Master of Science / Department of Civil Engineering / Mustaque Hossain / The ultra-thin bonded bituminous surface (UBBS), popularly known as Novachip, is a thin hot-mix asphalt layer with high-quality, gap-graded aggregates bonded to the existing surface with a polymer-modified emulsion membrane. This thin surfacing improves ride quality, reduces road-tire noise, minimizes back spray, and increases visibility under wet conditions. The Kansas Department of Transportation (KDOT) has been using UBBS since 2002. Performance of this thin surface treatment strategy has been good in Kansas and elsewhere. However, some of these projects are now being rehabilitated. The objective of this study is to evaluate whether reclaimed asphalt pavement (RAP) materials from existing UBBS layers can be used in chip seal and Superpave mixtures. UBBS millings were studied with two different polymer-modified emulsions to assess their performance as precoated aggregates in chip seal. The ASTM D7000-04 sweep test was used to assess chip retention of UBBS millings. Three different mix designs were developed for both 12.5-mm and 9.5-mm nominal maximum aggregate size (NMAS)Superpave mixtures using a PG 70-22 asphalt binder and three different percentages (0%, 10%, and 20%) of reclaimed UBBS materials. The designed Superpave mixes were then tested for performance in terms of rutting and stripping using the Hamburg wheel tracking device (HWTD)and moisture sensitivity by modified Lottman tests. Sweep test results showed that UBBS millings did not improve chip retention. Superpave mix design data indicated volumetric properties of Superpave mixes with UBBS millings met all requirements specified by KDOT. HWTD and modified Lottman test results indicated all designed mixes performed better with the addition of UBBS millings as RAP materials. Field performance of UBBS projects was also evaluated. It was found that pavements treated with UBBS showed high variability in service life with majority serving six years. Before and after (BAA) studies showed that UBBS reduces pavement roughness, transverse and fatigue cracking one year after the treatment. However, no consistent improvement in rutting condition was found.

Les chaussées subissent des sollicitations liées au trafic et au climat conduisant à leur dégradation, par fissuration notamment. Il est nécessaire dans le contexte actuel de pouvoir modéliser le comportement de ces structures multicouches endommagées afin de prévoir leur durée de vie résiduelle ou dimensionner des solutions de renforcement. L’objectif de la thèse est ainsi de proposer un outil de calcul dédié à l'analyse 3D des chaussées fissurées ou comportant des discontinuités. L’approche retenue repose sur la modélisation simplifiée d’une chaussée par un empilement de plaques du Modèle Multi-particulaire des Matériaux Multicouches à 5n équations d’équilibre (M4-5n). Un outil de calcul rapide de référence de chaussées 2D fissurées et une méthode de résolution générale du M4-5n par Eléments Finis mixtes sont développés. Le point de départ de la méthode de résolution est l’écriture, pour le M4-5n, du principe variationnel basé sur le théorème de l'énergie complémentaire où la condition de contraintes statiquement admissibles est assurée à partir de multiplicateurs de Lagrange. La discrétisation des efforts généralisés utilise des espaces d’interpolation permettant le bon conditionnement du système d’équations algébriques à résoudre et garantissant la stabilité de la solution. La méthode est implémentée dans FreeFem++. Elle ramène le problème 3D initial à une modélisation EF 2D et conduit à des valeurs finies des efforts généralisés au niveau des fissures ou décollement d’interface. L’outil de calcul final ainsi développé est validé et appliqué à l’étude de la réponse d’une structure fissurée,représentative d’une chaussée testée en vraie grandeur sur le site de l’IFSTTAR. / Pavements are multilayer structures which undergo cracking distress due to traffic and climatic factors. It is important nowadays to be able to model the mechanical response of such damaged pavements in order to assess their residual lifetime or to design reinforcement solutions. In this context, the present thesis aims at developing a numerical tool dedicated to the analysis of pavements incorporating cracks or discontinuities. In the developed approach, the pavement structure is modeled as a stacking of “plate” elements of typeM4-5n (Multi-Particle Models of Multilayer Materials) which considers 5n equilibrium equations. A reference quick 2D calculation tool for cracked pavements and a general solving of M4-5n by the mixed Finite Element (FE) method was developed. The starting point for this method is the derivation for M4-5n of the variational principle based on the complementary energy theorem whose condition of statically admissible stress is taken into account using Lagrange multipliers. Discretization of the generalized stresses involves interpolation spaces, proposed to avoid ill-conditioned system of algebraic equations after discretization and to insure stability of the solution. The developed method is implemented in a FreeFem++ script. In this method, the initial 3D problem can be handled through FE simulations in 2D and finite values of the generalized stresses are obtained at crack and interlayer debonding locations. The developed numerical tool was validated and applied to the study of the mechanical response of a structure with cracks representative of a pavement tested underfull-scale conditions during an accelerated fatigue test performed at IFSTTAR.

