Esta pesquisa relata o estudo da elaboração e avaliação de desempenho de misturas asfálticas mornas com uso de zeólitas naturais. Ela foi dividida em três etapas. A primeira consistiu na execução de ensaios de laboratório que buscaram conhecer algumas propriedades e o funcionamento da mistura asfáltica morna com utilização de zeólitas naturais através da determinação do projeto da mistura e da elaboração em diferentes temperaturas. A segunda etapa consistiu na preparação da usina de asfalto para misturas à quente para a fabricação de misturas a temperaturas inferiores, nas regulagens de temperatura e na verificação dos procedimentos necessários para adequar uma usina padrão para elaborar misturas mornas nas temperaturas de projeto. Na última etapa, foi feito o acompanhamento do transporte, espalhamento, compactação das misturas mornas e posterior avaliação de desempenho dos pavimentos, com o emprego de simulador de tráfego linear, em três testes, realizados em duas pistas experimentais, localizadas na Área de Testes de Pavimentos, no Campus do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. / This research reports the study of the production, implementation and performance evaluation of warm asphalt mixtures prepared by adding natural zeolites. It was divided into three stages. The first consisted of performing laboratory tests that get to know some properties and the functioning of warm mix asphalt, determining the projects of mixtures which were used in accelerated tests after analysis of specimens produced by different temperatures of manufacturing and compression. The second step consisted of preparing an asphalt plant for conventional mixtures for the manufacture of mixtures at lower temperatures, in temperature settings, and checking the necessary procedures to tailor a pilot plant to produce warm mixtures according to the temperatures of the project. In the last step, the transport, spreading and compaction of warm mixtures and subsequent performance evaluation of pavements were checked, with the use of linear traffic simulator in three tests conducted on two experimental tracks, located in Testing Pavement Area, on Valley Campus of the Federal University of Rio Grande do Sul.

A aderência pneu-pavimento é um dos parâmetros mais importantes da segurança viária e deve ser avaliada em duas escalas: microtextura e macrotextura. As medidas de textura da superfície de pavimentos podem ser obtidas por diversos equipamentos, sendo que os mais difundidos são o Pêndulo Britânico e a Mancha de Areia. Dessa forma, esta pesquisa pretende utilizar esses dois equipamentos para verificar o comportamento da textura em função do tempo/tráfego para diferentes tipos de revestimentos. Para tanto, foram realizados levantamentos dos valores de micro e macrotextura em pavimentos da rodovia BR-290/RS, trecho Osório-Porto Alegre, com uma freqüência aproximadamente mensal durante um período inferior a um ano. Com base nos dados coletados, foi possível desenvolver tendências de desempenho da micro e macrotextura para pavimentos flexíveis e rígidos dessa rodovia. Os modelos propostos para a estimativa da textura podem ser usados como ferramentas auxiliares no Sistema de Gerência de Pavimentos (SGP), prevendo o momento oportuno para intervenções na superfície dos pavimentos de modo a garantir a segurança dos usuários. Após a análise dos resultados, constatou-se que, no geral, os pontos de monitoração da rodovia BR- 290/RS apresentam boas condições de aderência pneu-pavimento quando avaliados pelo International Friction Index (IFI), que é um índice representativo da combinação entre a macro e microtextura do pavimento. Além dos modelos para estimativa da textura, desenvolveu-se nesta pesquisa um modelo de correlação entre os resultados dos ensaios de Mancha de Areia e de Drenabilidade, possibilitando, assim, a estimativa do IFI através do valor da vazão de água na superfície do pavimento. / Tire-road friction is one of the most important parameters regarding the safety of vehicles under slippery road conditions. Road surface texture is currently evaluated using several devices. In Brazil, the British Pendulum and the sand-patch method are most frequently used to measure microtexture and macrotexture, respectively. They were used in the research reported in this dissertation that aimed at verifying texture evolution with time/traffic on different types of pavement wearing courses. Thus, micro and macrotexture values were monthly measured in surveys carried out during one year in Brazilian Federal Road BR- 290/RS. Collected data allowed defining performance trends regarding micro and macrotexture of asphalt and Portland Cement Concrete (PCC) pavements. The models here proposed might be used as auxiliary tools in Pavement Management Systems (PMS) to estimate the time when a given rehabilitation action is necessary to assure vehicle and drivers safety. Results analysis showed that the surveyed pavements present adequate tire-road friction, when evaluated by the International Friction Index (IFI) which combines pavements macro and microtexture. In addition, a model relating results of the sand-patch method to drainability results is proposed. Such model allows the estimation of the IFI based on values of water inflow through the pavements wearing courses.

