Application of neural networks for pavement evaluation

As vias de comunicação são indispensáveis para o desenvolvimento de uma nação, económica e socialmente. Num mundo globalizado, onde tudo deve chegar ao seu destino no menor espaço de tempo, as vias de comunicação assumem um papel vital. Assim, torna-se essencial construir e manter uma rede de transportes eficiente. Apesar de não ser o método mais eficiente, o transporte rodoviário é muitas vezes o mais económico e possibilita o transporte porta-a-porta, sendo em muitos casos o único meio de transporte possível. Por estas razões, o modo rodoviário tem uma quota significativa no mercado dos transportes, seja de passageiros ou mercadorias, tornando-o extremamente importante na rede de transportes de um país. Os países europeus fizeram um grande investimento na criação de extensas redes de estradas, cobrindo quase todo o seu território. Neste momento, começa-se a atingir o ponto onde a principal preocu+ação das entidades gestoras de estradas deixa de ser a construção de novas vias, passando a focar-se na necessidade de manutenção e conservação das vias existentes. Os pavimentos rodoviários, como todas as outras construções, requerem manutenção de forma a garantir bons níveis de serviço com qualidade, conforto e segurança. Devido aos custos inerentes às operações de manutenção de pavimentos, estas devem rigorosamente e com base em critérios científicos bem definidos. Assim, pretende-se evitar intervenções desnecessárias, mas também impedir que os danos se tornem irreparáveis e economicamente prejudiciais, com repercussões na segurança dos utilizadores. Para se estimar a vida útil de um pavimento é essencial realizar primeiro a caracterização estrutural do mesmo. Para isso, torna-se necessário conhecer o tipo de estrutura de um pavimento, nomeadamente a espessura e o módulo de elasticidade constituintes. A utilização de métodos de ensaio não destrutivos é cada vez mais reconhecida como uma forma eficaz para obter informações sobre o comportamento estrutural de pavimentos. Para efectuar estes ensaios, existem vários equipamentos. No entanto, dois deles, o Deflectómetro de Impacto e o Radar de Prospecção, têm demonstrado ser particularmente eficientes para avaliação da capacidade de carga de um pavimento, sendo estes equipamentos utilizados no âmbito deste estudo. Assim, para realização de ensaios de carga em pavimentos, o equipamento Deflectómetro de Impacto tem sido utilizado com sucesso para medir as deflexões à superfície de um pavimento em pontos pré-determinados quando sujeito a uma carga normalizada de forma a simular o efeito da passagem da roda de um camião. Complementarmente, para a obtenção de informações contínuas sobre a estrutura de um pavimento, o equipamento Radar de Prospecção permite conhecer o número de camadas e as suas espessuras através da utilização de ondas electromagnéticas. Os dados proporcionam, quando usados em conjunto com a realização de sondagens à rotação e poços em alguns locais, permitem uma caracterização mais precisa da condição estrutural de um pavimento e o estabelecimento de modelos de resposta, no caso de pavimentos existentes. Por outro lado, o processamento dos dados obtidos durante os ensaios “in situ” revela-se uma tarefa morosa e complexa. Actualmente, utilizando as espessuras das camadas do pavimento, os módulos de elasticidade das camadas são calculados através da “retro-análise” da bacia de deflexões medida nos ensaios de carga. Este método é iterativo, sendo que um engenheiro experiente testa várias estruturas diferentes de pavimento, até se obter uma estrutura cuja resposta seja o mais próximo possível da obtida durante os ensaios “in Situ”. Esta tarefa revela-se muito dependente da experiência do engenheiro, uma vez que as estruturas de pavimento a serem testadas maioritariamente do seu raciocínio. Outra desvantagem deste método é o facto de apresentar soluções múltiplas, dado que diferentes estruturas podem apresentar modelos de resposta iguais. A solução aceite é, muitas vezes, a que se julga mais provável, baseando-se novamente no raciocínio e experiência do engenheiro. A solução para o problema da enorme quantidade de dados a processar e das múltiplas soluções possíveis poderá ser a utilização de Redes Neuronais Artificiais (RNA) para auxiliar esta tarefa. As redes neuronais são elementos computacionais virtuais, cujo funcionamento é inspirado na forma como os sistemas nervosos biológicos, como o cérebro, processam a informação. Estes elementos são compostos por uma série de camadas, que por sua vez são compostas por neurónios. Durante a transmissão da informação entre neurónios, esta é modificada pela aplicação de um coeficiente, denominado “peso”. As redes neuronais apresentam uma habilidade muito útil, uma vez que são capazes de mapear uma função sem conhecer a sua fórmula matemática. Esta habilidade é utilizada em vários campos científicos como o reconhecimento