Variación de la capacidad portante de suelos granulares contaminados con hidrocarburos

El trabajo presenta una investigación sobre la variación de las propiedades geotécnicas básicas de una Arena de Miga (de Madrid) contaminada con hidrocarburos ligeros. Se deducen las siguientes conclusiones: (1) comportamiento particular frente a la compactación; (2) Disminución de la resistencia cortante drenada y (3) Variación de la capacidad portante de los suelos contaminados.

Aplicación de la física estadística a los medios granulares

Esta tesis se centra en el estudio de medios granulares blandos y atascados mediante la aplicación de la física estadística. Esta aproximación se sitúa entre los tradicionales enfoques macro y micromecánicos: trata de establecer cuáles son las propiedades macroscópicas esperables de un sistema granular en base a un análisis de las propiedades de las partículas y las interacciones que se producen entre ellas y a una consideración de las restricciones macroscópicas del sistema. Para ello se utiliza la teoría estadística junto con algunos principios, conceptos y definiciones de la teoría de los medios continuos (campo de tensiones y deformaciones, energía potencial elástica, etc) y algunas técnicas de homogeneización. La interacción entre las partículas es analizada mediante las aportaciones de la teoría del contacto y de las fuerzas capilares (producidas por eventuales meniscos de líquido cuando el medio está húmedo). La idea básica de la mecánica estadística es que entre todas soluciones de un problema físico (como puede ser el ensamblaje en equilibrio estático de partículas de un medio granular) existe un conjunto que es compatible con el conocimiento macroscópico que tenemos del sistema (por ejemplo, su volumen, la tensión a la que está sometido, la energía potencial elástica que almacena, etc.). Este conjunto todavía contiene un número enorme de soluciones. Pues bien, si no hay ninguna información adicional es razonable pensar que no existe ningún motivo para que alguna de estas soluciones sea más probable que las demás. Entonces parece natural asignarles a todas ellas el mismo peso estadístico y construir una función matemática compatible. Actuando de este modo se obtiene cuál es la función de distribución más probable de algunas cantidades asociadas a las soluciones, para lo cual es muy importante asegurarse de que todas ellas son igualmente accesibles por el procedimiento de ensamblaje o protocolo. Este enfoque se desarrolló en sus orígenes para el estudio de los gases ideales pero se puede extender para sistemas no térmicos como los analizados en esta tesis. En este sentido el primer intento se produjo hace poco más de veinte años y es la colectividad de volumen. Desde entonces esta ha sido empleada y mejorada por muchos investigadores en todo el mundo, mientras que han surgido otras, como la de la energía o la del fuerza-momento (tensión multiplicada por volumen). Cada colectividad describe, en definitiva, conjuntos de soluciones caracterizados por diferentes restricciones macroscópicas, pero de todos ellos resultan distribuciones estadísticas de tipo Maxwell-Boltzmann y controladas por dichas restricciones. En base a estos trabajos previos, en esta tesis se ha adaptado el enfoque clásico de la física estadística para el caso de medios granulares blandos. Se ha propuesto un marco general para estudiar estas colectividades que se basa en la comparación de todas las posibles soluciones en un espacio matemático definido por las componentes del fuerza-momento y en unas funciones de densidad de estados. Este desarrollo teórico se complementa con resultados obtenidos mediante simulación de la compresión cíclica de sistemas granulares bidimensionales. Se utilizó para ello un método de dinámica molecular, MD (o DEM). Las simulaciones consideran una interacción mecánica elástica, lineal y amortiguada a la que se ha añadido, en algunos casos, la fuerza cohesiva producida por meniscos de agua. Se realizaron cálculos en serie y en paralelo. Los resultados no solo prueban que las funciones de distribución de las componentes de fuerza-momento del sistema sometido a un protocolo específico parecen ser universales, sino que también revelan que existen muchos aspectos computacionales que pueden determinar cuáles son las soluciones accesibles. This thesis focuses on the application of statistical mechanics for the study of static and jammed packings of soft granular media. Such approach lies between micro and macromechanics: it tries to establish what the expected macroscopic properties of a granular system are, by starting from a micromechanical analysis of the features of the particles, and the interactions between them, and by considering the macroscopic constraints of the system. To do that, statistics together with some principles, concepts and definitions of continuum mechanics (e.g. stress and strain fields, elastic potential energy, etc.) as well as some homogenization techniques are used. The interaction between the particles of a granular system is examined too and theories on contact and capillary forces (when the media are wet) are revisited. The basic idea of statistical mechanics is that among the solutions of a physical problem (e.g. the static arrangement of particles in mechanical equilibrium) there is a class that is compatible with our macroscopic knowledge of the system (volume, stress, elastic potential energy,...). This class still contains an enormous number of solutions. In the absence of further information there is not any a priori reason for favoring one of these more than any other. Hence we shall naturally construct the equilibrium function by assigning equal statistical weights to all the functions compatible with our requirements. This procedure leads to the most probable statistical distribution of some quantities, but it is necessary to guarantee that all the solutions are likely accessed. This approach was originally set up for the study of ideal gases, but it can be extended to non-thermal systems too. In this connection, the first attempt for granular systems was the volume ensemble, developed about 20 years ago. Since then, this model has been followed and improved upon by many researchers around the world, while other two approaches have also been set up: energy and force-moment (i.e. stress multiplied by volume) ensembles. Each ensemble is described by different macroscopic constraints but all of them result on a Maxwell-Boltzmann statistical distribution, which is precisely controlled by the respective constraints. According to this previous work, in this thesis the classical statistical mechanics approach is introduced and adapted to the case of soft granular media. A general framework, which includes these three ensembles and uses a force-moment phase space and a density of states function, is proposed. This theoretical development is complemented by molecular dynamics (or DEM) simulations of the cyclic compression of 2D granular systems. Simulations were carried out by considering spring-dashpot mechanical interactions and attractive capillary forces in some cases. They were run on single and parallel processors. Results not only prove that the statistical distributions of the force-moment components obtained with a specific protocol seem to be universal, but also that there are many computational issues that can determine what the attained packings or solutions are.

