Estudo do ciclo de vida de pontes rodoviárias : sistema de apoio a análise comparativa dos custos ao longo do ciclo de vida de diferentes soluções para pontes rodoviárias de betão armado

Abstract

A evolução das redes de transportes tem acompanhado, ao longo do tempo, a própria evolução das sociedades. Hoje, como tem sido ao longo dos tempos, tem um peso fundamental quer no desenvolvimento social quer no económico. As pontes, pelas suas características singulares, são elementos que permitem que as vias atravessem rios, estuários, canais, vias, vales e muito outros obstáculos, tanto naturais como criados pelo Homem. Dado que a deterioração das obras de arte é inevitável, é fundamental que a sua gestão se faça otimizando os cada vez mais escassos recursos existentes. Pretende-se com a presente Tese criar um método inovador que permite quantificar os custos de ciclo de vida de tabuleiros de pontes rodoviárias em betão armado, possibilitando, deste modo, apoiar a tomada de decisão no que concerne à escolha de entre diversas alternativas de construção / reparação. Inicia-se com a apresentação dos sistemas de gestão de pontes que existem a nível mundial e a nível nacional de modo a demonstrar a clara necessidade de um sistema de apoio à tomada de decisão que seja rápido e intuitivo. São expostos os principais mecanismos de deterioração de tabuleiros de pontes de betão armado, onde se apresentam alguns modelos de previsão da deterioração fundamentados nas principais características materiais e ambientais das pontes. São depois apresentados e caracterizados alguns dos mais modernos materiais de construção utilizados em pontes de betão armado. São descritas de forma sucinta e resumida, as suas principais características com um especial enfoque nos seus custos e vida útil. São também apresentadas para cada um dos materiais as vantagens e desvantagens da sua utilização. Após a determinação e apresentação dos custos diretos, é apresentada a quantificação dos custos dos utentes. Estes cálculos são realizados tendo em consideração os custos de operação dos veículos, os custos do tempo e os custos de acidente. Os custos dos utentes são determinados comparando os custos de circulação em vias sem qualquer impedimento e o custo decorrente da circulação com tráfego condicionado. O modelo criado é aplicado a uma ponte real onde se estudam os custos resultantes de diversas alternativas de reparação. De modo a se poderem definir algumas recomendações de atuação, é realizada uma análise de sensibilidade aos parâmetros que são considerados mais importantes. No final, são expostas as principais conclusões e recomendações de atuação e apresentadas algumas sugestões de desenvolvimento futuros resultantes das limitações do modelo criado.

Throughout the years the road network has evolved alongside society. Nowadays, as well as throughout the ages, it has played an important role in both social and economical development. Due to their unique features, bridges are structures that allow roadways to cross over rivers, canals, roads, valleys and many other natural or manmade obstacles. Given that the deterioration of bridges is inevitable, it is crucial that their management is accomplished by optimizing the increasingly scarce economic resources. The aim of this Thesis is to create an innovative method that quantifies the life cycle costs of concrete decks of roadway bridges that supports the decision-making regarding the optimal selection between several construction / repair alternatives. The Thesis starts with a presentation of existing bridge management systems, at a worldwide and national level, with the purpose of demonstrating the need for a fast and intuitive system for supporting the decision-making process. The main deterioration mechanisms of concrete decks are presented along with some deterioration models based on the main material and environmental characteristics of bridges. Some of the most modern materials that are used on concrete bridges are also presented and characterized. These materials are briefly described and their main properties are summarized with a special focus on their cost and service life. Some advantages and disadvantages of their applications are also presented. After the determination and presentation of the direct costs, the quantification of the user costs is presented. These calculations are made taking into account the vehicle operating costs, the cost of time and accident costs. The user costs are determined by comparing the traffic costs under free flow conditions with those that result from conditioning the traffic flow. The model created is applied to an existing bridge, where the determination and comparison of the costs of the application of different repair alternatives are analysed. In order to be able to make some recommendations of operation sensitivity analysis of the parameters that are considered most important is performed. The main conclusions and recommendations are presented at the end of the Thesis, and some suggestions are made for future development resulting from limitations of the model created.