de padrões, classificação ou compactação de dados. De forma a possibilitar o uso desta característica, a rede deverá ser devidamente “treinada” antes, processo realizado através da introdução de dois conjuntos de dados: os valores de entrada e os valores de saída pretendidos. Através de um processo cíclico de propagação da informação através das ligações entre neurónios, as redes ajustam-se gradualmente, apresentando melhores resultados. Apesar de existirem vários tipos de redes, as que aparentam ser as mais aptas para esta tarefa são as redes de retro-propagação. Estas possuem uma característica importante, nomeadamente o treino denominado “treino supervisionado”. Devido a este método de treino, as redes funcionam dentro da gama de variação dos dados fornecidos para o “treino” e, consequentemente, os resultados calculados também se encontram dentro da mesma gama, impedindo o aparecimento de soluções matemáticas com impossibilidade prática. De forma a tornar esta tarefa ainda mais simples, foi desenvolvido um programa de computador, NNPav, utilizando as RNA como parte integrante do seu processo de cálculo. O objectivo é tornar o processo de “retro-análise” totalmente automático e prevenir erros induzidos pela falta de experiência do utilizador. De forma a expandir ainda mais as funcionalidades do programa, foi implementado um processo de cálculo que realiza uma estimativa da capacidade de carga e da vida útil restante do pavimento, recorrendo a dois critérios de ruína. Estes critérios são normalmente utilizados no dimensionamento de pavimentos, de forma a prevenir o fendilhamento por fadiga e as deformações permanentes. Desta forma, o programa criado permite a estimativa da vida útil restante de um pavimento de forma eficiente, directamente a partir das deflexões e espessuras das camadas, medidas nos ensaios “in situ”. Todos os passos da caracterização estrutural do pavimento são efectuados pelo NNPav, seja recorrendo à utilização de redes neuronais ou a processos de cálculo matemático, incluindo a correcção do módulo de elasticidade da camada de misturas betuminosas para a temperatura de projecto e considerando as características de tráfego e taxas de crescimento do mesmo. Os testes efectuados às redes neuronais revelaram que foram alcançados resultados satisfatórios. Os níveis de erros na utilização de redes neuronais são semelhantes aos obtidos usando modelos de camadas linear-elásticas, excepto para o cálculo da vida útil com base num dos critérios, onde os erros obtidos foram mais altos. No entanto, este processo revela-se bastante mais rápido e possibilita o processamento dos dados por pessoal com menos experiência. Ao mesmo tempo, foi assegurado que nos ficheiros de resultados é possível analisar todos os dados calculados pelo programa, em várias fases de processamento de forma a permitir a análise detalhada dos mesmos. A possibilidade de estimar a capacidade de carga e a vida útil restante de um pavimento, contempladas no programa desenvolvido, representam também ferramentas importantes. Basicamente, o NNPav permite uma análise estrutural completa de um pavimento, estimando a sua vida útil com base nos ensaios de campo realizados pelo Deflectómetro de Impacto e pelo Radar de Prospecção, num único passo. Complementarmente, foi ainda desenvolvido e implementado no NNPav um módulo destinado ao dimensionamento de pavimentos novos. Este módulo permite que, dado um conjunto de estruturas de pavimento possíveis, seja estimada a capacidade de carga e a vida útil daquele pavimento. Este facto permite a análise de uma grande quantidade de estruturas de pavimento, e a fácil comparação dos resultados no ficheiro exportado. Apesar dos resultados obtidos neste trabalho serem bastante satisfatórios, os desenvolvimentos futuros na aplicação de Redes Neuronais na avaliação de pavimentos são ainda mais promissores. Uma vez que este trabalho foi limitado a uma moldura temporal inerente a um trabalho académico, a possibilidade de melhorar ainda mais a resposta das RNA fica em aberto. Apesar dos vários testes realizados às redes, de forma a obter as arquitecturas que apresentassem melhores resultados, as arquitecturas possíveis são virtualmente ilimitadas e pode ser uma área a aprofundar. As funcionalidades implementadas no programa foram as possíveis, dentro da moldura temporal referida, mas existem muitas funcionalidades a serem adicinadas ou expandidas, aumentando a funcionalidade do programa e a sua produtividade. Uma vez que esta é uma ferramenta que pode ser aplicada ao nível de gestão de redes rodoviárias, seria necessário estudar e desenvolver redes similares de forma a avaliar outros tipos de estruturas de pavimentos. Como conclusão final, apesar dos vários aspectos que podem, e devem ser melhorados, o programa desenvolvido provou ser uma ferramenta bastante útil e eficiente na avaliação estrutural de pavimentos com base em métodos de ensaio não destrutivos.

