Investigation of the Effect of Speed on the Dynamic Impact Factor for Bridges with Different Entrance Conditions, 2016

The dynamic interaction of vehicles and bridges results in live loads being induced into bridges that are greater than the vehicle’s static weight. To limit this dynamic effect, the Iowa Department of Transportation (DOT) currently requires that permitted trucks slow to five miles per hour and span the roadway centerline when crossing bridges. However, this practice has other negative consequences such as the potential for crashes, impracticality for bridges with high traffic volumes, and higher fuel consumption. The main objective of this work was to provide information and guidance on the allowable speeds for permitted vehicles and loads on bridges .A field test program was implemented on five bridges (i.e., two steel girder bridges, two pre-stressed concrete girder bridges, and one concrete slab bridge) to investigate the dynamic response of bridges due to vehicle loadings. The important factors taken into account during the field tests included vehicle speed, entrance conditions, vehicle characteristics (i.e., empty dump truck, full dump truck, and semi-truck), and bridge geometric characteristics (i.e., long span and short span). Three entrance conditions were used: As-is and also Level 1 and Level 2, which simulated rough entrance conditions with a fabricated ramp placed 10 feet from the joint between the bridge end and approach slab and directly next to the joint, respectively. The researchers analyzed and utilized the field data to derive the dynamic impact factors (DIFs) for all gauges installed on each bridge under the different loading scenarios.

Pilot Study on Improving the Efficiency of Transportation Projects Using Laser Scanning, 2003

Laser scanning is a terrestrial laser-imaging system that creates highly accurate three-dimensional images of objects for use in standard computer-aided design software packages. This report describes results of a pilot study to investigate the use of laser scanning for transportation applications in Iowa. After an initial training period on the use of the scanner and Cyclone software, pilot tests were performed on the following projects: intersection and railroad bridge for training purposes; section of highway to determine elevation accuracy and pair of bridges to determine level of detail that can be captured; new concrete pavement to determine smoothness; bridge beams to determine camber for deck-loading calculations; stockpile to determine volume; and borrow pit to determine volume. Results show that it is possible to obtain 2-6 mm precision with the laser scanner as claimed by the manufacturer compared to approximately one-inch precision with aerial photogrammetry using a helicopter. A cost comparison between helicopter photogrammetry and laser scanning showed that laser scanning was approximately 30 percent higher in cost depending on assumptions. Laser scanning can become more competitive to helicopter photogrammetry by elevating the scanner on a boom truck and capturing both sides of a divided roadway at the same time. Two- and three-dimensional drawings were created in MicroStation for one of the scanned highway bridges. It was demonstrated that it is possible to create such drawings within the accuracy of this technology. It was discovered that a significant amount of time is necessary to convert point cloud images into drawings. As this technology matures, this task should become less time consuming. It appears that laser scanning technology does indeed have a place in the Iowa Department of Transportation design and construction toolbox. Based on results from this study, laser scanning can be used cost effectively for preliminary surveys to develop TIN meshes of roadway surfaces. It also appears that this technique can be used quite effectively to measure bridge beam camber in a safer and quicker fashion compared to conventional approaches. Volume calculations are also possible using laser scanning. It seems that measuring quantities of rock could be an area where this technology would be quite beneficial since accuracy is more important with this material compared to soil. Other applications for laser scanning could include developing as-built drawings of historical structures such as the bridges of Madison County. This technology could also be useful where safety is a concern such as accurately measuring the surface of a highway active with traffic or scanning the underside of a bridge damaged by a truck. It is recommended that the Iowa Department of Transportation initially rent the scanner when it is needed and purchase the software. With time, it may be cost justifiable to purchase the scanner as well. Laser scanning consultants can be hired as well but at a higher cost.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Highway Performance and Time-Sensitive Industries, 1998

This report addresses delays to freight shippers. Although the focus is on just-in-time (JIT) businesses, the authors also note that non JIT businesses also suffer delays that impact their productivity. The table of contents lists the following headings: chapter 1 - introduction - a trial application: the Des Moines metropolitan area; structure of the report; chapter 2 - reliability at the forefront of freight transport demand - manufacturing and inventory; just-in-time operations in the U.S.; transportation consequences; summary; chapter 3 - JIT operations in Iowa - survey and sample; trucking activity and service; just-in-time truck transportation in Iowa; assessment of factors affecting truck transportation service; summary and conclusions; chapter 4 - travel time uncertainty induced by incidents - a probabilistic model for incident occurrences and durations; calculation of delay; trial application; conclusions; and chapter 5 - conclusions and recommendations - conclusions; recommendations.

