Tem-se verificado, na prática, que a falta de drenagem subsuperficial é um dos principais fatores de deterioração precoce dos pavimentos. Ainda, verifica-se que são relativamente poucos os procedimentos de dimensionamento e modelos de análise de previsão de desempenho que consideram efetivamente o efeito deletério da drenagem na vida útil dos pavimentos. No entanto, observa-se que pesquisas e experiências estrangeiras não estabeleceram ainda uma correlação quantitativa confiável entre a presença dos dispositivos de drenagem e o desempenho dos mesmos. No trabalho foi realizada análise de sensibilidade dos modelos da AASHTO (versão de 1993) e HDM-4, considerados os mais difundidos na atualidade. Os modelos empregam coeficientes de drenagem para a consideração dos efeitos danosos da presença de água livre no interior de estruturas de pavimentos rígidos e flexíveis. Teoricamente, verificou-se que os modelos são sensitivos quanto à influência das condições de drenagem no desempenho dos pavimentos. Foram analisados dados reais de certa malha viária no interior do estado de São Paulo e verificou-se, na prática, que os pavimentos flexíveis sem acostamento pavimentado, ou seja, com condições precárias de drenagem, têm apresentado desempenho inferior quando comparados com estruturas dotadas de acostamentos pavimentados mais impermeáveis. Constatou-se a dificuldade de se adotar os coeficientes de drenagem nos modelos analisados, apesar da grande importância da fixação adequada no dimensionamento. Comenta-se no trabalho que, além da existência de dispositivos de drenagem subsuperficial, é necessário checar a sua continuidade e capacidade hidráulica ao longo de todo o sistema. Sugerem-se procedimentos para o dimensionamento hidráulico do sistema de drenagem de pavimentos e a necessidade de se considerar a avaliação econômica ao longo de um período, de acordo com o desempenho esperado do pavimento (LCCA - Life Cycle Cost Analysis) quando da definição da concepção de pavimentos rodoviários drenantes, principalmente quando submetidos a tráfego pesado e em condições climáticas desfavoráveis. / There has been verified, in practice, that the absence of pavement drainage is one of the main factors of early degradation of pavements. More, there are few procedures of design and performance analysis that effectively consider the damage of water during the design period. However, foreign experiments and researches do not establish a reliable correlation between the construction of pavement drainage features and pavement performance. In this text, there has been analyzed the AASHTO (version of 1993) and HDM-4 models, considered the most spread out in the present time. These models consider the damage effects of free water inside flexible or rigid pavement structures. Theoretically, it was verified that the models are sensitive about the influence of the conditions of draining in the pavement performance. It had been analyzed real data of certain roadway network in the interior of the state of São Paulo and it was verified, in practical, that the flexible pavements without paved shoulder, that is, with precarious conditions of drainage, have presented lower performance when compared with structures endowed with paved shoulders more impermeable. It was evidenced the difficulty of adopting the drainage coefficients in the analyzed models, although the great importance of the setting adjusted in the design. It is commented that, beyond the existence of devices of subsurface draining, is necessary to check its continuity and hydraulical capacity throughout the system. It\'s suggested procedures for the hydraulical design of the pavement drainage system and the necessity of considering the economic evaluation throughout a period, in accordance with the waited performance (LCCA - Life Cycle Cost Analysis) when the definition of the conception of road pavements, mainly when submitted the heavy traffic and in unfavorable climatic conditions.