Utilização racional de energia eléctrica no município de Vila Franca de Xira: casos de estudo

O objectivo pretendido alcançar é o de obter uma redução nos consumos de energia eléctrica do Município de Vila Franca de Xira, recorrendo à URE. Esta URE consiste num conjunto de acções e/ou medidas e/ou procedimentos e/ou equipamentos cuja aplicação tem como fim, o de potenciar uma utilização e uma gestão mais racional e rentável da energia - daí se podendo dizer, cada vez mais, que a mesma é um factor essencial de economia energética, logo, de redução de custos. A aplicação destas acções e/ou medidas e/ou procedimentos e/ou equipamentos deverá, por isso, ser extensível aos Municípios, com o fim de fazer reduzir uma factura energética de grande peso e significado, a qual, em tempos que são de profunda crise económica, pode tornar problemático ou até mesmo hipotecar, o respectivo futuro. Assim e se por um lado existe no Município um conjunto alargado de situações estabelecidas sem critérios de racionabilidade energética e ás quais, todavia, é já possível fazer aplicar essas acções e/ou medidas e/ou procedimentos e/ou equipamentos de URE, por outro lado, é daí garantido que se poderá alcançar a pretendida redução dos consumos energéticos do Município, sempre assegurando e mantendo o conforto e a produtividade das actividades dependentes dessa energia. Com esse objectivo e partindo da análise de um conjunto de instalações e/ou equipamentos já existentes ou com possibilidades de virem a ser estabelecidas/os pelo Município, é pretendido definir, estudar e classificar, um conjunto de dados que tendam a desenvolver, potenciar e justificar a decisão da sua aplicação. Um conjunto alargado de exemplos práticos ou Casos de Estudo serão desenvolvidos, tentando chegar a conclusões sobre a viabilidade económica das soluções apresentadas e, daí, da decisão da oportunidade da execução do conjunto de trabalhos inerentes à aplicação desse tipo de situação.

Application of GIS-based multi-criteria analysis for site selection of aquifer recharge with reclaimed water

Reclaimed water from small wastewater treatment facilities in the rural areas of the Beira Interior region (Portugal) may constitute an alternative water source for aquifer recharge. A 21-month monitoring period in a constructed wetland treatment system has shown that 21,500 m(3) year(-1) of treated wastewater (reclaimed water) could be used for aquifer recharge. A GIS-based multi-criteria analysis was performed, combining ten thematic maps and economic, environmental and technical criteria, in order to produce a suitability map for the location of sites for reclaimed water infiltration. The areas chosen for aquifer recharge with infiltration basins are mainly composed of anthrosol with more than 1 m deep and fine sand texture, which allows an average infiltration velocity of up to 1 m d(-1). These characteristics will provide a final polishing treatment of the reclaimed water after infiltration (soil aquifer treatment (SAT)), suitable for the removal of the residual load (trace organics, nutrients, heavy metals and pathogens). The risk of groundwater contamination is low since the water table in the anthrosol areas ranges from 10 m to 50 m. Oil the other hand, these depths allow a guaranteed unsaturated area suitable for SAT. An area of 13,944 ha was selected for study, but only 1607 ha are suitable for reclaimed water infiltration. Approximately 1280 m(2) were considered enough to set up 4 infiltration basins to work in flooding and drying cycles.

The US actuarial balance model for the pay-as-you-go system and its application to Spain

The aim of this paper is to formulate an approximation of the US actuarial balance model and apply it to the Spanish public retirement pension system under various scenarios in order to determine a consistent indicator of the system's financial state comparable to those used by the most advanced social security systems. This will enable us to answer the question as to whether there is any justification for reforming the pension system in Spain. This type of actuarial balance uses projections to show future challenges to the financial side of the pension system deriving basically from ageing, the projected increase in longevity and fluctuations in economic activity. If one is compiled periodically it can provide various indicators to help depoliticize the management of the pay-as-you-go system by bringing the planning horizons of politicians and the system itself closer together.

Genotoxicity biomarkers: application in histopathology laboratories

Most cancers results from man-made and natural environmental exposures (such as tobacco smoke; chemical pollutants in air, water, food, drugs; radon; and infectious agents) acting in concert with both genetic and acquired characteristics. It has been estimated that without these environmental factors, cancer incidence would be dramatically reduced, by as much as 80%-90%. The modulation of environmental factors by host susceptibility was rarely evaluated. However, within the past few years, the interaction between environmental factors and host susceptibility factors has become a very active area of research. Molecular biology as a tool for use in epidemiological studies has significant potential in strengthening the identification of cancers associated with environmental exposures related to lifestyle, occupation, or ambient pollution. In molecular epidemiology, laboratory methods are employed to document the molecular basis and preclinical effects of environmental carcinogenesis. Molecular epidemiology has become a major field of research and considerable progress has been made in validation and application of biomarkers and its greatest contribution has been the insights provided into interindividual variation in human cancer risk and the complex interactions between environmental factors and host susceptibility factors, both inherited and acquired, in the multistage process of carcinogenesis.