Validation of stress indicators for the assessment of animal welfare and prediction of pork meat quality variation at commercial level

Les procédures appliquées avant l’abattage des animaux influencent directement la qualité de la viande en modulant l’état physiologique des porcs; ainsi, l’augmentation de la température corporelle, les taux élevés de lactate sanguin et l’épuisement des réserves de glycogène entre autres, occasionnent la majorité des baisses de qualité. L’objectif de cette thèse était de valider des outils indicateurs de stress porcin pour les fermes et les abattoirs. Ceux-ci seraient appliqués à la surveillance du bien-être animal et à la prédiction de variation de qualité de la viande porcine au niveau commercial. Premierement, les résultats de la thèse ont permis de conclure qu’un des outils développés (analyseur portatif de lactate) mesure la variation du niveau de lactate sanguin associé à l’état physiologique des porcs dans la phase péri-mortem et aide à expliquer la variation de la qualité de la viande chez le porc à l’abattoir, en particulier dans les muscles du jambon. Deuxièmement, les résultats des audits du bien-être animal appliqués de la ferme à l’abattoir ont démontré que la qualité du système d’élevage à la ferme d’origine et les compétences du chauffeur de camion sont d’importants critères affectant la réponse comportementale des porcs à la manipulation avant l’abattage. Ces résultats ont également démontré que les conditions de logement à la ferme (la faible densité et l’enrichissement dans les enclos), le comportement des porcs en période pré-abattage (glissade), ainsi que les interventions du manipulateur (utilisation du bâton électrique) dans la zone d’étourdissement de l’abattoir affectent négativement la variation de la qualité de la viande. L’application des protocoles d’audits dans la filière porcine a également démontré que le respect des critères de bien-être animal fixés par un outil de vérification est primordiale et permet de contrôler les conditions de bien-être des porcs à chaque étape de la période pré-abattage, de produire une viande de qualité supérieure et de réduire les pertes. Les audits de bien-être animal sont donc un outil qui apporte des resultats très pertinents pour aider a éviter les variations de la qualité de la viande chez le porc. Troisièmement, la thermographie infrarouge s’est avéré être une technique prometteuse permettant d’évaluer la variation de température corporelle de l’animal pendant et après un stress physique, en particulier lorsque cette mesure est prise derrière les oreilles. En conclusion, les outils validés à travers cette thèse représentent des méthodologies non invasives et potentiellement complémentaires à d’autres approches d’évaluation de l’état physiologique et du bien-être animal par rapport au stress, permettant de réduire les pertes de qualité de viande (par exemple en utilisation conjointe avec le niveau de lactate sanguin et les indicateurs de stress comportemental, entre autres).

Dynamic Simulation Methods for Evaluating Motor Vehicle and Roadway Design and Resolving Policy Issues, 1990

This study had three objectives: (1) to develop a comprehensive truck simulation that executes rapidly, has a modular program construction to allow variation of vehicle characteristics, and is able to realistically predict vehicle motion and the tire-road surface interaction forces; (2) to develop a model of doweled portland cement concrete pavement that can be used to determine slab deflection and stress at predetermined nodes, and that allows for the variation of traditional thickness design factors; and (3) to implement these two models on a work station with suitable menu driven modules so that both existing and proposed pavements can be evaluated with respect to design life, given specific characteristics of the heavy vehicles that will be using the facility. This report summarizes the work that has been performed during the first year of the study. Briefly, the following has been accomplished: A two dimensional model of a typical 3-S2 tractor-trailer combination was created. A finite element structural analysis program, ANSYS, was used to model the pavement. Computer runs have been performed varying the parameters defining both vehicle and road elements. The resulting time specific displacements for each node are plotted, and the displacement basin is generated for defined vehicles. Relative damage to the pavement can then be estimated. A damage function resulting from load replications must be assumed that will be reflected by further pavement deterioration. Comparison with actual damage on Interstate 80 will eventually allow verification of these procedures.

Estimates of Total Fuel Consumption in Transporting Grain from Iowa to Major Grain-Importing Countries by Alternative Modes and Routes, 1985

This study measured fuel consumption in transporting grain from Iowa origins to Japan and Amsterdam by alternative routes and modes of transport and applied these data to construct equations for fuel consumption from Iowa origins to alternative final destinations. Some of the results are as follows: (1) The metered tractor-trailer truck averaged 186.6 gross ton-miles per gallon and 90.5 net ton-miles per gallon when loaded 50% of total miles. (2) The 1983 fuel consumption of seven trucks taken from company records was 82.4 net ton-miles per gallon at 67.5% loaded miles and 68.6 net ton-miles per gallon at 50% loaded miles. (3) Unit grain trains from Iowa to West Coast ports averaged 437.0 net ton-miles per gallon whereas unit grain trains from Iowa to New Orleans averaged 640.1 net ton-miles per gallon--a 46% advantage for the New Orleans trips. (4) Average barge fuel consumption on the Mississippi River from Iowa to New Orleans export grain elevators was 544.5 net ton-miles per gallon, with a 35% backhaul rate. (5) Ocean vessel net ton-miles per gallon varies widely by size of ship and backhaul percentage. With no backhaul, the average net ton-miles per gallon were as follows: for 30,000 dwt ship, 574.8 net ton-miles per gallon; for 50,000 dwt ship, 701.9; for 70,000 dwt ship, 835.1; and for 100,000 dwt ship, 1,043.4. (6) The most fuel efficient route and modal combination to transport grain from Iowa to Japan depends on the size of ocean vessel, the percentage of backhaul, and the origin of the grain. Alternative routes and modal combinations in shipping grain to Japan are ranked in descending order of fuel efficiencies.