Accidentes en el uso normal duelos edificios : el riesgo de deslizamiento en pavimentos dé zonas secas

El Código Técnico de la Edificación que se aprobó en 2006 reguló por primera vez el riesgo de caída debido al deslizamiento de los suelos (Documento Básico SUA Seguridad de utilización y accesibilidad). Mirando atrás, se observa que el CTE penaliza de forma importante la disposición de suelos pulidos en cualquier zona del edificio, aún en zonas secas, debido a que el ensayo de caracterización se realiza siempre en húmedo. Pero ¿es correcto este procedimiento? Si el riesgo considerado es el deslizamiento en el suelo seco ¿No sería más apropiado ensayar en seco? El presente trabajo analiza las fortalezas y debilidades del método de ensayo del péndulo de fricción y la posibilidad de realizarlo en seco utilizando para ello una campaña de ensayos de diversos tipos de suelo.

Diagnostics of classical and dusty plasmas w ith collecting and emissive langmuir probes = Diagnosis de plasmas clásicos y granulares mediante sondas colectoras y emisoras de Langmuir

Las sondas eléctricas se emplean habitualmente en la diagnosis de plasmas. La presente tesis aborda la operación de las sondas colectoras y emisoras de Langmuir en plasmas fríos de baja densidad. El estudio se ha centrado en la determinación del potencial de plasma, Vsp, mediante el potencial flotante de una sonda emisora. Esta técnica consiste en la medida del potencial de la sonda correspondiente a la condición de corriente neta igual a cero, el cual se denomina potencial flotante, VF. Este potencial se desplaza hacia el potencial del plasma según aumenta la emisión termoiónica de la sonda, hasta que se satura cerca de Vsp. Los experimentos llevados a cabo en la pluma de plasma de un motor iónico y en un plasma de descarga de glow muestran que la corriente de electrones termoiónicos es mayor que la corriente de electrones recogidos para una sonda polarizada por debajo del potencial del plasma, resultado inconsistente con la teoría tradicionalmente aceptada. Para investigar estos resultados se ha introducido el parámetro R, definido como el cociente entre la corriente de electrones emitidos y recogidos por la sonda. Este parámetro, que está relacionado con la diferencia de potencial VF - Vsp, también es útil para la descripción de los modos de operación de la sonda emisora (débil, fuerte y más allá del fuerte). Los resultados experimentales evidencian que, al contrario de lo que indica la teoría, R es mayor que la unidad. Esta discrepancia se puede solucionar introduciendo una población efectiva de electrones. Con dicha población, el nuevo modelo para la corriente total de la sonda reproduce los datos experimentales. El origen de este grupo electrónico es todavía una cuestión abierta, pero podría estar originada por una nueva estructura de potencial cerca de la sonda cuando ésta trabaja en el régimen de emisión fuerte. Para explicar dicha estructura de potencial, se propone un modelo unidimensional compuesto por un mínimo de potencial cerca de la superficie de la sonda. El análisis numérico indica que este pozo de potencial aparece para muy altas temperaturas de la sonda, reduciendo la cantidad de electrones emitidos que alcanzan el plasma y evitando así cualquier posible perturbación de éste. Los aspectos experimentales involucrados en el método del potencial flotante también se han estudiado, incluyendo cuestiones como las diferentes técnicas de obtención del VF, el cociente señal-ruido, el acoplamiento de la señal de los equipos utilizados para la obtención de las curvas I-V o la evidencia experimental de los diferentes modos de operación de la sonda. Estas evidencias empíricas se encuentran en todos los aspectos de operación de la sonda: la recolección de electrones, el potencial flotante, la precisión en las curvas I-V y la emisión electrónica. Ésta última también se estudia en la tesis, debido a que un fenómeno de super emisión tiene lugar en el régimen de emisión fuerte. En este modo de operación, las medidas experimentales indican que las corrientes termoiónicas de electrones son mayores que aquéllas predichas por la ecuación de Richardson-Dushman clásica. Por último, la diagnosis de plasmas usando sondas eléctrica bajo presencia de granos de polvo (plasmas granulares) en plasmas fríos de baja densidad también se ha estudiado, mediante la aplicación numérica de la técnica del potencial flotante de la sonda emisora en un plasma no convencional. Los resultados apuntan a que el potencial flotante de una sonda emisora se vería afectado por altas densidades de polvo o grandes partículas. ABSTRACT Electric probes are widely employed for plasma diagnostics. This dissertation concerns the operation of collecting and emissive Langmuir probes in low density cold plasmas. The study is focused on the determination of the plasma potential, Vsp, by means of the floating potential of emissive probes. This technique consists of the measurement of the probe potential, corresponding to the zero net probe current, which is the so-called floating potential, VF . This potential displaces towards the plasma potential as the thermionic electron emission increases, until it saturates near Vsp. Experiments carried out in the plasma plume of an ion thruster and in a glow discharge plasma show the thermionic electron current of the emissive Langmuir probe is higher than the collected electron current, for a probe with a bias potential below Vsp, which is inconsistent with the traditional accepted theory. To investigate these results, a parameter R is introduced as the ratio between the emitted and the collected electron current. This parameter, which is related to the difference VF - Vsp, is also useful for the description of the operation modes of the emissive Langmuir probe (weak, strong and beyond strong). The experimental results give an inconsistency of R > 1, which is solved by a modification of the theory for emissive probes, with the introduction of an effective electron population. With this new electron group, the new model for the total probe current agrees with the experimental data. The origin of this electron group remains an open question, but it might be originated by a new potential structure near the emissive probe when it operates in the strong emission regime. A simple one-dimension model composed by a minimum of potential near the probe surface is discussed for strongly emitting emissive probes. The results indicate that this complex potential structure appears for very high probe temperatures and the potential well might reduce the emitted electrons population reaching the plasma bulk. The experimental issues involved in the floating potential method are also studied, as the different obtaining techniques of VF, the signal-to-noise ratio, the signal coupling of the I-V curve measurement system or the experimental evidence of the probe operation modes. These empirical proofs concern all the probe operation aspects: the electron collection, the floating potential, the I-V curve accuracy as well as the electron emission. This last issue is also investigated in this dissertation, because a super emission takes place in the strong emission regime. In this operation mode, the experimental results indicate that the thermionic electron currents might be higher than those predicted by the classical Richardson-Dushman equation. Finally, plasma diagnosis using electric probes in the presence of dust grains (dusty plasmas) in low density cold plasmas is also addressed. The application of the floating potential technique of the emissive probe in a non-conventional complex plasma is numerically investigated, whose results point out the floating potential of the emissive probe might be shifted for high dust density or large dust particles.

