâmetros relevantes nesse comportamento são modelados: rugosidade aleatória da pista, dinâmica vertical do veículo e sua velocidade, desnível entre a pista e plataforma e dinâmica da plataforma. Duas classes de veículos são simuladas trafegando a diferentes velocidades e sendo pesados utilizando uma proposta de modelo de plataforma rígida e uma proposta de plataforma flexível. As forças de reação do solo e históricos de aceleração em vários GDL são registrados a fim de obter a carga estática por eixo e os erros nas estimativas do peso para o modelo de plataforma rígida. Já para o modelo de plataforma flexível, as forças de reação servem de entrada no modelo de elemento finitos de viga Euler-Bernoulli com consideração da área de contato do pneu através de um trem de cargas. Conclusões relacionadas à redução da precisão do sistema com o aumento da velocidade do veículo são confirmadas, embora importantes conclusões não tão óbvias sobre a importância da dinâmica do veículo, do nível de rugosidade da pista, da altura do degrau pista-plataforma e da dinâmica da plataforma de pesagem são ressaltadas. / This work proposes a numerical study on the behavior of weigh-in-motion systems based on load platforms useful in Brazil. Some important parameters that may control this behavior that are modeled are random road roughness, vehicle vertical dynamics, vehicle speed, load platform step’s height to the road and platform dynamics. Two vehicles types are modelled travelling at different speeds and being weighted using a rigid platform proposal and another proposal with a flexible platform. Ground reaction force and acceleration time history on several degree-of-freedom are recorded in order to obtain the static load per axis and the corresponding estimated errors for the rigid platform model. For the flexible platform model, the reaction forces serve as inputs into the Euler-Bernoulli finite element model with consideration of the contact area of the tire by train of loads. Some usual conclusions related to the reduction in the accuracy of the measuring system with increased vehicle speed are confirmed in the numerical study, although important conclusions not so obvious concerning the importance of road roughness, vehicle vertical dynamics, and vehicle speed, load platform step’s height to the road and platform dynamics are highlighted.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de sistemas de pesagem em movimento baseados em plataformas comumente utilizadas no Brasil. Parâmetros relevantes nesse comportamento são modelados: rugosidade aleatória da pista, dinâmica vertical do veículo e sua velocidade, desnível entre a pista e plataforma e dinâmica da plataforma. Duas classes de veículos são simuladas trafegando a diferentes velocidades e sendo pesados utilizando uma proposta de modelo de plataforma rígida e uma proposta de plataforma flexível. As forças de reação do solo e históricos de aceleração em vários GDL são registrados a fim de obter a carga estática por eixo e os erros nas estimativas do peso para o modelo de plataforma rígida. Já para o modelo de plataforma flexível, as forças de reação servem de entrada no modelo de elemento finitos de viga Euler-Bernoulli com consideração da área de contato do pneu através de um trem de cargas. Conclusões relacionadas à redução da precisão do sistema com o aumento da velocidade do veículo são confirmadas, embora importantes conclusões não tão óbvias sobre a importância da dinâmica do veículo, do nível de rugosidade da pista, da altura do degrau pista-plataforma e da dinâmica da plataforma de pesagem são ressaltadas. / This work proposes a numerical study on the behavior of weigh-in-motion systems based on load platforms useful in Brazil. Some important parameters that may control this behavior that are modeled are random road roughness, vehicle vertical dynamics, vehicle speed, load platform step’s height to the road and platform dynamics. Two vehicles types are modelled travelling at different speeds and being weighted using a rigid platform proposal and another proposal with a flexible platform. Ground reaction force and acceleration time history on several degree-of-freedom are recorded in order to obtain the static load per axis and the corresponding estimated errors for the rigid platform model. For the flexible platform model, the reaction forces serve as inputs into the Euler-Bernoulli finite element model with consideration of the contact area of the tire by train of loads. Some usual conclusions related to the reduction in the accuracy of the measuring system with increased vehicle speed are confirmed in the numerical study, although important conclusions not so obvious concerning the importance of road roughness, vehicle vertical dynamics, and vehicle speed, load platform step’s height to the road and platform dynamics are highlighted.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de sistemas de pesagem em movimento baseados em plataformas comumente utilizadas no Brasil. Parâmetros relevantes nesse comportamento são modelados: rugosidade aleatória da pista, dinâmica vertical do veículo e sua velocidade, desnível entre a pista e plataforma e dinâmica da plataforma. Duas classes de veículos são simuladas trafegando a diferentes velocidades e sendo pesados utilizando uma proposta de modelo de plataforma rígida e uma proposta de plataforma flexível. As forças de reação do solo e históricos de aceleração em vários GDL são registrados a fim de obter a carga estática por eixo e os erros nas estimativas do peso para o modelo de plataforma rígida. Já para o modelo de plataforma flexível, as forças de reação servem de entrada no modelo de elemento finitos de viga Euler-Bernoulli com consideração da área de contato do pneu através de um trem de cargas. Conclusões relacionadas à redução da precisão do