Segundo a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) em seu Anuário Estatístico dos Transportes Terrestres AETT (2008), o Brasil em todo o seu território possui 211.678 quilômetros de rodovias pavimentadas. O valor de serventia do pavimento diminui com o passar do tempo por dois fatores principais: o tráfego e as intempéries (BERNUCCI et al., 2008). Monitorar a condição de uso de toda a extensão das rodovias brasileiras é tarefa dispendiosa e demorada. A investigação de novas técnicas que permitam o levantamento da condição dos pavimentos de forma ágil e automática é parte da pesquisa deste trabalho. Nos últimos anos, um número crescente de imagens de alta resolução espacial tem surgido no mercado mundial com o aparecimento dos novos satélites e sensores aeroembarcados de sensoriamento remoto. Da mesma forma, imagens multiespectrais e até mesmo hiperespectrais estão sendo disponibilizadas comercialmente e para pesquisa científica. Neste trabalho são utilizadas imagens hiperespectrais de sensor digital aeroembarcado. Uma metodologia para identificação automática dos pavimentos asfaltados e classificação das principais ocorrências dos defeitos do asfalto foi desenvolvida. A primeira etapa da metodologia é a identificação do asfalto na imagem, utilizando uma classificação híbrida baseada inicialmente em pixel e depois refinada por objetos foi possível a extração da informação de asfalto das imagens disponíveis. A segunda etapa da metodologia é a identificação e classificação das ocorrências dos principais defeitos nos pavimentos flexíveis que são observáveis nas imagens de alta resolução espacial. Esta etapa faz uso intensivo das novas técnicas de classificação de imagens baseadas em objetos. O resultado final é a geração de índices da condição do pavimento, a partir das imagens, que possam ser comparados com os indicadores da qualidade da superfície do pavimento já normatizados pelos órgãos competentes no país. / According to Statistical Survey of Land Transportation AETT (2008) of National Agency of Land Transportation (ANTT), Brazil has in its territory 211,678 kilometers of paved roads. The pavement Present Serviceability Ratio (PSR) value decreases over time by two main factors: traffic and weather (BERNUCCI et al., 2008). Monitor the condition of use of all Brazilian roads is expensive and time consuming task. The investigation of new techniques that allow a quick and automatic survey of pavement condition is part of this research. In recent years, an increasing number of images with high spatial resolution has emerged on the world market with the advent of new remote sensing satellites and airborne sensors. Similarly, multispectral and even hyperspectral imagery are become available commercially and for scientific research nowadays. Hyperspectral images from digital airborne sensor have been used in this work. A new methodology for automatic identification of asphalted pavement and also for classification of the main defects of the asphalt has been developed. The first step of the methodology is the identification of the asphalt in the image, using hybrid classification based on pixel initially and after improved by objects. Using this approach was feasible to extract asphalt information from the available images. The second step of the methodology is the identification and classification of the main defects of flexible pavement surface that are observable in high spatial resolution imagery. This step makes intensive use of new techniques for classification of images based on objects. The goal, is the generation of pavement surface condition index from the images that can be compared with quality index of pavement surface that are already regulated by the regulatory agency in the country.

Desde a implantação das primeiras obras, há indicações de que seus construtores já apresentavam conhecimentos acerca da influência da drenagem no desempenho dos pavimentos. Muitos países, onde os custos rodoviários são avaliados criteriosamente ao longo de toda a vida de serviço do pavimento, vêm desenvolvendo pesquisas objetivando a consideração dos efeitos prejudiciais da água em excesso no interior de sua estrutura. Métodos consagrados como, por exemplo, o da AASHTO, já consideram a influência da eficiência do sistema de drenagem no dimensionamento das estruturas de pavimentos. Neste trabalho, são apresentados um breve histórico e uma análise dos métodos de dimensionamento nacionais e estrangeiros, com vistas às considerações da influência do sistema de drenagem e da variação sazonal do teor de umidade no desempenho estrutural dos pavimentos. Fazendo-se uso do Falling Weight Defectometer, foi realizado levantamento deflectométrico em trecho experimental, com extensão aproximada de 900 m, direcionado para a avaliação da variação dos módulos resilientes das camadas e do comportamento estrutural diante da infiltração d\'água pela borda do pavimento. A partir dos dados obtidos no segmento experimental, pôde-se avaliar a magnitude desses parâmetros e assim efetuar, através de modelos analíticos que expressam os métodos de dimensionamento vigentes no país, a estimativa de redução da vida útil do pavimento analisado. Finalmente, propõe-se a introdução de um parâmetro de ajuste da espessura, denominado Fator de Ajuste de Drenagem, para consideração das condições adversas de drenagem no procedimento de dimensionamento de estruturas de pavimentos flexíveis preconizado pelo DNER. / Since the implementation of the first roads, there are indications that constructors already had knowledge concerning drainage influence in the pavement performance. Many countries, where highway administration costs are criteriously available along pavement lifetime, have been developing researches regarding considerations about harmful effects from excessive water in the pavement structure. Renowned methods such as AASHTO, already consider the influence of drainage system efficiency in the pavement structures design. In this work, brief historic and an analysis about national and foreign design methods are presented, taking into account considerations concerning influence of drainage system and seasonal variations of moisture content in the structural pavement performance. Employing the Falling Weight Deflectometer, deflection measurements were carried out in a test section, about 900 m long, in order to evaluate the resilient modulus layers and the structural behavior variations due to water infiltration from pavement edge. From experimental sections data obtained, it was possible to evaluate the magnitude of these parameters and then realize, through analytical models that represent the actual national design methods, the reduction estimate of evaluated pavement lifetime. Finally, this work propose the introduction of a thickness adjustment parameter, called Drainage Adjustment Factor, to consider the adverse drainage conditions in the flexible pavement structure design procedure advocated by DNER.