Le réseau routier subit des dégradations sous l’effet du trafic et des conditions climatiques. Le relevé dans les images de différents types de défauts de surface permet d’évaluer l’état du réseau et de programmer des opérations de maintenance nécessaires. Le but de cette thèse est ainsi de développer des méthodes non-supervisées dédiées à l'analyse des images 2D et 3D. Nous nous focalisons sur la détection de dégradations du marquage routier et la détection des fissures sur la chaussée. Dans le cadre de la signalisation horizontale, notre objectif est de réaliser un algorithme capable de détecter, reconnaitre, géolocaliser et quantifier l’état du marquage routier à l’aide d’un système d’imagerie panoramique. Le traitement d’images effectué utilise une méthode de segmentation couleur pour faciliter la phase d’extraction des zones de marquages routiers. Ensuite, une technique de perspective inverse est appliquée pour faciliter l’identification des objets détectés. L’état du marquage est établi à partir des variations des caractéristiques géométriques (longueur, largeur, etc.) et colorimétriques (niveau de couleur blanche) des objets identifiés dans l’image. Dans le cadre de la détection des fissures, notre aspiration consiste à extraire automatiquement les fissures en surface de chaussée, en supposant que celles-ci sont des structures fines et sombres dans l’image. Parmi les nombreuses méthodes existantes, nos approches retenues suivent un schéma classique composé de trois phases principales, à savoir une phase de pré-traitement pour réduire la quantité d’information à traiter, une phase de traitement pour extraire les points ayant une forte vraisemblance d’appartenir à une fissure et une phase de post-traitement pour estimer la gravité du matériel. Les performances de nos algorithmes sont évaluées sur des images réelles 2D et 3D issues de 3 capteurs différents (VIAPIX®, LCMS et Aigle-RN). / The road network is subject to degradations due to traffic and weather conditions. The detection of surface defects within pavement images is used to evaluate the road network and to schedule the necessary maintenance operations. The goal of this thesis is to develop unsupervised processing techniques for the analysis of 2D and 3D pavement images, which originate from imaging systems operating in the field of road engineering. We focus on the detection of road marking damage and the detection of cracks on the pavement. In the context of road marking, our objective is to realize an algorithm for detecting, recognizing, geo-locating and monitoring the wearing conditions of road marking using a panoramic imaging system. The performed image processing uses a color segmentation method to facilitate the extraction phase of the road marking zones. Then, an inverse perspective technique is applied to ease the identification of detected objects.The wearing conditions of road marking is established from the variations in the geometric (length, width, etc.) and colorimetric (white color level) characteristics of the objects identified in the image.In the context of road crack detection, our aspiration is the automatic segmentation of cracks within pavement images, assuming that they represent fine and dark features in the image. Among the many existing methods, our chosen approaches follow a classical scheme composed of three main phases, namely, a pre-processing phase to reduce the amount of information to be processed in the image, a processing phase to extract the points having a high likelihood of belonging to a crack on the road and a post-processing phase to estimate the severity and the damage level of the pavement. The performances of our proposed algorithms are evaluated on 2D and 3D real images, coming from 3 types of existing imaging devices for road engineering (VIAPIX®, LCMS and Aigle-RN).