Optimización del método de ensayo del péndulo de fricción para la evaluación del riesgo de deslizamiento en pavimentos pulidos

El riesgo de caída por deslizamiento en los edificios es un riesgo muy importante ya que supone numerosas muertes, perdida de días laborales y secuelas, así como importantes costes económicos. Se trata de accidentes difíciles de predecir debido al número de factores que intervienen para que se produzcan, muchos de los cuales son difícilmente controlables, como el calzado del usuario o su comportamiento. Para evitar un resbalón es necesario que la fricción del conjunto pavimento/calzado/contaminante supere el coeficiente de fricción requerido para la estabilidad y que depende de la forma de caminar, la longitud del paso, etc. Por ello, es necesario medir la contribución del pavimento al riesgo de deslizamiento y limitarla adecuadamente. A lo largo de la historia reciente se han diseñado y desarrollado multitud de aparatos con la intención de medir esta contribución en la forma de coeficientes de fricción —dinámicos, estáticos, de transición— sin llegar a un acuerdo sobre cuál es el método más apropiado. La reglamentación española de edificación, que ha sufrido un importante cambio recientemente con la adopción de un nuevo código basado en prestaciones, ha sido innovadora en este campo introduciendo por primera vez una medida contrastable de la contribución del pavimento al riesgo de deslizamiento mediante el ensayo del péndulo de fricción en húmedo. Sin embargo, el desacuerdo a nivel europeo sobre un ensayo único y las limitaciones en las normas de ensayo existentes derivadas de esta falta de consenso, han sido la causa de que la solución aportada por el Código Técnico de la Edificación (CTE) se cimentara en normas que no contemplaban todas las modalidades de ensayo. Esto ha generado algunos problemas de aplicación que han afectado fundamentalmente a los pavimentos pulidos, que han visto prácticamente vetada su utilización en los edificios incluso en las zonas donde, por no existir presencia de agua, el riesgo es menor. El objetivo de esta tesis es analizar estos problemas de aplicación, ligados al ensayo del péndulo de fricción, y tratar de resolverlos optimizando el procedimiento de ensayo empleado, modificando sus condiciones, para representar de forma mucho más adecuada el riesgo que se pretende limitar. Para ello se ha estudiado de forma exhaustiva la literatura científica y las normas y reglamentaciones, tanto españolas como extranjeras. Se han detectado los posibles problemas que podría plantear la introducción del ensayo del péndulo de fricción en seco y se ha diseñado una campaña de ensayos, tanto de coeficiente de fricción con el péndulo, como de la rugosidad superficial, para confirmarlos o desecharlos. El análisis de los resultados de la campaña de ensayos ha permitido validar la modalidad de ensayo planteada y proponer una medida complementaria de la rugosidad superficial que resulte útil para facilitar la evaluación de este riesgo no poco importante. Los resultados de esta tesis han permitido desarrollar una modificación del CTE de próxima aparición y un documento de apoyo que ya la adelanta, y con ello, resolver el problema de aplicación del CTE a los pavimentos pulidos. ABSTRACT Slipping accidents in building environments are a serious problem involving numerous fatal accidents, loss of work days, incapacity and great costs. Prediction of such accidents is difficult due to the number of factors involved, many of which are not controllable, like footwear or users behavior. To prevent a slip the coefficient of friction provided by the combination floor-footwear-contaminant must be greater than the required coefficient of friction for stability, that depends on the step length and the walking speed among other factors. It is then necessary to measure the contribution of the floor to the slipping risk so it can be limited to an adequate extent. In the recent history many apparatuses have been developed in order to measure this contribution in the form of friction coefficients —dynamic, static or even transition COFs— but none of them seems to be internationally accepted as sufficiently valid. The Spanish Building Code, which has recently undergone a big change to a performance based code, has been innovative in this area, introducing for the first time a measurement of this contribution by means of the friction pendulum test. However, due to the European disagreement about an unique test for slip resistance, and to the limitations of the European standards derived from it, the Spanish Building Code relies on standards that do not take into account all possible methods. As a consequence, smooth floors have been seriously affected and cannot be installed in almost any place, not even in dry areas where the risk of slipping is much lower. The aim of this research is to analyze these problems associated with the pendulum test and resolve them proposing some changes to the test conditions in order to represent in a proper manner the real risk that is to be considered: the slip in dry conditions. Relevant scientific literature has been studied as well as Spanish and foreign codes and standards. Potential problems of the pendulum test in dry conditions have been detected and an experiment has been designed to confirm or discard them, testing both friction coefficient and surface roughness. The results of the experiment have permitted to validate the pendulum test in dry conditions and to suggest a complementary measurement of the surface roughness to help evaluate the slip resistance of a floor. These results have also permitted to develop an amendment to the building code that will appear soon. In the meanwhile it has been included in a support document issued by the administration to resolve this urgent problem.