Esta dissertação apresenta os resultados do estudo de dois solos saprolíticos de rochas vulcânicas, localizados em jazidas próximas às cidades de São Martinho da Serra e Silveira Martins (região central do RS), para aplicação como revestimento primário em estradas não pavimentadas da região ou como camada de pavimentos delgados. A análise dos materiais procura valer-se dos conhecimentos da Mecânica dos Pavimentos à luz dos conceitos da Mecânica dos Solos. Esta abordagem se justifica porque solos aplicados em revestimento primário estão sujeitos à ação do tráfego, porém seu comportamento será comandado pelos princípios da Mecânica dos Solos. O programa experimental incluiu ensaios de caracterização e classificação dos materiais, além de ensaios para a determinação do ISC e curva de compactação, difratometria de raios X, ensaios de cisalhamento direto na condição inundada, ensaios triaxiais de carga repetida para a obtenção dos módulos resilientes e das deformações permanentes e determinação das curvas de retenção de água dos materiais. Avalia-se a influência do teor de umidade e grau de compactação nos parâmetros de deformabilidade e resistência destes solos. Maior grau de compactação implica para estes materiais, crescimento dos parâmetros de resistência (c’ e f’), aumentando a resistência às tensões cisalhantes. O aumento do teor de umidade provoca a redução da sucção que, como conseqüência, provoca a diminuição das tensões efetivas e aumento das deformações resilientes e plásticas. Verifica-se que o solo de Silveira Martins é mais sensível à umidade se comparado ao solo de São Martinho da Serra, pois com apenas o acréscimo 2% de umidade em relação à ótima, o material sofre enormes deformações permanentes entrando em colapso. O material de São Martinho apresenta-se mais deformável e seu módulo resiliente decresce quando ocorre aumento no seu teor de umidade. Ao final, a análise mecanística apresentada permitiu avaliar algumas alternativas de uso destes materiais, seja como revestimento primário ou como camada estrutural de pavimentos, principalmente, com revestimentos delgados. Como era de se esperar, o grau de compactação exerceu grande influência no desempenho destes materiais em camadas de revestimento primário, explicitando a importância de compactá-los adequadamente. / This MSc thesis presents the results of a study of two saprolitic soils from volcanic rocks taken from sites near São Martinho da Serra and Silveira Martins towns (central area of RS State), for use as wearing course on unpaved roads of the region or as under layer of thinly surfaced road. The study uses knowledge from Pavement Mechanics with insights of Soil Mechanics concepts. The soils applied on wearing course are subjected to direct traffic action and their behavior will be influenced by Soil Mechanics principles. The experimental program included characterization tests, materials classification, ISC and compaction tests, X Rays difratogrammetry, direct shear tests on saturated and unsaturated conditions, repeated loading triaxial testing for resilient moduli determination, tests of permanent deformations and characteristic curves of the materials. The influence of the humidity and degree of compaction on the shear strength and deformability of the soils has been evaluated. In these materials a larger degree of compaction results in a growth of the shear strength parameters (c’and f’), increasing the resistance to shearing stress. The increase of the water content causes a reduction of the suction and, as consequence, a reduction of the effective stress and an increase of resilient and plastic deformations. It was verified that the Silveira Martins soil is more affected by water content variation than the São Martinho da Serra soil as an increase of only 2% of humidity above the optimum causes large deformations leading to collapse. The São Martinho da Serra soil is more deformable and its resilient modulus decreases when the water content is increased. The mechanistic analysis presented allowed the evaluation of some alternatives of use of these materials besides as structural layers of pavement with thin structural surfaces. As expected, the degree of compaction exerted great influence in the performance of these soils in wearing course, emphasizing the importance of adequate compaction.

A construção de pavimento de concreto de cimento Portland para liberação rápida, conhecido como fast-track, é uma boa solução principalmente para reparos em locais onde não se pode interromper o tráfego por um período muito grande, cujas técnicas são abrangentes, servindo para obras de construção, reconstrução ou para execução de camadas superpostas. Normalmente o ensaio utilizado para verificar a resistência do concreto para pavimentação é o de resistência à tração na flexão. Em função da grande variabilidade deste ensaio e da demora dos resultados, uma vez que o corpo-de-prova é normalmente ensaiado em laboratório na idade em que se deseja saber a resistência, engenheiros que executam ou fiscalizam obras de pavimento de concreto para fast-track demonstram certa insatisfação com relação a este procedimento. Alternativamente, uma opção promissora para este monitoramento é a utilização dos ensaios de maturidade e ultra-som, que avaliam indiretamente a resistência do concreto in situ. Para contribuir nesta área do conhecimento, realizaram-se ensaios de resistência à tração na flexão, resistência à compressão, maturidade e ultra-som (método direto e indireto), em concretos, argamassas e pastas com cimento Portland de alta resistência inicial (CPV-ARI), para avaliar a possibilidade de correlações entre os ensaios de resistência à tração na flexão e os de ultra-som e maturidade. Os fatores controláveis foram a relação água/cimento (0,25-0,35-0,45) e a idade (1-2-3-7-28 dias). A diferença dos resultados de energia aparente de ativação (maturidade) utilizando diferentes tipos de corpos-de-prova