Há algumas décadas a viga de Benkelman vem sendo utilizada como um meio de controlar a qualidade das camadas de pavimento recém executadas, ao aferir as deflexões máximas na superfície dos materiais. Apesar disto, não existe qualquer referência que auxilie na determinação das deflexões admissíveis, uma vez que nenhuma norma técnica trata sobre os valores aceitáveis para a liberação das camadas. Neste contexto, as responsáveis pela definição dos parâmetros de controle passam a ser as projetistas, que muitas vezes não possuem conhecimento suficiente sobre os materiais de pavimentação para cumprir esta tarefa. O resultado disto são valores de controle sem fundamentos e inconsistentes, que são incapazes de representar de forma fidedigna as condições de campo, gerando uma série de dificuldades em obra. Sendo assim, este trabalho tem por objetivo fazer uma reflexão crítica sobre o modo como as deflexões de controle são definidas pelas projetistas, analisando as considerações de projeto que podem levar a resultados incoerentes em campo e propondo diretrizes para o aperfeiçoamento desta prática. Para isto, foi feita uma revisão bibliográfica sobre os principais fatores que podem afetar os valores de módulos de resiliência dos materiais e, consequentemente, as medidas de deflexões. Complementarmente, foram revisados valores de módulos de resiliências obtidos em laboratório e retroanalisados em pista. Em seguida, foi estudado o caso da obra de ampliação do Aeroporto Internacional Tom Jobim no Rio de Janeiro, em que resultados insatisfatórios de deflexões obtidas em campo levaram a uma revisão dos parâmetros de controle, revelando os principais equívocos cometidos pela projetista e os pontos críticos do processo de determinação dos valores de controle. Com base nisto, foi feita uma análise crítica das deflexões revisadas, mostrando como a variação de alguns critérios e parâmetros pode afetar os resultados e o que isto representa em termos práticos para o controle deflectométrico. Por fim, foi realizado um refinamento dos valores de deflexões de controle definidos pela projetista. / For decades, the Benkelman beam has been used to assure the quality of pavement construction by measuring the maximum deflections on top of the materials. Nevertheless, there are neither technical standards nor any references that determine a range of acceptable values for deflection. In this context, the definition of these parameters of control is the responsibility of the designers, who mostly do not have the expertise to complete the task. Consequently, the control values tend to be inconsistent and unable to represent in a reliable way the site conditions, creating a number of constraints/shortcomings. Hence, the objective of this dissertation is to undertake a critical analysis on the way the acceptable deflections are determined by the designers, evaluating the project assumptions that can lead to incoherent results on site and proposing guidelines for the improvement of this practice. For this, the main factors that can affect the elasticity of the materials and its deflections were reviewed, in addition to typical values of resilient modulus obtained in laboratory and from backanalysis. Next, the case of the Rio de Janeiro International Airport expansion project was studied. On that occasion, the deflections measured on site during the construction of the pavements were constantly greater than the control values indicated in the project. A revision of the parameters was undertaken by the designer to identify the reasons for the discrepancies and thus, unveiling the critical points of the process. Based on that, a critical analysis on the revised deflections was carried out, showing how the variation of some criteria and parameters can affect the results and what this represents in practical terms for the deflectometric control. Finally, a refinement of the acceptable deflections defined by the designer was proposed.

Four sections of continuously reinforced concrete pavement (CRCP) were constructed at the University of São Paulo campus in order to introduce this kind of pavement structure to Brazil\'s technical transportation community. Sections were designed as 50 m long concrete slab, short in comparison to traditional CRCP, in order to simulate bus stops and terminals - locations of critical interest for public infrastructure. The thesis presented herein concludes this research project initiated in 2010. As the initial goal of this study was the development of coherent, reliable and intuitive design recommendations for the use of CRCP technology in Brazil, a profound understating of its structural and performance peculiarities was needed. For that, the cracking process of the experimental CRCP sections was recorded over a span of seven years. Due to the sections\' short length and lack of anchorage, the experimental \"short\" CRCP presented