A checkpointing-enabled and resource-aware Java Virtual Machine for efficient and robust e-Science applications in grid environments

Object-oriented programming languages presently are the dominant paradigm of application development (e. g., Java,. NET). Lately, increasingly more Java applications have long (or very long) execution times and manipulate large amounts of data/information, gaining relevance in fields related with e-Science (with Grid and Cloud computing). Significant examples include Chemistry, Computational Biology and Bio-informatics, with many available Java-based APIs (e. g., Neobio). Often, when the execution of such an application is terminated abruptly because of a failure (regardless of the cause being a hardware of software fault, lack of available resources, etc.), all of its work already performed is simply lost, and when the application is later re-initiated, it has to restart all its work from scratch, wasting resources and time, while also being prone to another failure and may delay its completion with no deadline guarantees. Our proposed solution to address these issues is through incorporating mechanisms for checkpointing and migration in a JVM. These make applications more robust and flexible by being able to move to other nodes, without any intervention from the programmer. This article provides a solution to Java applications with long execution times, by extending a JVM (Jikes research virtual machine) with such mechanisms. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Application of adaptive neuro-fuzzy inference for wind power short-term forecasting

The increased integration of wind power into the electric grid, as nowadays occurs in Portugal, poses new challenges due to its intermittency and volatility. Hence, good forecasting tools play a key role in tackling these challenges. In this paper, an adaptive neuro-fuzzy inference approach is proposed for short-term wind power forecasting. Results from a real-world case study are presented. A thorough comparison is carried out, taking into account the results obtained with other approaches. Numerical results are presented and conclusions are duly drawn. (C) 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.

Copper Bis(oxazoline) Encapsulated in Zeolites and Its Application as Heterogeneous Catalysts for the Cyclopropanation of Styrene

A copper C(2)-symmetric bis(oxazoline), CuBox, was introduced in two forms of commercial Y zeolite: a sodium form (NaY) and an ultrastable form (NaUSY). CuBox was introduced by first partially exchanging the sodium cations of both zeolites for copper and then by refluxing the obtained materials with a solution of bis(oxazoline) (Box). Two different loadings were prepared for each form of zeolite. The materials were characterized by copper ICP-AES, elemental analysis, XPS, FTIR, TG, and nitrogen adsorption isotherms at -196 degrees C. Evidence for Box ligand location in the supercages of NaY and NaUSY zeolites and its coordination to the exchanged copper(II) was obtained by the several techniques used. The materials were all active in the cyclopropanation of styrene with ethyldiazoacetate at room temperature and diastereoselective toward trans cydopropanes. Although the materials containing Box showed low enantioselectivities, their catalytic activities were higher than the parent copper exchanged zeolites, and did not decrease with reuse, at least during three consecutive cycles.

Size distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in a roadway tunnel in Lisbon, Portugal

Atmospheric aerosols of four aerodynamic size ranges were collected using high volume cascade impactors in an extremely busy roadway tunnel in Lisbon (Portugal). Dust deposited on the tunnel walls and guardrails was also collected. Average particle mass concentrations in the tunnel atmosphere were more than 30 times higher than in the outside urban background air, revealing its origins almost exclusively from fresh vehicle emissions. Most of the aerosol mass was concentrated in submicrometer fractions (65%), and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) were even more concentrated in the finer particles with an average of 84% of total PAH present in sizes smaller than 0.49 mu m. The most abundant PAH were methylated phenanthrenes, fluoranthene and pyrene. About 46% of the total PAH mass was attributed to lower molecular weight compounds (two and three rings), suggesting a strong influence of diesel vehicle emissions on the production of local particulate PAH. The application of diagnostic ratios confirmed the relevance of this source of PAH in the tunnel ambient air. Deposited dust presented PAH profiles similar to the coarser aerosol size range, in agreement with the predominant origin of coarser aerosol particles from soil dust resuspension and vehicle wear products. (c) 201 1 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis and structural characterization of iron complexes with 2,2,2-tris(1-pyrazolyl)ethanol ligands: Application in the peroxidative oxidation of cyclohexane under mild conditions