não foi significativa em relação ao corpo-de-prova recomendado pela ASTM C 1074. Encontrouse um coeficiente de correlação de 95,4% entre os resultados de resistência à tração na flexão dos ensaios e os previstos pelo ensaio de maturidade. Não se constatou diferença significativa entre os resultados de velocidade ultra-sônica para os diferentes métodos de ultra-som utilizados. Todos os métodos de ultra-som apresentaram bons coeficientes de correlação com a resistência à tração na flexão, sendo que para o método indireto com três pontos de recepção obteve-se um coeficiente de correlação de 80,8% para as idades de até 24 horas e de 76,4% considerando todas as idades ensaiadas. Portanto, tanto o ensaio de ultra-som como o de maturidade mostraram-se eficazes para estimar a resistência à tração em idades iniciais, o que pode facilitar o controle de concreto para fast-track em campo. / The construction of concrete pavement made of Portland cement for fast use, known as fasttrack, is a good solution, mainly for restoration in places where traffic cannot be disrupted for long. Fast-track concrete pavement techniques are broad, and can be used for construction, reconstruction, and resurfacing. For determining concrete strength in pavement, the flexural strength test is usually used. Since this test presents high variability and demands more time because the specimen is usually tested in laboratories at certain selected ages, engineers who carry out or monitor fast-track concrete pavement projects have shown some dissatisfaction with this procedure. Alternatively, a promising option to monitor this work is the use of maturity and ultra-sound tests, which evaluate concrete strength directly in situ. In order to contribute to this area of knowledge, I have carried out flexural strength, compressive strength, and maturity and ultra-sound (direct and indirect methods) tests in concrete, mortar, and Portland cement paste with high early strengths (CPV-ARI) to evaluate possible correlations among the flexural strength tests and the maturity and ultra-sound ones. The controllable factors were the water-cement ratio (0.25-0.35-0.45) and the age (1-2-3-7-28 days). The difference in the results of the apparent activation energy (maturity), using different types of specimens, was not meaningful if compared to the specimen recommended in ASTM C 1074. Among the results of the flexural strength tests and the ones obtained in the maturity test, the correlation coefficient has been found to be 95.4%. No meaningful difference was found among the results of ultra-sonic speed for the different ultra-sound methods. All ultra-sound methods have shown good correlation coefficients with flexural strength: for the indirect method with three reception points, the correlation coefficient has been found to be 80.8% at ages up to 24 hours, and 76.4% at all test ages. Therefore, both the ultra-sound and the maturity tests have proven to be efficient to estimate tensile strength at early ages; thus, help control fast-track concrete in the field.

Os modelos de previsão de desempenho são ferramentas fundamentais em um Sistema de Gerência de Pavimentos. Embora de grande importância, especificamente no Brasil, tem-se dado pouca atenção para a calibração e validação desses modelos. Acaba-se adotando modelos genéricos, obtidos em condições totalmente diferentes das existentes na malha administrada. Para uma gerência correta dos pavimentos de uma rodovia, torna-se fundamental a definição de modelos representativos das condições estruturais e funcionais dos pavimentos administrados. Esta pesquisa tem como objetivo avaliar o desempenho de uma estrutura de pavimento flexível da rodovia BR-290/RS, desenvolvendo, a partir dessa avaliação, modelos que representem a tendência do comportamento do pavimento. A rodovia BR-290/RS está, no trecho entre as cidades de Osório e Porto Alegre, sob concessão da Concessionária da Rodovia Osório - Porto Alegre S/A - Concepa, desde o ano de 1997. Uma das principais ações a serem realizadas pela concessionária no período em que este trecho da rodovia está sob sua administração é a execução do alargamento das pistas da mesma, com a construção de uma nova estrutura de pavimento junto à plataforma existente, sendo essa a estrutura de pavimento analisada nesta pesquisa. A estrutura contempla 8cm de revestimento asfáltico, 15cm de base, 30cm de sub-base e 60cm de camada de reforço. Os pavimentos inseridos na análise foram construídos entre os anos 2000 e 2007. Para atingir o objetivo da pesquisa, foram reunidas informações obtidas em levantamentos de deflexões, irregularidade longitudinal e afundamento de trilha de roda realizados nos últimos anos. As deflexões foram determinadas em levantamento com o equipamento FWD ocorrido em 2007. A irregularidade longitudinal e o afundamento de trilha de roda foram obtidos simultaneamente em levantamentos com o perfilômetro a laser nos anos 2005, 2006 e 2007. De posse dessas informações, analisou-se o comportamento de tais parâmetros com a ação do tráfego, desenvolvendo tendências de desempenho para a estrutura. Na análise considerou-se a influência das intervenções ocorridas nos pavimentos após a sua construção, bem como diferentes procedimentos adotados nos levantamentos realizados. Em relação às intervenções, verificou-se que, para a estrutura e dados do estudo, elas foram influentes apenas na evolução da irregularidade longitudinal. Análises estatísticas foram efetuadas, de modo a definir o melhor ajuste para cada parâmetro. Após o desenvolvimento de tais tendências de comportamento do pavimento, as mesmas foram comparadas aos modelos de previsão de desempenho desenvolvidos em outras pesquisas. Para a irregularidade e o afundamento de trilha de roda, as tendências apresentadas neste estudo comportaram-se significativamente semelhantes as de outros modelos encontrados na bibliografia técnica. Por outro lado, para a tendência