a cracking behavior quite different than traditional CRCP. There were much less visible cracks than expected. To address this issue, a novel technology in ultrasonic non-destructive testing of concrete structures was applied. Through ultrasonic signal interpretation it was possible to discover several incipient non-visible cracks within the slabs - many of these became apparent on the slab surface in later crack surveys - and to characterize visible and non-visible cracks regarding crack depth. The updated crack map with non-visible cracks showed similarities with traditional CRCP. Additionally, the ultrasonic data analysis provided important information on thickness variation, reinforcement location and concrete condition that were applied in theoretical simulations (finite element software) of the short CRCP. Simulations were attempted considering different slab geometries, firstly with transverse cracks as joints with high load transfer efficiency (LTE) and secondly with a continuous slab without cracks or joints. The latter simulation was more accurate reaching a shift factor between field and simulated stresses in the order of 0.7 to 1.0. Deflection data and LTE analysis from cracks and panels in between cracks further attested the slab continuous behavior, which contradicts current CRCP design models and performance predictors. Furthermore, critical traffic and environmental loading conditions concerning Brazil\'s climate and bus traffic characteristics were investigated and related using a selected fatigue model resulting in design recommendations in a chart format for the short CRCP aimed at long-term projects for over 20 years of operation. The design chart was successfully applied to investigate three failures presented by the experimental short CRCP due to thickness deficiencies pointed out by the ultrasonic testing. / Quatro seções de pavimento de concreto continuamente armado (PCCA) foram construídas no campus da Universidade de São Paulo, com o objetivo de introduzir esta estrutura, de reconhecido sucesso internacional, à comunidade técnica de engenharia de transportes brasileira. As seções foram projetadas com uma placa de concreto de 50 m de extensão, curta em comparação ao PCCA tradicional, com a finalidade de simular paradas e terminais de ônibus - locais de grande interesse para a infraestrutura pública. A tese aqui apresentada conclui este projeto de pesquisa iniciado em 2010. Como o objetivo inicial deste estudo foi o desenvolvimento de recomendações de projeto coerentes, confiáveis e intuitivas para a utilização do PCCA no Brasil, foi necessário um profundo entendimento de suas peculiaridades estruturais e de desempenho. Para isso, o processo de fissuração das secções experimentais foi acompanhado durante sete anos. Devido à curta extensão e falta de ancoragem das seções, o PCCA \"curto\" apresentou um padrão de fissuração diferente do PCCA tradicional com muito menos fissuras visíveis na superfície do que o esperado. Para abordar esta questão, uma nova tecnologia ultrassônica para ensaios não destrutivos de estruturas de concreto foi aplicada. Pela interpretação do sinal de ultrassom, foi possível descobrir várias fissuras incipientes (não visíveis) dentro das placas - muitas dessas foram observadas na superfície da placa em levantamentos de fissuras posteriores - e caracterizar fissuras visíveis e não-visíveis quanto à profundidade da fissura. O mapa de fissuração atualizado com fissuras não visíveis mostrou semelhanças com PCCA tradicional. Além disso, a análise dos dados de ultrassom forneceu informações importantes sobre a variação da espessura, localização da armadura longitudinal e condição do concreto, que foram aplicados em simulações teóricas (software de elementos finitos) do PCCA curto. Simulações foram propostas considerando diferentes geometrias, primeiramente com fissuras transversais como juntas com alta eficiência de transferência de carga (LTE) e posteriormente com uma placa contínua, sem fissuras ou juntas. Esta última simulação foi mais precisa alcançando um fator de conversão entre tensões de campo e simuladas na ordem de 0,7 a 1,0. Dados de deflexão e análise de LTE em fissuras e placas entre fissuras atestaram novamente o comportamento contínuo das placas, o que vai em contradição com os modelos atuais de dimensionamento e de previsão de desempenho para o PCCA. Ademais, o tráfego crítico e condições de carga ambiental correspondentes ao clima e tráfego de ônibus típicos brasileiros foram investigados e relacionados usando um modelo de fadiga resultando em recomendações de projeto para o PCCA de curta extensão sendo direcionado para projetos de longo prazo para mais de 20 anos de operação. O gráfico de projeto foi aplicado com sucesso para investigar três falhas apresentadas pelo PCCA curto experimental devido a deficiências de espessura apontadas pelo teste ultrassônico.

