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Title in Portuguese: Contributions to the tire-pavement friction characterization from the traffic safety perspective
Author: Maia, Renan Santos
Advisor(s): Castelo Branco, Verônica Teixeira Franco
Keywords: Tire-pavement friction
Traffic Safety
Digital Image Processing
Microscopic Simulation
Urban Environment
Calçadas
Segurança no trânsito
Urbanização
Image processing - digital thecniques
Simulação (computadores digitais)
Issue Date: 2020
Citation: MAIA, R. S. (2020)
Abstract in Portuguese: A OMS reconhece os acidentes de trânsito como um problema de saúde pública, causado por um conjunto complexo de fatores, muitos dos quais relacionados à engenharia de transportes. Quando se trata de infraestrutura, o Desempenho de Segurança de Tráfego (TSP) é função do atrito pneu-pavimento. Mesmo assim, os operadores rodoviários e autoridades urbanas geralmente ignoram essa propriedade nas práticas de projeto e construção de pavimentos, tomando decisões e estratégias relacionadas à segurança somente após a ocorrência de acidentes. As duas primeiras etapas deste trabalho tiveram como objetivo empregar técnicas de Processamento Digital de Imagens (DIP), como o Aggregate Imaging Measurement System (AIMS) e a Close-Range Photogrammetry (CRP) para prever o coeficiente de atrito pneu-pavimento (μ) em laboratório e medi-lo em campo. Primeiramente, esta pesquisa propôs a utilização de um modelo preditivo de μ a partir das propriedades de forma de agregados, granulometrias de misturas e características do tráfego. Na segunda etapa desta pesquisa, uma mistura aeroportuária típica foi projetada e compactada em pistas em escala real, aplicando-se 8 diferentes protocolos. Para a análise de textura, foram aplicados testes tradicionais (Mancha de Areia - SP e Pêndulo Britânico - BP) e técnicas de DIP (AIMS e CRP). Como resultado, modelos para estimar μ na fase pós-construção foram propostos a partir de parâmetros obtidos na análise de textura a partir do AIMS (MPD), bem como de parâmetros obtidos na análise de modelos tridimensionais (MPD e Vmp). Por fim, a avaliação de conflitos veiculares em diferentes cenários urbanos foi realizada por meio de simulação microscópica de tráfego (software VISSIM) e Surrogate Measures of Safety (SMoS) para a proposição de requisitos mínimos e ideais de μ com base nos parâmetros do TSP. Os indicadores de TSP podem ser usados para comparar duas condições principais: as taxas de desaceleração necessárias para os veículos evitarem uma colisão (DRAC) e as taxas de desaceleração máximas disponíveis (MADR). O DRAC foi obtido usando ferramentas de simulação microscópica de tráfego e análise de trajetória de veículos (software SSAM3). Já o MADR é uma função de μ, velocidades dos veículos, bem como características da via. Corredores típicos de Fortaleza (Brasil) foram representados neste esforço de simulação, resultando na definição dos limites de μ de 0,20 (mínimo) e 0,65 (ideal) para os cenários urbanos de Fortaleza. Desta forma, as múltiplas possibilidades de seleção de materiais podem ser avaliadas em termos da sua adequação quanto ao uso no ambiente urbano. O principal arcabouço de contribuição desta dissertação pode ser resumido da seguinte forma: uma vez realizada uma simulação de tráfego, a análise do TSP usando a ferramenta SSAM3 e aplicando SMoS permite estimar os limites de μ a serem cumpridos no cenário simulado. As ferramentas de DIP apresentadas (AIMS e CRP) permitem a avaliação do cumprimento dos limites de μ estimados a partir de procedimentos que não demandam a utilização de equipamentos de contato. Além disso, a previsão de μ baseada em características dos materiais oriundas de um banco de dados pode indicar a adequação das estratégias de construção ou manutenção a serem utilizadas no ambiente urbano.
Abstract: The WHO recognizes traffic-related crashes as a public health problem, caused by a complex set of factors, many of which are related to transportation engineering. When it comes to infrastructure, the Traffic Safety Performance (TSP) is a function of the tire-pavement friction. Even so, roadway operators and urban authorities generally ignore this property in the pavement design and construction practices, taking safety-related strategies and decisions only after the occurrence of crashes. The two first stages of this work aimed to employ Digital Image Processing (DIP) techniques such as the Aggregate Imaging Measurement System (AIMS) and the Close-Range Photogrammetry (CRP) to predict the tire-pavement friction coefficient (μ) in the laboratory and to measure it in the field. Firstly, this research applied a predictive model of μ from aggregate shape properties, mixture gradations, and traffic. In the second stage of this research, a typical airport pavement mixture was designed and compacted in full-scale sections using 8 different protocols. For the texture analysis, traditional tests (sand patch – SP, and British pendulum - BP) and DIP techniques (AIMS and CRP) were applied. As a result, models for estimating the post-construction μ were proposed from parameters obtained from the AIMS texture analysis (MPD), and from the analysis of three-dimensional CRP models (MPD and Vmp). Finally, the assessment of vehicular conflicts in different urban scenarios was performed using microscopic traffic simulation (VISSIM software) and Surrogate Measures of Safety (SMoS) to support the proposition of minimum and ideal requirements of μ based on TSP parameters. TSP indicators are used to compare two main conditions: the necessary deceleration rates for vehicles to avoid a crash (DRAC), and the maximum available deceleration rates (MADR). DRAC was obtained using microscopic traffic simulation and vehicle trajectory analysis tools (SSAM3 software). MADR is a function of μ, vehicles’ speeds, as well as road characteristics. Typical corridors of Fortaleza were represented in this simulation effort, resulting in the definition of the μ limits of 0.20 (minimum) and 0.65 (ideal) for the Fortaleza urban scenarios. Based on this analysis, material selection can be assessed in terms of the suitability for use in the urban environment. The main framework of this thesis can be summarized as follows: once a traffic simulation is performed, the TSP analysis using the SSAM tool and applying SMoS allows the estimation of required μ limits. The DIP tools presented (AIMS and CRP) can support the assessment of the estimated μ limits through contactless protocols. Furthermore, μ prediction based on material characteristics integrated into a database can indicate the suitability of construction or maintenance strategies for use in the urban environment.
Description: MAIA, R. S. Tire-pavement friction; Traffic Safety; Digital Image Processing; Microscopic Simulation; Urban Environment. 2020. 151 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transportes) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/55714
metadata.dc.type: Dissertação
Appears in Collections:DET - Dissertações defendidas na UFC

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