referente às deflexões, nenhum dos modelos desenvolvidos em estudos anteriores apresentou comportamento similar ao encontrado na pesquisa, evidenciando a importância do desenvolvimento de modelos particulares para cada rodovia e estrutura. / Pavement performance prediction models are important tools for pavement management systems. Despite its high importance, specifically in Brazil, little attention has been given to calibration and validation of such models. Generic models are eventually used, even international ones, obtained for rather different conditions of those valid for the managed network. Hence, it is vital for an appropriate road pavement management that representative models of the structural and functional conditions of the associated pavements are defined. This research aims to evaluate the behaviour of the performance of a flexible pavement section of the road BR-290/RS, developing from this assessment, models that are representative of the pavement behaviour tendency. The road BR-290/RS is located between the cities of Osório and Porto Alegre, under concession of Concessionária da Rodovia Osório - Porto Alegre S/A - Concepa, since the year of 1997. One of the main actions to be accomplished by the road concessionary within the period under its administration is the carriageway widening of this road with the construction of a new pavement structure alongside, being this structure the objective of study in this research. The structure consists of an asphaltic layer of 8cm, 15cm of base course, 30cm of sub-base and 60cm of a capping layer. The pavement segments included in the analysis were built between 2000 and 2007. To deliver the objectives of this research, data obtained in deflectometric test campaigns, longitudinal roughness and rutting testing campaigns were gathered. Deflections were assessed in the FWD test campaign of 2007. Longitudinal roughness and rutting were simultaneously obtained with a laser profilometer in tests carried out in the years of 2005, 2006 and 2007. With this data, the behaviour of these parameters were evaluated with the traffic evolution, allowing the development of behaviour tendencies of this structure performance to be derived. In the analysis, the influence of the interventions carried out in the pavement sections after its construction were taken into account, as well as different procedures adopted in the testing campaigns carried out. In regard to the interventions, it was observed that, for the data and structure object of this study, they only had effect in the longitudinal roughness evolution. Statistical analyses were carried out in order to define the best adjustment to each parameter. After the development of such tendencies on the pavement behaviour, they were compared to pavement performance prediction models developed in other researches. For both roughness and rutting, the tendencies presented in the study behaved significantly as the other models found in the technical literature. As to the tendencies regarding deflections, none of the models developed in previous studies evidenced similar behaviour to the one observed in this research, testifying the importance for the development of particular models for each road and structure.

Este trabalho apresenta a caracterização em laboratório de uma mistura de solo-agregado e descreve as técnicas construtivas usadas na execução de duas estruturas alternativas de pavimento em que base e sub-base granulares, constituídas com material pétreo britado, brita graduada, foi substituída por solo-agregado, nas mesmas espessuras do projeto original. O acompanhamento dos processos construtivos permitiu uniformizar procedimentos para construção das camadas do pavimento em solo-agregado utilizando argilas lateríticas e relatar seu comportamento inicial ao tráfego em escala real. O estudo foi desenvolvido num trecho experimental localizado entre os km 22+910 e 23+610 da RSC-129, entre os municípios de Casca e David Canabarro, região norte do Rio Grande do Sul. Os materiais que originaram a mistura tiveram suas características físicas e mecânicas estudadas em duas etapas. Na primeira, esses materiais foram estudados isoladamente e, numa segunda etapa, na forma de mistura. Além dos ensaios usuais para caracterização dos materiais em laboratório, foram realizados ensaios complementares, com ênfase nos ensaios triaxias para determinar o módulo de resiliência. Durante o processo construtivo, todas as camadas que compõem a estrutura do pavimento, inclusive o subleito, foram monitoradas através de medições de bacias de deformação individuais medidas com equipamento Falling Weigth Deflectometer (FWD). Com esses dados e através de retroanálise foi possível correlacionar os módulos resilientes de campo com os obtidos em laboratório. / This work describes constructive techniques used in two alternative structures of road surface that replaced original granulated base and subbase pavement by soil-aggregate, while preserving the same thickness and widths of the original designs. The close accompaniment of the constructive processes allowed us to standardize the construction procedures for floor layers in aggregated soil using laterite clay. It also allowed us to record the pavement's initial behavior under real traffic conditions. The study was conducted in an experimental road segment built from km 22+910 to km 23+610 of RS 129 between the villages of Casca and David Canabarro, in the northern region of the state of Rio Grande do Sul, in Brazil. The materials used in the mixture had their physical and mechanical properties analyzed both separately and together using a set field and lab tests. The emphasis was on the triaxial tests to determine the materials' resilience. During the constructive process, all pavement layers were monitored using a falling weight deflectometer, providing feedback for a retro-analysis involving the track and laboratory resilient modules.