Dentre os diversos tipos de defeitos estruturais a que um pavimento está sujeito, a deformação permanente em trilha de roda da camada de rolamento é um dos mais importantes, pois além de propiciar uma degradação acelerada da estrutura do pavimento, ele reduz consideravelmente a segurança do usuário. Este trabalho pesquisa os processos que levam à deformação permanente de revestimentos asfálticos, utilizando como estudo de caso uma pista-teste localizada na Rodovia BR 376 PR, construída com a finalidade principal de estudar os afundamentos em trilha de roda. Foram executados 10 trechos, com 200 m de extensão cada um, em aclive, na 3ª faixa de rolamento, sujeita a tráfego pesado de caminhões lentos. Os trechos experimentais consistem de restauração de pista existente, onde foram executados diferentes tipos de revestimentos asfálticos, variando-se o tipo de graduação e também o tipo de ligante asfáltico, todas dosadas pelo método Marshall. Três dos dez trechos foram submetidos ao ensaio acelerado por um simulador de tráfego móvel de pista, em escala real. As misturas asfálticas foram igualmente ensaiadas em laboratório para verificação da dosagem por equipamento giratório francês e por simulador de tráfego tipo LPC. Além disso, foram extraídas placas do revestimento asfáltico da pista-teste as quais foram submetidas ao simulador de tráfego de laboratório. O objetivo central desta pesquisa foi de estudar a consistência dos resultados obtidos em campo e em laboratório, e a previsibilidade de deformações em campo através do método laboratorial. A pesquisa verificou e analisou a redução do volume de vazios das misturas asfálticas em pista e em laboratório associadas à deformação permanente, procurando relacionar a redução do volume de vazios com a deformação. A pesquisa mostrou que os ensaios de laboratório com o simulador de tráfego LPC podem ser empregados para prever as ocorrências de afundamentos em pista. Os resultados indicam a adoção do limite máximo de 5% de deformação permanente no equipamento de laboratório para os tipos de misturas asfálticas testadas para reduzir as possíveis ocorrências de deformações permanentes de revestimentos asfálticos sujeitos a tráfego muito pesado. Nas condições dos ensaios laboratoriais da pesquisa, que se aplicam à pista-teste, as misturas asfálticas mais recomendadas quanto à resistência à deformação permanente são as misturas com asfalto modificado por polímero SBS e RET, e as misturas com asfalto-borracha. Dependendo das características do ligante, o CAP 30/45 também pode ser empregado; no entanto, o CAP 50/70 mostrou-se inadequado para tráfego pesado e lento. A graduação é uma característica relevante para a estabilidade das misturas asfálticas, devendo os agregados estarem bem entrosados no caso das graduações contínuas e bem-graduadas; no entanto a macrotextura resultante deve ser estudada para evitar superfícies fechadas que reduzam a segurança dos usuários em pistas molhadas. Foram estudadas duas misturas descontínuas gap-graded que se mostraram adequadas para tráfego pesado quanto à deformação permanente e à textura superficial. A pesquisa mostra a importância da seleção criteriosa dos materiais e rigor nos estudos de dosagem, com determinação de propriedades mecânicas para melhor prever comportamento em campo de revestimentos asfálticos sujeitos a tráfego pesado e lento. / Among the many types of structural distresses that a pavement is subjected, wheel track rutting is one of the most important because it leads to accelerated deterioration of the pavement structure and also reduces the road safety. This research focus on the processes that lead to rutting in asphalt mixes, using experimental test sites located at Highway BR 376 PR (heavy and slow traffic), which were built with the primary purpose of studying wheel path depressions. Ten testing tracks of 200 m long (total of 2 km) were built on the third lane (upward sloping). The testing tracks were part of the rehabilitation of an existing pavement. Different asphalt mixtures were designed by the Marshall method, varying the aggregate size distribution and the type of asphalt binder. Three of the ten sections were subjected to Accelerated Pavement Testing by the Heavy Vehicle Simulator (in situ). The asphalt mixtures were also prepared and tested in laboratory by the French gyratory compactor and LPC traffic simulator, respectively, in order to verify the mixtures design. In addition, plates were extracted from the asphalt surfaces in the field and then subjected to the traffic simulator in laboratory. The main purpose of this study was to compare the permanent deformation of asphalt mixtures observed in the field to that obtained in the laboratory; and also to evaluate the prediction of permanent deformation based on laboratory evaluation. This research verified the correlation between reduction in the air voids of asphalt mixtures and rutting potential (samples extracted from the field and also prepared in laboratory were analyzed). The research showed that the LPC traffic simulator is a good device to predict permanent deformation of asphalt mixtures in the field. The results indicate 5% as the threshold for the permanent deformation in laboratory to reduce the occurrence of permanent deformation of asphalt mixtures subjected to heavy traffic. For the test conditions used, the mixtures that presented better resistance to permanent deformation were the ones with asphalt modified by SBS and RET, and the asphalt-rubber mixtures. Depending on the asphalt binder characteristics, the CAP 30/45 (classification by penetration) can be used; however the CAP 50/70 presented inadequate behavior for heavy and slow traffic. The aggregate gradation is another important parameter for the stability of asphalt mixtures, where the stones need to present a good interlocking and be wellgraded. The resulting macrotexture should also be evaluated to avoid surfaces with reduced safety to the users in wet conditions. Two mixtures with gap-graded gradation were evaluated and presented good results in respect to permanent deformation and superficial characteristics (texture). This research shows the importance of materials selection, design procedure, and mechanical behavior evaluation to predict the performance of asphalt surfaces subjected to heavy and slow traffic.

