High friction and acoustic surface for pavements: development of artificial engineered aggregates from recycled powders

There is a constant need to improve the infrastructure's quality and build new infrastructure with better designs. The risk of accidents and noise can be reduced by improving the surface properties of the pavement. The amount of raw material used in road construction is worrisome, as it is finite and due the waste produced. Environmentally-friendly roads construction, recycling might be the main way. Projects must be more environmentally-friendly, safer, and quieter. Is it possible to develop a safer, quieter and environmentally-friendly pavement surfaces? The hypothesis is: is it possible to create an Artificial Engineered Aggregate (AEA) using waste materials and providing it with a specific shape that can help to reduce the noise and increase the friction? The thesis presents the development of an AEA and its application as a partial replacement in microsurfacing samples. The 1st introduces the topic and provides the aim and objectives of the thesis. The 2nd chapter – presents a pavement solution to noise and friction review. The 3rd chapter - developing a mix design for a geopolymer mortar that used basalt powder. The 4th chapter is presented the physical-mechanical evaluation of the AEA. The 5th chapter evaluates the use of this aggregate in microsurfacing regarding the texture parameters. The 6th chapter, those parameter are used as an input to SPERoN® model, simulating their noise behavior of these solutions. The findings from this thesis are presented as partial conclusions in each chapter, to be closed in a final chapter. The main findings are: the DoE provided the tool to select the appropriate geopolymer mortar mix design; AEA had interesting results regarding the physical-mechanical tests; AEA in partial replacement of the natural aggregates in microsurfacing mixture proved feasible. The texture parameters and noise levels obtained in AEA samples demonstrate that it can serve as a HIFASP

Sustainable pavements for rural scenarios: laboratory and in-situ characterization of recycled materials and innovative construction solutions

Growing need for infrastructure has led to expanding research on advances in road pavement materials. Finding solutions that are sustainable, environmentally friendly and cost-efficient is a priority. Focusing such efforts on low-traffic and rural roads can contribute with a significant progress in the vital circulatory system of transport for rural and agricultural areas. An important alternative material for pavement construction is recycled aggregates from solid wastes, including waste from civil engineering activities, mainly construction and demolition. A literature review on studies is made; it is performed a planned set of laboratory testing procedures aimed to fully characterize and assess the potential in-situ mechanical performance and chemical impact. Furthermore, monitoring the full-scale response of the selected materials in a real field construction site, including the production, laying and compaction operations. Moreover, a novel single-phase solution for the construction of semi-flexible paving layers to be used as alternative material to common concrete and bituminous layers is experimented and introduced, aiming the production and laying of a single-phase laid material instead of a traditional two phases grouted macadam. Finally, on a parallel research work for farming pavements, the possible use of common geotechnical anti-erosive products for the improvement of soil bearing capacity of paddock areas in cattle husbandries of bio-farms is evaluated. this thesis has clearly demonstrated the feasibility of using the sustainable recycled aggregates for low-traffic rural roads and the pavements of farming and agriculture areas. The pavement layers constructed with recycled aggregates provided satisfying performance under heavy traffic conditions in experimental pavements. This, together with the fact that these aggregates can be available in most areas and in large quantities, provides great impetus towards shifting from traditional materials to more sustainable alternatives. The chemical and environmental stability of these materials proves their soundness to be utilized in farming environments.

Study of recycled Rap and Ra as alternative aggregates for pavements' sub-base and base

Nowadays, an important world’s population growth forecast establish that an increase of 2 billion people is expected by 2050. (UN,2019). This increment of people worldwide involves more humans, as well as growth of the demand for the construction of new residential, institutional, industrial, and infrastructural areas, prompting to a higher consumption of natural resources as required for construction materials. In addition, an effect of this population growth is the production and accumulation of waste causing a serious environmental and economic issue around the world. As an alternative to just producing more waste at the final stage of a building, house, road, among other concrete-based structures, adequate techniques must be applied for recycling and reusing these potential materials. The main priority of the thesis is to foment and evaluate the sustainable construction work leading to environmental-friendly actions that promote the reuse and recycling of construction waste, focusing on the use of construction recycled construction materials as an alternative for sub-base and base of road structure application. This thesis is committed to the analysis of the several laboratory tests carried out for achieving the physical-mechanical properties of the studied materials (recycled concrete aggregates + reclaimed asphalt pavement (RCA+RAP) and stabilized crushed sleepers). All these tests have been carried out in the Laboratory of Roads from the University of Bologna and in the experimental site in CAR srl., at Imola. The results are reported in tables, graphs, and are discussed. The mechanical properties values obtained from the laboratory tests are analysed and compared with standard values declared in the Italian and European normative for roads construction and to the results obtained from in-situ tests in the experimentation field (CAR srl in Imola) with the same materials. This to analyse the performance of them under natural conditions.