Pavimentos urbanos : criterios para su uso y diseño

La necesidad creciente del ciudadano por recuperar las relaciones con su entorno en busca de un cambio que mejore su calidad de vida, hace que nos replanteemos las ciudades y los elementos que la componen. La presente investigación se centra en los pavimentos urbanos como elemento principal de conexión entre el ciudadano y su entorno, de generación del paisaje urbano. El paisaje urbano nos ofrece el pavimento como parte exterior y visible de su piel, la epidermis, en la que se apoya y desarrolla toda la actividad de la ciudad, dando forma e influyendo en la calidad del espacio Los pavimentos urbanos deben permitir la utilización y el uso de la vía pública exterior con total seguridad y confort para el ciudadano. El objetivo principal de la presente investigación es poder establecer criterios de diseño y uso en los pavimentos urbanos, atendiendo a los parámetros funcionales (estudio de la marcha humana: normal y patológica, ergonomía, antropometría, biomecánica) y formales o de diseño (relacionados con la dimensión, la forma, el color, la textura o las juntas, la usabilidad, durabilidad, desgaste). Se añaden factores externos como contaminantes, lugar, usos, climatología. La normativa existente, tanto a nivel nacional como internacional, no establece un nivel de seguridad para los pavimentos exteriores. La situación se agrava con la existencia de una variedad de métodos de ensayos y de directivas europeas, no consiguiendo llegar a un consenso en la designación del método de ensayo más adecuado al tipo de material y uso. La tesis concluye que se deben tener en cuenta las necesidades del ciudadano. Seleccionar el material adecuado al lugar y buscar las características adecuadas del material en las condiciones de uso previstas. Conocer el lugar y el uso al que se destina de forma que definamos las características fundamentales que se mantienen inalterables durante un periodo de tiempo razonable ABSTRACT The increasing need for citizens to recover their relationship with their environment as they seek to improve quality of life has made us reconsider cities and the elements that constitute them. This piece of research is focused on urban pavements as an essential element of connection between the citizen and their environment in the urban area. The urban area offers pavements as an external and visible part of its skin, its epidermis, upon which all activity is supported and carried out, giving shape and influencing in the quality of space. Citizens should be allowed to use urban pavements on public roads with total safety and comfort. The main objective of this research is to be able to establish criteria for the design and use of urban pavements, according to both functional parameters (study of human walking – normal and pathological, ergonometric, anthropometric, and biomechanically) as well as formal or design parameters (related to size, shape, colour, texture, joinings, usability, durability and resilience). Further external considerations are taken into account such as pollution, location, use and climate. Current regulations, both national and internationally, do not establish a standard degree of safety for exterior pavements. The situation is complicated further by the existence of a number of test methods and European directives, that do not reach a consensus on the most appropriate test methods on usage and materials. The thesis concludes that the focus should be citizen-centric. Materials should be chosen according to how appropriate they are for the location and the designated kind of usage. Understanding and knowing the site and the proposed kind of use are of fundamental necessity when defining the characteristics that are unchanging over a reasonable period of time.