Fosfogesso é um resíduo sólido da produção de ácido fosfórico pelas indústrias de fertilizantes. A produção anual deste material no mundo é de cerca de 180 milhões de toneladas, e isto causa problemas com a sua armazenagem. O fosfogesso tem sido estudado para uso como material de construção de bases e sub-bases de pavimentos. O fosfogesso tem pouca durabilidade frente à ação da água quando sujeito somente à estabilização mecânica. O cimento Portland é então adicionado ao fosfogesso, resultando em misturas mais estáveis. A reação do aluminato tricálcico contido no cimento e dos sulfatos presentes no fosfogesso poderia conduzir à formação de cristais de etringita e à expansão subseqüente. O objetivo desta pesquisa é avaliar a influência do tipo de cimento na expansibilidade das misturas de fosfogesso e cimento para uso na construção de pavimentos. Analisou-se o comportamento expansivo de corpos de prova compactados com diferentes proporções de fosfogesso e cimento, variando-se o tipo de cimento, energia de compactação e período de cura. Para todos os cimentos usados nesta pesquisa, considerando-se o período de 84 dias de cura, a maior parte da expansão ocorreu nos primeiros 28 dias. A influência do tipo de cimento na expansão das misturas de fosfogesso e cimento é significante, mas o teor de aluminato tricálcico não é a única explicação para o comportamento de expansão observado neste estudo, visto que os resultados experimentais indicam que quantidades crescentes de aluminato tricálcico conduzem a menores expansões, fato que contraria a expectativa inicial desta pesquisa. / Phosphogypsum is a solid by-product resulting from the phosphoric acid process for manufacturing fertilizers. The annual worldwide production of this material is about 180 million de tons and it causes problems with its disposal. The phosphogypsum has been studied for use in pavement base and sub-base materials. Phosphogypsum has poor durability when subjected to mechanical stabilization only in wet conditions. The addition of stabilizing materials, such as Portland cement, is one method of overcoming this deficiency. The chemical reaction between tricalcium aluminate present in Portland cement and sulfate ions supplied by phosphogypsum could lead to the formation of ettringite and subsequent expansion. The objective of this research is to evaluate the influence of Portland cement type on the expansion of cement-stabilized phosphogypsum mixtures for use as pavement construction. The expansion behavior was analyzed through compacted specimens composed by different phosphogypsum and cement proportions, varying the cement type, compaction energy and curing period. For all cements used in this research, most of expansion occurred within the first 28 days in relation to the 84 days of curing. There is a significant influence of cement type on the expansion of the cement-stabilized phosphogypsum mixtures, but the aluminate tricalcium content is not the only explanation for the expansion behavior observed in this study. The experimental results show that an increasing amount of tricalcium aluminate yields lower expansion, fact that thwarts the initial expectation of this research.