A reciclagem profunda com adição de cimento Portland é uma técnica de recuperação estrutural e funcional de pavimentos empregada há muitos anos no país, devido a vantagens técnicas, econômicas e ambientais. Contudo, a difusão mais ampla da técnica esbarra na carência de normas e procedimentos nacionais, o que resulta na adoção de variados critérios nos projetos que incluem reciclagem com cimento, às vezes, comprometendo sua eficácia. A pesquisa relatada nesta dissertação teve por objetivo principal estabelecer as bases para a proposição de um método de dosagem para reciclagem de pavimentos com adição de cimento, considerando-se como referência o método de dosagem de materiais estabilizados com cimento da Austroads (2002). Para verificar a validade deste método para materiais de pavimentos brasileiros, desenvolveu-se um programa experimental no qual foram avaliadas propriedades mecânicas (resistência, rigidez e erodibilidade) e volumétricas (retração, absorção, expansão e ascensão capilar) de misturas constituídas por fresado asfáltico, brita graduada e cimento, variando-se a porcentagem de fresado (20% e 50%), o teor de cimento (2%, 4% e 6%), a energia de compactação (Intermediária e Modificada) e o tempo de cura dos corpos de prova (3, 7 e 14 dias). Os resultados dos ensaios mostraram que todas as variáveis analisadas afetam significativamente a resistência à compressão simples, a resistência à tração por compressão diametral e o módulo de resiliência das misturas, enquanto que a retração, a erodibilidade, a absorção, a expansão e a ascensão capilar são afetadas por algumas das variáveis independentes. Dentre outras conclusões, destaca-se que são obtidos elevados valores de resistência à compressão simples (1,61 MPa a 6,08 MPa), resistência à tração por compressão diametral (0,29 MPa a 1,00 MPa) e de módulo de resiliência (10390 MPa a 25719 MPa) com teores baixo (2%) e médio (4%) de cimento, sendo desnecessário e arriscado, pela elevada retração associada, o emprego de teor mais elevado (6%). Ainda, observou-se que o aumento da energia de compactação permite compensar a utilização de teores mais baixos de cimento no que se refere às resistências (à compressão, à tração e à erosão) e módulos obtidos. Globalmente, conclui-se que o método de dosagem de materiais estabilizados com cimento da Austroads (2002) pode ser usado como modelo para o desenvolvimento de um método de dosagem para reciclagem de pavimentos com adição de cimento, sendo necessárias pequenas complementações ou adaptações. O método de dosagem sugerido nesta Dissertação é, ao mesmo tempo, simples o suficiente para ser empregado em laboratórios de canteiros de obra e amplo o bastante para identificar as propriedades mecânicas e volumétricas que devem ser avaliadas ao elaborar-se um projeto de mistura reciclada com cimento. / Full-depth reclamation (FDR) with Portland cement is a technique used for structural and functional rehabilitation of pavements and has been used in Brazil for many years, especially because its technical, economical and environmental advantages. However, a larger diffusion of the technique has been inhibited by the lack of national standards and procedures, resulting in the adoption of different design criteria, which sometimes leads to a low efficiency of the FDR with cement. This research was carried out with the objective of setting the basis for a mix design method for FDR with cement, considering the Austroads (2002) mix design method for stabilized pavement materials as a model. In order to verify the applicability of the Austroads method to Brazilian pavement materials, an experimental program was carried out testing mechanical (strength, stiffness and durability) and volumetric (drying shrinkage, absorption, swell and capillary rise) properties of mixtures made of reclaimed asphalt pavement (RAP), graded crushed stone and cement. Specimens with different RAP contents (20% and 50%), cement contents (2%, 4% and 6%), compacted with two different efforts (Brazilian Intermediate and Modified) were cured for 3, 7 and 14 days. Test results showed that all the studied variables affect the unconfined compressive strength, indirect tensile strength and resilient modulus of the mixtures, while drying shrinkage, erodibility, absorption, swell and capillary rise are affected by some of the independent variables. Among other conclusions, it is pointed out that high values of unconfined compressive strength (1,61 MPa to 6,08 MPa), indirect tensile strength (0,29 MPa to 1,00 MPa) and resilient modulus (10390 MPa to 25719 MPa) may be achieved with low (2%) and intermediary (4%) cement contents, thus making the use of higher (6%) cement content unnecessary and unsafe, due to the higher costs and to the drying shrinkage associated. It was also observed that increases in the compaction effort may compensate the use of lower cement contents as regards to strengths and moduli obtained. Generally, can be concluded that the Austroads (2002) mix design method for stabilized pavement materials may be used as a model for the development of a mix design method for FDR with cement, being necessary only a few additions or adaptations. The suggested method is, simultaneously, simple enough to be used in field laboratories and comprehensive enough for including the mechanical and volumetric properties that must be evaluated when designing a mix for FDR with cement.