Considerações sobre os métodos de dimensionamento estrutural de pavimentos com camadas recicladas a frio com espuma de asfalto.

A reciclagem profunda com espuma de asfalto tem sido uma alternativa de sucesso para a restauração de pavimentos degradados. Em relação às soluções tradicionais de reabilitação, como os recapeamentos, tem a vantagem de proporcionar a correção de defeitos em camadas inferiores, com a manutenção ou pequena elevação do greide da pista, além de ganhos ambientais, como um menor consumo de materiais virgens da natureza e redução do volume de material descartado. Entretanto, no Brasil não há método para dimensionamento estrutural para esta tecnologia, o que dificulta seu emprego. Para o desenvolvimento de um procedimento de dimensionamento que contemple este tipo de solução, foram estudados métodos presentes na bibliografia internacional: guia da AASHTO de 1993 e Caltrans, dos EUA, TRL386 e TRL611, da Inglaterra, as duas versões do guia sul-africano TG2 e os métodos oriundos do Austroads, tanto o procedimento interino de 2011 como adaptações de órgãos da Austrália e Nova Zelândia. Observou-se divergência de opiniões quanto ao comportamento do material reciclado com espuma de asfalto. Alguns órgãos e autores consideram o comportamento do mesmo mais próximo às misturas asfálticas, sendo o mecanismo de falha o trincamento, e outros o definem como semelhante a um material granular modificado com alta coesão e ruptura devido às deformações permanentes. Correlaciona-se tal associação ao teor de espuma usualmente utilizado nas obras rodoviárias. Outros aspectos que se destacam para este tipo de base são o ganho de resistência ao longo do tempo devido à cura, mesmo com início da operação da rodovia e a importância da infraestrutura remanescente no dimensionamento. Tais fatos foram corroborados pelos estudos de caso e resultados do trecho experimental construído na Rodovia Ayrton Senna - SP 070, monitorado por meio de ensaios deflectométricos com FWD durante um ano. Como resultado do trabalho, foi proposto um procedimento para o dimensionamento estrutural de pavimentos com camadas recicladas a frio com espuma de asfalto utilizando dados deflectométricos que atende o método do Manual de Pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) e incorpora diferentes aspectos na análise mecanicista. Outras conclusões são a viabilidade técnica a longo prazo da solução mencionada e a importância do controle tecnológico, com ênfase para o monitoramento deflectométrico nos primeiros meses de operação do pavimento para averiguar a evolução da cura do material.

Avaliação da sensibilidade associada a parâmetros incluídos em estudos de gestão da conservação de pavimentos

Nas administrações rodoviárias as questões orçamentais sofreram alguma pressão nos últimos anos devido, essencialmente, à crise económica instalada em Portugal. Por causa disso, os recursos para a construção de novas estradas diminuiu substancialmente, levando a que as verbas disponíveis para a conservação e reabilitação de estradas já existentes tenham sido muito reduzidas. Para que seja possível manter os pavimentos já existentes num estado que forneça conforto e segurança aos utilizadores, compatível com as disponibilidades orçamentais, é necessária a criação de Sistemas de Gestão de Pavimentos (SGP). Com este tipo de sistemas consegue monitorizar-se de forma mais adequada as redes rodoviárias, uma vez que pode determinar-se quais os trechos das redes a intervencionar em primeiro lugar, com recurso a Sistemas de Avaliação de Qualidade e Métodos de Apoio à Decisão. Atuando de maneira preventiva, impede-se que as degradações dos pavimentos avancem muito, reduzindo, assim, os custos totais associados à utilização das vias e às ações de conservação. Nesta dissertação é apresentada uma metodologia simples de apoiar a resolução dos problemas relacionados com a gestão da conservação dos pavimentos das redes rodoviárias dos pequenos municípios, através da realização de uma inspeção visual dos pavimentos. O levantamento da informação permite determinar os índices de qualidade dos mesmos, através do método da AASTHO, e estimar, de forma aproximada, a evolução do estado dos pavimentos num horizonte até 10 anos. A utilização de uma metodologia simples de apoio à decisão, ajuda a decidir quando e de que forma intervir durante o período de análise, de forma a ser possível prever os custos de intervenção e a sua atribuição à rede ao longo do período de análise. Aplicou-se a metodologia que se apresenta a um caso de estudo, referente a um itinerário com cerca de 11 km de extensão, da rede rodoviária da cidade de Coimbra, de modo a demonstrar a aplicabilidade prática da metodologia, mesmo quando se dispõe de poucos recursos. Para a previsão da evolução das patologias, utilizou-se o modelo determinístico da AASTHO, para o caso de trechos com tráfego de pesados significativo, e cadeias de Markov, um modelo probabilístico, para os trechos sem tráfego de pesados com significado. O caso prático possibilitou a realização de algumas análises de sensibilidade, considerando a variação de vários dos parâmetros envolvidos na avaliação da qualidade, na previsão do comportamento dos pavimentos, e na análise de custos.