The reactions of FeCl2 center dot 2H(2)O and 2,2,2-tris(1-pyrazolyl) ethanol HOCH2C(pz)(3) (1) (pz = pyrazolyl) afford [Fe{HOCH2C(pz)(3)}(2)][FeCl4]Cl (2), [Fe{HOCH2C(pz)(3)}(2)](2)[Fe2OCl6](Cl)(2)center dot 4H(2)O (3 center dot 4H(2)O), [Fe{HOCH2C(pz)(3)}(2)] [FeCl{HOCH2C(pz)(3)}(H2O)(2)](2)(Cl)(4) (4) or [Fe{HOCH2C(pz)(3)}(2)]Cl-2 (5), depending on the experimental conditions. Compounds 1-5 were isolated as air-stable crystalline solids and fully characterized, including (1-4) by single-crystal X-ray diffraction analyses. The latter technique revealed strong intermolecular H-bonds involving the OH group of the scorpionate 2 and 3 giving rise to 1D chains which, in 3, are further expanded to a 2D network with intercalated infinite and almost plane chains of H-interacting water molecules. In 4, intermolecular pi center dot center dot center dot pi interactions involving the pyrazolyl rings are relevant. Complexes 2-5 display a high solubility in water (S-25 degrees C ca. 10-12 mg mL(-1)), a favourable feature towards their application as catalysts (or catalyst precursors) for the peroxidative oxidation of cyclo-hexane to cyclohexanol and cyclohexanone, with aqueous H2O2/MeCN, at room temperature (TON values up to ca. 385). (C) 2011 Elsevier B. V. All rights reserved.

Two-way MANCOVA: an application to public health

The aim of this work is to use the MANCOVA model to study the influence of the phenotype of an enzyme - Acid phosphatase - and a genetic factor - Haptoglobin genotype - on two dependent variables - Activity of Acid Phosphatase (ACP1) and the Body Mass Index (BMI). Therefore it's used a general linear model, namely a multivariate analysis of covariance (Two-way MANCOVA). The covariate is the age of the subject. This covariate works as control variable for the independent factors, serving to reduce the error term in the model. The main results showed that only the ACP1 phenotype has a significant effect on the activity of ACP1 and the covariate has a significant effect in both dependent variables. The univariate analysis showed that ACP1 phenotype accounts for about 12.5% of the variability in the activity of ACP1. In respect to this covariate it can be seen that accounts for about 4.6% of the variability in the activity of ACP1 and 37.3% in the BMI.

The electric vehicle integration into the power system: an application to the portuguese case

Electric vehicles (EV) offer a great potential to address the integration of renewable energy sources (RES) in the power grid, and thus reduce the dependence on oil as well as the greenhouse gases (GHG) emissions. The high share of wind energy in the Portuguese energy mix expected for 2020 can led to eventual curtailment, especially during the winter when high levels of hydro generation occur. In this paper a methodology based on a unit commitment and economic dispatch is implemented, and a hydro-thermal dispatch is performed in order to evaluate the impact of the EVs integration into the grid. Results show that the considered 10 % penetration of EVs in the Portuguese fleet would increase load in 3 % and would not integrate a significant amount of wind energy because curtailment is already reduced in the absence of EVs. According to the results, the EV is charged mostly with thermal generation and the associated emissions are much higher than if they were calculated based on the generation mix.

Runtime Elision of Transactional Barriers for Captured Memory

In this paper, we propose a new technique that can identify transaction-local memory (i.e. captured memory), in managed environments, while having a low runtime overhead. We implemented our proposal in a well known STM framework (Deuce) and we tested it in STMBench7 with two different STMs: TL2 and LSA. In both STMs the performance improved significantly (4 times and 2.6 times, respectively). Moreover, running the STAMP benchmarks with our approach shows improvements of 7 times in the best case for the Vacation application.

An application of structural equation modeling of test dispositional optimism as mediator or moderator in quality of life in patients with chronic disease

The aim of the present study was to test a hypothetical model to examine if dispositional optimism exerts a moderating or a mediating effect between personality traits and quality of life, in Portuguese patients with chronic diseases. A sample of 540 patients was recruited from central hospitals in various districts of Portugal. All patients completed self-reported questionnaires assessing socio-demographic and clinical variables, personality, dispositional optimism, and quality of life. Structural equation modeling (SEM) was used to analyze the moderating and mediating effects. Results suggest that dispositional optimism exerts a mediator rather than a moderator role between personality traits and quality of life, suggesting that “the expectation that good things will happen” contributes to a better general well-being and better mental functioning.

Implementação de WDM com 4 canais no espetro do visível

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações