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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/21583
Tipo de Documento: | Dissertação |
Título: | Modelo de otimização mecanicista e funcional aplicado ao dimensionamento de pavimentos semirrígidos |
Autor(es): | Silva, Diewelly Maria |
Data do documento: | 29-Ago-2024 |
Orientador: | Albuquerque, Fernando Silva |
Coorientador: | Celeste, Alcigeimes Batista |
Resumo: | As malhas rodoviárias desempenham papel preponderante no transporte de cargas e passageiros em todo o mundo, representando, consequentemente, a maior parcela de investimentos em infraestrutura. Sabendo-se que o dimensionamento de pavimentos interfere diretamente no Custo no Ciclo de Vida (CCV) do pavimento, a obtenção de soluções ótimas num específico cenário técnico e econômico é algo desejável. Nessa ótica, o objetivo central desta pesquisa consistiu na otimização do dimensionamento estrutural das camadas de pavimentos flexíveis e semirrígidos, levando em consideração variáveis como o tipo de estrutura, as espessuras das camadas e os custos dos materiais empregados. Para tanto, a aplicação de técnicas de otimização se revelou numa abordagem altamente eficaz na busca por um dimensionamento apropriado de pavimentos. Os algoritmos de pesquisa inteligente emergem como instrumentos valiosos na busca pelo “projeto ideal”, aquele que não apenas maximiza os benefícios proporcionados, mas também minimiza os custos associados à construção do pavimento. A implementação dessa técnica foi realizada por meio do software livre e plataforma de computação numérica Octave e integrou abordagem mecanística-empírica, funcional e econômica para otimizar as espessuras das camadas de pavimentos. O software ELSYM5 foi utilizado como sub-rotina especializada para cálculos de tensões e deformações críticas no pavimento. Os resultados dessas análises foram aplicados em modelos de previsão de desempenho para estimativa de danos e vida de serviço. A estrutura de pavimento apta do ponto de vista mecânico, também passou por análise de desempenho de Irregularidade Longitudinal (International Roughness Index – IRI). Levando-se em conta que as soluções possíveis seriam apenas as que tivessem viabilidade econômica, ou seja, com CCV menor que o orçamento disponível, algumas técnicas de otimização foram testadas e comparadas à solução de engenharia aplicada em um Trecho Monitorado da BR-101/SE. Dentre as quatro técnicas de otimização testadas nessa pesquisa, os algoritmos evolucionários se destacaram como uma tendência robusta e promissora, principalmente pela sua facilidade de implementação e pela obtenção da solução tecnicamente viável mais econômica entre as testadas, com economia estimada de 18% no CCV em relação à efetivamente aplicada na BR-101/SE. |
Abstract: | Road networks are critical for the global transportation of goods and passengers, accounting for the largest share of infrastructure investments. Since pavement design directly impacts the Life Cycle Cost (LCC) of pavement, achieving optimal solutions within specific technical and economic contexts is highly desirable. The primary objective of this research was to optimize the structural design of flexible and semi-rigid pavement layers, considering variables such as structural type, layer thicknesses, and material costs. Consequently, the application of optimization techniques has proven to be highly effective in achieving suitable pavement designs. Intelligent search algorithms emerge as valuable tools in the quest for the "ideal project," maximizing benefits while minimizing pavement construction costs. This technique was implemented by means of the free software and numerical computation platform Octave, integrating mechanistic-empirical, functional, and economic approaches to optimize pavement layer thicknesses. The ELSYM5 software served as a specialized subroutine for calculating critical stresses and strains in the pavement. These analysis results were evaluated using performance prediction models to estimate damage and service life. The mechanically suitable pavement structure was also subjected to a performance analysis of Roughness (International Roughness Index – IRI). Given that feasible solutions are those with economic viability, i.e., with LCC within the available budget, various optimization techniques were tested and compared to the engineering solution applied in a Monitored Section of BR-101/SE. Among the four optimization techniques tested in this research, evolutionary algorithms stood out as a robust and promising approach, primarily due to their ease of implementation and for providing the most economically viable technically feasible solution, with an estimated 18% LCC savings compared to the solution applied on BR-101/SE. |
Palavras-chave: | Pavimentos Otimização estrutural Análise estrutural Engenharia Estudos de viabilidade Pavimentação Dimensionamento Algoritmo evolucionário Análise funcional Análise econômica Pavement Design Optimization Evolutionary algorithm Structural analysis Functional analysis Economic analysis |
área CNPQ: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
Agência de fomento: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES |
Idioma: | por |
Sigla da Instituição: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação em Engenharia Civil |
Citação: | SILVA, Diewelly Maria. Modelo de otimização mecanicista e funcional aplicado ao dimensionamento de pavimentos semirrígidos. 2024. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Cívil) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2024. |
URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/21583 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Civil |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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