sistema com o aumento da velocidade do veículo são confirmadas, embora importantes conclusões não tão óbvias sobre a importância da dinâmica do veículo, do nível de rugosidade da pista, da altura do degrau pista-plataforma e da dinâmica da plataforma de pesagem são ressaltadas. / This work proposes a numerical study on the behavior of weigh-in-motion systems based on load platforms useful in Brazil. Some important parameters that may control this behavior that are modeled are random road roughness, vehicle vertical dynamics, vehicle speed, load platform step’s height to the road and platform dynamics. Two vehicles types are modelled travelling at different speeds and being weighted using a rigid platform proposal and another proposal with a flexible platform. Ground reaction force and acceleration time history on several degree-of-freedom are recorded in order to obtain the static load per axis and the corresponding estimated errors for the rigid platform model. For the flexible platform model, the reaction forces serve as inputs into the Euler-Bernoulli finite element model with consideration of the contact area of the tire by train of loads. Some usual conclusions related to the reduction in the accuracy of the measuring system with increased vehicle speed are confirmed in the numerical study, although important conclusions not so obvious concerning the importance of road roughness, vehicle vertical dynamics, and vehicle speed, load platform step’s height to the road and platform dynamics are highlighted.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2015-01-27T18:33:19Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_PesagemMovimentoCaracterizacao.pdf: 5817774 bytes, checksum: bffe4c7106d0747f52959b54504702a0 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2015-01-29T18:13:44Z (GMT) / Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2015-01-30T17:50:00Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_PesagemMovimentoCaracterizacao.pdf: 5817774 bytes, checksum: bffe4c7106d0747f52959b54504702a0 (MD5) / Approved for entry into archive by Albirene Aires (albireneufpa@gmail.com) on 2015-02-02T12:06:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_PesagemMovimentoCaracterizacao.pdf: 5817774 bytes, checksum: bffe4c7106d0747f52959b54504702a0 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-02T12:06:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_PesagemMovimentoCaracterizacao.pdf: 5817774 bytes, checksum: bffe4c7106d0747f52959b54504702a0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Nesta dissertação é apresentado o desenvolvimento de algoritmos para aplicação do método Bridge-Weigh In Motion (B-WIM) para a pesagem em movimento de trens e para a caracterização do tráfego ferroviário, permitindo-se obter informações sobre a velocidade de passagem dos trens, número e espaçamento entre eixos. Os sistemas B-WIM a partir de uma simples instrumentação permitem determinar as cargas por eixo de veículos em movimento, eliminando o efeito dinâmico. Foram implementados os algoritmos para a determinação dos valores referentes a geometria do trem e das cargas, que foi validado a partir de um exemplo teórico, onde se simulou a passagem de um trem de características conhecidas sobre a ponte e as cargas por eixos foram determinadas com 100% de exatidão. Além disso, foi feito um exemplo numérico em elementos finitos, de um viaduto em concreto armado para aplicação do método, onde foi feita a determinação das cargas por eixo para diferentes velocidades de passagem do trem. A fim de reduzir o tempo de processamento nas análises do exemplo numérico, foi desenvolvido um algoritmo para a geração de cargas nodais no modelo numérico que reduziram o tempo de processamento em até 96% quando comparado com a análise de múltiplos passos (“Multi-Step”), que simula automaticamente a passagem do trem sobre a estrutura. Finalmente, o método foi testado em um caso real a partir de monitorações realizadas em um viaduto de concreto armado da Estrada de Ferro Carajás. Apesar de não ter sido possível a determinação das cargas por eixo da locomotiva, foi possível medir precisamente o peso bruto total da locomotiva quando se utilizou o modelo constitutivo de Collins & Mitchell (1991) para o concreto. / This Master’s Thesis presents the development of algorithms for application of Bridge- Weigh In Motion (B-WIM) for weighing moving trains and method for the characterization of rail traffic, allowing up to obtain information about the speed of passage of trains , number and axle spacing. The B-WIM systems from a simple instrumentation for determining the axle loads of moving vehicles, eliminating the dynamic effect. The algorithms for determining the values related the geometry of the train and axle loads were implemented, which was validated from a theoretical example, where we simulated the passage of a train of known characteristics over the bridge and axle loads were determined 100% accuracy. In addition, a numerical example was done in finite element method, of a reinforced concrete viaduct for application of the method, where was determine axle loads for different speeds of train passage. In order to reduce the processing time of the analysis in the numerical example, an algorithm for generating the numerical model nodal loads was implemented that have reduced processing time by 96% compared to the analysis of multi-step, which automatically simulates the passage of the train over the structure. Finally, the method was tested on a real case from monitoring tests realized on a reinforced concrete viaduct in the Carajás Railroad. Although it was not possible to determine the axle load locomotive, it was possible to measure accurately the gross weight of the locomotive when using the constitutive model of Collins and Mitchell (1991) for concrete.