Light coloured and draining wearing courses for low-impact urban pavements

Urban health and well-being are becoming current issues of modern cities due to local climate change and environmental noise. The Urban Heat Island and the Urban Noise Island have a direct impact on the economic, social, and environmental aspects of urban life, negatively affecting the well-being of worldwide citizens. The present research is focused on the study of innovative materials employed in the production of wearing course mixtures aiming to mitigate these phenomena. In particular, a synthetic transparent binder substituting bitumen and recycled aggregates produced from construction and demolition waste. Four mixtures were analysed. Among them, Mix 1 and Mix 2 are conventional wearing courses. The first is exclusively made of natural aggregates, while the second is constituted of 45 % of recycled aggregates (RA). Mix 3 and Mix 4 are draining wearing courses and, in this case, Mix 4 was produced by using 55 % of RA. Laboratory tests were required to fully characterize all the produced samples, allowing a proper comparison of results. Overall, all the mixtures studied provide prominent results suggesting potential applications of these innovative wearing courses in cycle lanes, historical centres, plazas, and parking lots. Among the conventional mixtures, Mix 2 is the most likely to assure the best performance in terms of road safety, efficiency, and durability while as far as the draining mixtures are concerned, Mix 4 is preferable due to its high content of recycled aggregates.

EVALUATING VIBRATIONS ON A SMALL-SCALE MODEL OF A TIMBER FOOTBRIDGE

In Brazil, the study of pedestrian-induced vibration on footbridges has been undertaken since the early 1990s, for concrete and steel footbridges. However, there are no recorded studies of this kind for timber footbridges. Brazilian code ABNT NBR 7190 (1997) gives design requirements only for static loads in the case of timber footbridges, without considering the serviceability limit state from pedestrian-induced vibrations. The aim of this work is to perform a theoretical dynamic, numerical and experimental analysis on simply-supported timber footbridges, by using a small-scale model developed from a 24 m span and 2 m width timber footbridge, with two main timber beams. Span and width were scaled down (1:4) to 6 m e 0.5 in, respectively. Among the conclusions reached herein, it is emphasized that the Euler-Bernoulli beam theory is suitable for calculating the vertical and lateral first natural frequencies in simply-supported timber footbridges; however, special attention should be given to the evaluation of lateral bending stiffness, as it leads to conservative values.

Effect of bituminous impregnation on nonwoven geotextiles tensile and permeability properties

Geosynthetics interlayer systems are effective techniques to control reflective cracking in damaged pavements. It comprises the inclusion of nonwoven geotextiles between the damaged layer and the new overlay of the pavement to reduce the propagation of cracks and to extend pavement life. However, the success of this technique depends directly on the understanding of the geotextile`s behavior when impregnated with asphalt This paper evaluates different nonwoven geotextiles frequently used in anti-reflective cracking systems, focusing on initial stiffness gain and permeability reduction after asphalt impregnation. Fresh and impregnated samples of polyester and polypropylene nonwoven geotextiles were tested. Cationic rapid setting emulsified asphalt was used as asphalt binder. Wide-width tensile tests were carried out based on the specification of ABNT - NBR 12824 (1993). Water vapor transmission tests were conducted according to ASTM E 96M (2005). Results of tensile tests on impregnated geotextiles showed a significant increase on tensile strength values, probably due to the inter contact of the fibers. Results also showed high increase in strength values at strain levels less than 0.05% and decrease on stiffness gains with increase of strains. Water vapor transmission tests demonstrated that cationic asphalt emulsion applied on nonwoven geotextiles allows a drastic reduction in permeability values to turn nonwoven geotextiles into a low permeability barrier. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Evaluation of Characterization and Performance Modeling of Cementitiously Stabilized Layers in the Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide

