Autor(es):
Oliveira, António Manuel Prada 
Data: 2014
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/1822/29072
Origem: RepositóriUM - Universidade do Minho
Assunto(s): Pavimento flexível; Resistência à fadiga; Resistência à deformação permanente; Dimensionamento de pavimentos; Módulo de rigidez; Distribuição de probabilidade; Probabilidade de ruína; Risco; Estado limite; Índice de fiabilidade; Simulação de Monte Carlo; Método do segundo momento de primeira ordem; Método das estimativas pontuais; Flexible pavement; Fatigue resistance; Permanent deformation resistance; Pavement design; Stiffness Modulus; Probability distribution; Probability of failure; Risk; Limit State; Reliability index; Monte Carlo simulation; First order second moment method; Point estimation method
Descrição
Tese de doutoramento em Engenharia Civil Um pavimento rodoviário, para além da sua importante contribuição para a cómoda e segura
circulação dos utentes da via, consome grande parte dos recursos financeiros alocados à construção
ou beneficiação de uma infraestrutura. A uma estrutura desta natureza, impõem-se um conjunto de
características que devem perdurar ao longo do tempo. Este carácter duradouro é garantido em duas
fases distintas: em fase de projeto, pelo adequado dimensionamento da estrutura e durante a
execução da obra, pela qualidade dos processos e materiais de construção.
O dimensionamento de um pavimento requer o conhecimento de um conjunto de fatores que
permitam avaliar ações e prever a resistência mecânica das camadas envolvidas. No âmbito da
tradicional engenharia de pavimentos, a quantificação destes fatores tem um carácter determinístico,
optando-se por valores mais ou menos conservadores em função do julgamento e conhecimento do
projetista. Embora a abordagem seja determinística, o reconhecimento da variabilidade dos fatores
envolvidos é uma realidade inalterável. A espessura de uma camada varia ao longo da
infraestrutura. Influenciado pela temperatura, percentagem de betume, porosidade, etc…, o módulo
de rigidez de uma camada betuminosa também varia de local para local. O número de veículos que
se espera solicitem o pavimento, sendo um exercício de previsão, é claramente uma variável
aleatória. Neste sentido, a quantificação de cada fator envolvido traduz-se na introdução de uma
probabilidade de falha, cuja avaliação é impossível de efetuar segundo a abordagem tradicional. Com este trabalho pretende abordar-se a problemática do dimensionamento de um pavimento
flexível sob o ponto de vista estocástico. Com base em amostras recolhidas em nove obras, para
além de um contributo para a análise probabilística de um conjunto de fatores necessários à
caracterização mecânica dos materiais betuminosos, avalia-se a variabilidade do módulo de rigidez
e espessura das camadas betuminosas, determinando-se os seus efeitos sobre diferentes estruturas
de pavimentos.
A abordagem probabilística ao dimensionamento de um pavimento flexível é feita associando a
cada estrutura a competente probabilidade de ruína, cuja determinação se faz pelo método de
simulação de Monte Carlo e pelos modelos aproximados do segundo momento de primeira ordem
(FOSM - First Order Second Moment, na terminologia inglesa) e das estimativas pontuais. In addition to its important contribution to the safe movement of vehicles, the pavement consumes
much of the financial resources allocated to the construction or improvement of a roadway. A
structure of this nature requires a set of features that must persist over time. This long-lasting
character is ensured in two distinct phases: in the design phase, by the proper design of the structure
and, during the construction phase, by the processes and materials quality control.
The design of a pavement requires knowledge of a set of factors which are relevant to assessing
loads and predict the mechanical resistance of the layers involved. Within the framework of
traditional engineering, the quantification of these factors has a deterministic character, resulting in
the choice of values more or less conservatives as a function of judgment and knowledge of the
pavement designer. Although the approach is deterministic, recognizing the variability of the factors
involved is an unalterable reality. The thickness of a layer varies along the infrastructure. Influenced
by temperature, binder content, porosity, etc. ..., the stiffness modulus of a bituminous layer also
varies from place to place. The number of vehicles that are expected to load the pavement, being a
forecasting exercise, is clearly a random variable. In this sense, the quantification of each factor
involved is reflected in the introduction of a probability of failure, the assessment of which is
impossible to perform according to the traditional approach. This work aims at addressing the problem of designing a flexible pavement under the stochastic
point of view. Based on samples data collected in nine roadways, in addition to an input for the
probabilistic analysis of a set of factors required for the mechanical characterization of bituminous
materials, the variability of the stiffness modulus and thickness of the asphalt layers is evaluated,
determining its effects on different pavement structures.
The probabilistic approach to the design of a flexible pavement is carried out by assigning each
structure the probability of failure, the determination of which is made by the method of Monte
Carlo simulation and the approximate models such as the FOSM (First Order Second Moment) and
the point estimation method.
