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Title: Multi-objective decision-aid tool for pavement management
Authors: Meneses, Susana Catarina Neves 
Orientador: Ferreira, Adelino
Keywords: Multiobjective optimisation; Pavement management; Maintenance; Life-cycle costs
Issue Date: 31-Jan-2014
Citation: MENESES, Susana Catarina Neves - Multi-objective decision-aid tool for pavement management. Coimbra : [s.n.], 2013. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/23815
Abstract: Atualmente, em Portugal, como em muitos outros países, devido à crise económica, está a aumentar a pressão orçamental sobre as administrações rodoviárias. Ao mesmo tempo, os utentes estão cada vez mais exigentes em termos de qualidade da estrada, de conforto e de segurança rodoviária. Vários projetos de conservação e reabilitação de estradas foram adiados devido a restrições orçamentais. A crise económica também tem estimulado um amplo debate sobre o estado das infraestruturas rodoviárias em Portugal e as consequências do grande investimento em novas construções efetuado no passado recente e o reduzido investimento em conservação e reabilitação. Felizmente, nos últimos três anos, a construção de novas estradas quase cessou e os escassos recursos financeiros disponíveis foram utilizados essencialmente para a conservação e reabilitação de estradas e autoestadas em serviço. Para enfrentar esses desafios, as administrações rodoviárias procuram metodologias com melhor relação custo-benefício para a programação da conservação e reabilitação dos pavimentos ao nível da rede. Assim, nos próximos anos, as administrações rodoviárias estão abertos a novas ferramentas de apoio à decisão que minimizem os custos relacionados com a sua área de atuação. Esta dissertação de doutoramento apresenta um Sistema de Apoio à Decisão Multiobjectivo, designado por MODAT, o qual resolve o problema da gestão de pavimentos em termos de intervenções de conservação periódica. O Sistema MODAT, que tem como objetivo a minimização de custos durante um determinado período de planeamento, permite aproximar a gestão de pavimentos a nível da rede da gestão de pavimentos a nível de projeto. Isto tornou-se possível por substituição da abordagem microscópica, a qual considera modelos que incluem variáveis independentes que explicam o processo de degradação dos pavimentos (isto é, a espessura das camadas, o módulo de deformabilidade, as características do betão betuminoso, o tráfego, as condições climáticas, etc.) por uma abordagem macroscópica que considera modelos de previsão do estado futuro dos pavimentos baseados em dados medidos em ensaios não destrutivos (isto é, fendilhamento, desagregação superficial, covas e peladas, reparações, rodeiras, irregularidade longitudinal, aderência, tráfego, condições climáticas, etc.). Esta abordagem macroscópica requer que cada trecho rodoviário seja homogéneo em termos de qualidade, estrutura do pavimento, tráfego e condições climáticas. Assume-se que existe um modelo de previsão do comportamento do pavimento para cada trecho rodoviário que permite estimar o seu desempenho futuro. O sistema MODAT considera o modelo de previsão do comportamento dos pavimentos utilizado no método de dimensionamento de pavimentos flexíveis da AASHTO. No entanto pode ser utilizado qualquer outro modelo. Na implementação das soluções ótimas de conservação e reabilitação dos pavimentos recomendadas pelo sistema MODAT, deve ser efetuado um estudo para identificar trechos rodoviários contíguos com intervenções idênticas de conservação ou reabilitação com o objetivo de as agregar no mesmo projeto rodoviário. Recomenda-se, que quando existir informação suficiente sobre o desempenho dos pavimentos ao longo de vários anos, esta deverá ser utilizada para substituir a previsão dada pelo modelo da AASHTO. Em alternativa a esta metodologia, pode ser facilmente considerado outro indicador apropriado do estado dos pavimentos. O sistema MODAT constitui uma nova ferramenta para ajudar os engenheiros rodoviários nas suas tarefas de conservação e reabilitação dos pavimentos. O sistema MODAT foi aplicado a uma rede rodoviária municipal (rede rodoviária do município de Oliveira do Hospital) e também a uma rede rodoviária nacional (rede rodoviária principal de Castelo Branco), ambas localizadas em Portugal.
Nowadays in Portugal, as in many other countries, due to the economic crisis, the trend of budgetary pressures on highway agencies is increasing. At the same time, road users are increasingly demanding in terms of highway quality, comfort and safety. Several highway maintenance and rehabilitation projects have been delayed because of budget constraints. The economic crisis has also stimulated a wider debate about the state of Portugal’s road network infrastructure and the consequences of past large-investment in new construction and under-investment in maintenance and rehabilitation. Fortunately, in the last three years, the construction of new highways has almost ceased and the scarce funds available have been used essentially for maintenance and rehabilitation of existing highways and roads. To meet these challenges, highway agencies are looking for more cost-effective methodologies for pavement maintenance programming at network-level. So, in the coming years, highway agencies are open to new Decision-Aid Tools that minimise the costs related to their area of action. This PhD thesis presents a Multi-Objective Decision-Aid Tool, called MODAT, which can solve the pavement management problem for the case involving major rehabilitation interventions. The MODAT, which has the objective of minimising costs over a selected planning period, allows closing of the gap between project and network management. This is made possible by replacing the traditional microscopic approach, which uses models that include independent variables explaining the pavement deterioration process (i.e. layer thickness, resilient modulus, asphalt characteristics, traffic, climate, etc.), with a macroscopic approach that uses models for predicting the future condition of the pavement based on measured condition data (i.e. cracking, ravelling, potholes, patching, rutting, longitudinal roughness, skid resistance, traffic, climate, etc.). The macroscopic approach requires that each road section is homogeneous in terms of quality, pavement structure, traffic and climate. It is assumed that each road section possesses one performance curve with any estimated future performance value representing the overall average pavement condition. The MODAT considers the pavement performance model used in the AASHTO flexible pavement design method but any other preferred model can be used as well. In the implementation of an optimum solution recommended by the MODAT, a field review must be conducted to identify continuous road sections with the same or identical M&R interventions with the goal of aggregating them into the same road project. It is recommended that whenever actual pavement performance data becomes available, it should replace the predicted PSI values from the AASHTO pavement performance model. Any other appropriate pavement condition indicator can easily be used as an alternative in this methodology. The MODAT constitutes a new useful tool to help the road engineers in their task of maintenance and rehabilitation of pavements. The MODAT was applied to a municipal road network (Oliveira do Hospital) and also to a national road network (main road network of Castelo Branco), both located in Portugal.
Description: Tese de doutoramento em Engenharia Civil, Especialidade de Urbanismo, Ordenamento do Território e Transportes, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/23815
Rights: embargoedAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Civil - Teses de Doutoramento

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