As rodovias com revestimento primário constituem a imensa maioria da extensão da malha viária do Brasil e de muitos países. Sua manutenção em um nível mínimo aceitável de serventia consome parcelas importantes de orçamentos governamentais. Contudo, na maioria das vezes, as atividades de implantação e manutenção têm escasso sucesso, porque os agentes encarregados desconhecem a tecnologia específica. Visando contribuir para práticas mais efetivas, esta tese analisa os resultados de uma pesquisa realizada com o objetivo de identificar e discutir os mecanismos de degradação de rodovias com revestimento primário, à luz das Mecânicas dos Solos e dos Pavimentos. O projeto experimental incluiu ensaios laboratoriais, bem como a construção e monitoramento de desempenho, ao longo de 30 meses, de um pavimento experimental, em projeto de assentamento da Reforma Agrária, no Rio Grande do Sul. O revestimento primário foi construído em duas camadas (a superior constituída por 7 cm de saibro e a inferior por 17 cm de argila laterítica) assentes sobre um subleito estratificado, com camada superior arenosa. As formações geológicas são constituídas por depósitos aluvionares (subleito) e por siltito (jazida de argila) e gnaisse (jazida do saibro). A compactação das camadas foi verificada por meio de ensaios clássicos e com emprego do cone de penetração dinâmica (DCP). As deflexões foram medidas no topo do subleito e sobre cada camada de revestimento, com utilização de viga Benkelman. Amostras deformadas dos materiais do revestimento primário e da camada superior do subleito foram coletadas. Em laboratório realizaram-se ensaios de caracterização, bem como da classificação MCT; foram avaliadas a resistência ao desgaste e a durabilidade da fração graúda do saibro (abrasão Los Angeles e alteração de rochas água-estufa). Realizaram-se ensaios de compactação, Índice de Suporte Califórnia, Inderbitzen (erodibilidade), cisalhamento direto e triaxiais de carga repetida, para obtenção de módulos de resiliência e avaliação do comportamento quanto à deformação permanente. Complementarmente, foram obtidas curvas de retenção de água. Com base nos resultados laboratoriais foram realizadas previsões de desempenho do pavimento experimental, fundamentadas em conceitos, prescrições e em modelos matemáticos e estatísticos encontrados na literatura e no emprego do programa HDM 4. Durante o período de monitoramento do pavimento experimental foram realizados 3 levantamentos para a obtenção da Irregularidade Longitudinal (IRI), com o emprego de um perfilômetro inercial e 4 inspeções para a avaliação da evolução dos principais defeitos típicos de pavimento com revestimento primário. Os defeitos observados foram: afundamento de trilha de roda, buracos, perda de abaulamento, perda de espessura de revestimento e sulcos de erosão; identificando-se e discutindo-se os mecanismos de degradação a eles associados. Também foram comparadas as previsões de desempenho com a evolução da serventia do pavimento experimental, constatando-se que os modelos apresentados na literatura internacional nem sempre apresentam acurácia satisfatória. Isto mostra a necessidade de se desenvolverem novos modelos e calibrar os existentes, como condição indispensável para otimizar as atividades de manutenção das rodovias com revestimento primário. / Most of Brazilian and other countries’ roads networks mainly comprise unsurfaced gravel roads. The maintenance of such roads at a minimum acceptable level of serviceability consumes large percentages of governs budgets. In spite of that, the construction and maintenance activities are scarcely well-succeeded, since the personnel involved do not know the specific technology. Aiming at contributing for more effective practices, this thesis analyses the results of a research carried out with the objective of identifying and discussing distress mechanisms of unsurfaced gravel roads, based on Soil and Pavement Mechanics. Experimental procedures included laboratory tests, as well as the construction and performance monitoring, along 30 months, of a test section, in an agrarian reform settlement, in Rio Grande do Sul state, southern Brazil. The wearing course of the unsurfaced pavement consisted of two different layers (a 7-cm-thick upper layer, made of genuine residual soil and a lower one with 17 cm of lateritic clay), built over a stratified subgrade, with a sandy upper layer. Geological formations consisted of alluvial fans (the subgrade), siltstone (the clay site) and gneiss (genuine residual soil site). Layers compaction was quantified by means of classic tests and also using the dynamic cone penetrometer (DCP). Using a Benkelman beam, surface deflections were measured on the top of the subgrade and every layer. Samples were taken from the subgrade and from both materials that constitute the wearing course, in order to perform laboratory tests of characterization and those of a Brazilian soils classification system, known as MCT (miniature, compacted, tropical). Los Angeles abrasion and rock alteration by wetting and drying tests were done on samples of the genuine residual soil coarse fraction. Every material was subjected to compaction, CBR, Inderbitzen (erodibility), direct shear and repeated loading triaxial tests (these latter to compute resilient moduli and to evaluate the permanent deformation behaviour). Besides, water-retention curves were obtained. Based on laboratory results, the performance of the experimental pavement was predicted, founded on concepts, materials prescriptions and mathematical and statistical models and using HDM 4 program. During the monitoring period three roughness (IRI) surveys were carried out, using an inertial profilometer. Four distresses surveys were carried out to evaluate the evolution of the most important distresses typical of unsurfaced gravel roads. Distresses as rutting, potholes, cross-section deformation and thickness reduction and erosion channels were observed and the associated distress mechanisms were discussed. Pavement performance predictions were compared to the measured serviceability evolution. It was found out that the models available in the literature not always yield accurate results. Because of that, developing new models and calibrating the existing ones is mandatory to optimize maintenance activities in unsurfaced gravel roads.