Cementitious stabilization of aggregates and soils is an effective technique to increase the stiffness of base and subbase layers. Furthermore, cementitious bases can improve the fatigue behavior of asphalt surface layers and subgrade rutting over the short and long term. However, it can lead to additional distresses such as shrinkage and fatigue in the stabilized layers. Extensive research has tested these materials experimentally and characterized them; however, very little of this research attempts to correlate the mechanical properties of the stabilized layers with their performance. The Mechanistic Empirical Pavement Design Guide (MEPDG) provides a promising theoretical framework for the modeling of pavements containing cementitiously stabilized materials (CSMs). However, significant improvements are needed to bring the modeling of semirigid pavements in MEPDG to the same level as that of flexible and rigid pavements. Furthermore, the MEPDG does not model CSMs in a manner similar to those for hot-mix asphalt or portland cement concrete materials. As a result, performance gains from stabilized layers are difficult to assess using the MEPDG. The current characterization of CSMs was evaluated and issues with CSM modeling and characterization in the MEPDG were discussed. Addressing these issues will help designers quantify the benefits of stabilization for pavement service life.

Developing a reliable audit instrument to measure the physical environment for physical activity

Background: The physical environment plays an important role in influencing participation in physical activity, although which factors of the physical environment have the greatest effect on patterns of activity remain to be determined. We describe the development of a comprehensive instrument to measure the physical environmental factors that may influence walking and cycling in local neighborhoods and report on its reliability. Methods: Following consultation with experts from a variety of fields and a literature search, we developed a Systematic Pedestrian and Cycling Environmental Scan (SPACES) instrument and used it to collect data over a total of 1987 kilometers of roads in metropolitan Perth, Western Australia. The audit instrument is available from the first author on request. Additional environmental information was collected using desktop methods and geographic information systems (GIS) technology. We assessed inter- and intra-rater reliability of the instrument among the 16 observers who collected the data. Results: The observers reported that the audit instrument was easy to use. Both inter- and intra-rater reliability of the environmental scan instrument were generally high. Conclusions: Our instrument provides a reliable, practical, and easy to-use method for collecting detailed street-level data on physical environmental factors that are potential influences on walking in local neighborhoods.

Estimating Local Part Thickness in Midplane Meshes for Finite Element Analysis

Within the development of motor vehicles, crash safety (e.g. occupant protection, pedestrian protection, low speed damageability), is one of the most important attributes. In order to be able to fulfill the increased requirements in the framework of shorter cycle times and rising pressure to reduce costs, car manufacturers keep intensifying the use of virtual development tools such as those in the domain of Computer Aided Engineering (CAE). For crash simulations, the explicit finite element method (FEM) is applied. The accuracy of the simulation process is highly dependent on the accuracy of the simulation model, including the midplane mesh. One of the roughest approximations typically made is the actual part thickness which, in reality, can vary locally. However, almost always a constant thickness value is defined throughout the entire part due to complexity reasons. On the other hand, for precise fracture analysis within FEM, the correct thickness consideration is one key enabler. Thus, availability of per element thickness information, which does not exist explicitly in the FEM model, can significantly contribute to an improved crash simulation quality, especially regarding fracture prediction. Even though the thickness is not explicitly available from the FEM model, it can be inferred from the original CAD geometric model through geometric calculations. This paper proposes and compares two thickness estimation algorithms based on ray tracing and nearest neighbour 3D range searches. A systematic quantitative analysis of the accuracy of both algorithms is presented, as well as a thorough identification of particular geometric arrangements under which their accuracy can be compared. These results enable the identification of each technique’s weaknesses and hint towards a new, integrated, approach to the problem that linearly combines the estimates produced by each algorithm.