World class manufacturing: criando estabilidade nos 4M's: expedição

Atualmente, as empresas deparam-se com uma enorme competitividade dos mercados. Esta competitividade faz com que as empresas sejam obrigadas a reagir, através da redução de custos, maior qualidade, redução de desperdícios e processos produtivos mais aptos às necessidades dos clientes. De facto, o grande objetivo de qualquer empresa é a criação de valor para o cliente. É necessário disponibilizar o produto certo, na quantidade certa, no tempo certo e ao custo mínimo, contribuindo de forma eficiente para a melhoria do serviço ao cliente. Por forma a melhorar o serviço ao cliente, as empresas sentem cada vez mais necessidade de recorrer à estabilidade dos processos. O presente projeto tem como principal objetivo a criação de estabilidade nos processos da expedição de uma empresa de argamassas industriais, através do uso de ferramentas pertencentes ao programa World Class Manufacturing com base na filosofia Lean Thinking. Primeiramente, foi utilizado o Value Stream Mapping por forma a representar visualmente as etapas envolvidas nos fluxos de valor da expedição. Depois de calculados os indicadores referentes aos processos da expedição e identificação dos problemas, usaram-se as ferramentas “5 Porquês” e diagrama de Ishikawa para se identificarem as causas raiz dos mesmos. Como contramedida ao combate às causas raiz dos problemas, utilizou-se a ferramenta SMED, comparando o tempo de carga de um camião a um setup. Foram usadas como exemplo duas situações que retratam na íntegra os problemas que ocorrem na área da expedição da empresa. Como plano de ação, reorganizou-se o armazém de preparação de encomendas e utilizou-se a ferramenta Kanban como forma de auxílio no reabastecimento do armazém de preparação de encomendas. Após a implementação, foi feito o seguimento do plano de ações, do método de trabalho e dos indicadores Apesar de não terem sido atingidos todos os objetivos propostos no início do projeto, verificaram-se melhorias em todos os processos da expedição.

Machine for visual inspection

The project was made during the Erasmus+ Program in Instituto Superior de Engenharia do Porto, Portugal. I had a pleasure to do this in Gislotica Mechanical Solution, Lda. This document presents a process of design a vertical inspection station for truck tires. The first part contains an introduction. There are information about Gislotica Company and also first analysis of problem. In next part is presented way to figured out the task and described all issues connected with designed machine. In last part were made some conclusions about problems and results. There is a place not only for sum up design process but also my develop during the project. I repeatedly pointed out which issues were new for me. A lot of times I focus on myself and gained experience and information about design process.

Manual del conductor de South Carolina : automóviles, camiones, motocicletas

This manual explains the rules of the road in South Carolina and what the law expects of you as a driver. The purpose is to help you learn traffic control devices, signs and pavement markings, which you must know before you get on the highway.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Vehicle Routing Problems that Minimize the Completion Time: Heuristics, Worst-Case Analyses, and Computational Results

In the standard Vehicle Routing Problem (VRP), we route a fleet of vehicles to deliver the demands of all customers such that the total distance traveled by the fleet is minimized. In this dissertation, we study variants of the VRP that minimize the completion time, i.e., we minimize the distance of the longest route. We call it the min-max objective function. In applications such as disaster relief efforts and military operations, the objective is often to finish the delivery or the task as soon as possible, not to plan routes with the minimum total distance. Even in commercial package delivery nowadays, companies are investing in new technologies to speed up delivery instead of focusing merely on the min-sum objective. In this dissertation, we compare the min-max and the standard (min-sum) objective functions in a worst-case analysis to show that the optimal solution with respect to one objective function can be very poor with respect to the other. The results motivate the design of algorithms specifically for the min-max objective. We study variants of min-max VRPs including one problem from the literature (the min-max Multi-Depot VRP) and two new problems (the min-max Split Delivery Multi-Depot VRP with Minimum Service Requirement and the min-max Close-Enough VRP). We develop heuristics to solve these three problems. We compare the results produced by our heuristics to the best-known solutions in the literature and find that our algorithms are effective. In the case where benchmark instances are not available, we generate instances whose near-optimal solutions can be estimated based on geometry. We formulate the Vehicle Routing Problem with Drones and carry out a theoretical analysis to show the maximum benefit from using drones in addition to trucks to reduce delivery time. The speed-up ratio depends on the number of drones loaded onto one truck and the speed of the drone relative to the speed of the truck.