O patrimônio de infraestrutura rodoviária brasileira através dos tempos está sobrevivendo com investimentos com grandeza de valor bem abaixo do que muitos outros países estão alocando. A questão de quanto investir em infraestrutura de transportes depende de múltiplas variáveis como a situação política e econômica do país, a característica da frota, sua dimensão territorial, sua matriz, os tipos de pavimentos utilizados e as condições climáticas. Portanto, estimar um valor a ser empregado em manutenção rodoviária de forma recomendável, deve ser resultado dos estudos que envolvam essas variáveis, como elas interagem entre si e como esse investimento retorna para a sociedade. Diante de tantas áreas precárias, administrar recursos para a infraestrutura de transportes é um desafio a ser ainda vencido no Brasil. É engajada nesse desafio, que essa dissertação é composta por três artigos que abordam os principais assuntos: (i) avaliação da gestão da manutenção rodoviária no Brasil, quanto a sua abrangência, investimentos e as experiências internacionais; (ii) os conceitos e etapas de um SGP (Sistema de Gerência de Pavimentos) e a sua importância no planejamento das intervenções de manutenção; (iii) aplicação prática com o software Highway Development and Management (HDM-4), avaliando os resultados econômicos com as variáveis International Roughness Index (IRI) e Volume Médio Diário (VDM) do tráfego iniciais de segmentos de uma rodovia federal, utilizando como alternativas de projeto programas usuais adotados pelos gestores da rodovia. A terceirização dos serviços de manutenção pelos departamentos rodoviários exige que tenham que planejar e administrar contratos de manutenção por pouco ou longo período. A aplicação prática do HDM-4 demonstra que, o planejamento, um componente de um SGP, deve ser considerado permanentemente pelos administradores públicos ou privados. A questão de quanto investir em manutenção nesse contexto depende de como se investiu em momento antecedente, tanto com os serviços de infraestrutura como nas etapas de inventário da malha, planejamento e elaboração de projetos. O sistema HDM-4 necessita de dados de entrada, tais como: características geométricas, mecânicas, dados históricos e de tráfego dos segmentos rodoviários; que devem ser preservados pelos gestores do sistema, de maneira que permita prever o desempenho do pavimento, os custos e benefícios para um período planejado. Durante a análise dos resultados de Valor Presente Líquido (VPL) com os IRI e VDM iniciais, verificouse que as maiores diferenças se encontravam nos segmentos com mesmo intervalo de IRI inicial mas com tráfego superior. As características da frota, seus custos operacionais bem como seus coeficientes de calibração devem ser considerados nas análises com o software HDM-4, visando uma boa gestão na manutenção rodoviária. Tendo em vista o fato do tráfego influenciar nos resultados e podendo alterar o planejamento da manutenção, se percebe como é importante o controle do gestor da rodovia nas cargas efetivas que estão sendo transportadas. / The patrimony of Brazilian highway infrastructure through the ages is surviving with investments of magnitude value well below of what many other countries are allocating. The question of how much to invest in transport infrastructure depends on multiple variables such as the political and economic situation of the country, the characteristic of the fleet, its territorial dimension, its matrix, the types of used pavements and weather conditions. Therefore, to estimate a value to be used in road maintenance of a recommended way should be the result of the studies involving these variables, how they interact and how this investment returns to society. In face of so many precarious areas, managing resources for transport infrastructure is a challenge yet to be overcome in Brazil. It is engaged in this challenge, that this thesis consists of three articles that discuss the main issues: (i) assess the management of road maintenance in Brazil, as its scope, investment and international experiences; (ii) the concepts and steps of a Pavement Management System (PMS) and its importance in the planning of maintenance operations; (iii) practical application with the software Highway Development and Management (HDM-4), evaluating the economic results with the variables International Roughness Index (IRI) and Annual Average Daily Traffic (AADT) of the initial traffic segments of a federal motorway, using as alternative project usual programs adopted by the highway managers. The outsourcing of the maintenance services by road departments requires that they have to plan and manage maintenance contracts for little or long period. The practical application of the HDM-4 shows that the planning, a component of the PMS should be considered permanently by public or private administrators. The question of how much to invest in maintenance in this context depends on how you invested in previous time, both with infrastructure services as with the inventory stages of the motorway network, planning and preparation of projects. The HDM-4 system requires input data, such as geometric and mechanical characteristics, historical data and traffic of road segments that should be preserved by system managers, in order to foresee the pavement performance, costs and benefits to a planned period. During the analysis of the results of Net Present Value (NPV) with the initial IRI and AADT, it was found that the greatest differences were in the same initial IRI segments range but with higher traffic. The fleet characteristics, their operating costs and their calibration coefficients should be considered in the analysis with the HDM-4 software, aiming at a good management in road maintenance. In view of the fact that traffic influences the results and can change the maintenance planning, one can perceive that the road manager control on actual loads being transported is important.