Manual de conservação de pavimentos para pequenas redes rodoviárias municipais : bases para a sua elaboração

A condição ou o estado das infraestruturas rodoviárias contribui significativamente para a atividade geral da economia, promovendo a mobilidade de pessoas e bens e o consequente desenvolvimento local, regional ou nacional. Durante muitos anos o investimento público português em novas estradas foi muito elevado, relegando a conservação das vias existentes para segundo plano. Dado que este tipo de infraestruturas é abundante, e devido a razões de racionalidade orçamental, esta tendência inverteu-se. As infraestruturas existentes a necessitar de trabalhos de conservação têm vindo a aumentar e a construção de novas infraestruturas rodoviárias está a diminuir. No domínio municipal a conservação de pavimentos é ainda uma atividade pouco valorizada pelos gestores quando o estado de conservação ainda é razoável, uma vez que o seu impacto na opinião pública é reduzido, sendo por isso adotada com reservas nas decisões técnico-políticas. Acresce a este facto a pluralidade de ação dos técnicos municipais, o conhecimento técnico generalista dos mesmos e a falta de tempo disponível que não lhes permite implementar ou aperfeiçoar medidas de gestão da conservação do património rodoviário construído. Para esse efeito será necessário um conhecimento técnico, económico e financeiro das opções de conservação disponíveis no mercado e do momento oportuno para realizar essas ações. O manual, cuja estrutura se propõe nesta dissertação, pretende responder às necessidades dos técnicos municipais de forma simples e eficaz, servindo como um guia no processo de escolha das intervenções de conservação rodoviária para pavimentos flexíveis e de blocos. O manual proposto sintetiza a informação respeitante à constituição dos pavimentos rodoviários, ao desenvolvimento de patologias, à avaliação de qualidade dos pavimentos, às técnicas de conservação mais utilizadas e à gestão da conservação. Espera-se que seja uma boa ferramenta de trabalho para os técnicos municipais e que facilite o aperfeiçoamento das suas competências, no âmbito da conservação rodoviária.

Constituição, dimensionamento e conservação de pavimentos para baixos volumes de tráfego

As Estradas de baixo volume de tráfego (EBVT) têm um importante papel para o desenvolvimento de um país porque representam uma extensão considerável da malha rodoviária existente, sendo de grande relevância social e económica. A função económica da infraestrutura rodoviária traduz-se, por um lado, pelo montante de recursos investidos na sua construção e manutenção e, por outro lado, pelo suporte que garantem à mobilidade de pessoas e bens. Os pavimentos daquelas infraestruturas são uma componente fundamental para o seu bom desempenho, o que explica a importância de empregar bons métodos de dimensionamento. Pavimentos rodoviários subdimensionados e com estratégias de conservação deficientes sofrerão rotura prematura, o que conduzirá a altos custos de reconstrução e grandes perdas económicas. Por sua vez, pavimentos sobredimensionados envolverão desperdício dos recursos, os quais poderiam ser utilizados para melhorar outras características igualmente relevantes para a infraestrutura. Verifica-se ainda que, nos últimos anos, as empresas construtoras portuguesas têm alargado a sua atividade para países africanos, nos quais as soluções de pavimentação utilizam solos naturais ou estabilizados nas camadas estruturais, e revestimentos betuminosos delgados colocados sobre aquelas, porquanto há escassez de materiais pétreos para uso rodoviário. Por isso, as técnicas de pavimentação utilizadas em Portugal e na Europa não são geralmente utilizadas nos países africanos. Essa realidade leva a que os técnicos portugueses ao serviço de empresas que atuam em mercados africanos necessitem de reunir informação sistematizada sobre o assunto, o que acarreta algumas dificuldades. É, assim, de todo o interesse reunir informação dispersa sobre os materiais a utilizar para as situações referidas, assim como avaliar as metodologias de dimensionamento que poderão utilizar-se, de modo a estabelecer estruturas de pavimentos e as características dos materiais que as constituem, de modo conseguir infraestruturas de transporte rodoviário que suportem a economia de um território. A par da conceção e do dimensionamento estão as estratégias e as técnicas de conservação das estruturas de pavimentos, de modo a contribuir para a durabilidade da infraestrutura e para o desenvolvimento da economia do território servido. Pelas razões aduzidas, na presente dissertação procurou-se reunir informação dispersa sobre os aspetos relevantes da constituição, conceção, dimensionamento e conservação de pavimentos de estruturas pouco espessas de pavimentos, destinados a tráfego de pesados pouco significativo no seu ciclo de vida, mas com picos de solicitação importantes. A sistematização e análise dos aspetos relevantes, e a aplicação a casos concretos, permitiu uma análise comparativa das soluções em confronto, quer no que diz respeito aos aspetos tecnológicos da construção e da conservação, quer no que se refere aos aspetos do dimensionamento deste tipo de pavimentos, constituindo uma contribuição útil para o setor.