Dimensionamento de um passadiço pedonal em estrutura metálica, com fundações em betão armado

A elaboração deste projecto, integrado no âmbito do Trabalho Final de Mestrado, para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, tem como objectivo o dimensionamento de um passadiço pedonal em estrutura metálica, com fundações em betão armado. Este documento inclui quase todos os elementos necessários ao projecto de execução da referida estrutura. Para o dimensionamento do passadiço pedonal procedeu-se à quantificação das acções e posteriormente à verificação da segurança de todos os elementos estruturais tendo por base os critérios e especificações técnicas preconizados nas Normas Europeias relativas ao projecto estrutural (Eurocódigos estruturais). Tratando-se de um passadiço destinado à circulação de peões e cuja estrutura metálica apresenta um certo grau de flexibilidade devido à esbelteza dos elementos estruturais, esta poderá estar sujeita a acções dinâmicas periódicas provocadas pelas pessoas quando percorrem o passadiço, podendo ocasionar certos níveis de vibração que sob o ponto de vista de segurança estrutural serão pouco relevantes, sendo no entanto excessivos do ponto de vista do conforto humano. Foi por isso efectuado um estudo dinâmico, com o objectivo de caracterizar a resposta dinâmica da estrutura quando solicitada a carregamentos de natureza periódica como é o caso da acção do peão, de modo a garantir que a utilização desta estrutura esteja dentro dos parâmetros de conforto aceitáveis. A modelação da estrutura e consequente discretização geral desta, foi feita recorrendo a programa de elementos finitos, SAP2000, versão 14.0.0. O dimensionamento das ligações constitui outros dos aspectos fundamentais no projecto desta estrutura metálica.

Medição do coeficiente de atrito da superfície de pavimentos: estudo do equipamento Grip Tester

Ao nível da segurança de circulação rodoviária e aeroportuária, a aderência entre os pneumáticos e a superfície do pavimento apresenta-se como uma das características superficiais mais importantes dos pavimentos em situações de piso molhado. Mundialmente, tem-se dado relevante importância a este facto, levando a que nas últimas décadas e anos, se tenham estudado diversos índices e equipamentos de medição do coeficiente de atrito de um dado pavimento aquando da presença de água. O objectivo da presente dissertação é o de aprofundar o conhecimento sobre a medição do coeficiente de atrito da superfície dos pavimentos de infraestruturas rodoviárias e aeroportuárias, com a particular incidência no estudo do equipamento GripTester. O trabalho realizado consistiu principalmente na análise de valores do coeficiente de atrito da camada de desgaste medidos no pavimento de um aeródromo, por três equipamentos GripTester, através de um ensaio de comparação interlaboratorial que foi organizado especificamente no âmbito desta dissertação. O trabalho desenvolvido permitiu concluir que foi importante desenvolver este estudo comparativo. Com efeito, a análise dos resultados do ensaio de comparação interlaboratorial mostrou que há diferenças no desempenho dos equipamentos participantes, que interessa aprofundar em estudos comparativos futuros.

Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

Controlo de tráfego

O crescente número de automóveis nas ruas das grandes cidades, assim como o crescente número de transportes urbanos para atender o crescimento das populações, veio fazer com que as cidades cada vez mais fiquem mais congestionadas e mais propícias para acidentes envolvendo viaturas e peões. Devido a isso, foram criados sistemas de controlo de tráfego capazes de melhorar o tráfego urbano nas cidades, sem deixar de lado as preocupações com os peões e nem com as emissões de poluentes para o ar. Baseado nesse cenário, este trabalho tem como objetivo abordar as possíveis soluções existentes no mercado para melhorar o fluxo das viaturas, principalmente dos transportes colectivos, com prioridades para viaturas de emergências e autocarros, assim como, as passagens de peões, e sistemas de mobilidade urbana. Desempenho do transporte público pode ser melhorado através de um melhor controlo e gerenciamento de tráfego em geral. Nos testes realizados em campo: foi medida a velocidade de viagem do autocarro no cruzamento fixo (Praça de Espanha), e correlacionando-os com intervalos do ciclo dos semáforos para este cruzamento. A flexibilidade do controlador actuando, com o auxílio de detectores de veículos, sendo capaz de variar os intervalos dentro do ciclo, bem como o volume de carros e de prestações em velocidade de viagem do autocarro. Resultados mostram que, durante o período em estudo, os benefícios de velocidade da viagem do autocarro, seria possível, através de um verdadeiro controlo de tempo feedback de cooperação entre as áreas urbanas de controlo de tráfego (Gertrude) e do sistema de localização de veículos de transportes públicos (SAEIP). Ao longo prazo, sugerimos a implantação de um sistema integrado. Fazendo com que o volume no carro seja reduzido. Este efeito leva também, a um aumento da velocidade comercial do autocarro urbano, da mesma forma como foi proposto em nossa experiência.