Este trabalho apresenta um estudo de caso, realizado na cidade de São Carlos-SP (cidade brasileira de médio porte), que analisa o processo de implantação de um Sistema de Gerência de Pavimentos Urbanos (SGPU). Os objetivos são determinar a melhor maneiro de coletar dados em campo, fornecer subsídios para a implantação de sistemas de gerência em outras localidades, analisar a reprodutibilidade e a repetibilidade das avaliações realizadas com a sistemática proposta pelo método SHRP (1993) e, por fim, comparar esse método com o adotado em Porto Alegre-RS, que se baseia na norma DNER ES 128/83. Os resultados apontaram o caminhamento como melhor forma de avaliar pavimentos urbanos. Os parâmetros analisados para verificar a reprodutibilidade e a repetibilidade das avaliações dos pavimentos mostraram altas correlações e baixas dispersões. O método SHRP mostrou-se mais completo do que a sistemática de avaliação baseada em norma do DNER. / This work presents a case study developed in São Carlos-SP (a Brazilian medium sized city), that analyses the process of implementation of an Urban Pavement Management System (UPMS). Its objectives are the determination of the best way to collect field data, to subsidy the implementation of a management system in other medium sized cities, to analyse the reproducibility and the repeatability of the evaluations accomplished with the systematic proposed by the SHRP method (1993), and finally, to compare the SHRP method with a field survey method used in Porto Alegre-RS, which is based on the DNER Standard ES 128/83. The results pointed to the walking as better form of evaluating the urban pavement. The parameters used to verify the reproducibility and the repeatability of pavement evaluation showed high correlations and low dispersions. The SHRP method was better than the evaluation based on the DNER standard.

Este trabalho descreve um estudo experimental dos efeitos da temperatura em um elemento de pavimento de concreto, construído em laboratório interno e instrumentado com sensores de deformação, deslocamento, força e temperatura. A estrutura foi construída em duas camadas (placa e base) assentadas sobrepostas, sem aderência, sobre um subleito artificial. Os efeitos térmicos foram gerados artificialmente seguindo padrões sazonais da natureza. Os carregamentos estáticos foram realizados por meio de uma máquina hidráulica referenciados a um eixo simples de roda simples. A estrutura foi dimensionada e construída em uma escala de tamanho reduzido, distorcida e montada sobre uma laje de reação. Sob a placa do pavimento foi construído um sistema térmico auto controlado para causar diferencial de temperatura entre o fundo e o topo da placa pela passagem de um fluido. No topo um sistema térmico com controle manual foi construído para gerar gradientes térmicos através da estrutura. Todas as ações foram registradas automaticamente por meio de um sistema de aquisição de dados. Os resultados combinam com os dados da literatura, com experimentos realizados em pistas experimentais e se correlacionam com simulações realizadas por meio de software específico. Isso implica que a metodologia usada é apropriada para ser utilizada em outras situações e experimentos. / This paper describes the experimental study of the effects of temperature on a element of concrete pavement, constructed an internal laboratory and instrumented with sensors of strain, displacement, force and temperature. The structure was built in two layers (slab and base) overlapping settled without grip on an artificial subgrade. The thermal effects were achieved artificially following nature seasonal patterns. The static loads were performed by means of a hydraulic machine referred to a simple wheel axle. The structure was sized and built on distorted small scale and assembled over a slab of reaction. Under the pavement a selfcontrolled heating system was built to cause a temperature gradients between the slab top and bottom from a passing fluid. On the top a manual heating system was built to generate thermal gradients across the structure. All the actions were recorded automatically through a data system. The results agree with the literature data, with experiments performed on experimental roads and correlate themselves with simulations performed by using specific software. This implies that the methodology used is appropriate for use in other situations and experiments.