A presente pesquisa tem por objetivo desenvolver, montar e testar um equipamento de grandes dimensões (largura de 1,5 x 1,5 m e altura de 1,2 m) para o ensaio em laboratório de estruturas de pavimentos com materiais, espessuras de camadas e condições de carregamento similares às de campo. Ainda nesta pesquisa analisou-se o emprego de geossintético como reforço da camada de base de novos pavimentos sobre o efeito da variação da umidade do subleito. O carregamento cíclico é gerado a partir de um cilindro pneumático. A instrumentação é constituída de LVDTs, células de carga e de tensão total que permitem o monitoramento das cargas aplicadas, das tensões no interior das camadas, e deformações elásticas e permanentes na superfície do pavimento. O carregamento cíclico, com frequência de 1 Hz, foi aplicado sobre placas rígidas com diâmetros de 300 mm e 216 mm e magnitudes de 40 kN e 20 kN, respectivamente. A partir das bacias de deflexões obtidas, foi possível, por meio de retro-análise, a determinação dos módulos de resiliência dos materiais e a partir das curvas de recalque obter uma equação da deformação plástica em função do número de ciclos de carga. O equipamento apresentou bom funcionamento, atendeu às expectativas e os transdutores forneceram medidas com a precisão exigida. E a utilização de geogrelha como reforço de camada de base mostrou eficaz tanto na redução das deformações permanentes como elásticas. / This research aims at develop, assembly and test of application of large-scale equipment (width of 1.5 x 1.5 m and height of 1.2 m) for the testing in pavement structures laboratory, with materials, thicknesses of layers and loading conditions similar to the field ones. The research still studied the application of geosynthetics as base layer reinforcement to news pavements by effect of variation in subgrade layer moisture. The loading is cyclic and generated from a pneumatic actuator. The instrumentation is constituted of LVDTs, load-cells and soil pressure transducers that permit monitoring the applied loads and the stress distribution in the interior of the layers, as well as plastic and elastic deformations. The cyclic-loading (frequency of 1 Hz) was applied on a 30-mm-diameter and a 26-mm-diameter rigid plate with force of 40 kN and 20 kN, respectively. From the deflection basin obtained, it is possible, by means of back calculation, the determination of the resilient modulus of the materials and from the deformation basin obtained the equation of permanent deformation in function of the cycle number. The equipment showed a good operation, attended to the expectations and the transducers supplied measures with the precision required.

Esta pesquisa avaliou a técnica de reciclagem de solo-agregado com adição de cimento para a reconstrução de pavimentos asfálticos deteriorados. A técnica utilizada consiste da adição de cimento a uma base de solo-brita, configurando assim uma base cimentada de solo-brita-cimento. A utilização de agregados reciclados na pavimentação é prática crescente no Brasil e no mundo, recebendo incentivos públicos e sociais, além de representar grandes benefícios ambientais associados à redução do bota-fora, da exploração de recursos naturais e transporte de insumos. Tais agregados apresentam características únicas, inerentes a sua origem e utilização prévia, portanto necessitam de estudos quando de sua utilização em qualquer camada de pavimento. Os materiais utilizados nesta pesquisa são provenientes da base de solo-brita existente na rodovia Fernão Dias. A esses materiais foi adicionado cimento Portland para compor novos materiais de sub-base reciclada. Por apresentar função estrutural bastante significativa no sistema de camadas do pavimento, a camada cimentada necessita de uma criteriosa e abrangente caracterização mecânica. Esse estudo foi dividido em duas frentes distintas de avaliação: estudos laboratoriais e estudos de campo. Nos estudos laboratoriais foram testadas cinco misturas de material reciclado com cimento, com variações do tipo de materiais reciclado, teor de cimento e energia de compactação. Avaliam-se também diferentes métodos de ensaio, comparando resultados obtidos para procedimento de ensaio de concretos e argamassas, e de materiais granulares. Todas as variáveis testadas em laboratório apresentaram influência no comportamento mecânico das misturas cimentadas. Os estudos de campo consistem da construção e do monitoramento estrutural do trecho experimental, além de ensaios mecânicos em corpos de prova extraídos de pista. Foi possível avaliar a evolução da estrutura do pavimento no período de um ano e fazer a verificação dos parâmetros de rigidez in situ e em laboratório. / This research evaluated the soil-aggregate recycling with cement, soil-aggregate-cement mixtures, as a cementitious subbase solution for pavement rehabilitation. The use of recycled aggregates as paving material is an increasing practice in Brazil and abroad, receiving public and social incentives, as well as representing major environmental benefits associated with the reuse and conservation of natural resources, and reduction of the materials transportation costs. Such aggregates have unique characteristics inherent to their origin and previous use; therefore it should be extensively evaluated whenever used in any pavement layer. The materials selected to this study were collected from the base course of Fernão Dias Highway. To these materials, Portland cement was added, in order to establish new materials to the recycled subbase. Since it presents a very significant structural function in the pavement layers system, the cement treated base requires a careful and comprehensive mechanical characterization. This research was divided in laboratory and field evaluation. Five recycled mixtures with cement were studied in laboratory, varying: the recycled aggregate material, the cement percentage added to the mixture, and the energy compaction. Different laboratory standard procedures, applied for concrete and granular material, were also studied. All the variables investigated influenced the mechanical behavior of the recycled cementitious mixtures. The field study consisted of the construction and structural monitoring of an experimental test site comprised of three segments (varying the thickness of the recycled subbase layer), and also laboratory mechanical tests of field cores. The results have shown the structural evaluation of the pavement along one year, and also stiffness parameters measured in situ from the field cores.