Estudo da utilização de fibras em misturas betuminosas

A presente dissertação tem como objectivo principal aprofundar os conhecimentos sobre a incorporação de fibras em misturas betuminosas, em particular, sobre as misturas do tipo Stone Mastic Asphalt (SMA). Para este tipo de mistura betuminosa existe uma norma de produto europeia, a EN 13108-5:2006. Os ensaios tipo iniciais para efeitos de certificação CE das misturas estão contemplados na norma portuguesa NP EN 13108-20:2008, onde também são estipuladas as condições de ensaio. São descritos diversos tipos de fibras passíveis de serem utilizadas no fabrico da mistura betuminosa do tipo SMA, dando especial enfoque às misturas fabricadas com fibras celulósicas, uma vez que este tipo específico de mistura é frequentemente aplicado em camada de desgaste noutros países, com reconhecidas vantagens em termos de durabilidade e desempenho do pavimento. As misturas do tipo SMA são descritas, analisando-se métodos de formulação e métodos para a sua caracterização. Posteriormente, são apresentados e discutidos os trabalhos experimentais levados a cabo para um caso concreto. Os ensaios realizados permitiram caracterizar a mistura quanto à sensibilidade à água, ao seu módulo de rigidez e resistência à deformação permanente. Conclui-se que a mistura do tipo SMA com a incorporação de fibras analisada, apresenta bom comportamento à deformação permanente e boa resistência á acção da água, comparativamente às misturas betuminosas tradicionais aplicadas em camada de desgaste.

Porto: cidade amiga das pessoas idosas: um estudo centrado na perspectiva de idosos das freguesias de Miragaia e Vitória

O presente estudo, de natureza qualitativa e exploratório, teve como objectivo verificar se a cidade do Porto possui características de uma cidade amiga das pessoas idosas, na perspectiva de idosos residentes neste meio urbano. Uma cidade amiga das pessoas idosas estimula um envelhecimento activo e com dignidade ao optimizar oportunidades para a saúde, participação e segurança. Foram realizados dois focus groups com pessoas idosas habitantes das Freguesias da Vitória e Miragaia, seleccionados a partir de uma amostragem por conveniência, recorrendo-se a um guião de entrevista constituído pelas seguintes categorias: espaços exteriores e edifícios; transportes; habitação; respeito e inclusão social; participação social; participação cívica e emprego; comunicação e informação; apoio comunitário e serviços de saúde. Desta forma, foi possível verificar que, apesar dos participantes identificarem um conjunto de condições que podem ser consideradas amigas das pessoas idosas, a maior parte das características referidas foram encaradas como negativas e com um impacto considerável no seu quotidiano. A participação social, os meios de informação disponíveis e os serviços comunitários são as condições perante as quais os participantes demonstram maior satisfação. Pelo contrário, em relação aos espaços exteriores, referem aspectos, como os grandes declives, as más condições dos pavimentos, os obstáculos nos passeios e a acumulação de lixo, que contribuem para um ambiente desagradável e inseguro. Quanto aos transportes, as modificações na identificação dos veículos, as alterações nos percursos, a pouca consciencialização dos motoristas em relação às necessidades dos mais velhos e as condições das paragens são os principais factores destacados, enquanto as habitações são consideradas antigas e com más condições estruturais e de acesso. De uma forma geral, estes idosos consideram-se pouco reconhecidos e desrespeitados pelos mais jovens e deparam-se com grandes dificuldades no acesso a actividades laborais e de voluntariado.