Nas últimas décadas os pavimentos rodoviários brasileiros têm tido seu desempenho comprometido devido a uma série de fatores, entre eles incluem-se não somente o crescente aumento do volume de tráfego de veículos pesados e aumento de sua capacidade de transporte, mas principalmente a circulação com cargas acima dos limites legais estabelecidos, configurando uma situação crítica para a sua adequada durabilidade da estrutura projetada. Paralelamente aos investimentos necessários, é importante também o desenvolvimento de métodos mais racionais de dimensionamento de pavimentos contemplando as especificidades dos materiais empregados e levando em consideração as condições climáticas e, principalmente uma completa e detalhada caracterização do tráfego solicitante. Neste contexto apresentado, a pesquisa insere-se em dois importantes estudos. O acompanhamento construtivo e monitoramento sistemático de desempenho de dois trechos na rodovia BR-448/RS e a continuidade do monitoramento de outros dois na BR-290/RS, trecho em concessão entre Osório e Porto Alegre (Freeway). Estas atividades inserem-se no “Projeto Integrado da Rede Temática de Tecnologia em Asfalto Petrobras/ANP", de abrangência nacional, para desenvolvimento de um novo método brasileiro de dimensionamento de pavimentos O segundo estudo trata-se de um completo monitoramento de cargas na Freeway, através da instalação e operacionalização inédita de um equipamento de pesagem dinâmica de alta velocidade (Hight Speed Weigh-in-Motion – HS-WIM) para determinação do espectro de cargas e posterior análise de sua influência no desempenho de pavimentos. Com ambos os estudos foi possível, além de determinar o espectro de cargas, os carregamentos médios e os níveis de sobrecargas praticados naquela rodovia, verificar como estas cargas influenciam o desempenho do pavimento e confrontar estes dados com as tendências observadas através do monitoramento sistemático dos trechos analisados. Por meio do desenvolvimento do presente trabalho pretende-se contribuir para melhorias na engenharia rodoviária e de tráfego através da inserção de novas tecnologias de monitoramento e fiscalização das cargas transportadas e contribuir com o desenvolvimento de um novo método de dimensionamento de pavimentos flexíveis proposto pela Rede Temática de Asfalto, através do levantamento de dados nos trechos experimentais para desenvolvimento de modelos de desempenho e sua posterior inserção nos modelos de calibração. / In recent decades the Brazilian road pavements have had their performance reduced due to a number of factors, not only the increasing volume of heavy vehicles and increased transport capacity, but mainly the flow with loads above the established legal limits, setting a critical situation for the durability of the designed structure. Alongside the necessary investment, it is also important to the development of more rational methods of pavement design, considering the specificities of the materials used and taking into account the climatic conditions and a complete and detailed characterization of the traffic. In this context, the research was developed to attain two main objectives: the construction monitoring and systematic assessment of performance of two test sections built in BR-448/RS highway and the continuity of assesment of two others previously built in BR-290/RS, between Osório and Porto Alegre (known as Freeway). These activities are part of the "Integrated Project Theme Technology Network Petrobras Asphalt/ANP", a nationwide project aimed at developing a new Brazilian method for pavement design The second objective was to conduct a comprehensive monitoring loads study on the Freeway, by installing and carrying on an unprecedented operation of a dynamic weighting equipment of high speed (High speed weigh-in-Motion - HS-WIM) to determine the loads spectrum and subsequent analysis of the influence on pavement performance. Both studies made possible to determine the loads spectrum, average loads and levels of overloads practiced on that highway, to estimate how these loads affect the pavement performance and to compare these data with the trends observed through the systematic assessment of the analyzed sections. This work aims to contribute to improvements in road and traffic engineering, by introducing new monitoring technologies, monitoring the transported cargo and contributing to the development of a new design method of flexible pavements, a major goal of the Thematic Network of Asphalt, to be achieved through experimental data collection in test sections, the development of performance models and their subsequent insertion in the calibration models.