Avaliação do desempenho a longo prazo de pavimentos flexivéis : exploração da base de dados LTPP americana

A implementação de programas de LTPP – Long-Term Pavement Performance (avaliação do desempenho de pavimentos a longo prazo), ao criar um registo histórico sobre as características e a evolução do estado dos pavimentos da rede, revela-se uma ferramenta de valor acrescido no auxílio à tomada de decisões, no âmbito da conservação e da reabilitação de pavimentos, por parte das administrações das infraestruturas rodoviárias. O LTPP americano, dentre os existentes no mundo, é o projeto pioneiro e um dos que tem a maior quantidade de informação armazenada. Por isso, foi o escolhido no âmbito desta dissertação para estudar a evolução do estado dos pavimentos em várias secções classificadas no programa como SPS-5, incluídas no estudo de reabilitação de pavimentos betuminosos. A avaliação efetuada considera cerca de 15 anos de registos de dados, na Califórnia, no Texas e no Mississippi. Após uma breve apresentação de vários projetos LTPP existentes no mundo, descreve-se o modo como são recolhidos e estruturados os dados no LTPP americano, referindo os módulos, as tabelas e os campos considerados para estudo que se faz nesta dissertação. Os estados americanos escolhidos apresentam características climáticas que não reproduzem de forma muito próxima o que acontece em Portugal. Mesmo assim, procurou estabelecer-se um paralelo entre aquelas zonas, com base na temperatura do ar e na precipitação, de modo a poder inferir, de forma aproximada, tendências de evolução do estado dos pavimentos para Portugal Continental. A correspondência climática entre os estados americanos e as regiões portuguesas, resultou nos pares Califórnia/Beja, Texas/Lisboa e Mississippi/Porto. No que se refere ao desenvolvimento de patologias nos pavimentos, analisou-se a evolução do fendilhamento longitudinal, transversal, em bloco (ou malha) e por fadiga (ou pele de crocodilo), da desagregação superficial, do Índice de Irregularidade Internacional (IRI) e das rodeiras. O fendilhamento em bloco (ou malha) e a desagregação superficial não foram objeto de estudos estatísticos para determinação de modelos de previsão. A evolução do estado dos pavimentos, traduzida por indicadores relacionados com as patologias analisadas, foi apreciada em função de diversas variáveis associadas às técnicas de reabilitação, tais como a preparação da superfície de trabalho (realização de atividades de fresagem antes da nova camada), a espessura da camada de reforço (50 ou 125 mm) e o tipo de mistura utilizada (nova ou contendo cerca de 30% de material reciclado). Para as situações em que os dados existentes eram coerentes e em quantidade suficiente, apresentam-se análises de regressão multivariada, de modo a prever a evolução no tempo do estado dos pavimentos, tendo em conta um conjunto de variáveis explicativas relacionadas com as técnicas de reabilitação aplicadas e com o tráfego que solicitou os pavimentos. A análise agregada dos dados para cada um dos estados permitiu concluir que a preparação da superfície por fresagem, o aumento da espessura do reforço, e a utilização de misturas betuminosas novas ou com material reciclado, interferem na evolução das degradações. A influência daqueles fatores é variável em função dos diferentes tipos de patologias em análise.

Utilização do defletómetro de impacto ligeiro, do GeoGauge e do densímetro elétrico para o controlo in situ da qualidade de materiais em obras de pavimentação rodoviária

A presente dissertação procura contribuir para avaliar a utilidade de três equipamentos ligeiros na caracterização in situ de materiais de pavimentação de infraestruturas de transporte. Aquele tipo de avaliação visa o controlo de qualidade dos materiais durante o processo construtivo, embora possa contribuir também para estimar o comportamento previsível dos materiais utilizados. O estudo centrou-se principalmente na utilização do Defletómetro de Impacto Ligeiro (DIL), do GeoGauge (GG) e do Densímetro Elétrico (DE). No entanto, realizaramse complementarmente ensaios com o Cone de Penetração Dinâmica (CPD), com o Gamadensímetro (GD) e com o Indicador de Qualidade de Pavimentos (IQP). O GG e o DIL foram concebidos com o objetivo de medirem o módulo de deformabilidade de camadas constituídas por solo ou por materiais granulares. O DE destina-se a avaliar a qualidade da compactação de camadas de solo. Numa fase inicial do trabalho, fez-se uma recolha bibliográfica sobre as características, os princípios de funcionamento e o modo operatório de cada um dos equipamentos, de modo a apoiar o estudo de caso que se realizou mais tarde no âmbito do trabalho. O estudo bibliográfico centrou-se ainda na procura dos parâmetros que é possível medir com cada um dos equipamentos estudados, bem como na procura de relações entre aqueles parâmetros. Para a realização da campanha de ensaios previamente estabelecida, o estudo incluiu a construção de um modelo físico de pavimento. O pavimento construído, com dimensões em planta da ordem de 2 1,5 m2, é constituído por duas estruturas diferentes, assentes sobre a mesma fundação, com uma espessura total de 29 cm: uma formada por uma camada granular e uma camada betuminosa; a outra constituída por uma camada de solo estabilizado com cimento e uma camada betuminosa. Os materiais constituintes do modelo foram caracterizados em laboratório e/ou in situ com recurso a ensaios convencionais. Nalguns casos recorreu-se às fichas de produto para recolher as propriedades necessárias. Na fundação estudou-se a utilização do DIL, do GG e do DE. Adicionalmente, avaliou-se o solo, com o CPD e com o GD. Nas camadas granular e de solo estabilizado estudou-se a utilização do DIL, do GG e do GD. Na camada betuminosa efetuaram-se ensaios com o DIL e com o IQP. Em cada um dos materiais colocados foi estudada a utilização dos equipamentos individualmente, de modo a obter os parâmetros caracterizadores dos materiais: o CBR (com o CPD), o módulo de deformabilidade (com o DIL, o GG e o CPD), a baridade seca e o teor em água (com o GD e o DE), a baridade (com o IQP). Quando se revelou útil, compararam-se resultados obtidos com os diferentes equipamentos para cada um dos materiais. Em termos gerais, pode afirmar-se que a utilização dos equipamentos testados pode contribuir de forma útil para avaliar os materiais in situ. Contudo, foram detetadas fragilidades no processo de caracterização, particularmente no que diz respeito à análise de sistemas multicamada com o DIL. O processo de calibração necessário à obtenção de resultados fiáveis com o DE revelou-se pouco prático. Além disso, o GG permitiu obter resultados com baixa variabilidade, embora geralmente bastante diferentes dos obtidos com o DIL. Os equipamentos complementares estudados neste trabalho mostraram ser úteis na avaliação dos materiais. Em suma, para que o controlo de qualidade seja efetivo, é necessário estabelecer, através de estudos mais alargados, quais os materiais em os equipamentos estudados podem ser utilizados com propriedade, e quais os critérios de aceitação/rejeição dos materiais que devem ser considerados em cada caso.

