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Title: Otimização multiobjetivo aplicada à seleção de projetos de misturas asfálticas porosas utilizando o conceito de dominância de soluções
Other Titles: Multi-objective optimization applied to the selection of porous asphalt mixes projects using the concept of solution dominance.
???metadata.dc.creator???: CELESTE, Alcidney Batista.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LUCENA, Lêda Christiane de Figueiredo Lopes.
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: GALVÃO, Carlos de Oliveira.
???metadata.dc.contributor.referee1???: SOARES, Jorge Barbosa.
???metadata.dc.contributor.referee2???: CUNHA, John Elton de Brito Leite.
???metadata.dc.contributor.referee3???: LUCENA, Adriano Elisio de Figueiredo Lopes.
Keywords: Dominância de soluções;Otimização multiobjetivo;Misturas asfálticas porosas;Pavimentos permeáveis;LID;Solution dominance;Multiobjective optimization;Porous asphalt mixture;Permeable pavements
Issue Date: 14-May-2025
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: CELESTA, Alcidney Batista. Otimização multiobjetivo aplicada à seleção de projetos de misturas asfálticas porosas utilizando o conceito de dominância de soluções. 2025. 227 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil e Ambiental) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2025.
???metadata.dc.description.resumo???: A abordagem para a gestão de águas pluviais, no espaço urbano, denominada Low Impact Development (LID), vem conquistando o interesse da comunidade internacional devido à crescente urbanização dos países em desenvolvimento, à impermeabilização do solo urbano e, principalmente, às alterações do regime de precipitações provocadas pelas mudanças climáticas. Contudo, debates devido à falta de consenso sobre sua conceitualização reforçam a criação de pontos cegos na prática. Essa desconexão entre conceitualização e prática é uma manifestação da forma como as visões dominantes sobre o desenvolvimento urbano são impostas de cima para baixo. Não obstante às críticas em relação ao LID, esta pesquisa estudou uma de suas técnicas mais tradicionais, os denominados pavimentos permeáveis. Buscou-se, portanto, selecionar projetos de misturas asfálticas porosas utilizadas como revestimento superficial dos pavimentos permeáveis, com base em critérios mecânicos e funcionais. Foram concebidos 15 projetos de misturas asfálticas porosas, combinando cinco granulometrias e três teores de ligantes distintos. Das cinco granulometrias, três foram de faixas nacionais e duas de faixas internacionais. Na primeira etapa foram estudados os parâmetros mecânicos, por meio dos ensaios de resistência à tração, módulo de resiliência, perda de massa cântabro e dano por umidade induzida. Na segunda etapa avaliou-se o desempenho funcional, com ensaios de permeabilidade, infiltração e retenção de água. O tempo de encharcamento da superfície do pavimento também foi outra variável avaliada. Na terceira etapa, problemas específicos de otimização, como conciliar objetivos mecânicos e funcionais conflitantes entre si, foram concebidos em diferentes cenários. Cada problema foi resolvido utilizando um modelo de otimização baseado no conceito de dominância de soluções, que consiste na escolha de uma ou mais soluções ótimas com melhores compromissos (trade offs) entre os múltiplos objetivos que se desejam otimizar. A solução para cada problema se deu pela seleção das misturas mais adequadas para cada cenário proposto. Algumas condições de contorno ajudaram a formular problemas com objetivos conflitantes envolvendo os pavimentos permeáveis, como o nível de tráfego, clima, temperatura e condições de drenagem da rodovia. Dentre os resultados dos ensaios mecânicos, o atendimento à resistência à tração mínima foi um problema quase sistemático, enquanto a rigidez mostrou-se mais influenciada pela granulometria da mistura e a perda de massa pelo teor de ligante. Quanto à suscetibilidade à umidade, as misturas obtiveram respostas satisfatórias, devido, principalmente, ao tipo de ligante utilizado. Sobre o desempenho funcional, os vazios comunicantes da mistura se mostraram diretamente proporcionais à permeabilidade e, juntamente com a granulometria e o teor de ligante, influenciam a sua capacidade de retenção de água. O teor de ligante e a granulometria também influenciaram a taxa de infiltração e, consequentemente, o tempo de encharcamento superficial, mas são as espessuras e a anisotropia demais camadas do pavimento que determinam a rapidez para se atingir a sua capacidade de infiltração potencial, o que impacta, diretamente, o seu tempo de encharcamento superficial. Quanto aos resultados das otimizações, não apenas uma, mas um conjunto de misturas pode ser solução de um mesmo problema multiobjetivo e a tomada de decisão depende das condições de contorno do problema. De uma forma geral, misturas porosas com maiores teores de ligante e com diâmetros máximos de agregados de 12,5 mm se sobressaíram em relação às demais misturas disponíveis no espaço de decisão.
Abstract: The Low Impact Development (LID) approach to rainwater management in urban areas has been gaining interest from the international community due to the growing urbanization of developing countries, the sealing of urban soil and, mainly, the changes in rainfall patterns caused by climate change. However, debates due to the lack of consensus on its conceptualization reinforce the creation of blind spots in practice. This disconnect between conceptualization and practice is a manifestation of the way in which dominant visions of urban development are imposed from the top down. Despite the criticism of LID, this research studied one of its most traditional techniques, the permeable pavements. The aim was to select designs for porous asphalt mixtures used as a surface coating for permeable pavements, based on mechanical and functional criteria. Fifteen porous asphalt mix designs were conceived, combining five different grain sizes and three different binder contents. Among five gradings, three were from national ranges and two from international ranges. In the first stage, the mechanical parameters studied were restricted of tensile strength, resilience modulus, cantabro loss mass and induced moisture damage tests. In the second stage, the functional performance was assessed with permeability, infiltration and water retention tests. The ponding time of the pavement surface was also evaluated. In the third stage, specific optimization problems, such as reconciling conflicting mechanical and functional objectives, were designed in different scenarios. Each problem was solved using an optimization model based on the concept of solution dominance, which consists of choosing one or more optimal solutions with the best trade offs between the multiple objectives to be optimized. Each problem was solved by selecting the most suitable mixtures for each proposed scenario. Some boundary conditions helped formulate problems with conflicting objectives involving permeable pavements, such as traffic levels, climate, temperature and road drainage conditions. Among the results of the mechanical tests, meeting the minimum tensile strength was an almost systematic problem, while stiffness was more influenced by the grain size of the mixture and mass loss by the binder content. With regard to moisture susceptibility, the mixtures obtained satisfactory responses, mainly due to the type of binder used. In terms of functional performance, the communicating voids in the mix were directly proportional to the permeability and, together with the grain size and binder content, influence its water retention capacity. The binder content and granulometry also influenced the infiltration rate and, consequently, the ponding time, but it is the thickness and anisotropy of the other pavement layers that determine how quickly they reach their potential infiltration capacity, which directly impacts their ponding time. As for the results of the optimizations, not just one, but a set of mixtures can be the solution to the same multiobjective problem and the decision depends on the boundary conditions. In general, porous mixtures with higher binder contents and maximum aggregate diameters of 12.5 mm stood out from the other mixtures available in the decision space.
Keywords: Dominância de soluções
Otimização multiobjetivo
Misturas asfálticas porosas
Pavimentos permeáveis
LID
Solution dominance
Multiobjective optimization
Porous asphalt mixture
Permeable pavements
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Civil e Ambiental
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/42188
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Civil e Ambiental

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