A caracterização do tráfego rodoviário é de grande importância para o dimensionamento de pavimentos, bem como para a garantia de sua vida útil, sendo a carga aplicada pelo tráfego uma das maiores responsáveis pelos danos na estrutura. Com o objetivo de garantir a durabilidade dos pavimentos, sistemas Weigh-in-Motion (WIM) podem ser utilizados para coleta de informações sobre os veículos que trafegam em uma rodovia. Propôs-se neste estudo caracterizar o tráfego a partir da avaliação contínua das solicitações de carga na BR-381, sentido Sul, por meio da coleta de dados de Sistema WIM. A partir da análise dos dados coletados entre setembro de 2015 e fevereiro de 2017, observou-se que aproximadamente 85% dos veículos comerciais trafegam na faixa de rolamento mais solicitada (faixa 2). Com relação ao volume de veículos comerciais, pôde-se constatar a presença de uma maior quantidade de veículos durante os dias úteis quando comparados aos finais de semana. Além das variações com relação ao dia da semana, o volume de tráfego também apresenta particularidades com relação às distribuições horárias. Foram obtidas e analisadas as distribuições de carga para cada tipo de eixo das 15 categorias de veículos comerciais mais frequentes (representando 97,3% do tráfego comercial registrado). Com base na Legislação Brasileira vigente, quantificou-se o excesso de carga praticado na rodovia, onde foram identificados 23,7% dos veículos com excesso. Notou-se que a maioria dos excessos se encontram na faixa de até 10% dos respetivos limites legais, indicando que muitos transportadores carregam seus veículos considerando a tolerância como um ganho real de sobrecarga. Um método para identificação de padrões de viagem dos veículos com excesso foi proposto, que se baseia nas árvores de classificação e regressão (Classification and Regression Tree Analysis - CART), uma ferramenta analítica. Por fim, os dados de tráfego foram correlacionados com os defeitos observados no trecho experimental construído logo após o sistema WIM, onde se simulou a redução da vida útil de estruturas de pavimentos considerando diferentes cenários de carga, sendo eles: (i) tráfego real; (ii) tráfego na tolerância (considerando a tolerância de 10%); e (iii) tráfego legal, concluindo-se que a prática do excesso de carga nas rodovias penaliza o transporte rodoviário ao acelerar a degradação das rodovias. / The traffic characterization is of great importance for pavement design, as well as for prediction of its remaining service life. In fact, traffic loading is one of the major contributors for the pavement deterioration. In order to ensure pavement durability, Weigh-in-Motion (WIM) systems can be used to collect traffic data. Therefore, this study was conducted to analyze the effect on the pavements of characterizing the traffic through a Weigh-in-Motion system installed between km 948 and 949 at the Brazilian Federal Highway BR-381. The analysis of the data collected from September 2015 to February 2017 shows that approximately 85% of commercial vehicles travel on the outside slow lane (lane 2). Regarding the volume of commercial vehicles, traffic volume was lower in weekends. In addition to the daily variations, traffic patterns also presented hourly variations. The axle load distributions were obtained and analyzed for the 15 more frequent commercial vehicle categories (representing 97.3% of all the commercial traffic registered). Based on the current Brazilian laws, the results from this study have indicated a significant percentage of violation involving overloaded heavy good vehicles in the highway (23.7%). In general, most axles exceed the legal limits up to 10%, indicating that many vehicles are loaded considering the tolerance as a real gain. A method to identify overloaded truck travel patterns and loading characteristics from available HS-WIM data was proposed. The method is based on Classification and Regression Tree Analysis (CART), an analytical tool. Finally, the traffic data were correlated with the distresses observed in the experimental section constructed closer to the WIM system, where it was simulated the reduction of the useful life of pavement structures considering different load scenarios: (i) real traffic; (ii) traffic in the tolerance (considering the tolerance of 10%); and (iii) legal traffic. it was concluded that the practice of overloading on highways penalizes road transport by accelerating road degradation.