Duas palavras sobre pavimentos /

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Rehabilitación de pavimentos con mezclas asfálticas convencionales y modificadas con polímeros en la malla vial del municipio de Itagüí

El Municipio de Itagüí en los últimos años ha sufrido un crecimiento elevado en la circulación de vehículos, especialmente los comerciales debido a que es una ciudad industrial y comercial en donde se ubican importantes fábricas a nivel regional y nacional. El incremento del parque automotor ha acelerado el deterioro de la malla vial de Itagüí, por lo cual el trabajo de grado se enfoca en realizar un estudio en el cual se hace una análisis técnico y económico sobre la utilización de mezclas asfálticas convencionales las cuales son las que actualmente se está instalando en Itagüí, y las mezclas asfálticas modificadas con polímeros que es una nueva alternativa que se está impulsando en el país, para emplearlas en la rehabilitación de pavimentos con altos niveles de tránsito. El análisis se enfoca en identificar mediante la recopilación de información bibliográfica, visitas de campo y ensayos de laboratorio, el comportamiento de las mezclas asfálticas en lo que se refiere al ahuellamiento, fatiga y envejecimiento; y con estos datos realizar una proyección del análisis del ciclo de vida del pavimento a 20 años para evaluar los costos de rehabilitación y mantenimiento de un pavimento para identificar cual es la mezcla asfáltica que brinda un valor más alto en la relación beneficio/costo para ser empleado para las condiciones actuales de Itagüí.

Reciclaje de pavimentos : estudio de las ventajas económicas del reciclaje en frío in situ de pavimentos asfalticos

En los procesos de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos, se deben definir los objetivos, bien sea para realizar unas reparaciones superficiales sobre daños generados por el agua como consecuencia de fallas en los drenajes, o bien realizar una intervención sobre la estructura buscando recuperarla a sus condiciones de diseño originales, la cual se realiza con el proceso de reciclaje el cual tiene en cuenta las características físico-químicas de los materiales existentes los cuales se consideran sufrieron el adecuado proceso que les permitió hacer parte de la estructura. Existiendo cuatro tipos de reciclaje de los cuales se realiza una descripción general de cada proceso, el presente trabajo se concentra en el análisis técnico – económico del proceso ―In situ‖ en frio, método utilizado en la rehabilitación de la vía Sopetrán - Puente de Occidente, en el Departamento de Antioquia, en una longitud de 13 Km. El presente estudio se realiza verificando el cumplimiento de las especificaciones a nivel nacional que para estos procesos estableció el Instituto Nacional de Vías (INVIAS) y verificando el cumplimiento de las normas IDU ET-2005. El reciclaje ―in situ‖ en frio tiene ventajas ecológicas (no necesita afectar las eventuales fuentes de materiales de la zona), económico (bajos costos comparados con reconstrucción) y técnico (los equipos para este proceso han presentado importantes avances tecnológicos) lo cual permitió su aplicación en la vía mencionada, lo cual con la adición de un agente estabilizador (cemento para el presente estudio) permite recuperar las condiciones iniciales de diseño de la estructura intervenida. El árbol de decisiones es una herramienta utilizada para el análisis y selección de la mejor opción de estructura a realizar teniendo en cuenta calidad y costos. El presente trabajo termina con un análisis detallado de las condiciones existentes, revisión de las diferentes opciones de intervención y el estudio económico de las diferentes alternativas de estructura de pavimento para la rehabilitación de la vía referida.