A presente dissertação teve como objetivos principais delinear um procedimento de análise de sensibilidade que possa ser utilizado de forma ampla por usuários do programa computacional de gerência de pavimentos HDM-4 e analisar a influência de modificações no cenário pré-definido no estudo de caso, notadamente considerações de projeto e de tráfego. A escolha do Método dos Efeitos Elementares foi precedida por uma revisão bibliográfica sobre análise de sensibilidade, sendo que o procedimento foi delineado com um estudo de caso que partiu de um cenário pré-definido (rodovia de pista simples e pavimento asfáltico sobre base granular) e fez a análise da variação de 61 fatores, em 300 trajetórias, totalizando 18.600 simulações no programa HDM-4. Os resultados deste estudo indicaram que a utilização de uma amostra com 30 trajetórias é adequada, pois aumentar este número não acarreta ganhos significativos e a sua diminuição ocasiona prejuízos. Com o procedimento delineado, passou-se à verificação de impactos que a modificação dos cenários pré-definidos para a análise gerariam, ou seja, se a modificação de fatores que não estão no grupo de 61 fatores em estudo interferiria no resultado final do procedimento. Foram estudadas modificações nas considerações de projeto (Taxa de Desconto Monetário Anual e Período de Análise) e nas considerações de tráfego (Percentual de Veículos Comerciais e da Taxa de Crescimento Anual do Tráfego), com os resultados evidenciando que ambas as modificações influem no resultado final da análise de sensibilidade, sendo que as modificações nas considerações de tráfego se mostraram mais influentes que as modificações nas considerações de projeto. Complementarmente, foi feita uma análise de sensibilidade pelo Método dos Efeitos Elementares, com 250 trajetórias, que identificou como os três fatores mais influentes na análise econômica do programa HDM-4, dentro do universo estudado, o Volume Diário Médio Anual de Veículos Motorizados, o Fator de Calibração para a Progressão da Irregularidade Longitudinal e o Fator de Calibração para a Razão do Número Estrutural Ajustado das Estações Úmida e Seca. / This Master of Science Dissertation aimed to outline a procedure for sensitivity analysis that can be widely used by computer program of pavement management HDM-4 users. It also aimed to analyze the influence of changes in the pre-defined scenario of the case study, especially design and traffic considerations. The choice of the Elementary Effects Method was preceded by a literature review on sensitivity analysis, and the procedure was outlined with a case study that came from a pre-defined scenario (two lane standard and asphalt pavement on granular base) and variations of 61 factors, considering 300 trajectories, in a total of 18,600 simulations in HDM-4 program. The results indicated that the use of a sample with 30 trajectories is appropriate, because increasing this number does not cause significant gains and reducing it can harm the analysis. With the procedure outlined, it was checked if changes in factors that are not in the group of 61 studied factors can interfere with the end result. Thus, changes in design (Discount Rate and Period Annual Monetary Analysis) and traffic (Percentage of Commercial Vehicle and Annual Growth Rate of Traffic) considerations affected the final result the sensitivity analysis, and the changes in traffic considerations were more influential than changes in design considerations. In addition, it was conducted a sensitivity analysis by the Elementary Effects Method, with 250 trajectories, which identified as the three most influential factors in the economic analysis of HDM-4 program, within the universe studied, the Annual Average Daily Traffic of Automobiles, the Calibration Factor for the Progression of Longitudinal Roughness and the Calibration Factor for the Ratio of Adjusted Structural Number Wet and Dry Seasons.