“Mais vale intervir, do que remediar" Cultura de segurança e resiliência: O futuro caminho das organizações

Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto Superior de Psicologia Aplicada para obtenção de grau de Mestre na especialidade de Psicologia Social e das Organizações.

EVALUATION OF POTENTIAL TRANSLOAD FACILITY LOCATIONS IN THE UPPER PENINSULA (UP) OF MICHIGAN

Shippers want to improve their transportation efficiency and rail transportation has the potential to provide an economical alternative to trucking, but it also has potential drawbacks. The pressure to optimize transportation supply chain logistics has resulted in growing interest in multimodal alternatives, such as a combination of truck and rail transportation, but the comparison of multimodal and modal alternatives can be complicated. Shippers in Michigan’s Upper Peninsula (UP) face similar challenges. Adding to the challenge is the distance from major markets and the absence of available facilities for transloading activities. This study reviewed three potential locations for a transload facility (Nestoria, Ishpeming, and Amasa) where truck shipments could be transferred to rail and vice versa. These locations were evaluated on the basis of transportation costs for shippers when compared to the use of single mode transportation by truck to Wisconsin, Chicago, Minneapolis, and Sault Ste. Marie. In addition to shipping costs, the study also evaluated the potential impact of future carbon emission penalties on the shipping cost and the effects of changing fuel prices on shipping cost. The study used data obtained from TRANSEARCH database (2009) and found that although there were slight differences between percent savings for the three locations, any of them could provide potential benefits for movements to Chicago and Minneapolis, as long as final destination could be accessed by rail for delivery. Short haul movements of less than 200 miles (Wisconsin and Sault Ste. Marie) were not cost effective for multimodal transport. The study also found that for every dollar increase in fuel price, cost savings from multimodal option increased by three to five percent, but the inclusion of emission costs would only add one to two percent additional savings. Under a specific case study that addressed shipments by Northern Hardwoods, the most distant locations in Wisconsin would also provide cost savings, partially due to the possibility of using Michigan trucks with higher carrying capacity for the initial movement from the facility to transload location. In addition, Minneapolis movements were found to provide savings for Northern Hardwoods, even without final rail access.

Effect of Pavement-Vehicle Interaction on Highway Fuel Consumption and Emission

Vehicle fuel consumption and emission are two important effectiveness measurements of sustainable transportation development. Pavement plays an essential role in goals of fuel economy improvement and greenhouse gas (GHG) emission reduction. The main objective of this dissertation study is to experimentally investigate the effect of pavement-vehicle interaction (PVI) on vehicle fuel consumption under highway driving conditions. The goal is to provide a better understanding on the role of pavement in the green transportation initiates. Four study phases are carried out. The first phase involves a preliminary field investigation to detect the fuel consumption differences between paired flexible-rigid pavement sections with repeat measurements. The second phase continues the field investigation by a more detailed and comprehensive experimental design and independently investigates the effect of pavement type on vehicle fuel consumption. The third study phase calibrates the HDM-IV fuel consumption model with data collected in the second field phase. The purpose is to understand how pavement deflection affects vehicle fuel consumption from a mechanistic approach. The last phase applies the calibrated HDM-IV model to Florida’s interstate network and estimates the total annual fuel consumption and CO2 emissions on different scenarios. The potential annual fuel savings and emission reductions are derived based on the estimation results. Statistical results from the two field studies both show fuel savings on rigid pavement compared to flexible pavement with the test conditions specified. The savings derived from the first phase are 2.50% for the passenger car at 112km/h, and 4.04% for 18-wheel tractor-trailer at 93km/h. The savings resulted from the second phase are 2.25% and 2.22% for passenger car at 93km/h and 112km/h, and 3.57% and 3.15% for the 6-wheel medium-duty truck at 89km/h and 105km/h. All savings are statistically significant at 95% Confidence Level (C.L.). From the calibrated HDM-IV model, one unit of pavement deflection (1mm) on flexible pavement can cause an excess fuel consumption by 0.234-0.311 L/100km for the passenger car and by 1.123-1.277 L/100km for the truck. The effect is more evident at lower highway speed than at higher highway speed. From the network level estimation, approximately 40 million gallons of fuel (combined gasoline and diesel) and 0.39 million tons of CO2 emission can be saved/reduced annually if all Florida’s interstate flexible pavement are converted to rigid pavement with the same roughness levels. Moreover, each 1-mile of flexible-rigid conversion can result in a reduction of 29 thousand gallons of fuel and 258 tons of CO2 emission yearly.