The asphalt mixtures are commonly used as surface course of highways to ensure the security and comfort for road users. The asphalt mixtures may also be used as intermediate layers of pavement structure, providing better resistance to traffic loads. Thus, the occurrence of distresses can be reduced, increasing the time between pavement maintenance interventions. Large Stone Asphalt Mixtures (LSAM) are a promising rehabilitation solution for pavements that show rutting as the main distress under heavy traffic situations. Though their use is not new, the study of their viscoelastic properties and performance in the field are still unexplored. This thesis presents a brief literature review about the historical use of LSAM around the world, as well as some relevant characteristics for its design. The evaluation of different mixture design methods was performed before the construction of experimental test site with LSAM as the leveling course. The asphalt mixtures mechanical behavior was characterized using dynamic modulus test, flexural bending fatigue test, tension-compression fatigue test and the LCPC wheel track test. The rehabilitated pavement was monitored through a period of one year and a half, using the falling weight deflectometer and rutting measurements. A finite-layer software (3D-Move Analysis) was used to simulate the structures using dynamic analysis, under different temperatures and traffic speeds, considering the viscoelastic properties of the asphalt mixtures obtained in laboratory. The results from the computer simulations can be used as a guide for the design and analysis of the pavement structure and pavement performance. Thus far, the use of LSAM in the rehabilitated test sections was successful compared to the previous rehabilitation solutions tested in the field, showing no permanent deformation after one year of service life. / O concreto asfáltico é comumente utilizado no Brasil como camada de rolamento em rodovias para garantir a segurança e o conforto dos usuários da via. No entanto, misturas asfálticas também são utilizadas como camadas intermediárias na estrutura do pavimento, atribuindo maior resistência às solicitações do tráfego. Assim, a ocorrência de defeitos pode ser reduzida, aumentando o intervalo entre as intervenções de manutenção do pavimento. Large Stone Asphalt Mixture (LSAM) é uma solução promissora para restauração de pavimentos asfálticos sob tráfego pesado que apresentem, como principal defeito, a deformação permanente em trilha de roda. Embora a sua utilização não seja recente, o estudo das propriedades viscoelásticas e do seu comportamento em campo ainda é pouco explorado. Esta dissertação apresenta uma breve revisão da literatura quanto ao histórico de uso das misturas LSAM ao redor do mundo, assim como características relevantes para a dosagem das mesmas. A avaliação de diferentes métodos de dosagem foi necessária antes da construção de um trecho experimental com a aplicação da LSAM como camada de ligação, onde tal mistura foi caracterizada mecanicamente por meio do ensaio de módulo dinâmico, ensaio de fadiga a flexão em quatro pontos, ensaio de fadiga a tração direta e ensaio de deformação permanente no simulador de tráfego francês LCPC. O pavimento restaurado foi monitorado por um período de um ano e meio com ensaios de \"Falling Weight Deflectometer\" e de afundamento de trilha de roda. As respostas do pavimento submetido a cargas dinâmicas foram analisadas por meio de um software que utiliza o método de camadas finitas (3D-Move), considerando as camadas asfálticas com comportamento viscoelástico linear sob diferentes velocidades de tráfego e temperaturas de análise. Os resultados poderão ser usados como referência para o dimensionamento e a análise das estruturas de pavimento compostas por camada de LSAM e para a avaliação do desempenho do mesmo. O uso da LSAM na restauração das seções experimentais foi bem sucedido quando comparado às restaurações realizadas anteriormente com outras soluções, não apresentando deformação permanente após mais de um ano de vida de serviço.

There is an impetus in the UK to move away from empirical pavement foundation design and the current method specification, towards an analytical design approach. For an analytical design approach to be adopted, the required performance properties of stiffness and resistance to permanent deformation of the foundation materials (sub grade and capping) need to be measured, both in the laboratory for design and in the field in order to ensure compliance. This thesis studies the influence of the sub grade on the constructability and performance of a series of full-scale pavement foundations. This has been achieved by measuring the performance parameters of several sub grade materials in the laboratory, using repeated load triaxial testing. These data have been compared to comparable data collected in situ using dynamic stiffness measuring devices during the construction of trial pavement foundations. The performance of the trial foundations has been measured during the placement and compaction of the different foundation materials, and again after their subsequent trafficking. The testing demonstrates the stress dependency of the foundation materials. The laboratory testing shows that the sub grade permanent deformation under cyclic loading (used to simulate construction operations) becomes unstable at a deviator stress of half the deviator stress at failure (0.5qmax)· The stiffness at this applied stress and above is shown to be approaching a consistent value. This indicates that large changes in the stiffness of inversely stress dependent fine grained soils occur below the deviator stress at which the permanent deformation becomes unstable. Significant variability of data has been found in the performance parameters measured (both in the laboratory and in the field) for samples of subgrade collected from small areas of the same site. However comparable patterns of stress dependency have been observed between measured laboratory and field performance using the different apparatus. The resistance to permanent deformation is shown to be a more critical design load case for construction than the need for adequate stiffness of support required to compact the foundation layers. The performance of a composite road foundation is shown to be material and site specific, and this will have important implications for design and site compliance testing.

Florida Department of Transportation (FDOT) has been using Open Graded Friction Course (OGFC) mixture to improve skid resistance of asphalt pavements under wet weather. The OGFC mixture design strongly depends on the Optimum Binder Content (OBC) which represents if the mixture has sufficient bonding between the aggregate and asphalt binder. At present, the FDOT designs OGFC mixtures using a pie plate visual draindown method (FM 5-588). In this method, the OBC is determined based on visual inspection of the asphalt binder draindown (ABD) configuration of three OGFC samples placed on pie plates with pre-determined trial asphalt binder contents (AC). The inspection of the ABD configuration is performed by trained and experienced technicians who determine the OBC using perceptive interpolation or extrapolation based on the known AC of the above samples. In order to eliminate the human subjectivity involved in the current visual method, an automated method for quantifying the OBC of OGFC mixtures was developed using digital images of the pie plates and concepts of perceptual image coding and neural network (NN). Phase I of the project involved the FM-5-588 based OBC testing of OGFC mixture designs consisting of a large set of samples prepared from a variety of granitic and oolitic limestone aggregate sources used by FDOT. Then the digital images of the pie plates containing samples of the above mixtures were acquired using an imaging setup customized by FDOT. The correlation between relevant digital imaging parameters and the corresponding AC was investigated initially using conventional regression analysis. Phase II of the project involved the development of a perceptual image model using human perception metrics considered to be used in the OBC estimation. A General Regression Neural Network (GRNN) was used to uncover the nonlinear correlation between the selected parameters of pie plate images, the corresponding AC and the visually estimated OBC. GRNN was found to be the most viable method to deal with the multi-dimensional nature of the input test data set originating from each individual OGFC sample that contains AC and imaging parameter information from a set of three pie plates. GRNN was trained by 70% and tested by 30% of the database completed in Phase I. Phase III of the project involved the configuration of a quality control tool (QCT) for the aforementioned automated method to enhance its robustness and the likelihood of implementation by other agencies and contractors. QCT is developed using three quality control imaging parameters (QCIP), orientation, spatial distribution, and segregation of ABD configuration of pie plate specimens (PPS) images. Then, the above QCIP were evaluated from PPS images of a variety of independent mixture designs produced using the FDOT visual method. In general, this study found that the newly developed software (GRNN-based) provides satisfactory and reliable estimations of OBC. Furthermore, the statistical and computer-generated results indicated that the selected QCIP are adequate for the formulation of quality control criteria for PPS production. It is believed that the developed QCT will enhance the reliability of the automated OBC estimation image processing-based methodology.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第16377号 / 工博第3458号 / 新制||工||1523(附属図書館) / 29008 / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)教授 小林 潔司, 教授 大津 宏康, 教授 河野 広隆 / 学位規則第4条第1項該当